高清監(jiān)控應(yīng)用中幾大傳輸技術(shù)分析

    近幾年隨著圖像傳感器技術(shù)的發(fā)展，目前大量使用的高清產(chǎn)品都是基于網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的，直接傳輸方式在高清時(shí)代幾乎絕跡，但關(guān)于對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸是否適合監(jiān)控圖像傳輸?shù)臓?zhēng)論從來(lái)就不絕于耳。因此尋找一種與實(shí)際應(yīng)用相符，技術(shù)能滿(mǎn)足，成本盡量低的傳輸模式對(duì)于監(jiān)控的應(yīng)用尤為關(guān)鍵。

    模擬信號(hào)傳輸方式

    目前標(biāo)清視頻信號(hào)絕大多數(shù)依然采用模擬信號(hào)傳輸方式，帶寬為6M，應(yīng)用75-5的同軸電纜傳輸100米，在犧牲一些高頻細(xì)節(jié)的情況下，可以傳輸200-300米，甚至更遠(yuǎn)。由于這樣的性能，從監(jiān)控應(yīng)用伊始，這種傳輸模式就一直就沒(méi)有改變過(guò)。但是到了高清時(shí)代，由于傳輸?shù)母咔逍盘?hào)帶寬的擴(kuò)大，1080P需要27M的帶寬，用傳統(tǒng)的75-5同軸電纜傳輸，幾米就衰減下去了，根本無(wú)法在監(jiān)控項(xiàng)目中使用，而高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的傳輸方式和標(biāo)清的相比沒(méi)啥變化，所以當(dāng)高清時(shí)代來(lái)臨時(shí)，就成了網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的獨(dú)角戲，直接傳輸模式很少有應(yīng)用。

    數(shù)字傳輸模式

    既然高清模擬傳輸方式無(wú)法在監(jiān)控實(shí)際應(yīng)用中使用，唯一的方法就只有數(shù)字傳輸了。在討論數(shù)字高清傳輸技術(shù)以前先分析高清信號(hào)的數(shù)字特性，30幀/秒1080P圖像信號(hào)的帶寬是：1920×1080×16×30=995.328M；30幀720P圖像信號(hào)的帶寬是：1280×720×16×30=442.368M，也就是說(shuō)加上一些消隱數(shù)據(jù)，30幀/秒1080P的圖像不超過(guò)1G，720P的不超過(guò)500M，在數(shù)據(jù)通訊技術(shù)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)這么大數(shù)據(jù)流量的傳輸方法很多，常用的介質(zhì)有同軸電纜，雙絞線(xiàn)和光纖。

    同軸電纜傳輸技術(shù)

    同軸電纜傳輸技術(shù)在標(biāo)清時(shí)代廣泛應(yīng)用于標(biāo)清模擬視頻信號(hào)的傳輸，與標(biāo)清模擬視頻信號(hào)相對(duì)應(yīng)的數(shù)字視頻信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)是SD-SDI接口(270Mb/s)，這種接口由于成本和性能的原因，在監(jiān)控上很少應(yīng)用。高清數(shù)字信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)是HD-SDI(1.485Gb/s)，在應(yīng)用加解擾技術(shù)，發(fā)端預(yù)加重技術(shù)，收端均衡技術(shù)的前提下，可以把傳輸距離延伸到100米。

    加解擾技術(shù)是用擾碼的不歸零倒置(NRZI)來(lái)代替早期的分組編碼。在傳送前，對(duì)原始數(shù)據(jù)流進(jìn)行擾頻，并變換為NRZI碼確保在接收端可靠地恢復(fù)原始數(shù)據(jù)。這樣在概念上可以將數(shù)字串行接口理解為一種基帶信號(hào)調(diào)制。NRZI碼是極性敏感碼。用“1”和“0”表示電平的高和低，如果出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)“1”或連續(xù)“0”，會(huì)影響接收端從數(shù)字信號(hào)中提取時(shí)鐘。因?yàn)榇�行�?shù)字信號(hào)接口不單獨(dú)傳送時(shí)鐘信號(hào)，接收端需從數(shù)字信號(hào)流中提取時(shí)鐘信號(hào)，所以要采用以“1”和“0”來(lái)表示有無(wú)電平變換的NRZI碼。接收NRZI碼流時(shí)，只要檢出電平變換，就可恢復(fù)數(shù)據(jù)，即使全是“1”信號(hào)，導(dǎo)致的信號(hào)頻率也只是原來(lái)時(shí)鐘頻率的一半，再經(jīng)過(guò)加擾，連續(xù)“1”的機(jī)會(huì)減少，也就使高頻分量進(jìn)一步減少了。在數(shù)據(jù)流的接收端，由SDI解碼器從NRZI碼流恢復(fù)原數(shù)據(jù)流。

    預(yù)加重技術(shù)就是在發(fā)端把信號(hào)放大，均衡技術(shù)可以理解為頻率補(bǔ)償，通常是使用濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)濾波器來(lái)補(bǔ)償失真的脈沖，判決器得到的解調(diào)輸出樣本，是經(jīng)過(guò)均衡器修正過(guò)的或者清除了碼間干擾之后的樣本。自適應(yīng)均衡器直接從傳輸?shù)膶?shí)際數(shù)字信號(hào)中根據(jù)某種算法不斷調(diào)整增益，因而能適應(yīng)信道的隨機(jī)變化，使均衡器總是保持最佳的狀態(tài)，從而有更好的失真補(bǔ)償性能。自適應(yīng)均衡器一般包含兩種工作模式，即訓(xùn)練模式和跟蹤模式。

    訓(xùn)練模式首先由發(fā)射機(jī)發(fā)射一個(gè)己知的定長(zhǎng)的訓(xùn)練序列，以便接收機(jī)處的均衡器可以做出正確的設(shè)置。典型的訓(xùn)練序列是一個(gè)二進(jìn)制隨機(jī)信號(hào)或是一串預(yù)先指定的數(shù)據(jù)位，而緊跟在訓(xùn)練序列后被傳送的是用戶(hù)數(shù)據(jù)。接收機(jī)處的均衡器將通過(guò)遞歸算法來(lái)評(píng)估信道特性，并且修正濾波器系數(shù)以對(duì)信道做出補(bǔ)償。在設(shè)計(jì)訓(xùn)練序列時(shí)，要求做到即使在最差的信道條件下，均衡器也能通過(guò)這個(gè)訓(xùn)練序列獲得正確的濾波系數(shù)。這樣就可以在收到訓(xùn)練序列后，使得均衡器的濾波系數(shù)已經(jīng)接近于最佳值。而在接收數(shù)據(jù)時(shí)，均衡器的自適應(yīng)算法就可以跟蹤不斷變化的信道，自適應(yīng)均衡器將不斷改變其濾波特性來(lái)保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆�(wěn)定性。

    但通過(guò)預(yù)加重和均衡技術(shù)來(lái)延長(zhǎng)SDI的信號(hào)傳輸距離在實(shí)際應(yīng)用中還是存在許多問(wèn)題，線(xiàn)纜的特性對(duì)傳輸距離影響很大，再加上同軸電纜傳輸是一個(gè)單端傳輸系統(tǒng)無(wú)法抑制共模干擾。模擬監(jiān)控中工程現(xiàn)場(chǎng)如果線(xiàn)路不好就會(huì)帶來(lái)干擾，這些都會(huì)嚴(yán)重影響SDI信號(hào)的傳輸距離，則不難理解目前對(duì)于HD-SDI傳輸距離為何莫衷一是。理論傳輸距離和實(shí)際差異太大，而且最糾結(jié)的是如果HD-SDI信號(hào)超過(guò)它的傳輸距離，收端就無(wú)法解出任何信號(hào)來(lái)，這一點(diǎn)比傳統(tǒng)的標(biāo)清模擬傳輸系統(tǒng)的性能差遠(yuǎn)了。所以HD-SDI傳輸技術(shù)要大面積應(yīng)用于監(jiān)控系統(tǒng)還是有很多問(wèn)題和困難的。