高清監(jiān)控應用中幾大傳輸技術(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)絡傳輸技術(shù)的，直接傳輸方式在高清時代幾乎絕跡，但關(guān)于對網(wǎng)絡傳輸是否適合監(jiān)控圖像傳輸?shù)臓幷搹膩砭筒唤^于耳。因此尋找一種與實際應用相符，技術(shù)能滿足，成本盡量低的傳輸模式對于監(jiān)控的應用尤為關(guān)鍵。

    模擬信號傳輸方式

    目前標清視頻信號絕大多數(shù)依然采用模擬信號傳輸方式，帶寬為6M，應用75-5的同軸電纜傳輸100米，在犧牲一些高頻細節(jié)的情況下，可以傳輸200-300米，甚至更遠。由于這樣的性能，從監(jiān)控應用伊始，這種傳輸模式就一直就沒有改變過。但是到了高清時代，由于傳輸?shù)母咔逍盘枎�寬的擴大，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，根本無法在監(jiān)控項目中使用，而高清網(wǎng)絡攝像機的傳輸方式和標清的相比沒啥變化，所以當高清時代來臨時，就成了網(wǎng)絡攝像機的獨角戲，直接傳輸模式很少有應用。

    數(shù)字傳輸模式

    既然高清模擬傳輸方式無法在監(jiān)控實際應用中使用，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的數(shù)字特性，30幀/秒1080P圖像信號的帶寬是：1920×1080×16×30=995.328M；30幀720P圖像信號的帶寬是：1280×720×16×30=442.368M，也就是說加上一些消隱數(shù)據(jù)，30幀/秒1080P的圖像不超過1G，720P的不超過500M，在數(shù)據(jù)通訊技術(shù)領(lǐng)域，實現(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，雙絞線和光纖。

    同軸電纜傳輸技術(shù)

    同軸電纜傳輸技術(shù)在標清時代廣泛應用于標清模擬視頻信號的傳輸，與標清模擬視頻信號相對應的數(shù)字視頻信號標準是SD-SDI接口(270Mb/s)，這種接口由于成本和性能的原因，在監(jiān)控上很少應用。高清數(shù)字信號的標準是HD-SDI(1.485Gb/s)，在應用加解擾技術(shù)，發(fā)端預加重技術(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)來代替早期的分組編碼。在傳送前，對原始數(shù)據(jù)流進行擾頻，并變換為NRZI碼確保在接收端可靠地恢復原始數(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)長時間的連續(xù)“1”或連續(xù)“0”，會影響接收端從數(shù)字信號中提取時鐘。因為串行數(shù)字信號接口不單獨傳送時鐘信號，接收端需從數(shù)字信號流中提取時鐘信號，所以要采用以“1”和“0”來表示有無電平變換的NRZI碼。接收NRZI碼流時，只要檢出電平變換，就可恢復數(shù)據(jù)，即使全是“1”信號，導致的信號頻率也只是原來時鐘頻率的一半，再經(jīng)過加擾，連續(xù)“1”的機會減少，也就使高頻分量進一步減少了。在數(shù)據(jù)流的接收端，由SDI解碼器從NRZI碼流恢復原數(shù)據(jù)流。

    預加重技術(shù)就是在發(fā)端把信號放大，均衡技術(shù)可以理解為頻率補償，通常是使用濾波器來實現(xiàn)的，通過濾波器來補償失真的脈沖，判決器得到的解調(diào)輸出樣本，是經(jīng)過均衡器修正過的或者清除了碼間干擾之后的樣本。自適應均衡器直接從傳輸?shù)膶嶋H數(shù)字信號中根據(jù)某種算法不斷調(diào)整增益，因而能適應信道的隨機變化，使均衡器總是保持最佳的狀態(tài)，從而有更好的失真補償性能。自適應均衡器一般包含兩種工作模式，即訓練模式和跟蹤模式。

    訓練模式首先由發(fā)射機發(fā)射一個己知的定長的訓練序列，以便接收機處的均衡器可以做出正確的設置。典型的訓練序列是一個二進制隨機信號或是一串預先指定的數(shù)據(jù)位，而緊跟在訓練序列后被傳送的是用戶數(shù)據(jù)。接收機處的均衡器將通過遞歸算法來評估信道特性，并且修正濾波器系數(shù)以對信道做出補償。在設計訓練序列時，要求做到即使在最差的信道條件下，均衡器也能通過這個訓練序列獲得正確的濾波系數(shù)。這樣就可以在收到訓練序列后，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，均衡器的自適應算法就可以跟蹤不斷變化的信道，自適應均衡器將不斷改變其濾波特性來保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆�(wěn)定性。

    但通過預加重和均衡技術(shù)來延長SDI的信號傳輸距離在實際應用中還是存在許多問題，線纜的特性對傳輸距離影響很大，再加上同軸電纜傳輸是一個單端傳輸系統(tǒng)無法抑制共模干擾。模擬監(jiān)控中工程現(xiàn)場如果線路不好就會帶來干擾，這些都會嚴重影響SDI信號的傳輸距離，則不難理解目前對于HD-SDI傳輸距離為何莫衷一是。理論傳輸距離和實際差異太大，而且最糾結(jié)的是如果HD-SDI信號超過它的傳輸距離，收端就無法解出任何信號來，這一點比傳統(tǒng)的標清模擬傳輸系統(tǒng)的性能差遠了。所以HD-SDI傳輸技術(shù)要大面積應用于監(jiān)控系統(tǒng)還是有很多問題和困難的。