光端機視頻編碼傳輸技術(shù)的應用與分析

一、光端機發(fā)展概述

眾所周知，視頻光端機從國外引進(jìn)到模仿制造，再到完全自主知識產(chǎn)權的自主創(chuàng )造，經(jīng)歷了從模擬技術(shù)到數字化技術(shù)過(guò)渡，實(shí)現了從功能單一到多業(yè)務(wù)綜合傳輸的飛躍，由少量使用到大規模應用，視頻光端機伴隨著(zhù)監控行業(yè)的發(fā)展一步步地走向成熟。

自2001年以來(lái)，隨著(zhù)寬帶數字光傳輸器件技術(shù)以及數字視頻技術(shù)的飛速發(fā)展，數字視頻光端機開(kāi)始走向市場(chǎng)并逐漸取代了模擬光端機市場(chǎng)，迎來(lái)了數字視頻光端機高速發(fā)展的時(shí)代，并呈現出技術(shù)成熟、性能優(yōu)越、應用面廣、需求旺盛的局面。

近年來(lái)，隨著(zhù)安防市場(chǎng)需求的變化，視頻光端機的技術(shù)創(chuàng )新和產(chǎn)品變革呈現出了更強的應用性：（1）為適應高速公路外場(chǎng)監控的需要，級聯(lián)型鏈路式光端機取代傳統的點(diǎn)到點(diǎn)光端機大量應用；（2）為了滿(mǎn)足公安三四級聯(lián)網(wǎng)的應用，單纖傳輸雙向視頻、音頻、數據、電話(huà)、E1、以太網(wǎng)等的多功能光端機應運而生；（3）隨著(zhù)平安城市建設規模的不斷擴大，光纖資源緊缺的問(wèn)題暴露出來(lái)，光端機廠(chǎng)家又及時(shí)推出了匯聚光端機產(chǎn)品。

目前，安防視頻光端機呈現出高速發(fā)展的勢頭，其應用也大幅增長(cháng)，核心編解碼技術(shù)及關(guān)鍵技術(shù)都有很大提高和創(chuàng )新，實(shí)際應用中存在的技術(shù)瓶頸和問(wèn)題都得到了很大的完善。本文重點(diǎn)從視頻光端機的編解碼技術(shù)、技術(shù)創(chuàng )新及應用情況等進(jìn)行分析探討。

二、光端機原理及編碼

光傳輸系統由三部分組成：光源（光發(fā)送機）、傳輸介質(zhì)、檢測器（光接收機）其中光源和檢測器的工作都是由光端機完成的。光端機就是將多個(gè)E1（一種中繼線(xiàn)路的數據傳輸標準，通常速率為2.048MbPS，此標準為中國和歐洲采用）信號變成光信號并傳輸的設備（它的作用主要就是實(shí)現電-光和光-電轉換）。光端機主要有模擬光端機和數字光端機兩種：

1．模擬光端機

模擬光端機采用了PFM調制技術(shù)實(shí)時(shí)傳輸圖像信號，是目前使用較多的一種。發(fā)射端將模擬視頻信號先進(jìn)行PFM調制后（一般有調頻、調相、調幅幾種方式，從而把模擬光端機分成調頻、調相、調幅等幾種光端機），再進(jìn)行電-光轉換，光信號傳到接收端后，進(jìn)行光-電轉換，然后進(jìn)行PFM解調，恢復出視頻信號。由于采用了PFM調制技術(shù)，其傳輸距離很容易就能達到30Km左右，有些產(chǎn)品的傳輸距離可以達到60Km，甚至上百公里。并且，圖像信號經(jīng)過(guò)傳輸后失真很小，具有很高的信噪比和很小的非線(xiàn)性失真。通過(guò)使用波分復用技術(shù)，還可以在一根光纖上實(shí)現圖像和數據信號的雙向傳輸。

2．數字光端機

由于數字技術(shù)與傳統的模擬技術(shù)相比在很多方面都具有明顯的優(yōu)勢；所以正如數字技術(shù)在許多領(lǐng)域取代了模擬技術(shù)一樣，光端機的數字化也是一種必然趨勢。目前，數字圖像光端機主要有兩種技術(shù)方式：一種是MPEGII圖像壓縮數字光端機，另一種是非壓縮數字圖像光端機。

圖像壓縮數字光端機一般采用MPEGII圖像壓縮技術(shù)，它能將活動(dòng)圖像壓縮成N×2Mbps的數據流通過(guò)標準電信通信接口傳輸或者直接通過(guò)光纖傳輸。由于采用了圖像壓縮技術(shù)，它能大大降低信號傳輸帶寬，以利于占用較少的資源就能傳送圖像信號。同時(shí)，由于采用了N×2Mbps的標準接口，可以利用現有的電信傳輸設備的富裕通道傳輸監控圖像，為工程應用帶來(lái)了方便。不過(guò)，圖像壓縮數字光端機也有其固有的缺點(diǎn)。其致命的弱點(diǎn)就是不能保證圖像傳輸的實(shí)時(shí)性。因為圖像壓縮與解壓縮需要一定的時(shí)間，所以一般會(huì )對所傳輸的圖像產(chǎn)生1－2S的延時(shí)。因此，這種設備只適合用在對實(shí)時(shí)性要求不高的場(chǎng)所，另外，經(jīng)過(guò)壓縮后圖像會(huì )產(chǎn)生一定的失真，并且這種光端機的價(jià)格也偏高。

非壓縮數字圖像光端機的原理就是將模擬視頻信號進(jìn)行A／D變換后和語(yǔ)音、音頻、數據等信號進(jìn)行復接，再通過(guò)光纖傳輸。它用較高的數據速率來(lái)保證視頻信號的傳輸質(zhì)量和實(shí)時(shí)性，由于光纖的帶寬非常大，所以這種高數據速率也并沒(méi)有對傳輸通道提出過(guò)高要求。非壓縮數字圖像光端機能提供很好的圖像傳輸質(zhì)量（信噪比大于60dB，微分相位失真小于2，微分增益失真小于2％），達到了廣播級的傳輸質(zhì)量，并且圖像傳輸是全實(shí)時(shí)的。由于采用數字化技術(shù)，在設備中可以利用己經(jīng)很成熟的通信技術(shù)比如復接技術(shù)、光收發(fā)技術(shù)等，提高了設備的可靠性，也降低了成本。

三、光端機存在的問(wèn)題及技術(shù)創(chuàng )新

當前光端機遇到的瓶頸是如何更好地融入到網(wǎng)絡(luò )化的應用中去。因此，提供全面、系統的應用解決方案，以及針對特定的應用改進(jìn)產(chǎn)品和技術(shù)無(wú)疑是最佳的解決之道。

1．光纖數字視頻網(wǎng)絡(luò )管理平臺

光纖數字視頻網(wǎng)絡(luò )管理平臺（VAM）集合了以太網(wǎng)的標準化和通用化特點(diǎn)、非壓縮視頻的高質(zhì)量回質(zhì)優(yōu)勢以及壓縮視頻的應用便利性，集傳輸、交換、存儲、分析、處理。應用等眾多功能于一體，為用戶(hù)提供一個(gè)完整的視頻監控應用系統解決方案。

VAM系統有很多獨特的優(yōu)勢：（1）系統將非壓縮視頻和壓縮視頻同時(shí)封裝成以太網(wǎng)數據包，而以太網(wǎng)接口又是目前應用最為廣范的通信接口形式，這樣只要能承載以太網(wǎng)傳輸和交換的系統都能作為VAM系統的傳輸和交換通道。（2）VAM系統內傳輸和交換的內容是非壓縮數字視頻，也就是說(shuō)VAM系統能提供高質(zhì)量的圖像，保證監控系統對視頻的無(wú)失真、全實(shí)時(shí)要求。壓縮視頻也能在VAM系統內與非壓縮視頻同時(shí)傳輸，突破了傳統視頻光端機的概念。VAM系統能根據用戶(hù)的需要提供4種碼流，需要大屏顯示的地方，VAM系統可提供128M的非壓縮視頻碼濟保證，一般的監視器顯示VAM系統可以提供保證清晰度和實(shí)時(shí)性的SM碼流數字視頻，桌面瀏覽可提供2M壓縮視頻碼流，而存儲則可提供512K或2M碼流壓縮視頻，在滿(mǎn)足各種需求的同時(shí)具有相當的靈活性。（3）在視頻信號的數字化方面；VAM系統遵循國際標準ITUBT601、BT656對模擬視頻進(jìn)行數字化，而B(niǎo)T656數字視頻是壓縮編碼或視頻分析處理的標準數字視頻碼流，所以，在數字化的過(guò)程中，VAM系統能向應用系統提供最大限度地減少失真的視頻源。

2．VPON無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )非壓縮數字視頻

VPON無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )非壓縮數字視頻光端機也是一個(gè)系統級的產(chǎn)品。它創(chuàng )造性地將PON技術(shù)應用于非壓縮視頻的傳輸，帶來(lái)的好處是不僅節省光纖資源；同時(shí)也給非壓縮視頻的傳輸組網(wǎng)帶來(lái)了極大的靈活性。1個(gè)OLT可以接入8個(gè)ONU，每個(gè)ONU上可以接入1到3路非壓縮數字視頻，這8個(gè)ONU和OLT之間可以任意組網(wǎng)、鏈型、樹(shù)形、星型，給應用帶來(lái)了極大的靈活性。

綜上所述，標準化和開(kāi)放性能夠實(shí)現與其他設備的互聯(lián)互通，并可以提供專(zhuān)業(yè)化的應用產(chǎn)品。其中視頻編碼技術(shù)在這里扮演著(zhù)重要角色，如視頻光端機通過(guò)以太網(wǎng)接口來(lái)傳輸視頻信號，數字視頻碼流采用BT656標準、壓縮編碼采用H.264視頻壓縮標準等等，都在很大程度上保證了系統的標準化和開(kāi)放性。

四、光端機在視頻監控領(lǐng)域的應用

由于光纖傳輸的種種優(yōu)點(diǎn)，光端機應用的場(chǎng)合非常廣泛。目前光端機應用最多的方面就是長(cháng)距離視頻和數據的傳輸；在高速公路、銀行、電力、電信等監控領(lǐng)域都要求對視頻信號進(jìn)行遠程的傳輸，它是利用光端機將視頻信號轉化為數字信號通過(guò)光纖進(jìn)行傳輸；并在遠程視頻會(huì )議、遠程教學(xué)、遠程醫療、通訊等諸多領(lǐng)域都有很廣闊的應用前景。

其中，視頻光端機在社會(huì )治安動(dòng)態(tài)監控系統中得到充分的應用。隨著(zhù)“平安城市建設”、“3111試點(diǎn)工程”、“城市報警與監控系統”等項目建設和推廣，視頻光端機在城市社會(huì )治安動(dòng)態(tài)監控系統中發(fā)揮著(zhù)巨大的作用。在一些大型的城市社會(huì )治安動(dòng)態(tài)監控系統中，為了保證視頻光端機產(chǎn)品的質(zhì)量，公安部門(mén)作為使用方對無(wú)端機產(chǎn)品以及其他重要設備實(shí)行單獨招標。例如，2007年，青島市公安局對青島市社會(huì )治安動(dòng)態(tài)監控系統一期工程1000個(gè)監控點(diǎn)使用的視頻光端機產(chǎn)品采用設備單獨招標的方式，不僅保證了視頻光端機產(chǎn)品質(zhì)量，也降低了系統成本。

五、總結

視頻監控產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展為視頻光端機帶來(lái)了黃金般的發(fā)展機遇。從長(cháng)遠來(lái)看，數字傳輸的應用將會(huì )成為主流，模擬傳輸方式的產(chǎn)品還會(huì )存在，但可能會(huì )用來(lái)做一些短距離的傳輸。隨著(zhù)日益加大的交通流量，對圖像、聲音和數據的綜合傳輸要求也會(huì )越來(lái)越高，數字光端機將會(huì )被業(yè)主們作為一種必需的設備而采用。與此同時(shí)，這幾年基于IP網(wǎng)絡(luò )的數字壓縮視頻監控產(chǎn)品也異軍突起，這兩類(lèi)技術(shù)對市場(chǎng)的爭奪日趨激烈。因此，替代性的競爭風(fēng)險是光端機繁榮背后的一片越來(lái)越重的陰影?？傮w而言，這兩類(lèi)技術(shù)彼此都具有一定的不可替代性，雖然網(wǎng)絡(luò )監控產(chǎn)品對光端機市場(chǎng)的分流作用會(huì )將更加明顯，但是兩者長(cháng)期共存的局面也是業(yè)界的共識。