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16外场信号传输系统
第16章外场信号传输系统
16.1概述
本章主要内容包括外场视频监控点与指挥中心之间的传输链路及采用的传输的方式和设备。
16.2系统功能
通过采用光纤系统传输系统将泉州市交通管理系统中的路口116个视频图象信号、云台控制命令、交通信号数据、电子警察、LED交通诱导信息控制信号、交通流检测信号等视频、交通流数据采集信息、数据信息等传输到交通指挥中心。
通信系统的传输质量直接影响系统的视频图像的质量和数据传输得准确率。
要求通信系统具有传输可靠、运行稳定、无误码率。
由于泉州市视频监控覆盖面积广,在一些具有视频监控的路口还有路口信号机、电子警察、诱导系统等其它的交通管理设施,为了更好的利用路光纤系统,节约光纤资源和设备购置费用,设计根据路口的不同情况采用光纤链路选用不同的复用光端机的设计方案,并考虑将来交通管理设施增设的情况。
16.3系统结构和实施范围界定
光纤通信系统负责将路口的信号源经光纤传输系统传输到交警指挥中心,中间的光纤链路由泉州电信部门负责提供。
路口端,电信负责把光纤拉到路口机柜,并熔接出尾纤,接口为FC/PC或ST/PC口;中心端,电信负责把单模G.652A级光纤拉到指挥中心设备间,提供光线配线架机柜和光纤跳线,接口为FC/PC或ST/PC口。
光纤通信系统提供系统传输需要的各种不同数据端点对点光端机,在光纤测通指标保证≤0.4db/km的情况下,保证通信链路的通畅和高质量。
系统连接结构:
泉州市光纤通信系统采用点对点传输方式,因此,光纤系统的结构如下:
16.4光端机工作原理
16.4.1模拟与数字传输的区别
目前在高速公路、交通、电子警察、监控、安防、工业自动化、电力、海关、水利、银行等领域视频图像、音频、数据、以太网、电话等光端机开始普遍大量应用。
初期模拟调频、调幅、调相光端机在市场上占有相当的比例,其传输方式是将基带的视频、音频、数据等信号调制在某一载频上,通过发射光端机进行光纤传输,然后通过另一端的接收光端机进行解调,恢复成相应的基带视频、音频、数据信号。
而国内、国外工程项目上开始大量应用的数字式光端机是将多路模拟基带的视频、音频、数据进行高分辨率数字化,形成高速数字流,然后将多路数字流进行复用,通过发射光端机进行发射,然后通过另一端的接收光端机进行接收,解复用,恢复成各路数字化信号,再通过数字模拟变换恢复成模拟视频、音频、数据。
从目前市场情况来看,模拟光端机已逐步退出市场,而数字光端机如开始在市场上普及。
数字代替模拟,复用代替单路,这也是光纤通信技术显著的发展趋势。
由于数字光端机克服原来模拟调频、调相、调幅光端机多路信号同传时交调干扰严重、容易受环境干扰影响、传输质量低、长期工作稳定性差的缺点,因此许多大型重点工程已普遍采用数字光端机。
16.4.2光纤上传输的信号方式
模拟光端机输出的光信号是模拟调制光信号,它随输入的模拟载波信号的幅度变化引起光信号幅度变化。
而数字光端机上光头发射的光信号是数字信号即0或1对应光信号强、弱两种状态,不同的0和1组合代表不同幅度的视频、音频、数据信号。
这一区别导致模拟光端机的信噪比难以提高,稳定性差,传输距离受到很大限制。
16.4.3信号输入和输出处理方式
无论模拟、数字光端机,对输入的基带的视频、音频、数据信号都必须进行处理。
对于模拟光端机,处理方式是将视频、音频、数据的幅度对一高频信号进行调制,使高频载波信号的幅度或频率随视频、音频、数据的幅度变化而变化;而数字式光端机对对输入的基带的视频、音频、数据进行高分辨率的模拟-数字转换,如1Vp-p幅度范围的幅度信号利用12bits的数字信号来表示,1V等分成4096,因此模数转换后引起的最大电压幅度误差为1/4096V(约2.5mV),此误差电压称为量化误差电压,各种幅度的电压数值从0V、1/4096V、2/4096V...最大1V分别对应的数字编码为000000000000、000000000001、000000000010...111111111111。
数字编码信号直接控制光头发射的光信号的强、弱两种状态(对应0或1),接收光端机再将数字编码进行数字-模拟转换,恢复成原始的基带的视频、音频、数据信号。
处理方式的不同,引起的视频、音频、数据信号信号失真、变畸变、干扰不同。
模拟光端机由于要进行调幅、调频、调相,所以模拟信号的幅度的变化与载波信号因调制而引起的幅度、频率、相位的变化是否为一一对应的线形关系成为模拟光端机质量好坏的关键,到目前为止,很难做到真正线性调制,非线形必然引起信号失真;同时调制好的载波信号还要调制光信号,光信号的非线性也是一个非常重要的因素,因此光信号在光纤中长距离传输,会引起光信号的功率衰减,传输频率漂移、相位失真,光信号色散效应同样也会引起光信号畸变;光信号到达接收端,接收光器件仍然要引起非线性失真,由光电转换后的模拟信号进入解调,解调与调制一样会产生非线性畸变。
所以综合模拟光端机,从输入信号调制-电光转换-光输-光电转换-解调这五个过程,都会引起非线形失真,而这些信号畸变失真是固有的所以是不可消除的,所以模拟光端机传输视频图象、音频质量、数据的效果很难达到很满意的效果。
数字式光端机仅只有模数转换的量化误差(如1V视频信号12bits时仅为2.5mv),不足以引起信号畸变。
16.4.4多路信号同传的交调失真
在现场监控应用中,用户可能有许多各种信号,如视频图像、音频、数据、以太网、电话或其它用户自定义的信号,每种信号分别用一对光端机来传输,必然价格昂贵,所以为了提高光纤的利用效率,降低成本,必须的各种信号在光端机进行复用,以便在一根光纤上传输。
对调频、调幅、调相光端机来讲,传输10/100M以太网信号或多路电话等高速信号是难以做到的,将多路视频或音频信号混合调频、调幅、调相在某一载波上必然会引起各种镜像、交调干扰,这些不稳定的现象都是模拟调制技术长期以来一直所固有的缺点。
所以模拟光端机传输信号容量有限。
而数字光端机传输的是数字信号,很容易进行大容量复用并且不会出现相互干扰。
可以实现1路视频、音频、数据、以太网、电话在同一根光纤上传输而无任何交调干扰。
16.4.5数字光端机的特性及优点
◆1~32路视频、多路数据、音频、以太网单纤双向传输
◆8/10位数字编码及无压缩式视频传输
◆支持任何高分辩率视频信号
◆5Hz-10MHz视频通道
◆自动兼容PAL、NTSC、SECAM视频制式
◆支持RS-232、RS-422、RS-485(2/4线制)、曼彻斯特码的数据接口
◆带APC电路,输出光功率恒定,动态范围大
◆千兆光纤传输及WDM技术,大容量,易升级
◆透明的数据编码方式/同主要CCTV摄像机生产商的产品兼容
◆电源和其它参数状态指示的LED可监视系统的运行状况
◆支持视频无损再生中继
◆支持视频、数据、电话语音并行传输
◆先进自适应技术,使用时无需进行现场的电气或光学调节
◆工业级设计,模块化设计使设备可靠灵活
◆可自动恢复电源熔断丝
16.5应用设计
现代城市道路监控系统的核心有五个部分组成:
交通控制、交通监视、交通信息管理、交通接处警和综合信息传输。
同时辅助于其他外围设备和系统,如闯红灯检测、卡口智能识别、GPS车辆定位等。
城市交通管理及指挥系统的一个重要特点是多级管理。
按照编制和级别大致可以分为交通中队、交通大队、交通支队、交管局指挥中心等。
在传统的城市交通监控系统中,上述各部门通常只对自己辖区内的城市道路进行监控和管理,各部门之间缺乏有效的监控及信息交换手段,使统一管理和指挥比较困难。
使用数字非压缩光端机系列产品针对城市交通监控推出了一揽子解决方案,包括各路口及主干线的视频信号及各类数据的上传;各中队、大队与指挥中心的视频信号、各类数据及信息的共享。
16.5.1路口及主干线信号的上传
城市交通监控及管理的基础就是各路口及主干线上传的视频信号及各类数据。
部分路口与所属交通中队或交通指挥中心有光缆连接,对于这部分路口信号的传输,设计采用数字非压缩多路复用光端机完成。
随着交通路口信号的多样化,交通路口除了视频信号外还有其他信号需要传输,一个交通路口目前所需的信号如下:
·路口摄像机。
·PTZ控制。
·电子警察信号。
·路口交通红绿灯信号传输。
·交通信号诱导屏。
·中心对路口的广播
在电子警察信号传输中,经数码相机抓拍的每幅图片采用JPEG方式压缩,通常情况下,假设图片的大小为384KBytes,如果使用38.4Kbp/s的速率传输,则传输一幅图片需要时间384KBytes*8/38.4Kbp/s=80s;按照每个路口每天有600幅图片需要传输,则传输图片需要时间:
600*80s=48000s=800m=13.3h
实际传输速率可能仅为19.2Kbp/s,那么传输一个路口电子警察照片时间为25小时;考虑到其它影响因素,如误码重传、预处理、线路故障等,这也就可以解释采用双向数据(RS232/485)传输电子警察信号经常出问题的原因。
电子警察系统多采用工业控制计算机实现,而近年来工业控制计算机的主板上又都集成了网络传输接口,在此基础上,传输电子警察信号应该采用10MKbp/s网络接口信号,这样,不但可以实时传输电子警察图像,而且可以降低因为传输过程带来的其他问题。
因此,城市外场交通管理应用系统需要的光端机提供的接口起码要求应该为:
单纤传输1路或者2路视频+3路双向数据+1路音频+1路以太网;
同时,光端机具备网络功能可以在未来的应用中对相关设备进行升级从而降
低了总成本。
16.5.2光端机的系统特点
1)在一芯光纤上同时传输视频、音频、数据信号,而且可以传输以太网信号,有效的解决了电子警察信息的传送及联网问题节约了光纤资源。
2)采用数字非压缩技术,系统可靠性高,可适应交通路口室外恶劣环境的需要。
3)采用数字技术,不存在模拟调频、调相、调幅光端机的交调干扰,图像效果优于模拟视频传输方式。
4)具备以太网接口,才能适应各种信号联网的要求。
5)采用大规模集成电路设计,有效的减少了故障发生点,系统可靠性高且减少了资源的使用,达到环保要求。
6)投资较少,见效快。
16.5.3光传输设备的选用
泉州市交警指挥中心系统中:
路口视频图象、云台控制命令、交通信号数据、网络数据、电子警察,交通诱导LED屏幕、语音等信息,都通过电信光纤网资源的一芯光纤传输,通信系统的传输设备质量直接影响系统的质量。
要求设备传输可靠、运行稳定、损耗低、加权信噪比高(视频信号)、误码率低(数据信号)。
光纤资源决定传输方案,设计采用高复用技术的光传输设备(光端机)。
该设备采用数字编码多种复用技术结合,支持视频数字传输32路可达广播级质量,支持4路不同数据传输(RS-232、RS-422、RS-485可选)和开关量(可选),有音频接口和全双工10/100M自适应网络RJ-45接口。
上述功能不是同时在1根光纤上可实现的,结合将来交通管理设施可能增设的情况。
设计列出可供选用的光端机复用类型和数量,光纤传输系统的光纤链路由泉州市电信公司提供,因此所剩下的就只有各种不同复用类型的光端机选择。
如下表:
序号
复用光端机规格型式
数量
备注
1
1路视频+1路反向控制(RS-422)+网络
48对
2
2路视频+1路反向控制(RS-422)+网络
4对
3
4路视频+1路反向控制(RS-422)+网络
1对
4
8路视频+1路反向控制(RS-422)
1对
5*
32路视频+1路双向RS-422数据
4对
6*
1路视频+1路反向控制+1路RS-232数据+1路音频+网络
54对
7
1000M光收发器
1对
上表第5、6项达到点对点单光纤传输复用的较高技术水平,规格型式向下兼容。
16.5.4光端机技术规格
1)型号:
如BCOC-T/R01010201S(I路视频+1路音频+3路数据+1路IP单模光端机)
2)型号:
如BCOC-T/R32000100S(32路视频1路数据单模光端机)
光学特性
输出/输入波长
1310/1550nm
ST/FC连接器
发射功率
(-10~-4)dBm
G625光纤
光谱带宽
3nm
接收灵敏度
优于-34dBm
视频
通道数
1、2、4、8、32路(可选)
采样编码
8位/10位
视频输入输出阻抗
75欧姆
信号接口
BNC(PAL、NTSC、SECAM制式兼容)
输入输出信号电压
1Vp-p
输入过载电压
1.5Vp-p
插入增益
1±5%
带宽
5Hz~10MHz
行失真
2.5%
场失真
2%
低频失真
0.25V最大
短时失真
2.5
短时失真
5%
C/L串扰
0.1%
光非线性
3.5%
C/L增益延时
3%
C/L延时
90纳秒
微分增益
(10%-90%APL)DG<1%(典型值)
微分相位
(10%-90%APL)DP<1°(典型值)
信噪比
70dB(加权)
音频
通道数
1路
双向
采样频率
44.1kHZ
采样编码
18位
输入阻抗
600欧姆
输出阻抗
600欧姆
额定电平
0dBm
频率响应
20Hz~20kHz
1dB
信噪比
85dB
CCIR加权
数据
通道
1-2路
双向可选
数据格式
RS-232/485/422、BI-PHASE
可选
比特率
0...115.2Kbps
总采样频率
2MHz
数据错误率
≤10-9
接口方式
RJ45
以太网
通道
1路
以太网接口
符合ITU_T802.3协议
网络速率
10/100M自适应以太网
内部带宽
5Mbps
接口方式
RJ45
设备网管接口
RJ11
电气特性
输入电压范围
7VDC(单路),220VAC(32路)
电流
1000毫安
机械特性
尺寸
毫米
长*宽*高
重量
公斤
环境特性
工作温度
-30℃~+75℃
储存温度
-40℃~+85℃
湿度
0...95%
无冷凝
电磁兼容性
符合GJB151A-97、FCC标准
平均无故障时间
MTBF:
≥105小时
16.5.5系统连接
泉州市交通管理系统的光纤通信系统采用点对点光纤传输方式,即在路口端(信号源端),摄像机视频信号、控制信号(若有其他交通管理设施如:
交通信号控制、电子警察、LED控制、卡口等)接入光发射机,然后通过光纤传输到指挥中心,经光接收端机还原出信号源的信号。
设备连接图
视频接口(VIDEO):
BNC插座
光纤接口(OPTICAL):
FC光纤连接器
V-IN:
视频指示灯,当视频接口有视频输入/输出时常亮。
(绿)
设备接口定义说明:
以太网接口:
采用RJ45接口方式。
接口为DTE模式,如与交换设备如HUB连接采用普通网线,接线定义如下:
RJ-45Pins信号定义
1&2-------------------Transmitpair(tonetwork)
3&6------------------Receivepair(fromnetwork)
4&5&7&8------------Notuse
双向音频接口:
采用RJ45端子接口方式。
AUDIOIN:
音频输入接口。
1:
第1路音频信号输入
2:
第2路音频信号输入
G:
音频信号地
AUDIOOUT:
音频输出接口。
1:
第1路音频信号输出
2:
第2路音频信号输出
G:
音频信号地
双向异步数据接口:
采用RJ45端子接口方式。
电源接口:
采用凤凰端子接口方式。
+/-7V:
DC7V电源接口。
16.5.6短程微波接力传输部分
大坪山、后渚大桥等4处目前没有光缆,设计采用点对点短程微波开路+光缆闭路“接力”传输的方式,将该监控点的模拟视频信号先发送到最近或最方便的下一个光缆可到达的监控点(视距范围中间无遮挡),再通过该监控点的光端机传回交警指挥中心。
控制数据再采用另一套反向微波数字发送、接收设备从光端机所在位置传回监控点,这种方式的控制码速率为1200到9600Bit/s可选,微波传输频率2400MHz,无遮挡传输距离最远可达50公里。
其中,后渚大桥两个监控点视频信号接入报关大楼光端机,大坪山2两个监控点视频信号接入湖心坪山交汇处光端机,朋山隧道监控点视频信号接入清源环岛光端机。
16.5.6.1微波短程开路传输方式
16.5.6.2工作原理
微波图象传输系统按照不同的工作频率来划分波段。
常用的有以下三个波段,三个波段的工作频率分别为:
1.L波段1.0-2.0GHZ
2.S波段2.3-3.0GHZ
3.KU波段10.75-11.7GHZ
系统的构成如下:
1)KU发射机1台
2)KU接收机1台
3)KU波段变频放大器1个
4)0.4M抛物面天线2个
5)12V/5A开关电源1个
6)滤波器1个
微波传输工作原理
光端机视频输出口到微波发射机视频输入端口用RG59的同轴电缆连接,微波接收机的视频输出口使用RG59同轴电缆连接光端机的视频输入口。
无线数字指令收发系统,工作于RF射频频段,用于传输速率为1200BPS-9600BPS的串行数字信号。
接口方式有RS232和RS485两种,可以与美国Pelco控制矩阵和控制键盘相配套使用,应用十分灵活。
其全向发射覆盖范围可达到30公里。
无线数字指令收发系统的工作方式为点频方式,频点通常有150MHZ、230MHZ和450MHZ等频点,发射功率视控制距离而定。
工作方式为自控发射方式,即当发射机收到RS485或RS232总线的数据时才发射,平时为待机状态。
16.5.6.3微波设备技术规格
1、远程发射机技术指标:
工作频率:
10.7GHZ-12.7GHZ
发射功率:
8dBm
输出阻抗:
75
输入视频:
1V峰-峰值
输入音频:
0.1-1.0V峰-峰
工作电压:
+12VDC
工作电流:
200-300mA
调制方式:
FM
杂波抑制:
≤-65dB
调制指标:
DG5%,DP5,PGS7
调制带宽:
18MHZ
视频制式:
PAL
环境温度:
-15-+55C
输出接口:
SMA座
外形尺寸:
300*240*90MM
2、接收机技术指标:
输入频率:
9.5GHZ-12.1GHZ
输入阻抗:
75
输入电平:
-65---35dbm
中频带宽:
27MHZ
噪声门限:
6db典型值
视频制式:
PAL/NTSC
去加重:
CCIR405-1625行/525行
视频输出:
1V峰-峰值
频率响应:
+1--2DB(10KHZ-5MHZ)
工作电压:
AC150V-AC270V
功耗:
15W
LNB电源:
18V/360MA
外形尺寸:
430*63*295MM
重量:
3.2KG
3、KU天线技术指标:
天线增益:
34db
输入驻波:
1.15
接口:
BJ120波导或SMA座
天线口径:
0.4M偏馈抛物面
波束宽度:
2.5
极化方式:
垂直/水平/左旋/右旋可选
4、KU变频放大器LNB技术指标:
输入频率:
10.7-12.75GHZ
噪声系数:
0.7db
镜像抑制:
-40db
输出频率:
950-2050MHZ
输出阻抗:
75
输出驻波:
2.0:
1
增益:
56db
增益坦度:
5db
1DB压缩:
+5dbm
频率稳定:
3MHZ
工作温度:
-40C-+50C
5、指令发射机技术特性:
接口类型
DB9型针式接头(RS-232RS485接口方式)
通信数据速率
1200-9600bps
频率稳定度
+/-5PPM
天线阻抗
50Ω
射频功率
0-25W
电源电压
13.8VDC/10A
环境温度
-5--40℃
相对湿度
30%-85%
体积
418mm×220mm×85mm(宽×深×高)
6、无线指令接收机
接口类型
航空四芯接头(RS-232RS485接口方式)
通信数据速率
1200-9600bps
频率稳定度
+/-5PPM
天线阻抗
50Ω
电源电压
50—60Hz,220VAC
环境温度
-20--55℃
相对湿度
30%-85%
体积
230mm×300mm×95mm(宽×深×高)
- 配套讲稿:
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