解读视频光端机的技术区别

光端机作为光纤通讯设备，凭借传输容量大、距离远、衰减小、抗电磁干扰能力强等诸多优势备受人们亲睐，并在传输领域发挥着重要作用，同时用户端也对其更加熟悉、了解。以下主要从光端机的技术、选择的标准与指标、环境适应问题等多方面进行阐述，以期给广大工程商一个较全面的了解。
　　 提起光端机，业内人士一定耳熟能详。其作为光纤通讯设备，凭借传输容量大、距离远、衰减小、抗电磁干扰能力强等诸多优势备受人们亲睐。早在全国兴建高速公路之始，光端机已得到广泛使用，并朝着多类型、多功能方向发展。而从2004年开始的全国“平安城市”建设，也成为视频光端机广泛应用的又一大契机，使得光端机市场更加蓬勃地发展起来。
　　种类众多，市场发展较为混乱
　　所谓光端机即放在光缆两端进行光电——电光转换传输的收发设备。从工作原理和应用来分，光端机又可分为模拟和数字两类。数字光端机中又有数字压缩式与数字非压缩式视频光端机。
　　数字压缩式光端机主要是指在通信传输过程中进行信号压缩传输的视频光端机。其主要采用MPEG-2、MPEG-4或H.264编码技术进行压缩，所传输的音频、数据、视频信号等电子信息通过编码被压缩成E1识别的码流，所以此类光端机都可以按E1来划分容量。根据编码技术的不同，可将信号分别压缩为2：1、4：1或8：1的大小，而压缩的体积越小，传输的容量就会相应增多。据上海庄诚电子技术有限公司总经理陈庄介绍，此种数字压缩式光端机与非压缩式光端机都可将信号传输至监控中心，压缩容量大，适用于网络带宽不足的领域，但易出现延迟、视频质量变差等问题。
　　而人们通常所说的光端机则为数字非压缩式光端机。传输信号经过数字化处理，即通过抽样和量化编码实现模/数（A/D）转换，再利用高速数字复接技术将多路数字视频信号或数字音频及其它信号复接成高速码流，并通过高速数字光传输平台进行传输---- “此类光端机可大量减少工程布线，提高传输质量，彻底解决干扰问题，降低工程造价，已被广泛使用于高速公路、智能交通、平安城市、机场/码头、住宅小区、体育场馆、金融单位等诸多领域，当前在安防领域中主要使用的亦为该种光端机。”由于压缩式光端机较少人使用，主要介绍数字非压缩式光端机。
　　数字非压缩式光端机主要包括点对点式、节点式等等。其中点对点式为最基本的视频光端机，也是目前使用较多的光端机，但由于其只能是一个点对着另一个点，因此较浪费光纤；而节点式则普遍应用于高速公路，可在一根光缆上任意设置多个节点，可以较大程度上节省光纤；另外在电信、网通等运营商中则较多使用汇聚式视频光端机，其在远程可由多个点汇聚成一个中心，再统一通过光纤传输至后端监控中心，此种方式可大量节省光纤。
　　由于光端机“成员”众多，光端机市场在一定程度上存在一些问题。由于目前国家对光端机并无明确的统一标准，因此光端机市场甚为混乱，不同厂家的产品价格差异较大。 “当前我国光端机技术已发展得相当成熟，并无太多技术壁垒；由于技术门槛较低，地区小作坊式的加工厂普遍存在，因此在一定程度上造成光端机市场的混乱。低端产品在质量上会影响使用的效果，给用户造成一定伤害。这就要求专业的生产厂商生产更多、更适合、质量更好的、价廉的光端机产品，建议用户根据需要选择最合适的产品。
　　光模块与视频处理模块，产品的核心器件
　　光端机作为专业的信号传输设备，已朝着模块化方向发展。光端机内部主要包括视频处理模块、光模块、模拟电路及保护电路等部分，这些部分相辅相成，是光端机不可或缺的部分。其中，核心部件为光模块与视频处理模块。
　　光模块
　　 光模块即光收发一体模块，是光纤通信系统中的重要器件。作为光电转换模块，在发射机中将电信号转换为光信号，而在接收机中则将光信号转换为电信号，在光端机中主要起着信号转换作用。
　 光端机是随着光模块的发展而进一步发展的，进口光模块的价格几乎是国产价格的5倍以上，在单路视频光端机中光模块的价格占总成本的一半以上，而当前中国的光电技术已较成熟，因此国内光端机厂家较多选用国产品牌光模块。目前国内光模块生产厂家主要集中在江苏、武汉、深圳等地区，这里集中了一批如江苏奥雷光电、深圳思达光电等知名厂家，为光端机生产厂商提供质量优异的光模块产品。
　　 光模块可分为商业级、工业级与军工级三个级别，其中商业级适应的温度范围在0度~75度，工业级为-45度~85度，军工级要求最高，可适应更为恶劣的环境。由于光端机厂家选用的光模块等级不同，产品自身各方面性能也会相应地存在较大的差异。优质的光模块除具备较高兼容性与稳定性外，扩展性相对较好，而光模块厂家也会对模块进行专门优化，以适应不同客户的需求。当前光模块厂家众多，一些老牌光模块厂家偏重于通信类的光端机模块，如SDH、PDH等，产品需求较单一，某些专业厂家则主要倾向于视频光端机方面，可针对客户的个性化需求定制。
　　 虽然光模块厂家众多，虽然光模块厂家统一按照国际标准IPU进行生产，不同厂家的产品处于同一水平、统一平台之下，实现的功能基本相同，因此在硬件方面并无太大差异，但由于质量管理、售后服务、市场策划等软件方面的不同，会导致不同厂家产品存在差异。
　　 视频处理模块
　　 视频处理模块内部的CPLD可编程逻辑芯片在光端机内部起到决定作用。CPLD是一种用户根据各自需要自行构造逻辑功能的数字集成电路，基本设计方法是借助集成开发软件平台，用原理图、硬件描述语言等方法，生成相应的目标文件，通过下载将代码传送到目标芯片中，实现设计的数字系统。该种芯片通常从美国的芯片厂家购买，再由光端机厂家进行逻辑程序编译，由于每个厂家使用的编译语言不尽相同，因此这是目前不同光端机产品无法实现互通的主要原因，但所实现的功能大同小异。目前芯片是光端机厂家的主要技术所在，是各个厂家产品出彩的地方。
　　 就目前而言光端机实现方案较多，如芯片厂家在推荐芯片时也会根据使用领域设计不同方案，而光端机厂家进行设计时会考虑不同方案组合的综合效果，因此效果好坏主要是看光端机厂家在整合时所选用的方案，元器件本身对产品并无太大影响。
　　 选择光端机的标准与基本指标
　　 不同行业，标准不同
　　 由于光端机在多个行业广泛使用，而不同行业对其要求也不尽相同，因此一些重要行业根据自身需求对光端机制定了相关的行业标准。
　　 其中，国家电子工业部规定的电子行业军用标准——《SJ 20358-93模拟电视信号光纤通信设备通用规范与测量标准》，于1993年7月1日开始实施，该规范适用于使用单模和多模光纤（缆）为传输介质的直接强度调制（D-IM）和脉冲频率调制（PFM）的传送模拟电视、卫星电视和应用电视基带信号模拟光纤通信设备，其明确规定了视频的主要技术指针中分别达到Ⅰ级与Ⅱ级的标准。其中微分增益达到Ⅰ级与Ⅱ级的失真范围分别为±1.5%、±4%，微分相位的Ⅰ级与Ⅱ级失真范围分别是±1.5°、±4°，加权随机噪声信噪比的两级则分别为62dB与55dB，而在此规范中同样规定了音频和数据的各项技术指针。
　　 在2002年12月12日信息产业部发布的《SJ 20854-2002 数字视频光纤传输系统通用规范》，其规定了数字视频光纤传输系统的各方面要求，而此规定主要适用于军事通信网中用于传输数字视频（包括常规数字电视、电视电话、会议电视和高清晰度视频等）的光纤传输系统，其中也明确规定数字视频光纤发射机与数字视频光纤接收机的标准。
　　 上述两项规范是当前视频光端机在检测时采用最多的规范，也是最基础的规范，按规定检测合格的产品可称为工业级的视频光端机。除此之外，国家广电行业、交通行业等也对光端机的各项指针进行详细规定，其中广电行业的标准最为严格，不仅适用于普通的图像传输，更要求可在广播与电视上进行传输，因此在传输过程中视频、音频等信号的传输偏差要小。而安防行业对光端机的要求相对较低，所传输的信号指标在监控人员可接受范围内即可，因此用户在选购光端机时，要针对所使用的领域进行选择。
　　 基本指标
　　 随着光端机在各个领域的广泛使用，各光端机厂家为了使自己产品更具“优势”，在各项技术指标上颇下一番功夫。当前光端机的技术指标涉及视频、音频、数据、开关量等多个方面，常常令用户眼花缭乱，而光端机的主要业务是进行视频传输，因此该方面的指标相对重要。
　　 1、信噪比
　　 信噪比即信号与噪声的比值，通常以S/N表示，单位为dB（分贝），其中噪声为在处理过程中设备自行产生的信号。信噪比过低，图像上即可看到如雪花状的噪声点，图像甚至会出现飘动，物体的颜色会出现偏色，亮度不均匀等。当信噪比低于20dB时，图像人眼已经无法接受。目前光端机厂家所标明的信噪比（加权）一般都在67dB以上，而某些厂家甚至可以达到80dB。而业内人士表示，信噪比并不是越高越好，只要能达到标准的要求就可以了。由于前端摄像机的信噪比一般为50dB（加权），因此光端机的信噪比无论是达到65dB还是75dB区别不大，而信噪比过高也会影响其它指标。
　　 2、微分相位与微分增益
　　 这两者的数值变化必须通过专业仪器才可测出，其主要反映信号的稳定性。其中微分相位是指与色度有关的亮度信号幅度变化所引起的彩色载波分量的相位变化，其是用来描述亮度信号的幅度变化对彩色色调影响的一个参数，用度来表示；而微分增益则是指色度信号随有关亮度信号幅度变化的函数关系，它对图像的影响是彩色饱和度的变化，通常用%来表示，两者数据越小，图像稳定性越好。　　目前主流厂家基本将微分相位与微分增益分别控制在1°与1%左右，但由于这两者指标变化用肉眼很难察觉，而监控人员仅要求所传输的图像亮度适中、图像稳定即可，没有作为选择光端机的首要指标。
3、视频带宽
　　 视频带宽是视频传输中非常重要的指标，其主要是指数字化的采样频率。光端机采样频率越高，处理及传输的资料量越大，光端机的成本就会越高。按照奈奎斯特采样定律，要真实地还原信号，其采样频率至少应该是信号频率的两倍。目前主流厂家的视频带宽一般在6.5M以上，甚至达到8M。
　　 由视频带宽的计算公式（视频带宽=C×水平分辨率×垂直分辨率×采样频率/2）可得知，若想提高视频的分辨率，则要提高视频带宽。例如：可将光端机的视频带宽看作公路上的车道，若车道不够就会出现塞车现象，造成交通阻塞，因此带宽不够，视频画面细节部分就不够清晰，甚至出现色彩失真或丢失现象。
　　 除以上三个指标外，有业内专家表示，光端机的视频电平相较而言也是尤为重要的。其视频电平主要包括白电平、同步电平及色同步电平，这三者的标准值分别为700mV、300mV及300mV，据其解释，这三项指标若是出现偏差，视频画面会明显地出现劣化现象。其中，若白电平幅度过低，摄像机所传输过来的亮度信号即会等比例压缩，而在低照度情况下，其所显示的图像亮度会降低；而同步电平过低，其图像则会出现扭曲现象；色同步电平偏低图像则会严重偏色甚至无色，因此这方面的指标也是需要注意的。
　　 光端机除传输视频外，其还可同时传输音频、开关量等信息；同时，影响视频质量的指标众多，因此在选择光端机时，不应只看其中一个指标，要看综合效果。当前光端机厂家所标称的技术指标一般都能实现，作为工程商，不能完全依靠技术指标来选择产品，而更偏重产品的稳定性。同时甲方和工程商在选择产品时，一般会选择主流厂家产品，因其品牌代表性能与稳定性，除此之外还会综合考虑产品的性价比，而与之经常合作的厂家，也会针对经常出现的问题进行改进。
　　 环境适应性，光端机应用的主要问题
　　 光端机作为基本的传输设备，其发射机通常处于室外进行全天24小时连续不间断工作，加上各地区环境的差异，极大地缩短光端机的寿命。根据这种情况“光端机厂家虽在生产产品时已精确计算过各个元器件所能使用的寿命，但在实际应用中产品所受到的电磁干扰、湿度、温度等因素是无法预计的，因此好的光端机除选择优质的元器件外，还要充分考虑产品能经受不同环境的影响。”
　　 高低温情况
　　 我国南北方环境差异较大，因此光端机在使用时要充分考虑环境温度的影响。某些工程商在安装光端机时，出于各方面的考虑，通常会在外部添加设备箱，而在夏天使用时，其内部温度几乎达到70度，因此光端机厂家在设计产品时，要充分考虑温度对其的影响。　　当光端机使用于北方寒冷的地区时，由于机器本身在不断的连续工作时会产生热量，因此低温对光端机并不是主要的问题，而高温则要特别注意。
　　 针对光端机的高温适应性，首先选用的元器件要符合标准，即能达到温度的上下限，这些决定着光端机所能承受的温度范围；其次在生产时，机身两侧可增加散热孔，保证光端机内部空气的对流。最后还要进行老化保障。一般光端机在出厂时都会进行连续48小时的老化烤机操作，即在室内环境下，人为控制光端机在恶劣环境下的老化保证，通过这种烤机，可将存在细微瑕疵的产品检测出来。而某些厂家也会设计一个保护电路，当温度超过所设定的最高温度时，即会自动启动保护电路，暂时中止光端机工作，当温度降低时，再重新工作。
　　 不少工程商在安装光端机时，也会特别注意高温问题，针对南方夏天高温的情况，广州光桥会采用一个插槽式的板将风扇安装于光端机处，也可有效解决高温问题。在安装光端机时尽量不要暴晒，需要时可增加遮阳罩，同时还需特别注意通风。　　端口保护---广州光桥公司三级防雷保护
　　 光端机由于所传输的信号不同，会集成多种不同类型的端口（如视频端口、音频端口、数据端口等），因此厂家在设计时也要对端口的保护列入重点考虑的范围。端口的保护措施主要是防雷，由于夏天雷电过多，且无法预测，因此不同端口要进行不同形式的防雷保护，增加保护电路或防雷芯片等防护措施。如视频端口可采用TVS管，或增加防静电防护网，可尽量降低雷电破坏几率。雷电并不能一次性完全泄放，而是通过三级防雷，第一级防雷主要是针对10千伏以上高压，可在光端机外部添加防雷器；第二级是对于几百伏的高压，可在设备中安装防雷器；最后一级则为光端机本身的防雷，在光端机内部集成防雷芯片，可对5V以上的雷电进行防护，通过三级防雷，可将光端机遭受雷击的几率降到最低。
　　 多功能，多业务集成
　　 光端机发展至今，除基本的视频传输外，已逐步发展为集音频、数据、开关量传输等多业务集成的光端机，这些功能各个厂家基本都可实现。随着技术的发展，光端机也开始逐步具备联网、网管功能。
　　 联网功能
　　 随着监控系统向网络化方向发展，作为主要传输设备的光端机也可通过网络实现数据传输，尤其是在“平安城市”建设中，需要通过光端机的传输信号对各级区域进行实时监控，第一时间发现异常情况，强化对城市治安的管理，在监控范围跨区域多级化的情况下，对光端机提出的联网功能运营而生。
　　 目前联网功能较多应用于环网式与汇聚式光端机，可有效节省光纤资源，其主要采用电信级光纤通信系统中的数字中继技术，使信号逐级再生，与本地信号交叉复用，信号切换非常灵活。
不少厂家也根据用户的这一需求进行研发，如我公司视频设备间汇聚端及后端接收端，其中前端发射端设备可将摄像机或其它视频设备传送的模拟基带视频信号转换为光信号传输至后端各级监控室、指挥中心，再将各级监控室、指挥中心的云镜控制指令发送至前端设备；而中间汇聚端设备则由基板和模块组成，其将接入的汇聚模块插入基板中，而模块则可将多个前端发射设备的光纤汇聚起来后，复合至一芯光纤的单个光波长中，传送至后端接收端；后端接收端设备则可将汇聚端传送的光信号还原成模拟基带视频信号。另外可支持多业务接入，支持全网信息的交换与传输，具备完善的视频及网络管理能力和多级管理模式的多业务光传输交换平台。
网管功能
　　 网管功能即通过在监控中心安装网管软件，在光端机出现问题时进行报警，通过互联网进行上报，每个光端机都拥有采集的协议，通过光缆将信号发送至监控中心，随后统一由中心进行识别，从而判断出光端机的工作状况。这种功能可随时监测每个在线视频光端机的工作状态，当出现视频中断、光纤故障、设备故障及停电时可以第一时间发出告警及对故障定位，适用于各种大型的光纤传输监控系统。
　　 我公司认为这种网管属于锦上添花，成本，更要增加网管管理端口，因此该功能不是必须拥有的，客户可根据实际情况选用光端机，在需要时也可增加功能模块。
　　 结语
　　 随着光端机的广泛应用，数字非压缩式光端机已成为传输设备中不可缺少的重要部分。武汉微创卢余庆表示，虽然当前光端机技术已相当成熟，并且朝着性能稳定、优质的方向发展，但在功能上还存在一定的提升空间，同时光端机也将朝着多元化方向发展，并贴近不同行业应用，以适应不同行业用户的需求。
　　 尽管当前平安城市仍是光端机使用的最大领域，但仍有不少业内人士对光端机的未来应用状况存在疑虑，当前内地的平安城市已逐步开始建设，因此在全国范围内光端机的应用还会持续增长，同时，在未来将会有新的技术如光传输交换平台取代光端机，或光端机与其他设备进行整合，以适应更多用户的需求。