光端机视频编码传输技术的应用与分析

     一、光端机发展概述

    众所周知，视频光端机从国外引进到模仿制造，再到完全自主知识产权的自主创造，经历了从模拟技术到数字化技术过渡，实现了从功能单一到多业务综合传输的飞跃，由少量使用到大规模应用，视频光端机伴随着监控行业的发展一步步地走向成熟。

    自2001年以来，随着宽带数字光传输器件技术以及数字视频技术的飞速发展，数字视频光端机开始走向市场并逐渐取代了模拟光端机市场，迎来了数字视频光端机高速发展的时代，并呈现出技术成熟、性能优越、应用面广、需求旺盛的局面。

    近年来，随着安防市场需求的变化，视频光端机的技术创新和产品变革呈现出了更强的应用性：（1）为适应高速公路外场监控的需要，级联型链路式光端机取代传统的点到点光端机大量应用；（2）为了满足公安三四级联网的应用，单纤传输双向视频、音频、数据、电话、E1、以太网等的多功能光端机应运而生；（3）随着平安城市建设规模的不断扩大，光纤资源紧缺的问题暴露出来，光端机厂家又及时推出了汇聚光端机产品。

    目前，安防视频光端机呈现出高速发展的势头，其应用也大幅增长，核心编解码技术及关键技术都有很大提高和创新，实际应用中存在的技术瓶颈和问题都得到了很大的完善。本文重点从视频光端机的编解码技术、技术创新及应用情况等进行分析探讨。

    二、光端机原理及编码

    光传输系统由三部分组成：光源（光发送机）、传输介质、检测器（光接收机）其中光源和检测器的工作都是由光端机完成的。光端机就是将多个E1（一种中继线路的数据传输标准，通常速率为2.048MbPS，此标准为中国和欧洲采用）信号变成光信号并传输的设备（它的作用主要就是实现电-光和光-电转换）。光端机主要有模拟光端机和数字光端机两种：

    1．模拟光端机

    模拟光端机采用了PFM调制技术实时传输图像信号，是目前使用较多的一种。发射端将模拟视频信号先进行PFM调制后（一般有调频、调相、调幅几种方式，从而把模拟光端机分成调频、调相、调幅等几种光端机），再进行电-光转换，光信号传到接收端后，进行光-电转换，然后进行PFM解调，恢复出视频信号。由于采用了PFM调制技术，其传输距离很容易就能达到30Km左右，有些产品的传输距离可以达到60Km，甚至上百公里。并且，图像信号经过传输后失真很小，具有很高的信噪比和很小的非线性失真。通过使用波分复用技术，还可以在一根光纤上实现图像和数据信号的双向传输。

    2．数字光端机

    由于数字技术与传统的模拟技术相比在很多方面都具有明显的优势；所以正如数字技术在许多领域取代了模拟技术一样，光端机的数字化也是一种必然趋势。目前，数字图像光端机主要有两种技术方式：一种是MPEGII图像压缩数字光端机，另一种是非压缩数字图像光端机。

    图像压缩数字光端机一般采用MPEGII图像压缩技术，它能将活动图像压缩成N×2Mbps的数据流通过标准电信通信接口传输或者直接通过光纤传输。由于采用了图像压缩技术，它能大大降低信号传输带宽，以利于占用较少的资源就能传送图像信号。同时，由于采用了N×2Mbps的标准接口，可以利用现有的电信传输设备的富裕通道传输监控图像，为工程应用带来了方便。不过，图像压缩数字光端机也有其固有的缺点。其致命的弱点就是不能保证图像传输的实时性。因为图像压缩与解压缩需要一定的时间，所以一般会对所传输的图像产生1－2S的延时。因此，这种设备只适合用在对实时性要求不高的场所，另外，经过压缩后图像会产生一定的失真，并且这种光端机的价格也偏高。

    非压缩数字图像光端机的原理就是将模拟视频信号进行A／D变换后和语音、音频、数据等信号进行复接，再通过光纤传输。它用较高的数据速率来保证视频信号的传输质量和实时性，由于光纤的带宽非常大，所以这种高数据速率也并没有对传输通道提出过高要求。非压缩数字图像光端机能提供很好的图像传输质量（信噪比大于60dB，微分相位失真小于2，微分增益失真小于2％），达到了广播级的传输质量，并且图像传输是全实时的。由于采用数字化技术，在设备中可以利用己经很成熟的通信技术比如复接技术、光收发技术等，提高了设备的可靠性，也降低了成本。

    三、光端机存在的问题及技术创新

    当前光端机遇到的瓶颈是如何更好地融入到网络化的应用中去。因此，提供全面、系统的应用解决方案，以及针对特定的应用改进产品和技术无疑是最佳的解决之道。

    1．光纤数字视频网络管理平台

    光纤数字视频网络管理平台（VAM）集合了以太网的标准化和通用化特点、非压缩视频的高质量回质优势以及压缩视频的应用便利性，集传输、交换、存储、分析、处理。应用等众多功能于一体，为用户提供一个完整的视频监控应用系统解决方案。

    VAM系统有很多独特的优势：（1）系统将非压缩视频和压缩视频同时封装成以太网数据包，而以太网接口又是目前应用最为广范的通信接口形式，这样只要能承载以太网传输和交换的系统都能作为VAM系统的传输和交换通道。（2）VAM系统内传输和交换的内容是非压缩数字视频，也就是说VAM系统能提供高质量的图像，保证监控系统对视频的无失真、全实时要求。压缩视频也能在VAM系统内与非压缩视频同时传输，突破了传统视频光端机的概念。VAM系统能根据用户的需要提供4种码流，需要大屏显示的地方，VAM系统可提供128M的非压缩视频码济保证，一般的监视器显示VAM系统可以提供保证清晰度和实时性的SM码流数字视频，桌面浏览可提供2M压缩视频码流，而存储则可提供512K或2M码流压缩视频，在满足各种需求的同时具有相当的灵活性。（3）在视频信号的数字化方面；VAM系统遵循国际标准ITUBT601、BT656对模拟视频进行数字化，而BT656数字视频是压缩编码或视频分析处理的标准数字视频码流，所以，在数字化的过程中，VAM系统能向应用系统提供最大限度地减少失真的视频源。

    2．VPON无源光网络非压缩数字视频

    VPON无源光网络非压缩数字视频光端机也是一个系统级的产品。它创造性地将PON技术应用于非压缩视频的传输，带来的好处是不仅节省光纤资源；同时也给非压缩视频的传输组网带来了极大的灵活性。1个OLT可以接入8个ONU，每个ONU上可以接入1到3路非压缩数字视频，这8个ONU和OLT之间可以任意组网、链型、树形、星型，给应用带来了极大的灵活性。

    综上所述，标准化和开放性能够实现与其他设备的互联互通，并可以提供专业化的应用产品。其中视频编码技术在这里扮演着重要角色，如视频光端机通过以太网接口来传输视频信号，数字视频码流采用BT656标准、压缩编码采用H.264视频压缩标准等等，都在很大程度上保证了系统的标准化和开放性。

    四、光端机在视频监控领域的应用

    由于光纤传输的种种优点，光端机应用的场合非常广泛。目前光端机应用最多的方面就是长距离视频和数据的传输；在高速公路、银行、电力、电信等监控领域都要求对视频信号进行远程的传输，它是利用光端机将视频信号转化为数字信号通过光纤进行传输；并在远程视频会议、远程教学、远程医疗、通讯等诸多领域都有很广阔的应用前景。

    其中，视频光端机在社会治安动态监控系统中得到充分的应用。随着“平安城市建设”、“3111试点工程”、“城市报警与监控系统”等项目建设和推广，视频光端机在城市社会治安动态监控系统中发挥着巨大的作用。在一些大型的城市社会治安动态监控系统中，为了保证视频光端机产品的质量，公安部门作为使用方对无端机产品以及其他重要设备实行单独招标。例如，2007年，青岛市公安局对青岛市社会治安动态监控系统一期工程1000个监控点使用的视频光端机产品采用设备单独招标的方式，不仅保证了视频光端机产品质量，也降低了系统成本。

    五、总结

    视频监控产业的快速发展为视频光端机带来了黄金般的发展机遇。从长远来看，数字传输的应用将会成为主流，模拟传输方式的产品还会存在，但可能会用来做一些短距离的传输。随着日益加大的交通流量，对图像、声音和数据的综合传输要求也会越来越高，数字光端机将会被业主们作为一种必需的设备而采用。与此同时，这几年基于IP网络的数字压缩视频监控产品也异军突起，这两类技术对市场的争夺日趋激烈。因此，替代性的竞争风险是光端机繁荣背后的一片越来越重的阴影。总体而言，这两类技术彼此都具有一定的不可替代性，虽然网络监控产品对光端机市场的分流作用会将更加明显，但是两者长期共存的局面也是业界的共识。