高清光端機發展概況
光端機并非安防行業原創產品，最初只是廣泛應用于廣電業，經由各種發展最終引入了安防業，成為重要的傳輸介質。在上世紀90年代，最簡單的模擬光端機被引入安防界，開始應用在模擬監控系統中。到了2001年，數字光端機開始出現并迅速代替了模擬光端機市場。之后，安防界光端機經歷了井噴式發展，業內企業迅速增多。2010年。視頻監控行業受攝像頭“高清風”的影響，視頻光端機行業中“高清”概念也開始興起。邁入2012年，各大廠家關于“高清光端機”已經逐步自成系統，并逐步將產品應用到各個領域中。
所謂高清，就是物理分辨率達到720p以上的一種視頻格式，英文表述為HighDefinition，簡稱HD。關于高清的標準，國際上公認的有兩條：視頻垂直分辨率超過720p或1080i；視頻寬縱比為16：9。
伴隨著監控行業的發展而發展，光端機從模擬到數字、從數字到高清，一步步走來，經過這么多年的技術積累，已經發展到一個很成熟的階段。作為高清視頻信號遠距離傳輸介質之一，光端機是高清監控系統整體解決方案的傳輸部分，在整個系統中占著舉足輕重的地位。
據媒體資料，去年中國安防市場上的高清視頻監控設備占到整個視頻監控系統5%左右的市場，規模在1億元左右，按此估算2012年以高清光端機傳輸為代表的高清配套設備有望突破占到整個安防視頻監控的3%~8%之間的市場份額。
目前，高清產品的應用正如火如荼的進行，市場上高清視頻監控方案主要有基于IP的網絡高清和基于HD-SDI的實時高清兩大技術路線。HD-SDI高清通過同軸電纜或光纖直接傳輸非壓縮的視頻信號，實現了真正的實時高清。HD-SDI高清因為其能夠提供更豐富的圖像細節、能夠實現從傳統標清視頻監控系統平滑升級為高清視頻監控系統和實時性、標準性、高可靠性在更多的領域得到日益廣泛的應用。
SDI高清數字信號的概念來源于廣電行業，早在數字高清概念被引入安防行業前，高清數字光端機已經在廣播電視行業中有廣泛的應用。但由于安防行業具有某些有別于廣電行業的特殊的應用需求，應用于視頻監控領域的高清光端機還存在性能上的改善與不足，如光端機需要具備防雷功能，以便適應于室外等野外環境的場合。
由于廣電領域與視頻監控領域的應用差異，還存在許多不足等待解決。比如單點多路高清HD-SDI視頻傳輸時仍需采用波分復用，無法進行單臺設備多路(8/16路)視頻單纖傳輸；同時不得不說的就是它的高造價、高費用問題。
高清已經成為視頻監控行業的需求趨勢，而高清視頻信號在同軸電纜中衰減大、傳輸距離短，高清的光端機能夠實現將HD-SDI、HDMI、DVI等高清視頻信號長距離傳輸，這樣就突破了高清視頻信號傳輸距離短的缺點，大大延伸了高清視頻信號的傳輸距離，擴展了高清產品的應用范圍。所以隨著高清產品的推廣和應用，高清光端機的應用也會越來越廣泛。
高清光端機產品內部結構解析
目前高清光端機采用全數字、非壓縮解決方案，產品分為接口模塊、視音頻處理部分、光電轉換模塊和網管模塊。為了提高視音頻信號的輸入輸出質量，在輸入接口內置電纜自動均衡器和時鐘重定時器，在輸出接口內置驅動器；在視頻、音頻、數據等輸入輸出接口，加入防雷、防浪涌等保護電路；接口部分，可以把音頻、數據、以太網等業務模塊化，以插卡的方式實現，方便各功能靈活配置。網管模塊實現光端機的智能檢測，檢測設備的當前狀態，記錄歷史故障和告警。使用FPGA進行視音頻信號處理，利用時分復用技術，把不同源的視頻、音頻、數據、以太網、網管信息等業務分解為一個個“時間片段”，通過一定的順序和編碼方式結合在一起，通過光電轉換在光纖中傳輸，接收端是發射端的逆過程。
從目前的市場看，高清光端機產品在市場營銷方面主要以多種接口接入及接口信號互轉、大容量多路同時傳輸及高端應用等方向推廣。目前覆蓋了有HDMI、DVI、SDI等行業通用接口的高清視頻光端機及各種高清接口轉換設備，利用大容量的光器件和波分復用技術在1芯光纖上實現多路高清圖像的傳輸。此外還可以帶數據、音頻、報警等業務信號的傳輸。同時一些主流廠商開始將細分市場定位在高速公路治口卡口、指揮調度、標志性場館、機場等高端應用進行推廣。
高清光端機技術核心剖析
視頻標準、視音頻指標、接口保護、穩定性是衡量高清光端機品質的重要指標。據微創邢亞平分析，HD-SDI視頻信號是否兼容SMPTE259M/292M/344M/424MB標準，HDMI視頻信號是符合HDMI1.0或HDMI1.1或HDMI1.3標準等，視頻標準反映了光端機與攝像機等視頻信號源的兼容性；視音頻指標反映了視音頻的質量，如信噪比，相同分辨率下，信噪比越高，圖像清晰度越高；良好的回波損耗性能是保證高速率傳輸性能的關鍵；視頻顏色深度，12bit較8bit能支持更細致逼真的色彩圖像；接口保護，能大大提高產品的質量，降低產品的維修率；高清光端機的高低溫性能、長時間運行的穩定性是對整個監控系統的安全和穩定起著至關重要的作用，采用高穩定性和可靠性的器件、經過嚴格生產工藝流程，才能保證高清光端機在系統中穩定可靠運行。
目前，光端機技術已經非常成熟成熟，在技術取得突破之前，廠家更多地把開發重心轉向產品性能的提升上，力求在產品質量上獲得突破；同時，也針對市場的需求加入一些新的應用，以滿足客戶的個性化需求。
單模光纖
光纖按光在其中的傳輸可分為多模和單模。多模光纖容許不同模式的光于一根光纖上傳輸，其纖芯直徑為50μm或62.5μm，在局域網傳輸時，彎路多則光功率分路頻繁，會造成光信號傳輸損耗就大，這正好發揮出傳輸速率相對較低、傳輸距離相對較短、節點多、接頭多、彎路多、連接器/耦合器用量大、規模小、單位光纖長度使用光源個數多的多模光纖的長處。采用單模光纖，傳輸距離可以實現20-100KM，而且傳輸效果好，不容易受干擾，多模的光器件基本已經停產，客戶如果是早幾年鋪設的多模光纜，目前有些光端機品牌產品，在光端機內部配置了單、多模自適應電路，可以直接使用單模光端機傳輸。
模塊化設計
光端機的型號種類非常多，現場應用也不盡相同，將光端機模塊化設計，可大大提升光端機配置的靈活性，將可根據客戶的不同需求搭配不同的模塊，靈活簡便；而對已經在現場使用的光端機產品，功能上的變更或增加，直接更換不同的功能模塊就可以，為用戶節省更換整機的時間和成本。模塊化設計優點便顯而易見，如多模傳輸的應用，多模光器件基本已經停產，而有些用戶仍在使用該方式，如果產品內部配置了單、多模自適應電路的光端機，即可直接使用單模光端機完成多模傳輸應用。由于模塊化設計的靈活多變，還可為系統的開發提供可擴展功能應用，便于后期系統接入量或應用功能的增加。
面對產品繁雜的現狀，除模塊化設計外，還可采用混合接入設計。數字化已經成為不可扭轉的現實，當前廠家推出的新產品中，模擬產品所占的比例越來越低，網絡產品則成倍地增長，并伴隨有廣播級SDI技術的融入，不同標準產品的并存，給應用帶來了許多不便，因此有廠家對光端機的兼容性能進行了提升，在設備中提供有光口、RJ-45網絡接口、BNC接口、VGA/DVI/HDMI接口等，使得在同一個光端機中既可傳輸模擬信號，也可接入網絡、數字信號、高清信號等，在業務量上，也做了大幅度提升。
光端機市場復用技術仍為主流
適應更惡劣的現場環境
光端機的發射機與接收機成對應用，兩點間隔距離遠，安裝環境情況不一，通常被放置于石油石化、高速公路等偏遠、環境惡劣區域，維護不便，一旦傳輸通道出現斷網等不利境況將給應用帶來重重困擾。自適應惡劣環境，該功能旨在讓產品具備更強的環境適應能力，可在雷電等破壞下起到系統自保。不同廠家的做法略有不同，但無外乎都是以保護硬件為最終目的。內置了三種保護電路：三級的通訊接口保護，達到雷電泄放、過流自動恢復的功能；視頻保護的等級可達到75V（視頻信號只有2V），能保護到視頻信號的30倍以上。兩級電源保護，過壓的TVS保護以及過流的自恢復保險。在更惡劣的現場環境下，保證設備運行的穩定性。
豐富的可擴展功能
隨著數字光端機應用領域的擴大，很多行業也提出了新需求，如網管功能，通過特定的上位機軟件實時監測光端機的運行狀態，出現異常情況可立即告警，第一時間發現并解決問題。
此外，匯聚和節點式光端機也得到了應用，更加節約光纖資源，一芯光纖可完成整個系統的連接、傳輸，擴展了光端機產品的應用環境。
光端機市場復用技術仍為主流
復用技術主要有頻分復用(FDM)、時分復用(TDM)、波分復用(WDM)和碼分復用(CDMA)四種技術。復用技術主要解決單光纖傳輸容量小的問題，尤其是當前出現的HD-SDI應用，占用帶寬大，業務量多，而目前的復用技術還不能很好滿足這一需求，復用技術的研發就顯得尤為重要。
高清光端機采用的高速數字光纖傳輸技術、非壓縮高清數字視頻技術、高清視音頻編碼技術，都是高清光端機先進性的體現。高清視頻信號速率高、占用的帶寬大，HD-SDI信號速率為1.485Gb/s，3G-SDI信號速率為2.97Gb/s，HDMI支持4.95Gb/s、10.2Gb/s，如何在單根光纖上傳輸多路高清視頻是高清光端機當前最受關注的技術熱點。使用波分復用技術，可以在一根光纖上傳輸多路高清視頻，但是這種方案成本高。如何把高速數字光纖傳輸技術、高清視音頻編碼技術、波分復用、時分復用等技術融合在一起，是光端機廠家共同面對的課題。
在實現高清視頻傳輸的同時，實現異步數據、音頻、開關量、以太網等綜合業務的傳輸，也是高清光端機備受關注的熱點之一，目前主要有波分復用和時分復用兩種方式實現，時分復用技術難度高，將視頻、音頻、數據、以太網等多個信號結合為單個更高速率的數據流，并且各部分數據流以規定的次序進行傳輸，必須維持好傳輸順序，在接收端才能將各個數據流正確無誤地分解開來。另外，智能化也是高清光端機的又一技術和功能熱點，通過強大的網管功能，實現設備的自我診斷，用戶可以通過管理軟件直觀地了解設備的運行狀態，極大地方便用戶對設備的維護和管理。
高清光端機應用分析
對于非壓縮高清數字信號HD-SDI進行遠距離無壓縮傳輸時，光傳輸目前仍是遠距離傳輸的唯一解決方案，所以目前高清光端機的應用還是作為遠距離傳輸的主要設備，在涉及到遠距離傳輸系統的監控領域中一般都會用到光端機。
光端機在視頻監控領域的應用非常廣泛。由于視頻監控是個復雜的系統工程，不同環境對于光端機要求不盡相同城市道路、高速公路、軌道交通等領域監控目前集中在收費站、橋梁、隧道、車站等關鍵路段，光纖資源較緊張，對光端機的要求是視頻容量大、傳輸距離遠，所以一般采用節點式光端機和光傳輸交換平臺。在這些應用領域，客戶對產品質量、品牌、服務的要求相對較高。“平安城市”、“智慧城市”等視頻監控主要針對園區、要害部位、公共場所、金融和營業場所等，此類項目的規模越大，占用的光纖資源就越多，非常浪費光纖。另外這部分客戶對價格較敏感。
目前高清光端機的應用主要體現在兩個方面，一是把遠端信號源輸出的高清信號遠距離傳輸至監控中心或演播室，二是把監控中心的高清信號遠距離傳輸至顯示設備；例如HD-SDI高清光端機可以把HD-SDI攝像機采集的高清視頻信號無失真、全實時的傳輸至監控中心，實現高清視頻遠距離監控；HDMI/DVI/VGA高清光端機可以將計算機、高清DVR等設備輸出的高清視頻信號傳輸至戶外大屏，實現高清視頻遠距離顯示。另外，異步數據、音頻、TTL、以太網等綜合業務傳輸為高清視頻的控制和綜合應用提供了保障。
高清光端機的應用范圍廣泛，用戶對高清光端機的需求也是多樣化的，也不排除一些個性化的定制需求，但用戶普遍對高清光端機的功能、性能指標以及穩定性高度關注。功能接口和傳輸距離是否滿足需求是用戶首要關心的問題，譬如用戶使用HD-SDI光端機傳輸HD-SDI攝像機圖像，同時要求控制云臺轉動、能夠實現報警信號傳輸，那么HD-SDI高清光端機就要支持高清HD-SDI高清視頻、RS485/232、開關量的綜合傳輸；性能指標是衡量光端機質量的重要依據，如高清光端機支持的視頻信號標準、信號電平等；在監控要求較高的場所，對光端機無故障連續工作時間、工作溫度范圍都有一定的要求；光端機的結構、尺寸、是否容易安裝、是否具備智能檢測等都是用戶關注的問題。
高清視頻傳輸在交通治安卡口應用案例簡析
交通治安卡口監控系統是指在城市的進出口交通要道、高速公路的出入口、重點路段等處，利用先進的光電、計算機、圖像處理、模式識別、遠程數據訪問等技術，對監控路面過往的每一輛機動車進行連續全天候實時24小時不間斷、無遺漏的記錄，獲取過往車輛的前部物征特征圖像和車輛全景圖像，計算機根據所拍攝的圖像進行車牌識別，自動識別車牌號碼和顏色，自動記錄相應車輛車型、顏色、車牌號、行駛方向、車速、路經時間等各種參數，自動采集保存車輛圖像，并存入計算機生成數據庫，數據具備聯網查詢功能，為各地公安及交警部門進行交通管理提供要線索和依據。為此，交通治安卡口提出了高清視頻圖像的需求。
交通治安卡口的HD-SDI高清視頻整體解決方案，如下圖：
HD-SDI高清視頻整體解決方案
針對交通治安卡口的HD-SDI高清視頻整體解決方案
整個交通治安卡口監控系統具有以下特點：
△全高清解決方案，包括信號采集、傳輸、顯示瀏覽、錄像等環節全面支持高清；
△高實時性，不受傳輸網絡影響，無IP網絡監控產生的圖像延遲問題；
△不失真高清圖像，全程HD-SDI無壓縮數字視頻信號高速傳輸，保持圖像的完整性和原始性；
△標準化，整體設備采用標準HD-SDI接口，兼容性好，易擴展；
△易升級，使用已有視頻線從標清升級到高清，只需更換前后端設備，不需重新布線；
△易使用，系統構成、操作與傳統CCTV系統無異，便于操作、使用。
結束語
“讓我們看得更清楚些”、“還給人們一個清晰的世界”這樣的呼聲和口號也日益高漲，體現出來的是一種需求和趨勢。隨著監控技術的不斷發展，高清已然成為監控技術發展的主導方向之一。結合高清技術發展，不斷滿足市場需求，高清光端機調整自我發展戰略，以“新”的姿態亮相監控體系，這顆明星將以新的態勢開啟征途，他的光芒將再次審視這個世界。
