光端机在视频监控领域的应用和市场状况

　　一、视频监控有线传输技术的比较
　　
　　从理论上讲，有线传输的性价比远远高于无线传输，宽带传输也同样如此。因此在视频监控领域，有线传输成为主流。同轴电缆、双绞线和光缆是目前监控系统中使用最广的三种传输介质，我们先对这几种技术作一些分析和比较。
　　
　　在视频监控系统中，模拟摄像机的输出阻抗为75Ω不平衡方式，而控制台（包括DVR 的模拟输入口）及监视器的输入阻抗也为75Ω不平衡方式，为了整个系统的阻抗匹配，其传输线往往采用75Ω的特性阻抗。视频监控系统一般多是中短距离的中小型系统，同轴电缆是目前监控系统中应用最广泛的视频传输线。
　　
　　同轴视频传输又可以分成基带传输和调制传输。视频基带是指视频信号本身的0至6MHz频带。将视频信号采用调幅或调频的方式调制到高频载波上，然后通过电缆传输，在终端接收后再解调出视频信号，这种方式称为有线调制传输方式。这种方式可以较好地抑制基带传输方式中常有的各种干扰，并可实现一根电缆传送多路视频信号。但是在实际的监控系统中，由于摄像机布置地点比较分散，并不总能发挥频分复用的优势，而增加调制、解调设备还会增加系统成本和调试难度，因此在传输距离不远的情况下，仍然以基带传输为主。
　　
　　双绞线（Twisted Pair）是由两条相互绝缘的导线按照一定的规格互相缠绕在一起而制成的一种通用配线。由于互相缠绕，一根导线在传输中辐射的电波会被另一根线上发出的电波抵消，因此可以降低信号干扰的程度。非屏蔽双绞线电缆（UTP，Unshielded Twisted Pair）既可以传输数字视频信号，也可以传输模拟视频信号。双绞线通常采用特性阻抗为100Ω的平衡传输方式，目前绝大多数前端的摄像机和后端的视频设备都是单极性、75Ω匹配联接的，所以采用双绞线传输模拟视频图像时，必须在传输系统前后端进行“单——双”（平衡——不平衡）转换和电缆特性阻抗75Ω-100Ω匹配转换；因此视频双绞线基带传输两端都有转换设备，而不能像同轴电缆那样无设备直接传输视频信号，双绞线视频传输设备适配器就能够实现这种功能。经转换后的视频信号在双绞线内传输衰减也很大，所以视频信号在双绞线上要实现远距离传输还必须进行放大和补偿。采用一对无源适配视频收发器和5类非屏蔽双绞线传输距离在300m左右，采用一对有源视频发射与接收器（有源双绞线传输器），在5类非屏蔽双绞线上传输视频信号时最远距离可达900m。
　　
　　用无源适配器传输时，随着频率增高插入损耗会增大。这样在视频图像信号传输距离稍远时，图像质量将会受到严重的影响，在实际使用中将受到较大的限制。通过有源适配器，采用非平衡抗干扰技术，可以通过一根5类UTP线缆的几组双绞线分别传输非数字化、非压缩的音视频信号和报警、控制信号，以及电源。
　　
　　光纤既可以传输数字视频信号也可以也可以传输模拟视频信号，光纤传输的最大优点是带宽大、传输距离远、抗干扰、电磁绝缘性能好、安全性好，但由于光纤不能直接传输电信号，在光纤视频传输系统中两端要增加实现电光转换的光端机和其他相应设备。光纤在远距离视频信号传输中有较大优势。需要提出的是光缆传输系统只是一个远程传输环节，前面还有75Ω同轴线缆传输部分，后面还有分配、画面处理，矩阵或DVR切换等多种传输环节，整个传输系统的效果要综要看每个环节的保证情况。
　　
　　二、视频光端机产品简介
　　
　　视频光端机就是把1到多路的模拟视频信号通过不同方式转换成光信号再经光纤介质来传输的设备。视频光端机的原理就是把电信号调制为光信号，通过光纤进行传输，然后又把光信号解调还原为视频电信号。
　　
　　基于传输介质的不同光端机可分为单模和多模光端机。
　　
　　多模光纤（Multi Mode Fiber）的中心玻璃芯较粗（50或62.5μm），可传多种模式的光（即光以多重路径通过这种光纤），但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。例如：600MB／Km的光纤在2Km时则只有300MB的带宽了。因此，多模光纤传输的距离一般只有几公里。
　　
　　单模光纤（Single Mode Fiber）的中心玻璃芯很细（一般为9或10μm），只能传一种模式的光。因此，其模间色散很小，适用于远程通讯，但还也存在着材料色散和波导色散，这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求，即谱宽要窄，稳定性要好。后来又发现在1.31μm波长处，单模光纤的材料色散和波导色散一为正、一为负，大小也正好相等。这就是说在1.31μm波长处，单模光纤的总色散为零。从光纤的损耗特性来看，1.31μm处正好是光纤的一个低损耗窗口。这样，1.31μm波长区就成了光纤通信的一个很理想的工作窗口，也是现在实用光纤通信系统的主要工作波段。
　　
　　多模光缆用于视频图像传输时只能满足最远3～5km的传输距离，并且对视频光端机的带宽（针对模拟调制）和传输速率（针对数字式）有较大的限制，一般适用于短距、小容量、简单应用的场合。单模光缆由于有着优异的特性和低廉的价格早已成为光通信传输的主流，无论是远距离、大容量、还是多业务方面，基本上是针对单模光纤研制的。
　　
　　按照光端机传输的信息是否变换为数字量，可以分为模拟光端机和数字式光端机。
　　
　　模拟光端机的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。
　　
　　模拟光端机由于要进行调幅、调频、调相，所以模拟信号幅度的变化与载波信号因调制而引起的幅度、频率、相位的变化很难做到真正线性调制，非线性必然引起信号失真；同时调制好的载波信号还要调制成光信号，光器件的非线性与环境温度变化、工作电压的稳定性有关，同时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器，解调与调制一样会产生非线性畸变。所以模拟光端机要经过输入信号调制-电光转换-光输出-光电转换-解调这五个过程，也都会引起非线形失真，而这些信号畸变失真是固有的，也必然是不可消除的。因此模拟光端机传输视频、音频、数据的质量难以达到很满意的效果。此外，模拟光端机传输的信号容量有限，不能充分利用光纤的带宽，传输的信号种类也比较少。数字光端机的出现解决了模拟光端机所出现的问题，因此模拟光端机较快地被数字光端机取代，已逐步退出市场。
　　
　　数字式光端机是将基带的模拟视频、音频、数据进行高分辨率数字化、转换成高速数字流光信号，通过发射光端机进行发射，再通过另一端的接收光端机进行接收、解复用，恢复成数字化信号，然后通过数字模拟变换（A／D转换）恢复成模拟视频、音频。数字视频光端机主要有两种技术类型：一种是非压缩数字视频光端机，另一种是采用图象编码压缩的数字光端机。数字图像不经过压缩进行光传输可以保证实时性与图像的清晰度。当用户光纤资源足够，并强调需要关注图像质量时，非压缩的视频信号传输是最佳的选择。视频压缩数字光端机一般采用H。264图象压缩技术，由于采用了图象压缩技术，它能大大降低信号传输带宽。
　　
　　视频光端机从最早以视频、音频和数据传输为主，现在部分视频光端机的传输功能已经扩展到支持包括电话、以太网、E1、对讲等其它多种业务，因此多业务光端机具有传输多种业务的不同接口。多业务光端机（综合业务光端机）是光纤综合接入的一种光电转换设备，它在一芯或二芯光纤上混合传输视频、音频、E1、以太网、电话、数据、开关量等业务，纤芯的利用率非常高，被称为“一纤通”设备。例如智能交通系统中的一个监测点设备由控制系统、视频监控系统、电子警察系统、智能交通卡口系统等组成。一个监测点需要传输的信息主要有：监控视频信号；对摄像机的反向PTZ控制信号；红灯信号检测器、车检器、雷达等数据信号；电子警察等系统的联网信号；语音对讲信号；信号机联网的数据信号；可变情报板联网的数据信号等。这些信号中除视频信号外，其余都是各种各样的数据信号，有低速的串行数据，也有高速的以太网数据。采用多业务光端机可以将上述所有信号进行单／双向实时传输，且仅仅采用一芯光纤，这就大大简化了通信及传输系统的组成，不但降低了系统投资和维护成本，而且由于租用光纤及电信信道数量的减少，使得系统运行的费用也大幅降低。
　　
　　光端机还可以根据传输结构分为点对点式，节点式和有源汇聚式三类。就目前而言，使用最多的是点对点光端机。节点式光端机在每个节点首先将信号接收下来，转换成电信号，再和本地节点的信号交叉复用，光电转换后采用WDM（Wavelength Division Multiplexing，波分多路复用）技术复用到一条光纤上传输。节点机系统组网方式采用链网或树型网络，灵活方便；可适应各种不同的系统要求。节点式光端机多用在高速路工程上。由于在这个线路上不止一个节点，对于前者而言，大大节省了光纤的使用。有源汇聚式光端机的组网方式是前端汇聚部分为星型网络，后端为链型网络或环形网络，工作方式是由多个前端设备分别将信号传输至汇聚端，再通过一芯光纤传输至后端监控中心，此种方式可节省主干的光纤。
　　
　　视频光端机还可以根据传输视频图像的路数多少分为1路、2路、4路或更多路数的光端机。
　　
　　在电信交换平台日臻完善的条件下，基于网络的视频传输应用更加灵活，光端机也需要在多业务接入能力、大规模组网应用方面进行提高。多业务视频光端机可以提供集视频、音频、数据、电话、以太网等多种业务接口的一个综合光传输平台，不仅完成数据的传输，还能实现矩阵、管理的功能，组网应用十分灵活。随着光端机的大量使用，对光端机的管理也迫在眉捷，针对该状况，不少厂商研发了网管系统。环网型光端机不仅仅是在硬件和软件设计上运用了先进的网络管理技术，而且在产品构造和结构形式上也具有先进性。网管型光端机都采用了模块化的设计方式，以功能机盘为设备基本单元，功能机盘通过背板总线连接，完成用户需要的各种信号传输功能。
　　
　　三、监控行业光端机市场现状
　　
　　视频光端机进入中国市场已有20多年时间。视频光端机最早的应用主要集中在公安、军队、政府等资金情况较好、对视频业务有迫切需求，以及要求较高传输效果的行业。最早的光纤线路大多是多模，传输距离一般仅有2Km，传输效果差，容易受干扰。随着单模光纤和光端机技术的普及，传输距离可以轻松实现30-40Km。现视频光端机设备基本已经实现单模传输，多模的光器件基本停产。为适应早年铺设的多模光缆，部分光端机内部配置单、多模自适应电路，以便于适应在多模光缆传输。
　　
　　粗波分复用技术（CWDM）的出现使得模拟光端机在传输容量、传输模式等方面都得到了很大的发展和进步，在常规一芯光纤（如G。652）中可同时传送1470nm、1490nm、1510nm、1530nm、1550nm、1570nm、1590nm、1610nm等八种不同波长，每一波段又可时分复用1--10路视频信号，即从单芯光纤传输一、两个光波段扩展到七、八个光波段。一根光纤能传输更多的音、视频、数据信号。但由于模拟技术自身的局限，单纤传输的路数越多，调试难度就越大，频道之间干扰的可能性越大，模拟光端机的发展遇到了很大瓶颈。随着宽带数字光传输器件技术以及数字视频技术的发展，从2001年数字光端机开始进入中国。数字化处理方式彻底解决了模拟光端机通道干扰的问题，数字光端机信噪比可达到67 dB，远远超出模拟的50 dB，信号传输质量非常高。数字光端机已经可以单纤传输128路非压缩视频，同时可以加入以太网、电话语音等信号，极大的丰富了光端机传输的信号种类。传输容量的提升提高了光纤带宽的利用率，降低了传输系统的成本，提高了性价比。经过几年的发展数字光端逐步取代了模拟光端机，到了2007年，已经占据了光端机的绝大部分市场。
　　
　　随着我国城市交通和高速公路建设的快速发展，对监控系统中的设备要求也越来越高，由于光纤传输具有带宽大、传输距离远、抗干扰的优势被广泛应用。光端机由于其诸多传输优势，加上这几年的市场需求猛增，光缆成本大幅降低，已经进入相对良性的产业发展轨道。。2006年前后开始的“平安城市”建设，光端机已经几乎成为标准配置，让光端机厂商迎来“黄金时代”。目前，平安城市、城市智能交通、高速公路、城市轨道交通项目是光端机的主要市场。
　　
　　目前，光端机的价格由于应用领域、产品质量、品牌、服务的区别，差异较大。在高速公路、石油、石化等工业视频监控领域，由于对产品质量、品牌、服务的要求较高，可以进入的厂家并不多，因此价格相对较高；而其他安防监控应用领域则对价格更加敏感。以1V1D光端机产品为例，价格在高速公路领域可能达到1000元以上，而安防一般应用领域则可能低至500元左右，甚至在网上还能找到200元左右的。
　　
　　2005年前后，光端机市场需求开始剧增，随着光端机技术的迅速发展和应用的日益普及，使得视频光端机生产销售准入门槛越来越低，大量的小作坊式公司开始在市场上销售仿制产品，这些产品大多粗制滥造，质量低劣，使用寿命极低，搅乱了国内光端机正常的生产、销售秩序，不规范的市场操作和恶性的价格竞争影响了行业健康发展。从另一方面看，在大小光端机厂商的共同参与下，国内光端机企业的市场份额不断上升，国外品牌在国内的市场开始萎缩，国内光端机也开始大批量出口。
　　
　　全国北京、广东（深圳广州为主）、湖北、浙江、上海5省市是国内视频光端机主要生产基地，目前摄像机和光端机的使用比例大约为200：1，光端机及相关通信配套产品市场规模在16亿元左右。
　　
　　目前国内视频光端机生产企业主要有3类。第一类是依靠较强的光通信技术立足的通信企业，这些企业技术基础较好，企业规模大多数属于中等（年销售额在5000万左右），这一类也包括兼营视频光端机的通信厂家，他们是这个子行业的核心企业。第二类是一些安防行业中规模较大的综合性视频监控厂家，视频光端机只是其产品链中的一环，这类企业规模较大、综合技术实力较强，视频光端机在其产值的比重多少不一。第3类是加工型企业，数目最多。由于光端机行业技术门槛较低，一两个从光通讯企业离职的设计开发人员就能成立一家企业，以小作坊的方式组装生产视频光端机，视频光端机是其主要产品，在这类企业中仿冒产品盛行。
　　
　　从目前的行业格局来看，光端机刚进入成熟期，随着安防行业的不断扩张，未来几年光端机市场的整体还会继续保持稳定的增长。
　　
　　四、安防行业光端机市场发展趋势
　　
　　国产光端机随着技术的不断成熟和完善，在功能和性能方面也在不断进步。比如视频的AGC（自动增益控制，即自动监测输入视频信号的幅度、动态调整增益，使接收机中输出标准的1Vp-p视频信号）功能。技术升级还体现在功能的多样性，如能提供更丰富的业务接口、电池断电告警、字符叠加、防雷防潮、设备网管等各个方面，体现出产品面向方便应用提升，具备故障预诊断系统的视频光端机。视频光端机技术升级也体现在功能模块化设计，将产品的主要功能，如光电转换、视频、数据、音频等功能模块设计为完全独立可插拔的，把安防里涉及的信号都融合到一台光端机里。
　　
　　防雷设计也是现今光端机提升功能的重要课题。防雷需要在光端机的所有外部接口上进行考虑，而不仅仅是数据接口，还应该考虑视频、音频等所有外部接口和电源输入接口，不然雷电在很多时候是从防护最薄弱的环节侵入设备，导致设备损坏。
　　
　　2010年成为监控行业的高清元年，视频光端机行业中“高清”概念也开始兴起。蛙视通信推出了涵盖HDMI、DVI、SDI等行业通用接口的高清视频光端机，天地伟业、江苏新创也推出了自己的高清光端机。
　　
　　在光端机行业高速发展的同时，也伴随着技术方案的竞争，其中最主要的是网络视频解决方案的竞争。目前的光纤传输方案中，除了单纯利用光端机组网的方案之外，还包括光矩阵、视频编解码器＋交换机、以太网无源光网络（EPON）＋视频编解码器、UTN综合业务光传输网等方案。不同方案利用光端机的种类和方式也不同，例如为配合以太网无源光网络建设，基于EPON技术的光端机也开始受到厂家重视，这种产品对于大容量前端视频接入的项目中能降低成本。综合业务全数字光传输交换系统可以很好的解决多级传输／交换和管理的要求，是光端机技术发展的一个新的技术平台。该系统的产品也可以很好地支持各种拓扑结构的图像分布的接入，比如星形、链形、环形以及混合型拓扑结构。
　　
　　“十二五”发展期间将是光纤宽带接入网发展的关键时期。根据国家的发展要求，三网融合、宽带提速、物联网、节能减排等都将是“十二五”期间光纤宽带接入网发展的重点方向，主要工作包括：积极推进10G无源光网络（PON）、复用型无源光网络（WDMPON）等新技术的试商用，满足每用户100Mbit／s的FTTH（Fiber To The Home，光纤入户）接入，打造全球领先的光纤宽带接入网络；研究和开发能够更好结合物联网的技术和产品，为物联网打造强大的接入承载网络；不断提升绿色环保和节能减排技术，努力使光纤接入网中有源设备的功耗做到国际领先水平。
　　
　　为了实现更高接入带宽，光纤入户（FTTH）推进首当其冲。中国电信计划开通100万线的FTTH用户，中国移动和中国联通也都加快FTTH部署。在未来几年，FTTH必定会迎来爆发式增长，扩展市场需求从而助力光纤产业向前发展。据相关数据统计，随着“宽带中国光网城市”工程的全面实施，城市地区2011年计划新增光纤入户（FTTH，即接入带宽达到100M以上）达到3000万个家庭，是“十一五”期间的3倍，累计覆盖4000万家庭；南方城市（含县城）实现8M接入带宽全覆盖，20M覆盖率达到70％；东部发达城市和中西部省会城市20M覆盖率达到80％以上。2013年对南方城市（含县城）的所有家庭客户均可提供20M接入，光纤入户覆盖达到8000万户。“十二五”末，南方城市地区实现家庭和政企用户光网全覆盖，光纤入户超过1亿，位居世界领先。
　　
　　通信运营商大规模建设光纤宽带接入网对于专业安防视频光端机生产企业的影响是多方面的。大规模建设光纤宽带接入网为光传输设备和光缆生产企业提供了良好的发展机遇，综合性光通信企业如能获得进入该市场的机会，对其扩大市场是十分有利的。而绝大多数单一生产视频光端机的企业则很难进入这一市场。另一方面在中国建成全球领先的光纤宽带接入网络，将极大地推动IP监控的发展，这对于生产光电转换器（光纤MODEM）的企业比较有利，但会造成视频光端机在整个安防监控系统市场中的比例缩小。视频光端机生产企业如能结合目前IP视频解决方案，为用户提供基于光缆的大型视频综合管理平台方案将在市场竞争中处于比较主动的地位。
　　
　　目前监控网络前端设备由于多种原因，在短期内还不会完全采用数字产品；其次，模拟视频方案具有成熟、经济的优势，在中小型监控项目中特别适用；另外，对于建成在用的项目的维护、扩展，沿用前期的光纤传输方案还是比较方便的。所以在这些方面，视频光端机仍然具有较大的应用前景。
　　
　　IP监控的发展给光端机未来市场带来影响有不同看法。一种是随着IP进程的加速，视频光端机在整个安防监控系统中所占的比例在缩小。但业内也有不同看法，认为由于网络带宽限制造成传输速度不稳定，以及光端机压缩传输技术的提高会使二者未来向融合而非竞争方向发展，因此不会影响到基于光纤传输的光端机市场。
　　
　　光端机与其他产品的整合也是将来的一个发展方向，早几年国外企业就开发了光传输摄像机。这两年国内企业也在开发类似产品，以光纤高速球为例，天地伟业的光线高速球就是将光端机发射机的模块做到高速球的线路板上。
　　
　　随着光纤和光端机核心芯片的价格降低，光端机的应用越来越广泛，多种安防系统都需要更好的传输技术，客户的需求会进一步的多样化，光端机产品总体要向多业务综合平台发展。总之，数字化、多功能化、智能化、标准化、集成化是当前光端机技术发展的方向。