视频光端机基础知识介绍及常见故障分析

江西方兴科技技术支持部第1页，共20页《视频光端机基础知识介绍及常见故障分析》随着我国各地的高速公路从孤立的单条道路向路网化发展，高速公路的视频监控传输系统已经从传统的模拟化、本地化的监控传输系统逐渐演变为全数字化、多级联网化、综合化、宽带化的多业务传输交换系统。在此种情况下，高速公路视频监控通信系统全面数字化和联网化已离不开视频光端机。第一章光传输基础知识一、光信号：光信号是一种电磁波，可见光部分波长范围是：0.38~0.78um(微米)。大于0.78um部分是红外光，小于0.39um部分是紫外光。光纤中应用的是：0.85um，1.31um，1.55um三种。二、光信号在光纤中的损耗：光信号在光纤中的损耗的主要因素有：本质特征，弯曲，挤压，杂质，不均匀等。1、本质特征是光纤的固有损耗，包括：瑞利散射，固有吸收等。瑞利散射损耗是由于光纤材料折射率分布小、尺寸的随机不均匀性所引起的本身特征损耗。瑞利散射损耗与波长的四次方成正比，江西方兴科技技术支持部第2页，共20页即波长越短，损耗越大，对波长窗口影响较大。固有吸收包括紫外吸收和红外紫外吸收，紫外吸收是光纤材料的电子吸收入射光能量跃迁到高的能级，同时引起入射光的能量损耗，一般发生在短波长范围。红外吸收：光波与光纤晶格相互作用，一部分光波能量传递给晶格，使其振动加剧，从而引起的损耗2、弯曲是光纤弯曲时部分光纤内的光会因散射而损失掉，造成的损耗。主要原因有：路由转弯和敷设中的弯曲、光纤光缆的各种预留造成的弯曲、熔纤盒中光纤的盘留、机房及设备内尾纤的盘绕等。3、挤压是光纤受到挤压时产生微小的变形而造成的损耗。4、杂质是光纤内杂质吸收散射在光纤中传播的光、光纤头子有杂质等造成的损失。5、不均匀是光纤材料的折射率不均匀造成的损耗。江西方兴科技技术支持部第3页，共20页三、光纤类型：按光波传输模式分为多模光纤和单模光纤。1、多模光纤有突变型和渐变型，突变型纤芯直径有50~80微米，光以折线形状沿纤芯传播。渐变型纤芯直径有50微米左右，光线以正弦形状沿纤芯中心轴方向传播。江西方兴科技技术支持部第4页，共20页2、单模光纤是只传输主模，也就是说光线只沿光纤的内芯进行传输，由于完全避免了模式射散使得单模光纤的传输频带很宽，因而适用于大容量，长距离的光纤通讯，单模光纤使用的光波长1310nm或1550nm。四、光模块与光纤连接器1、光模块是由光电子器件、功能电路和光接口等组成，光模块就是光电转换，发送端把电信号转换成光信号，通过光纤传送后，接收端再把光信号转换成电信号。江西方兴科技技术支持部第5页，共20页2、光纤连接器就是把光纤的两个端面精密对接起来，最重要的就是要使两根光纤的轴心对准，以使发射光纤输出的光能量能最大限度地耦合到接收光纤中去，并使其介入光链路而对系统造成的影响减到最小。江西方兴科技技术支持部第6页，共20页第二章视频光端机基础知识一、视频光端机概念：视频光端机就是把1到多路的模拟视频信号通过各种编码转换成光信号通过光纤介质来传输的设备，由于视频信号转换成光信号的过程中会通过模拟转换和数字转换两种技术，所以视频光端机又分为模拟光端机和数字光端机。二、视频光端机原理：光端机原理就是把信号调制到光上，通过光纤进行视频传输。通常使用以下几种调制方式：1、调幅或强调制系统（AM），全模拟系统，光学发射单元内发光二极管（LED）的亮度或强度随输入视频幅度成线性变化。调幅的光信号通过光纤发送给光接收单元，由其将信号转换为模拟基带视频。视频光端机工作原理图江西方兴科技技术支持部第7页，共20页2、调频或脉冲频率调制（FM），也是一个模拟系统，射频载波通过输入的视频信号线性调节频率，经过调制的载波又用于光发射单元的LED或激光发射器，经过频率调制的信号通过光纤发送给光接收单元，模拟光端机将信号转换为数字基带视频。三、光端机的种类：按传输信号分类有数字型和模拟型1、数字视频光端机数字视频光端机一般由发射端和接收端两部分组成。发射端的基本功能是将用户端的模拟信号通过放大、A／D转换、编码等处理，最后把电信号转换成光纤可以传送的光信号由光纤传输到接收端。在由接收端则进行相反的处理，先是把光信号转化成电信号，电信号解码、通过D／A转换及放大滤波后视频输出。2、模拟视频光端机模拟视频光端机采用了PFM(脉冲频率调制，pulsefrequencymodulation，PFM）：调制技术实时传输图象信号。发射端将模拟视频信号先进行PFM调制后，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，其传输距离能达到50Km或者更远。通过使用波分复用技术，还可以在一根光纤上实现图象和数据信号的双向传输，按技术分类有3类：PDH，SDH，SPDH。1）PDH光端机江西方兴科技技术支持部第8页，共20页PDH（PlesiochronousDigitalHierarchy，准同步数字系列）光端机是小容量光端机，PDH光端机一般是成对应用，也叫点到点应用，PDH光端机容量一般为4E1，8E1，16E1。2）SDH光端机SDH（SynchronousDigitalHierarchy，同步数字系列）光端机容量较大，SDH光端机的容量一般是16E1到4032E1。3）SPDH光端机SPDH（SynchronousPlesiochronousDigitalHierarchy）光端机，SPDH光端机介于PDH光端机和SDH光端机之间。SPDH光端机是带有SDH（同步数字系列）特点的PDH传输体制（基于PDH的码速调整原理，同时SPDH光端机又尽可能采用SDH中一部分组网技术）。四、视频光端机的物理接口：视频光端机的物理接口有视频接口，音频接口，RS485数据接口，RS232数据接口，以太网接口，电话接接口，对讲接口等。1、视频接口是为视频光端机提供视频输入，视频接口主要是和摄像头或者DVR等设备相连。接口类型为同轴BCN，阻抗75ohm，分视频输入和视频输出两个方向接口，也可以配置成双向接口。如右图：2、音频接口一般用在视频会议和监控和指挥调度当中，通常与麦克风、有源音箱和拾音头等设备相连，提供24bit立体声的音质传江西方兴科技技术支持部第9页，共20页输，接口本身并不具备功率放大功能，所以在音频输出端要接有源音箱或者功放等功率放大设备。接口类型为莲花同轴，阻抗600ohm，分音频输入和输出两个方向接口，也可以配置成双向接口。3、RS485数据接口是通常指RS485，由1＋和1－两跟线组成。RS485用来控制云台或者高速球机的转动，达到各个方向实时监控的目的，接口类型通常为工业接线端子或者RJ45等，这个没有统一的标准，由各个厂家根据自己的设计来定的。阻抗为120ohm，分正向、反向和双向接口。4、RS232数据接口RS232就是串口，一般是用来与计算机通信传递数据协议。接口类型为DB9,也有工业接线段子或者RJ45等，DB9的接线线序为标准的接法，其他的接口线序由各个厂家自行设计决定，没有统一标准。RS232串口公头江西方兴科技技术支持部第10页，共20页5、以太网接口是用来传输网络数据并组成各种局域网和各专网的接口，接口带宽有10M、100M和1000M，目的是为了满足不同的数据传输带宽，接口速率基本上10M/100M自适应，线序也是交叉平行自适应，接口类型为RJ45，阻抗120ohm，线序有统一的标准。不过现在很多生产厂家把以太网的要求10M/100M自适应，这是不确切的，10M/100M自适应只是接口速率，并不代表接口带宽，有可能10M/100M自适应是2M的带宽也是不一定的。6、电话接口就是接电话机的接口，是用来延伸电话线的作用，说白了其原理与PCM复用是一致的，电话接口性能参数指标（话路特性）很多，比如电平、频率特性、衰减、空闲噪音等。7、对讲接口是对讲设备大多为半双工双向语音通道、中继复原江西方兴科技技术支持部第11页，共20页控制方式，现在的工程越做越大，对讲的传输距离也越来越远，由于对讲设备大多是本端供电，采用的多是非平衡电缆传输，抗干扰能力差，远距离传输会产生噪音，通话质量差，所以这就要求对讲设备也要通过光纤传输。第三章常见故障分析一、监控系统的组成我们将整个视频监控系统划分为六层分别为表现层、控制层、处理层、传输层、支撑层、采集层。1）表现层表现层是我们最直观感受到的，它展现了整个视频监控系统的品质。如监控电视墙、监视器等都属于这一层。2）控制层控制层是整个视频监控系统的核心，它是系统科技水平的最明确体现。通常我们的控制方式有模拟控制和数字控制等。（如：视频控制软件）3）处理层处理层也称为视频处理层，它将有传输层送过来的视频信号加以分配、放大、分割等处理，有机的将表现层与控制层加以连接。江西方兴科技技术支持部第12页，共20页视频分配器、音视频放大器、视频分割器、音视频切换器等等设备都属于这一层。4）传输层：传输层相当于视频监控系统的血脉。在小型视频监控系统中，我们最常见的传输层设备是视频线、网线、光纤等。5）支撑层：支撑层是用于后端设备的支撑，保护和支撑采集层、执行层设备。它包括支架、防护罩等等辅助设备。6）采集层：采集层是整个视频监控系统品质好坏的关键因素，它包括镜头、监控摄像机、报警传感器等等。二、cctv监控链路图：电视墙快球快球枪机光纤传输段20/40/60/80km监控现场监控机房开关量数据线红外线微波监控设备音频采集器音频数据线RS485RS485RS485视频线缆视频线缆视频线缆开关量数据线音响/扬声器发射机接收机视频线缆监控主机硬盘录像机主控键盘RS485矩阵电视墙快球快球枪机光纤传输段20/40/60/80km监控现场监控机房开关量数据线红外线微波监控设备音频采集器音频数据线RS485RS485RS485视频线缆视频线缆视频线缆开关量数据线音响/扬声器发射机接收机视频线缆监控主机硬盘录像机主控键盘RS485快球快球枪机光纤传输段20/40/60/80km监控现场监控机房开关量数据线红外线微波监控设备音频采集器音频数据线RS485RS485RS485视频线缆视频线缆视频线缆开关量数据线音响/扬声器发射机接收机视频线缆监控主机硬盘录像机主控键盘RS485矩阵外场监控链路图江西方兴科技技术支持部第13页，共20页BLC背光补偿开关AES电子快门AI自动光圈开关1A1BINGT+T-ALARMRS-485DC12VAC24VPOWER1BLCOFFAESAI4VDDD5VIDEOOUT32电源指示灯模拟视频接口VD/DD模式视频驱动光圈直流驱动光圈RS485控制接口报警接口BLC背光补偿开关AES电子快门AI自动光圈开关1A1BINGT+T-ALARMRS-485DC12VAC24VPOWER1BLCOFFAESAI4VDDD5VIDEOOUT32电源指示灯模拟视频接口VD/DD模式视频驱动光圈直流驱动光圈RS485控制接口1A1BINGT+T-ALARMRS-4851A1BINGT+T-1A1BINGT+T-ALARMRS-485DC12VAC24VPOWER1DC12VAC24VPOWERDC12VAC24VPOWER1BLCOFFAESAI4BLCOFFAESAIBLCOFFAESAIBLCOFFBLCOFFAESAIAESAI4VDDD5VDDDVDDD5VIDEOOUT3VIDEOOUTVIDEOOUT32电源指示灯模拟视频接口VD/DD模式视频驱动光圈直流驱动光圈RS485控制接口报警接口一般摄像机后板接口Video....OTS810B-STOTS810B-SRVideo....DataRS485Data光纤Video....OTS810B-STOTS810B-SRVideo....DataRS485Data光纤光端机连接示意图江西方兴科技技术支持部第14页，共20页视频输入视频输出电源接口AC220VVV电源开关以太网接口用于远程通信RS232接口用于键盘控制串口通信RS485控球接口视频输入视频输出电源