安防视频监控中的光纤传输

网络视频监控系统中,网络摄像机的信号通过网线(双绞线)进行传输。但是网线的传输距离有限,在不借助信号放大器,延长器等辅助设备的前提下,网络摄像机信号经过网线传输的极限距离大约是100米。目前虽然有些安防专用POE交换机,能将网络摄像机的信号传输到250米左右(传输速率大约是10M),但大型安防监控系统,特别是需要远距离传输的安防监控系统中,光纤的传输方式肯定是首选。

光纤及光纤传输

在光纤传输中,光信号通过玻璃纤维传输。

光纤

光缆内的光纤是柔软、透明的纯玻璃或塑料绞线。光纤的纤芯被另一种特性稍有不同的透明材料包层径向包围。这种结构使光纤起到“光管”的作用,因此,即使光纤弯曲或扭曲,从一端进入纤芯的光也可以从另一端射出。为了稳定和保护,芯和包层通常由几个保护涂层包围。

当光纤内的光到达纤芯和包层之间的边界时,光将以受控方式反弹,并基本上继续向前,在“墙”之间来回反弹。这就好像包层衬有镜子一样,几乎没有任何光被包层吸收,这就是为什么光纤能够以几乎保持不变的强度将光传输到很远的距离。

单模光纤和多模光纤

光纤有两种类型,适用于不同的光源和不同的传输距离。

单模光纤具有直径约8µm 或10µm 的薄纤芯,传输红外激光(波长1300-1550 nm),通常由玻璃制成。单模光纤仅支持一条传播路径或模式,运行在100M/s或1 G/s的数据速率,传输距离可以达到至少5公里。多用于远距离的信号传输。

多模光纤具有更大的纤芯直径,通常为50–100µm,传输红外LED(发光二极管)光(波长850-1300 nm)。它们通常由包有塑料的二氧化硅或塑料制成。多模光纤支持多种传播路径或模式,多用于短距离的光纤通信。典型的传输速度是100M/s,传输距离可达2km(100BASE-FX),1 G/s可达1000m,10 G/s可达550m。

全双工传输和单工传输

一根光纤传输两个信号(全双工)或一个信号(单工)。

在双工传输中,发送的信号和接收的信号通过同一根光纤传输。这意味着在每根光纤中都有两条光线同时向相反方向传播。

而在单工传输中,只有一条光线穿过每根光纤,然后,接收到的信号必须经过第二根光纤传输。与单工传输相比,双工传输只需要一半数量的光纤束来传输相同数量的数据。

光纤传输的优点

光纤传输应用中,例如网络视频监控,通过光纤的光不仅仅是随机光,而是编码为光信号的数据流。自20世纪70年代以来,光纤已用于数据传输,近年来,数据传输和光纤设备制造技术都有了长足的进步。

低成本远距离传输

光纤电缆能以很低的衰减在远距离传输信号,而为了使双绞线能够在相同的距离上传输信号,信号必须在传输过程中多次放大。这可以使用所谓的中继器来完成,但这些都相当昂贵。这就是为什么光纤电缆可以成为远距离的经济高效的解决方案,尽管它们每米单价比双绞线更贵。

根据光纤类型,光纤电缆的最大长度在10 km到70 km之间。而双绞线的最大传输长度为100米。根据所用光纤电缆的类型,数据速率可高达10Gbit/s。

光纤装置的成本效率还取决于光纤的细长性。这意味着可以将更多光纤捆绑到给定直径的电缆中。这使得更多的数据可以通过同一根电缆传输,使光纤电缆成为传输数字信息的理想选择。

无电气干扰

通过双绞线传输易受电磁干扰(EMI)影响。当外部电磁场影响电缆中的电流时,可能会导致数据丢失的严重问题。然而,光纤电缆不受这种干扰的影响。此外,一根光纤中的信号不会干扰同一电缆中其他光纤中的信号。

由于光纤电缆中的信号不会在光纤外产生任何电磁场,因此不存在信号泄漏。这意味着未经授权的人员无法窃听或访问传输,保证数据安全。

安防视频监控中的光纤传输

在安防视频监控项目中,光纤可以用来传输网络视频信号,也可以传输模拟视频信号,方法原理基本一样。视频信号(网络或者模拟)接入光纤发射端(光纤收发器发射端或者视频光端机发射端),经光纤传输到后端,接入光纤接收端(光纤接收器接收端或者视频光端机接收端),最后接入对应的网络视频监控系统或者模拟视频监控系统。

光纤发射端

网络摄像机传输的是电气数据信号,模拟摄像机传输的是模拟数据的电信号,光纤发射端的作用是把相应的电气信号转换成光信号,然后才能通过光纤传输。能实现这个功能的主要设备有光纤收发器,视频光端机,支持SFP功能的交换机等。

光纤接收端

经过光纤传输过来的光信号,需要转换回对应的电信号,然后才能接入相应的视频监控系统中。光纤发射端和接收端一般成对使用。

光纤收发器

光纤收发器,是一种将短距离的双绞线电信号和长距离的光信号进行互换的以太网传输媒体转换单元,在很多地方也被称之为光电转换器(Fiber Converter)。光纤收发器的作用是,将我们要发送的电信号转换成光信号,并发送出去,同时,能将接收到的光信号转换成电信号,输入到对应的系统。

光纤收发器可分为单模光纤收发器(传输距离20公里至120公里)和多模光纤收发器(传输距离2公里到5公里);单纤光纤收发器(半双工方式)和双纤光纤收发器(全双工方式);桌面式(独立式)和机架式(模块化)等。

视频光端机

视频光端机可以将模拟视频信号通过各种编码转换成光信号通过光纤介质进行远距离传输。视频信号转换成光信号的过程有两种转换技术,分别是模拟转换和数字转换。所以视频光端机分模拟光端机和数字光端机。

光端机按照接口来分类有视频光端机、音频光端机、HD-SDI光端机、VGA光端机、DVI光端机、HDMI光端机、开关量光端机等。

SFP模块

光模块(**optical module)**由光电子器件、功能电路和光接口等组成,光电子器件包括发射和接收两部分。简单的说,光模块的作用就是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。

SFP(Small Form-factor Pluggables)是光模块的一种封装形式,除此之外,光模块的封装形式还有SFP+,SFF,千兆以太网路界面转换器(GBIC)等。

SFP模块本质上讲是一个光纤收发器,这意味着它是一个发射端和一个接收端组合成一个模块。SFP模块还起到电缆适配器的作用,是连接光纤电缆和双绞线的关键部件。SFP模块可插入网络摄像机、媒体转换器开关、交换机或视频编码器等的SFP插槽中。

SFP模块的形状系数和电气接口未由任何官方标准机构标准化,而是由不同制造商之间的多源协议(MSA)规定。所以应该根据制造商的建议选择合适的模块。

安防视频监控中的光纤传输

https://ipc.name/fiber-optic/

作者

天一生水

发布于

2021-11-26

更新于

2024-04-02

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