Применение волоконной оптики - наиболее правильное решение в тех случаях, когда речь идет о необходимости передачи информации без ощутимых потерь. Что представляют собой ОВ-модули, каковы их плюсы и каким представляется их будущее?


Особенности передачи видеосигнала по коаксиальному кабелю

Видеосигнал по коаксиальному кабелю RG59 и его аналогам (РК 75-4, BZ9259) без применения корректирующих усилителей (которые, кстати, снижают отношение сигнал/шум) можно передавать без особых проблем на расстояние 250-300 м, но при этом предварительно надо оговорить некоторые качественные показатели кабеля.
В паспорте на кабель можно увидеть такие параметры, как "затухание 1,96 дБ/100 м на 5 МГц". Это означает, что при использовании коаксиального кабеля затухание на 300 м будет около 6 дБ, то есть в два раза по амплитуде. В этом случае такой кабель, по сути, выступает как низкочастотный фильтр.

Что означает на практике "подрезание" верхней частоты в спектре стандартного видеосигнала? "Срезание" верхних частот вызывает ухудшение различимости мелких деталей изображения и, если затухание велико, может оказать влияние на поднесущую цветности (4,43 МГц, PAL), а в некоторых случаях вызвать искажение или даже полную потерю цвета в видеосигнале.
Таким образом, ответ на вопрос, допустимо ли передавать видеосигнал на X метров по коаксиальному кабелю (или витой паре), может быть положительным, если только не вдаваться ни в какие технические подробности. Заказчику, слабо разбирающемуся в специфике, простительно задавать такой вопрос, но когда специалист дает подобный ответ, даже не уточнив детали, это говорит о его некомпетентности или желании под любым предлогом заключить сделку. Вероятно, по этой причине такой подход к делу некоторые называют "коммерческим".
Для передачи видеосигнала по коаксиальному кабелю допустимо использование корректирующих усилителей, но их не может быть много. Если такие усилители установлены в середине или на конце линии передачи видео, то, во-первых, это ухудшит отношение сигнал/шум, что не удивительно, поскольку они усиливают электрический сигнал (то есть и полезный видеосигнал, и шум), а во-вторых, корректирующий усилитель не сможет "угадать" реальный "завал" АЧХ (амплитудно-частотная характеристика) коаксиального кабеля на разных частотах, если кабель к тому же уложен по сложной трассе. Правильнее было бы в таких случаях использовать предкомпенсацию на передающей стороне (непосредственно около камеры или даже в ней самой).

Что касается помехозащищенности коаксиального кабеля и витой пары, то на практике все разговоры об этом оказываются мифом.


Передача сигнала по оптоволокну

Оптико-волоконный кабель - это единственный реально помехо- и грозо-защищенный кабель. Его цена в настоящее время уже не столь высока, и он вполне доступен широкому кругу потребителей. Технологии работы с ним хорошо отлажены и не вызывают особых вопросов у специалистов. Таким образом, там, где идет борьба за качество видеосигнала (за каждую ТВЛ!), применение волоконно-оптических кабелей неоспоримо, ведь нелогично использовать телекамеру с более высоким разрешением и исходно высоким качеством видеосигнала, если в дальнейшем при передаче по линии этот видеосигнал будет ухудшен или искажен.


Выбор оптико-волоконных модулей

Для передачи информации (видео, аудиосигнала, сигнала сухих контактов, Ethernet, данных различных интерфейсов: RS-323, RS-485 и др.) по волоконно-оптическим кабелям используются оптико-волоконные модули (ОВ-модули). Некоторые из них способны передавать несколько сигналов одного или разных типов по одному или двум оптическим волокнам. Причем дальность передачи исчисляется километрами для многомодового кабеля и десятками километров для одномодового. Кроме того, ОВ-модули практически не вносят в видеосигнал никаких искажений, то есть работают по принципу "что на входе, то и на выходе".

Основными параметрами ОВ-модулей, на которые следует обращать внимание в первую очередь, являются:

• дальность передачи сигналов;
• типы и количество передаваемых сигналов.

Помимо этой исходной информации специалисту требуется иметь данные о следующих характеристиках ОВ-модулей:

• тип оптического волокна;
• количество волокон, необходимое для передачи сигнала;
• разрядность оцифровки (для цифровых ОВ-модулей, которых большинство);
• напряжение питания, допустимый диапазон разброса (при просадках напряжения) и мощность;
• функциональность ОВ-модулей.

Что касается цены, то она здесь не рассматривается, так как по большей части эта тема "политико-экономическая". В любом случае ОВ-модули того или иного производителя оцениваются сначала с технической точки зрения, для чего о конкретном продукте собирается информация по указанным выше пунктам.


Надежность, или Скупой платит дважды

После решения технических вопросов следует обратить внимание на экономическую целесообразность применения выбранных ОВ-модулей, не забывая при этом о таких качествах оцениваемой техники, как надежность и отказоустойчивость. Про надежность на практике вспоминают чаще всего тогда, когда гарантия на модуль закончилась, и он вышел из строя. Тут выясняется, что на его замену требуется в 1,5 раза больше средств, чем в том случае, если бы изначально был выбран чуть более дорогой, но качественный модуль.
Иногда создается впечатление, что некоторые производители изначально делают ставку на модули, имеющие низкую цену, то есть предпочитают продавать десять дешевых модулей, нежели один дорогой. Естественно, такие производители заинтересованы в том, чтобы потребитель чаще покупал выпускаемое ими оборудование, поэтому для них идеальным вариантом был бы выход из строя модуля сразу после окончания гарантии на него (гарантийный срок он отработал, значит у потребителя, которому теперь необходимо покупать новый модуль, нет основания для претензий). Для заказчика системы безопасности такой подход неприемлем, однако всегда возникает желание сэкономить. Можно сказать, что количество проблем в этом случае прямо пропорционально скупости. Правда, нельзя не упомянуть о том, что и за избыточный функционал заказчик платить не обязан. Истина, как всегда, находится где-то посередине, но все же ближе к "надежности", чем к "скупости".

Самый простой путь решения проблемы выбора для заказчика состоит в том, чтобы собрать отзывы о работе оборудования. Если отзывы положительные, а оборудование недорогое, то есть основания им заинтересоваться.


Внимание на производителя

ОВ-модули условно можно классифицировать в зависимости от производителя и качества выпускаемого им оборудования:

- импортное известное (известные бренды) - такое оборудование надежное, но дорогое;
- импортное неизвестное (в основном азиатского происхождения, выпускаемое под всевозможными торговыми марками) - существуют риски, но оборудование чаще всего недорогое;
- отечественное известное - надежное, относится к среднему ценовому диапазону;
2 Б - отечественное неизвестное (в основном, предлагается как "новое", "перспективное" и т.п.) - существуют большие риски, оборудование чаще всего недорогое.

Надо отметить, что и в категории 1Б, и в 2 Б могут оказаться устройства, низкая цена которых - результат сокращения числа функций (причем об этом Продавцы обычно умалчивают). Например, в таких устройствах может отсутствовать грозозащита по видеовходам или АРУ по видеовходам и т.д. В итоге Получаем известный "эффект": на стендах выставок и в лабораторных условиях такие устройства работают не хуже других, более дорогих моделей (цена которых вполне оправдана, ведь за микросхемы и разработку надо платить), а вот в условиях реального объекта начинаются "необъяснимые" поломки (куда-то пропадает качество сигнала при неоптимальном освещении и т.д.).

Вполне очевидно, что непрофессионал практически не имеет возможности отличить добротно сделанное изделие от его "точно такого же" аналога, поскольку для этого необходимо проанализировать много параметров и иметь некий опыт работы с подобными устройствами. Хотя, как уже говорилось, положительные отзывы "третьих незаинтересованных лиц" могут дать исходную информацию для принятия решения.


Волоконно-оптическая техника в охранных системах

Рассмотрим перспективы применения волоконно-оптической техники (ВОТ) в охранных системах. Для начала укажем на тот факт, что основания для модернизации концепции применения аналоговых ОВ-модулей объективно имеются. В частности, цифровые способы передачи и обработки данных, развивающиеся повсеместно, постепенно начинают вытеснять традиционные аналоговые решения, в том числе и в CCTV.

С одной стороны, к примеру, наилучшее качество видеосигнала сегодня достижимо пока только в аналоговом виде и то при условии, что использованы хорошие видеокамеры, объективы, тракт передачи на большие расстояния (оптическое волокно), монитор (аналоговый с высоким разрешением и желательно гребенчатым фильтром) и т.д.

Однако, с другой стороны, весьма хорошее качество уже доступно и в цифровом виде. Сейчас, к примеру, есть аппаратные кодеры/декодеры и IP-камеры, в которых наиболее удачно реализован аппаратный алгоритм сжатия MPEG-4, известный тем, что его можно гибко настраивать для решения различных задач. Кроме того, MPEG-4 лучше других алгоритмов сжатия экономит трафик в сети и дисковое пространство видеоархиватора.

Для применения кодеров достаточно того, чтобы рядом была вычислительная сеть (ЛВС), возможно, уже имеющаяся у организации. Сетевые коммутаторы, расположенные на большом удалении друг от друга, также общаются посредством волоконно-оптических интерфейсов, причем штатных интерфейсов этих коммутаторов.
При использовании IP-CCTV отпадает необходимость в большом сегменте волоконно-оптических устройств, а именно в ОВ-модулях, применяемых для передачи аналогового сигнала. Это объясняется тем, что аналоговый сигнал в такой системе существует только до ближайшего кодера (он может быть встроен в камеру). Далее обработка, передача, хранение, коммутация и отображение сигнала совершается в цифровом виде.

Тенденция перехода с аналоговых решений на IP-CCTV очевидна, такой переход - вопрос времени, причем ближайшего.


Будущее ОВ-модулей

Будут ли в ближайшем времени востребованы аналоговые ОВ-модули, и что же нужно предпринять для их сохранения?
Видится несколько путей выживания этого типа оборудования. Рассмотрим их подробнее.



Гибридные системы


Один из этих путей предполагает применение не полностью цифровых CCTV, а гибридных систем. В них используются аналоговые видеокамеры, аналоговые линии передачи сигналов (в том числе аналоговые ОВ-модули), а в качестве устройств переключения и видеорегистраторов - цифровые кодеры.
Гибридные схемы построения СТН в настоящий момент представляются следующим наиболее вероятным шагом при переходе к подлинным цифровым системам. В гибридной схеме наряду с аналоговыми камерами могут применяться и IP-камеры.

Продвижению на реальные объекты цифровых решений препятствуют некоторые нюансы. К примеру, радиус действия Ethernet - 100 м от коммутатора. Если на периметре камеры расположены с шагом в 60-70 м, то необходимо или устанавливать много малопортовых коммутаторов, или искать решения, которые позволили бы сконцентрировать на участке несколько камер в одном шкафу. Причем необходимо применение коммутаторов индустриального исполнения или шкафов с подогревом. Кроме того, может возникнуть потребность в управляемых коммутаторах, поддерживающих определенные протоколы (например, для соединения в кольцо коммутаторов периметра и повышения надежности ЛВС периметра). К этому перечню требований надо добавить обязательное для каждой линии Ethernet устройство грозозащиты на каждом конце витой пары и необходимость прокладывания STP Cat5 уличного исполнения. Очевидно, что при этих условиях решение задачи становится весьма проблематичным.

Выходом в такой ситуации могла бы стать разработка миниатюрного преобразователя видеосигнала, конвертирующего из коаксиального кабеля в одномодовое волокно и соответственно совершающего обратное преобразование. Тогда задача доведения сигнала с высшим качеством до аппаратной сводится к установке ОВ-передатчика в кожух видеокамеры.
Грозозащита для исходящего ОВ-кабеля не требуется. Остается только поставить приемник в аппаратной и выполнить сварку периферийных ОВ-кабелей от камеры с магистральным кабелем внутри совсем небольших и недорогих боксов, которые можно устанавливать хоть на каждом столбе периметра. По сравнению с другими решениями это экономически самое эффективное. По такому же пути можно было бы пойти и при использовании IP-камеры в уличном гермокожухе. Здесь необходимо более сложное устройство (хотя не менее миниатюрное) - конвертер Ethernet из Cat5 в ОВ-кабель, причем одномодовый.
Существующие устройства или дороги, или недостаточно малы, или малы, но требуют необычного питания. Использование миниатюрных ОВ-модулей такого типа представляется весьма перспективным, особенно для периметровой СТН, но однозначного ответа на этот вопрос пока нет.



ОВ-модули в аналоговой СТН


В рамках концепции аналоговой СТН с меньшей долей вероятности, чем в предыдущем случае, можно было бы предположить востребованность ОВ-модулей с профессиональным качеством передачи видеосигнала.



фото оптоволоконного модуляфото оптоволоконного модуля

Дело в том, что для передачи видеосигнала в большинстве современных ОВ-модулей используется его оцифровка.

Чаще всего применяются 8-разрядные АЦП (и соответственно ЦАП), что позволяет дискретизировать сигнал на 256 уровней по амплитуде. Часть видеосигнала (30% от 1 В размаха!!!) занимают синхроимпульсы. Полезный сигнал раскладывается чуть более чем на полторы сотни уровней квантования. Этого достаточно для передачи черно-белого видеосигнала, так как человеческий глаз не в состоянии различать более 100 градаций серого (переход от самого черного к самому белому). А если уровень видеосигнала равен не 1 В, а меньше? Уровней квантования на него приходится также меньше... Если на видеовходе передающего ОВ-модуля не стоит авторегулировка усиления (АРУ), "вытягивающего" видеосигнал до нормального уровня 1 В, то постепенное снижение видеосигнала визуально будет приводить не только к уменьшению яркости элементов изображения, но и к снижению разрешения передаваемого видеосигнала!

Кстати, в платах видеозахвата, устанавливаемых в компьютер, АРУ на входе вообще редко имеется, так как его отсутствие снижает цену оборудования. (Повысить число продаж за счет удешевления товара - ход верный, однако солидные фирмы считают снижение цены продукта за счет его качества неприемлемым по отношению к заказчику решением.)

Выходом из положения может быть применение 10- или даже 12-битной оцифровки видеосигнала (1024 уровня при 10-битной оцифровке или 4096 уровней при 12-битной, и это вместо 256 уровней при 8-битной). Увеличение разрядности оцифровки снизит и погрешность передачи фазы цветовой поднесущей (для PAL это критично, так как фаза поднесущей относительно цветовой вспышки определяет цветность видеосигнала). Ошибки при передаче фазы выражаются в неправильной цветопередаче.



Решение на базе "оптических модемов"


Перспективным и весьма конкурентоспособным представляется решение на базе так называемых "оптических модемов".
Правильно было бы сделать замечание о том, что этот термин больше подходит к PDH/SDH-магистралям междугородного масштаба, чрезвычайно дорогим, но развитие технологий позво яет надеяться, что такой транспорт можно будет использовать и в локальных сетях.

Смысл предлагаемого решения заключается в том, что ОВ-модуль в этом случае состоит из нескольких частей. База ОВ-модуля - это некий оптический модем (вероятно, базирующийся на ОВ-шине, хотя такое сочетание терминов явно непривычно для восприятия), представляющий собой устройство передачи поступившей на него информации в оптико-волоконный кабель.
Модем использует несколько волокон, идущих до другого модема, для организации тракта передачи информации, причем часть информации через модем проходит транзитом. Возможно соединение в кольцо оптических модемов для отказоустойчивости системы передачи информации в целом. Далее, в посадочные слоты оптического модема вставляются мини-модули оцифровки различных сигналов: видео, аудио, данных, Ethernet и любых других.

Такая гибкая система построения транспортной среды весьма привлекательна, при разумной ценовой политике она в будущем может составить ощутимую конкуренцию полностью цифровым решениям. В крайнем случае такая система может использоваться в качестве оптической транспортной среды в гибридном исполнении для передачи видео от телекамер в аппаратную. Для заказчика помимо указанных преимуществ это дает дополнительную гибкость в конфигурировании нужного ему ОВ-модуля (например, 2 канала видео + канал звука + канал аудио + Ethernet) и возможность не переплачивать за избыточный функционал или излишние ОВ-модули.



Частотное уплотнение DWDM


Данное решение практически из области фантастики, но все же возможным видится применение технологий плотного частотного уплотнения DWDM для передачи по одному и тому же волокну гигантских объемов трафика на разных близко расположенных длинах волн ИК-излучения (например, в описанных выше оптических модемах). Технически такое решение осуществимо, но из-за своей дороговизны оно применяется только на крупных магистралях (например, между городскими АТС) и по экономическим соображениям вряд ли будет иметь шанс быть адаптированным к замкнутым охранным системам.


Вывод

Все описанные выше способы придания новой жизни аналоговым ОВ-модулям так или иначе уже взяты на вооружение различными производителями. Однако пока предлагаемые решения малоизвестны, кроме того, дороги и, как следствие, не особо востребованы. Если производители считают необходимым побороться за применимость своих ОВ-модулей в будущем, то уже сейчас им стоит вести активную и даже агрессивную работу по продвижению в жизнь перспективных решений.



Автор: В.В. Филатов
Начальник отдела технической и маркетинговой поддержки,
руководитель направления "CCTV и волоконно-оптическая техника"
ЗАО "Компания Безопасность"
Читайте также: