【導(dǎo)讀】在煤礦安全生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中引入視頻監(jiān)控更為迫切。但是,如何完成高質(zhì)量的視頻流任務(wù)仍面臨諸多挑戰(zhàn):如何在通用的操作系。統(tǒng)上滿足視頻流的實(shí)時(shí)性要求,如何對(duì)視頻資源進(jìn)行高質(zhì)量的控制和管理。上述問(wèn)題,本文構(gòu)建了視頻系統(tǒng)。系統(tǒng)可以分為三個(gè)功能模塊,其中視頻前端嵌入。供播放列表;客戶端則用來(lái)完成視頻的實(shí)時(shí)顯示和圖像的本地保存。

　　

【正文】 模 光纖傳輸 的距離就比較近，一般只有幾公里。 A、 單模光纖： 單模光纖 在學(xué)術(shù)文獻(xiàn)中的解釋：一般 v小于 時(shí) ,光纖中就只有一個(gè)波峰通過(guò) ,故稱為單模光纖 ,它的芯子很細(xì) ,約為 3 一 10微米 ,模式色散很小 .影響光纖傳翰帶寬度的主要因素是各種色散 ,而以模安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 式色散最為重要 ,單模光纖的色散小 ,故能把光以很寬的頻帶傳輸很長(zhǎng)距離。 單模光纖具備 10 micron 的芯直徑，可容許單模光束傳輸，可減除頻寬及振模色散 (Modal dispersion)的限制，但由于單模光纖芯徑太小，較難控制光束傳輸，故需要極為昂貴的激光作為光源體，而 單模光纜 的主要限制在于材料色散 (Material dispersion)，單模光纜主要利用激光才能獲得高頻寬，而由于 LED 會(huì)發(fā)放大量不同頻寬的光源，所以材料色散要求非常重要。 單模光纖相比于 多模光纖 可支持更長(zhǎng)傳輸距離，在 100MBPS 的 以太網(wǎng) 以至這行的 1G 千兆網(wǎng)，單模光纖都可支持超過(guò) 5000m 的傳輸距離。 從成本角度考慮，由于 光端機(jī) 非常昂貴，故采用單模光纖的成本會(huì)比多模光纖電纜的成本高。單模光纖（ ） 如圖 (c)，折射率分布和 突變型光纖 相似，纖芯直徑只有 8~10 μm ，光線以直線形狀沿纖芯中心軸線方向傳播。因?yàn)檫@種光纖只能傳輸一個(gè)模式（兩個(gè)偏振態(tài)簡(jiǎn)并），所以稱為單模光纖，其信號(hào)畸變很小。 圖 27 單模光 纖 產(chǎn)品選用指南：?jiǎn)文９饫w的芯線標(biāo)稱直徑規(guī)格為（ 8～ 10） μm/125μm 。規(guī)格（芯數(shù)）有 1 1 2 3 4 60、 7 8 96芯等。線纜外護(hù)層材料有普通型；普通阻燃性；低煙無(wú)鹵型；低煙無(wú)鹵阻燃型。當(dāng)用戶對(duì)系統(tǒng)有保密要求，不允許信號(hào)往外發(fā)射時(shí)，或系統(tǒng)發(fā)射指標(biāo)不能滿足規(guī)定時(shí)，應(yīng)采用屏蔽銅芯對(duì)絞電纜和屏蔽配線設(shè)備，或采用光纜系統(tǒng)。 施工、安裝要點(diǎn) ： 由于光纖的纖芯是石英玻璃的，極易弄斷，因此在施工彎曲時(shí)，決不允許超過(guò)最小的彎曲半徑。其次，光纖的抗拉強(qiáng)度比電纜小，因此在操作光纜 時(shí)，不允許超過(guò)各種類型光纜抗拉強(qiáng)度。在光纜敷設(shè)好以后，在設(shè)備間和樓層配線間將光纜捆接在一起，然后才進(jìn)行光纖連接。可以利用光纖端接裝置 (OUT)、光纖耦合器、 光纖連接器 面板來(lái)建立模組化的連接。當(dāng)敷設(shè)光纜工作完成，以及在應(yīng)有的位置上建立互連模組以安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 后，就可以將光纖連接器加到光纖末端上，并建立光纖連接。 其他參見(jiàn)《建筑與建筑群 綜合布線系統(tǒng) 工程驗(yàn)收規(guī)范》 GB/T 50312－2021和《建筑及建筑群綜合布線系統(tǒng)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》 CECS 89:97 中要求。 B、 多模光纖 多模 光纖容許不同模式的光于一根光纖上傳輸，由于多模光纖的芯徑較大，故可使用較為廉價(jià)的耦合器及接線器，多模光纖的纖芯直徑為 50μm至 100μm 。 圖 28 多模光纖 基本上有兩種多模光纖，一種是梯度型（ graded）另一種是階躍型 （ stepped），對(duì)于梯度型（ graded）光纖來(lái)說(shuō)，芯的折射率（ refraction index)于芯的外圍最小而逐漸向中心點(diǎn)不斷增加，從而減少訊號(hào)的 模式色散 ，而對(duì)階躍型（ Stepped Index） 光纜 來(lái)說(shuō)，折射率基本上是平均不變，而只有 在包層（ cladding）表面上才會(huì)突然降低。階躍型（ stepped）光纖一般較梯度型（ graded）光纖的帶寬為低。在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用上，最受歡迎的多模光纖為 ， （ cladding）直徑為 125μm ，其他較為普通的為 50/125 及 100/140。 相對(duì)于 雙絞線 ，多模光纖能夠支持較長(zhǎng)的傳輸距離，在 10mbps 及 100mbps 的 以太網(wǎng) 中，多模光纖最長(zhǎng)可支持 2021米的傳輸距離，而于 1GpS千兆網(wǎng)中，多模光纖最高可支持 550 米的傳輸距離。 業(yè)界一般認(rèn)為當(dāng)傳輸距離超過(guò) 295尺，電磁干擾非常嚴(yán)重，或頻寬需要超過(guò) 350MHz，那便應(yīng)考慮采用多模光纖代替雙絞線作為傳輸載體。 多模光纖產(chǎn)品選用指南 ： 多模光纖的芯線標(biāo)稱直徑規(guī)格為 μm. 或 50μm/125μm. 。規(guī)格（芯數(shù)）有 1 1 2 3 4 60、 7 8 96 芯等。線纜外護(hù)層材料有普通型；普通阻燃性；低煙無(wú)鹵型；低煙無(wú)鹵阻燃型。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 接口的介紹 RS485 接口 圖 29 RS485 接口 通常情況下，發(fā)送驅(qū)動(dòng)器 A、 B之間的 正電平在 +2～ +6V，是一個(gè)邏輯狀態(tài)，負(fù)電平在 2～ 6V，是另一個(gè)邏輯狀態(tài)。另有一個(gè)信號(hào)地 C，在 RS485 中還有一“ 使能 ” 端，而在 RS422中這是可用可不用的。 “ 使能 ” 端是用于控制發(fā)送驅(qū)動(dòng)器與傳輸線的切斷與連接。當(dāng) “ 使能 ” 端起作用時(shí)，發(fā)送驅(qū)動(dòng)器處于高阻狀態(tài)，稱作 “ 第三態(tài) ” ，即它是有別于邏輯 “1” 與 “0” 的第三態(tài)。 接收器也作與發(fā)送端相對(duì)的規(guī)定，收、發(fā)端通過(guò)平衡雙絞線將 AA 與 BB對(duì)應(yīng)相連，當(dāng)在收端 AB之間有大于 +200mV 的電平時(shí)，輸出正邏輯電平，小于 200mV時(shí)，輸出負(fù)邏輯電平。接收器接收平衡線上的 電平范圍通常在 200mV 至 6V 之間。參見(jiàn)。 RS485 有兩線制和四線制兩種接線，四線制只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式，現(xiàn)很少采用，現(xiàn)在多采用的是兩線制接線方式，這種接線方式為總線式拓樸結(jié)構(gòu)在同一總線上最多可以掛接 32個(gè)結(jié)點(diǎn)。在 RS485 通信網(wǎng)絡(luò)中一般采用的是主從通信方式，即一個(gè)主機(jī)帶多個(gè)從機(jī)。很多情況下，連接RS485通信鏈路時(shí)只是簡(jiǎn)單地用一對(duì)雙絞線將各個(gè)接口的 “A” 、 “B” 端連接起來(lái)。而忽略了信號(hào)地的連接，這種連接方法在許多場(chǎng)合是能正常工作的，但卻埋下了很大的隱患，這有二個(gè)原因： (1)共模干擾問(wèn)題： RS485 接口采用差分方式傳輸信號(hào)方式，并不需要相對(duì)于某個(gè)參照點(diǎn)來(lái)檢測(cè)信號(hào)，系統(tǒng)只需檢測(cè)兩線之間的電位差就可以了。但人們往往忽視了收發(fā)器有一定的共模電壓范圍， RS485 收發(fā)器共模電壓范圍為 7～ +12V，只有滿足上述條件，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)才能正常工作。當(dāng)網(wǎng)安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 絡(luò)線路中共模電壓超出此范圍時(shí)就會(huì)影響通信的穩(wěn)定可靠，甚至損壞接口。 (2)EMI 問(wèn)題：發(fā)送驅(qū)動(dòng)器輸出信號(hào)中的共模部分需要一個(gè)返回通路，如沒(méi)有一個(gè)低阻的返回通道（信號(hào)地），就會(huì)以輻射的形式返回源端，整個(gè)總線就會(huì)像一個(gè)巨大的天線向外輻射電磁波。 由于 PC機(jī)默認(rèn)的只帶 有 RS232 接口，有兩種方法可以得到 PC上位機(jī)的RS485電路：（ 1）通過(guò) RS232/RS485 轉(zhuǎn)換電路將 PC機(jī)串口 RS232 信號(hào)轉(zhuǎn)換成 RS485 信號(hào)，對(duì)于情況比較復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境最好是選用防浪涌帶隔離珊的產(chǎn)品。（ 2）通過(guò) PCI 多串口卡，可以直接選用輸出信號(hào)為 RS485 類型的擴(kuò)展卡。 RS232 接口 圖 210 RS232 接口 RS232C 是由美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì) EIA （ Electronic Industry Association）在 1969 年頒布的一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。 RS（ Remended Standard）是英文 “ 推薦標(biāo)準(zhǔn) ” 的縮寫(xiě)， 232 為標(biāo)識(shí)號(hào)， C表示修改次數(shù)。RS232C 總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)有 25 條信號(hào)線，包括一個(gè)主通道和一個(gè)輔助通道。 在多數(shù)情況下主要使用主通道，對(duì)于一般雙工通信，僅需幾條信號(hào)線就可實(shí)現(xiàn)，如 一條發(fā)送線、一條接收線及一條地線。 RS232C 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為每秒 150、 300、 600、 1200、 2400、4800、 9600、 19200 波特。 RS232C 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，驅(qū)動(dòng)器允許有 2500pF 的電容負(fù)載，通信距離將受此電容限制，例如，采用 150pF/m 的通信電纜時(shí)，最大通信距離為 15m；若安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 每米電纜的電容量減小，通信距離可以增加。傳輸距離短的另一原因是RS232 屬單端信號(hào)傳送，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問(wèn)題，因此一般用于 20m 以內(nèi)的通信。 串行通信 接口標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過(guò)使用和發(fā)展，目前已經(jīng)有幾種。但都是在 RS232標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)改進(jìn)而形成的。所以，以 RS232C 為主來(lái)討論。 RS232C標(biāo)準(zhǔn)是美國(guó) EIA(電子工業(yè)聯(lián)合會(huì)）與 BELL 等公司一起開(kāi)發(fā)的 1969 年公布的通信協(xié)議。它適合于數(shù)據(jù)傳輸速率在 0～ 20210b/s 范圍內(nèi)的通信。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)串行 通信接口 的有關(guān)問(wèn)題，如信號(hào)線功能、電器特性都作了明確規(guī)定。由于通行設(shè)備廠商都生產(chǎn)與 RS232C 制式兼容的通信設(shè)備，因此，它作為一種標(biāo)準(zhǔn)，目前已在微機(jī)通信接口中廣泛采用。 RS232C 標(biāo)準(zhǔn)最初是遠(yuǎn)程通信連接數(shù)據(jù)終端設(shè)備 DTE(Data Terminal Equipment)與數(shù)據(jù)通信設(shè)備 DCE（ Data Communication Equipment)而制定的。因此這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的制定，并未考慮計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用要求。但目前它又廣泛地被借來(lái)用于計(jì)算機(jī)（更準(zhǔn)確的說(shuō)，是計(jì)算機(jī)接口）與終端或外設(shè) 之間的近端連接標(biāo)準(zhǔn)。顯然，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的有些規(guī)定及和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是不一致的，甚至是相矛盾的。有了對(duì)這種背景的了解，我們對(duì) RS232C 標(biāo)準(zhǔn)與計(jì)算機(jī)不兼容的地方就不難理解了。 RS232C 標(biāo)準(zhǔn)中所提到的 “ 發(fā)送 ” 和 “ 接收 ” ，都是站在 DTE 立場(chǎng)上，而不是站在 DCE 的立場(chǎng)來(lái)定義的。由于在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，往往是 CPU和 I/O設(shè)備之間傳送信息，兩者都是 DTE，因此雙方都能發(fā)送和接收。 RS232C 標(biāo) 準(zhǔn) （協(xié) 議 ）的 全 稱 是 EIARS232C 標(biāo) 準(zhǔn) ，其 中 EIA (Electronic Industry Association) 代 表 美 國(guó) 電 子 工 業(yè) 協(xié) 會(huì) ， RS（ remeded standard）代表推薦標(biāo)準(zhǔn)， 232 是標(biāo)識(shí)號(hào)， C 代表 RS232 的最新一次修改（ 1969），在這之前，有 RS232B、 RS232A。它規(guī)定連接電纜和機(jī)械、電氣特性、信號(hào)功能及傳送過(guò)程。常用物理標(biāo)準(zhǔn)還有有 EIA RS422A、EIA RS423A、 EIA RS485。 這里只介紹 EIA RS232C（簡(jiǎn)稱 232， RS232）。 例如，目前在 IBM PC 機(jī)上的 COM COM2 接口，就是 RS232C 接口。 光端機(jī) 光端機(jī)就是光信號(hào)傳輸?shù)慕K端設(shè)備 ,由于目前技術(shù)的提高 ,光纖價(jià)格的降低使它在各個(gè)領(lǐng)域得到很好的應(yīng) 用 ,因此各個(gè)光端機(jī)的廠家就好比是雨后春筍般發(fā)展起來(lái)。但是這里的廠家大部分技術(shù)并不是完全成熟，開(kāi)發(fā)新技術(shù)需要耗資和人力、物力等，這就產(chǎn)生廠家多是中小企業(yè)，各品牌也先后 出現(xiàn)。但是質(zhì)量上還是差不多的，國(guó)外的光端機(jī)好但是價(jià)格昂貴，因此，安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 國(guó)內(nèi)廠家把生產(chǎn)光端機(jī)轉(zhuǎn)型出路了。用來(lái)滿足國(guó)內(nèi)的需要。 在遠(yuǎn)程 光纖 傳輸中， 光纜 對(duì)信號(hào)的傳輸影響很小， 光纖傳輸 系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量主要取決于光端機(jī)的質(zhì)量，因?yàn)楣舛藱C(jī)負(fù)責(zé)光電轉(zhuǎn)換以及光發(fā)射和光接收，它的優(yōu)劣直接影響整個(gè)系統(tǒng)，所以就需要眾多新用戶或?qū)Υ擞幸庀虻挠脩魧?duì)光端機(jī)的性能和應(yīng)用有所了解，才能更好地配置和進(jìn)行采購(gòu)。通常所說(shuō)的光端機(jī)是傳輸視頻的非壓縮光端機(jī) . 視頻光端機(jī)在中國(guó)的發(fā)展是伴隨著監(jiān)控發(fā)展開(kāi)始的，視頻光端機(jī)就是把1 到多路的模擬視頻信號(hào)通過(guò)各種編碼轉(zhuǎn)換成光信號(hào)通過(guò)光纖介質(zhì)來(lái)傳輸?shù)脑O(shè)備，又分為模擬光端機(jī)和 數(shù)字光端機(jī) 。 圖 211 視頻光端機(jī)應(yīng)用圖解 模擬光端機(jī) 模擬光端機(jī)采用了 PFM 調(diào)制技術(shù)實(shí)時(shí)傳輸圖象信號(hào)。發(fā)射端將模擬視頻信號(hào)先進(jìn)行 PFM 調(diào)制后，再進(jìn)行電 光轉(zhuǎn)換，光信號(hào)傳到接收端后，進(jìn)行光 電轉(zhuǎn)換，然后進(jìn)行 PFM 解調(diào)，恢復(fù)出視頻信號(hào)。由于采用了 PFM 調(diào)制技術(shù)，其傳輸距離能達(dá)到 50Km 或者更遠(yuǎn)。通過(guò)使用波分復(fù)用技術(shù)，還可以在一根光纖上實(shí)現(xiàn)圖象和數(shù)據(jù)信號(hào)的 雙向傳輸，滿足監(jiān)控工程的實(shí)際需求。這種模擬光端機(jī)也存在一些缺點(diǎn) ， 生產(chǎn)調(diào)試較困難 。如以下缺點(diǎn)： a. 單根光纖實(shí)現(xiàn)多路圖象傳輸較困難，性能會(huì)下降，目前這種模擬光端機(jī)一般只能做到單根光纖上傳輸 4 路圖象 ； b. 抗干擾能力差，受環(huán)境因素影響較大，有溫漂； c. 由于采用的是模擬調(diào)制解調(diào)技術(shù)，其穩(wěn)定性不夠高，隨著使用時(shí)間的增加或環(huán)境特性的變化，光端機(jī)的性能也會(huì)發(fā)生變化，給工程使用帶來(lái)一些不便。 數(shù)字光端機(jī) 由于數(shù)字技術(shù)與傳統(tǒng)的模擬技術(shù)相比在很多方面都具有明顯的優(yōu)勢(shì)，所以正如數(shù)字技術(shù)在許多領(lǐng)域取代了模擬技術(shù)一樣，光端機(jī)的數(shù)字化也是安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 一種必然趨勢(shì)。目前，數(shù)字視頻光端機(jī)主要有兩種技術(shù)方式：一種是 MPEG II圖象壓縮數(shù)字光端機(jī)，另一種是全數(shù)字非壓縮視頻光端機(jī)。 圖象壓縮數(shù)字光端機(jī)一般采用 MPEG II 圖象壓縮 技術(shù)，