Оптоволоконные модули

Применение волоконной оптики - наиболее правильное решение в тех случаях, когда речь идет о необходимости передачи информации без ощутимых потерь. Что представляют собою 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, между прочим, снижают отношение сигнал/шум) можно передавать без особых проблем на расстояние 250-300 м, но при этом заблаговременно надо оговорить некоторые качественные показатели провода.

В паспорте на провод можно увидеть такие параметры, как "затухание 1,96 дБ/100 м на 5 МГц". Это означает, что при использовании коаксиального провода затухание на 300 м будет около 6 дБ, то есть в два раза по амплитуде. В этом случае такой провод, 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 искривление или даже полную потерю цвета в видеосигнале.

Таким образом, ответ на вопрос, позволительно 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. Скорее всего, по этой причине такой подход к делу некоторые называют "коммерческим".

Для передачи видеосигнала по коаксиальному кабелю позволительно 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 неудивительно, поскольку они усиливают электрический сигнал (то есть и полезный видеосигнал, и шум), а во-вторых, исправляющий усилитель не сможет "угадать" реальный "завал" АЧХ (амплитудно-частотная характеристика) коаксиального провода на различных частотах, если провод 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 провода и витой пары, то на практике все разговоры об этом оказываются мифом.

Передача сигнала по оптоволокну

Оптико-волоконный провод это единственный реально помехо - и грозозащищенный провод. 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 битва за качество видеосигнала (за каждую ТВЛ!), применение волоконно-оптических кабелей неопровержимо, ведь нелогично использовать телекамеру с более высоким разрешением и первоначально высоким качеством видеосигнала, если в дальнейшем при передаче по линии этот видеосигнал будет ухудшен или искажен.

Для передачи информации (видео, аудиосигнала, сигнала сухих контактов, Ethernet, данных разных 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 различных типов по одному или двум оптическим волокнам. Причем дальность передачи исчисляется километрами для многомодового провода и десятками километров - для одномодового. Не считая 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:

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

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

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

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

После решения технических вопросов следует обратить внимание на экономическую целесообразность применения ОВ-модулей, не забывая при этом о таких качествах, как надежность и отказоустойчивость.

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 производителя заинтересованы в том, чтоб потребитель чаше 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, чтоб собрать отзывы о работе оборудования. Если отзывы положительные, а оборудование недорогое, то есть основания им заинтересоваться.

Внимание на производителя

ОВ-модули условно можно группировывать в зависимости от производителя и качества выпускаемого им оборудования:
1А - импортное известное (известные бренды) - такое оборудование надежное, но дорогое;
1Б - импортное неизвестное (в основном азиатского происхождения, выпускаемое под всевозможными торговыми марками) - существуют риски, но оборудование чаще всего недорогое;
2А - 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 пометить, что и в категории 1Б, и в 2Б могут оказаться устройства, низкая
цена которых - итог сокращения числа функций (причем об этом продавцы обычно умалчивают). К примеру, 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 плоше 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 методы 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 исполнимо 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 бы гребенчатым фильтром) и т.д.

Однако, с другой стороны, очень хорошее качество уже общедоступно 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 конфигурировать для решения разных задач. Помимо того, MPEG-4 лучше других алгоритмов сжатия экономит трафик в сети и дисковое пространство видеоархиватора.

Для применения кодеров достаточно того, чтоб 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 систему). Далее обработка,
передача, коммутация и отображение совершается в цифровом виде.

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

Будущее ОВ-модулей

Будут ли в ближайшем времени востребованы ОВ-модули, и что же нужно для их сохранения?

Видится несколько путей выживания этого типа оборудования. Рассмотрим их подробнее.

Гибридные системы

Один из путей предполагает не целиком IP 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 систем телевизионного наблюдения в настоящий момент представляются следующим наиболее вероятным шагом при переходе к подлинным цифровым системам. В гибридной схеме наряду с аналоговыми камерами могут употребляться и IP-камеры.

Продвижению на реальные объекты цифровых решений препятствуют некоторые нюансы. К примеру, радиус действия Ethernet 1100 м от коммутатора. Если на периметре камеры расположены с шагом в 60-70 м, то необходимо или устанавливать много малопортовых коммутаторов, или отыскивать решения, которые позволили бы сконцентрировать на участке несколько камер в одном шкафу. Причем необходимо применение коммутаторов индустриального исполнения или шкафов с подогревом. Помимо того, может возникнуть надобность в управляемых коммутаторах, поддерживающих определенные протоколы (к примеру, для соединения в кольцо коммутаторов периметра и повышения надежности ЛВС периметра). К этому перечню требований надо прибавить 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 довольно проблематичным.

Выходом в такой ситуации могла бы стать разработка миниатюрного преобразователя видеосигнала, коммутирующего из коаксиального провода в одномодовое волокно и соответственно, совершающего обратное преобразование. Тогда задача доведения сигнала с высшим качеством до аппаратной сводится к установке ОВ-передатчнка в кожух видеокамеры. Грозозащита для исходящего ОВ-кабеля не требуется. Остается только поставить приемник в аппаратной и свершить 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 аффективное.
По такому же пути можно было бы пойти и при использовании IP-камеры в уличном термокожухе? 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 довольно перспективным, особенно для периметровой системы телевизионного наблюдения, но однозначного ответа на этот вопрос пока лет.
ОВ-модули в аналоговой системе телевизионного наблюдения
В рамках концепции аналоговой системы телевизионного наблюдения с меньшей долей вероятности, чем в предыдущем случае, можно было бы предположить востребованность ОВ-модулей с профессиональным качеством передачи видеосигнала.
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 1В 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 дифференцировать более 100 градаций серого (переход от самого черного к самому белому). А если уровень видеосигнала равен не 1В, 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 1В, то постепенное снижение видеосигнала визуально будет приводить не только к уменьшению яркости элементов изображения, но и к снижению разрешения передаваемого видеосигнала!

Между прочим, в платах видеозахвата, устанавливаемых в компьютер, АРУ на входе вообще нечасто имеется, так как его отсутствие снижает цену оборудования. (Увеличить число продаж за счет удешевления товара - ход верный, однако солидные фирмы считают снижение стоимости 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 заместо 256 уровней при 8-битной). Увеличивание 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 довольно конкурентоспособным представляется решение на базе так называемых "оптических модемов". Верно было бы сделать замечание о том, что этот термин больше подходит к PDH/SDH-магистралям междугородного масштаба, чрезвычайно дорогим, но развитие технологий позволяет надеться, что такой транспорт можно будет использовать  и в локальных сетях.

СМЫСЛ предлагаемого решения заключается и том, что ОВ-модуль в общем случае состоит из нескольких частей. База ОВ-модуля  - это некий оптический модем (скорее всего, базирующийся на ОК-шине, хотя такое сочетание терминов явно непривычно для восприятия), представляющий собою устройство передачи поступившей на него информации в оптико-волоконный провод. Модем использует несколько волокон, идущих из 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 разных сигналов: видео, аудио, данных, Ethernet и любых других. Такая гибкая система построения транспортной среды очень привлекательна, при разумной ценовой политике она в будущем может составить ощутимую конкуренцию целиком цифровым решениям. В крайнем случае, такая система может употребляться в качестве оптической транспортной среды в гибридном исполнении для передачи видео от телекамер в аппаратную. Для заказчика не считая указанных преимуществ это дает дополнительную гибкость в конфигурировании нужного ему ОВ-модуля (к примеру. 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, во все же возможным видится применение технологий плотного частотного уплотнения DWDM для передачи по одному и тому же волокну гигантских объемов трафика на различных близко расположенных длинах волн ПК-излучения (к примеру, в описанных выше оптических модемах). Технически такое решение исполнимо, но из-за своей дороговизны оно применяется только на крупных магистралях (к примеру, между городскими АТС) и по экономическим соображениям вряд ли будет иметь шанс быть адаптированным к замкнутым охранным системам.
Все описанные выше методы придания новой жизни аналоговым ОВ-модулям так или иначе уже взяты на вооружение разными производителями.
Однако, пока предлагаемые решения малоизвестны, не считая того, дороги, и как следствие, не особо востребованы. Если производители считают необходимым побороться за применимость своих ОВ-модулей в будущем, то уже сейчас им предстоит вести активную и даже агрессивную работу по продвижению в жизнь перспективных решений.