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当前位置:技术交流 视频线缆传输技术综述
  下列文章是我公司EIE实验室根据公司产品开发、实验、工程等实践经验及数据所写,均为原创文章。希望能与广大同行进行交流。未经我公司许可不得转载。
 
视频线缆传输技术综述
 
---本篇文章已被发表在“慧聪安防技术市场——商讯互动”第86期2006.07.20
 

  视频线缆传输可以分为同轴基带传输、双绞线基带传输、射频传输、光缆传输、数字(网络)传输等几种方式。

一、视频同轴基带传输:我国PAL-D视频基带0-6M,复合视频基带一般指视频基带和音频副载波为8M带宽。同轴视频传输是应用最早,用量最大,最容易操作的一种视频传输方式。同轴视频基带传输的技术要点是:

1.同轴电缆的信号传输是以“束缚场”方式传输的,就是说把信号电磁场“束缚”在外屏蔽层内表面和芯线外表面之间的介质空间内,与外界空间没有直接电磁交换或“耦合”关系。所以同轴电缆是具有优异屏蔽性能的传输线;同轴电缆属于超宽带传输线,应用范围一般为0Hz—2Ghz以上;它又是唯一可以不用传输设备也能直接传输视频信号的线缆;

2.视频基带信号处在0-6M的频谱最低端,所以视频基带传输又是绝对衰减最小的一种传输方式。但也正是因为这一点,频率失真——高低频衰减差异大,便成为视频传输需要面对的主要问题;在视频传输通道幅频特性“-3db”失真度要求内,75-5电缆传输距离约为120—150米;工程应用传输距离在2、3百米以内还比较好,网上论坛里提供的“感官标准”传输距离数据,从3、5百米到1千多米都有,实际是没有标准,也就没有实际参考意义。

3.同轴视频基带传输的主要技术问题是:为实现远距离传输的频率加权放大和抗干扰问题。

抗干扰技术现状

对常见的电梯、车间、传输耦合等各类干扰,已可以有效解决,我国自有知识产权的加权抗干扰专利技术的应用,在有效抑制干扰的同时,也能有效补偿电缆衰减和频率失真,属于抗干扰传输设备。其前端有源—后端无源抗干扰传输距离(75-5)在1000米左右,前后端都有源为1500-2000米;与加权视频放大器配套的抗干扰传输距离3公里,75-7电缆可以达到5公里。双绝缘双屏蔽抗干扰同轴电缆是与同轴电缆穿镀锌铁管原理一样,施工更方便,成本更低,在常见电磁干扰环境下,可以作为防止干扰入侵,又可方便设计和施工的工程选择;

同轴视频基带传输设备

我国频率加权视频放大专利技术的出现,有效解决了视频传输的频率失真问题,产品已经比较成熟,在视频传输通道“-3db”失真度要求内,仅用一级末端补偿,75-5电缆传输距离已经提高到了2000米以上,前后双端补偿的视频恢复设备已经突破3公里。传输距离已可以满足多数中近距离工程需要,传输质量已达到高质量工程的要求;


认识、理解和应用上的盲区误区

1.知道同轴传输有衰减,但不了解、不理解“频率失真才是视频同轴传输最需要重视的主要问题。频率失真改变了视频原信号各种频率成分的正常比例关系,降低了图像色度和清晰度;

2.“视频电缆”与“射频电缆”:不亲自测试验证比较,也不加分析,盲目相信视频传输只能用“视频电缆”,不能用射频电缆。不知道,甚至也不相信射频电缆(SYWV)比视频电缆(SYV)的传输特性更好一些,价格也更便宜;实际上通用射频软电缆原来只有SYV一种,八十年代中后期,物理发泡射频电缆(SYWV)出现以后,特别是射频有线电视网的发展,SYWV电缆以其优异的传输特性,在射频波段度蓝天下,而SYV射频电缆只能局限在视频波段用于视频传输了,把它叫着“视频电缆”,本意是“限制性贬义名称”。所谓视频传输只能用“视频电缆”,不能用射频电缆,是一个广为误传的大误区。

3.不知道,不了解同轴电缆也有专业传输设备。距离远了,首先考虑的是选用粗电缆,或者改用其他传输方式;或者错误地把普通视频放大器当成传输设备来用;

4.不了解基于加权视频放大技术的视频恢复设备,具有图像质量控制功能,可以在工程现场的监控室看着画面调整、改善、恢复提高图像质量,并成功的与光缆、射频、微波、双绞线传输系统合理组合,用于改善传输系统的图像质量。

5.盲目的相信高编电缆衰减小,抗干扰能力强,传输距离远。认为视频干扰的产生,就是因为屏蔽层不好,编网密度不够造成的,于是一味的使用高编电缆。工程实践是,在工程现场产生干扰的实例中,绝大多数还是用的高编电缆;最新研究表明,干扰的产生主要不是因为编网的屏蔽性能不好造成的,而是由于电缆太长,屏蔽层纵向电阻较大,干扰感应电流在纵向电阻上形成了感应电动势,并通过传输电缆两端的75欧姆匹配电阻,与芯线形成回路,在负载上产生干扰的,这对高编电缆也会产生干扰,就好理解一些了。

6.误认为凡是干扰都能用币赢网coinw来解决。有一类干扰我们暂称为“故障类干扰”:如电源问题,供电系统问题,地电位环路问题,设备故障问题等“有形电路”引起的“干扰现象”,并不是常规意义上“无形电路”的电磁干扰。这类干扰不需要用任何抗干扰设备就能解决,办法是排除“故障”。

7.不了解同轴传输的匹配原理和工程应用方法,盲目用电工技术把内外导体分别焊接或扭接来处理电缆接头,以为这样可靠,不知道破坏了“同轴性”,阻抗不连续会产生反射;有线电视传输工程中大量应用的“F型接头”和“双通”可以实现高性能电缆连接,现场操作也方便;

二、视频双绞线基带传输:视频双绞线基带传输是用5类以上的双绞线,利用平衡传输和差分放大原理。双绞线传输方式的技术要点是:

1. 视频双绞线基带传输:双绞线是特性阻抗为100Ω的平衡传输方式。目前绝大多数前端的摄像机和后端的视频设备,都是单极性、75Ω匹配联接的,所以采用双绞线传输方式时,必须在前后端进行“单—双”(平衡——不平衡)转换和电缆特性阻抗75-100Ω匹配转换;这就是说视频双绞线基带传输,两端必须有转换设备,不能像同轴电缆那样无设备直接传输视频信号;

2. 与同轴电缆“束缚场”传输原理不同,双绞线传输的信号电磁场是“空间开放场”,利用两条线传输的信号相等方向相反,产生的空间电磁场互相“抵消”的原理传输信号,采用平衡差分放大原理提高共模抑制比,抑制外部干扰的。

3. 从线缆本身的传输特性看,双绞线是各类线缆传输方式中,传输衰减特别是频率失真最大的一种线缆,大约400多米5类非屏蔽双绞线的传输衰减和频率失真与75-5电缆1000米相当。相同长度传输线,传输衰减的“分贝数”是75-5同轴电缆的2.3-2.5倍;5类线频率失真的数据是:低频衰减:10-15db/km;高频6M衰减:45-50db/km;大约相当于75-3电缆特性,略好一点。显然,按照视频传输幅频特性“-3db”失真度要求,无源双绞线传输距离大约是50-65米左右(两端转换效率100%时);120-150米以上,图像可以观察到失真;一种国外产品介绍说:无源双绞线传输距离达到300米左右。这个距离,等效75-5头轴电缆800米左右的传输效果,这个实际图像效果,在多数工程中是很难被接受的;

4. 双绞线传输方式也属于基带传输。双绞线巨大的传输衰减和频率失真,要求传输设备不仅要对视频信号进行平衡不平衡转换,而且需要有比同轴传输性能高几倍的频率加权补偿能力。目前,有的产品介绍说,前端无源转换后端有源补偿,可以达到1200米。双端都有源转换补偿,可以达到1500-1800米。但至今仍没有见到厂家提供相应传输距离的线缆失真数据和设备实际补偿能力数椐。这种传输方式的优点是线缆和设备价格便宜,适用于一些图像质量要求不高,工程造价要求较低的工程场合。

5.技术发展现状:双绞线传输方式技术起步较低,目前传输技术仍不够完善和成熟,多数产品还停留在分段固定补偿和产品按主观感觉“标准”生产的初级阶段水平上。线缆传输特性差,产品技术标准低,技术扩散快,生产厂家多,价格竞争激烈,误导宣传泛滥是这一产品领域的突出特点,也是这类产品长期技术发展很慢的主要原因;

三、射频传输:射频传输方式继承了有线电视成熟的射频调制解调传输技术,并结合监控实际开发了一系列的相关产品。射频传输方式技术要点是:

1. 射频传输是用视频基带信号,对几十兆赫到几百兆赫的射频载波调幅,形成一个8M射频调幅波带宽的“频道”,沿用有线电视技术,从46-800多兆赫,可以划分成许多个8M“频道”,每一路视频调幅波占一个频道,多个频道信号通过混合器变成一路射频信号输出、传输,在传输末端再用分配器按频道数量分成多路,然后由每一路的解调器选出自己的频道,解调出相应的一路视频信号输出;传输主线路是一条电缆,多路信号公用一条射频电缆,这就是目前安防行业里所介绍的“共缆”,“一线通”等射频传输产品;

2. 传输距离比较远,能在一条电缆中,同时传输多路视频,可以双向传输。这在某些摄像机分布相对集中,且集中后又需要远距离传输几公里以内的场合,应用射频调制解调传输方式比较合理。传输上单缆、多路,单向、双向,音频、视频、控制等同时进行和兼容等,都是射频调制解调传输方式的技术特点和优势;

3. 技术现状:由于射频传输方式继承了有线电视成熟的射频调制解调传输技术,理论上和实践上都有比较成熟的产品。射频传输在安防工程中应用,技术上是成熟的。

认识、理解和应用上的盲区误区

1. 以为射频传输方式像同轴电缆传输一样,把设备用电缆连起来,基本就成了。不太了解,射频传输方式在工程应用中,隐含着一个“射频传输网络”设计与施工的重要技术面,这是工程能否成功,能否高质量运行的关键所在。再好的产品,射频传输网络设计与施工经验不足,水平不够,也很难做好,甚至失败。这一点很多厂家在作产品介绍时,提的很少。

2. 还应了解,与有线电视传输方式相反,调制器、混合器等主要设备,不再是放在室内,而多数是放在室外的全天候工作环境中,因此,对设备性能有了全天候的要求。这与一般监控系统工程追求低造价投入的趋向是矛盾的。结果只能适当降低产品技术性能了。如,系统稳定性,频道频率飘移等;

3. 在射频传输方式的工程应用中,绝大多数工程公司仍缺乏“射频传输网络”设计、安装、调试方面技术人员,缺乏专用检测设备和工程经验,很多工程公司连示波器都还没有,更不用说场强仪了。这也是制约射频传输推广应用的重要因素。

4. 射频传输网络属于监控工程中的一个“传输环节”,但却包含了对调制、混合、多级功率放大、多频道均衡、交调、谐波、音视频比例关系等多种设备和技术要求,系统复杂,设备技术含量较高。是各种传输方式中,技术复杂度最高,又较难掌握的一类;

5. 宣传语:射频传输避开了0-6M范围的低频干扰。——但回避了射频网络的现实问题:射频传输,频段高,电缆衰减严重,设备的热噪声,频道间的均衡、交调、串扰、谐波等已经成为主要矛盾,看看每家每户的有线电视节目,那是经过专业训练的专业队伍设计施工的,总是有的频道还有干扰,而且干扰情况还经常发生变化,这在多路数共缆传输系统中,必须引起高度重视;

四、光缆传输:常用的光缆传输是“视频对射频调幅,射频对光信号调幅”的调制解调传输系统。技术源于远程通信系统,技术成熟程度很高,在单路、多路,单向、双向,音频、视频、控制,模拟、数字等,光缆传输技术都是远距离传输最有效的方式。传输效果也都公认的好。适于几公里到几十公里以上的远距离视频传输。

1. 光缆传输,频带最宽,传输衰减非常低,光信号传输不受外界电磁干扰影响。

2. 问题是在监控行业里,产品也出现了追求低造价,从而降低设备技术性能和低标准生产产品的趋向,选择产品时,应认真考察;

3. 光缆远程铺设和后期维护难度大,成本较高。

4. 采用两级调制与解调,光端机通常采用的射频调光技术,一般先要实现视频信号对射频的调幅,这样成本较低,热噪声已经成为主要矛盾之一,信噪比,特别是对高频信噪比影响较大,有的产品的实际信噪比指标只有四、五十db,远没有达到60db以上的“检测指标”。

5. 不要以为选择了光缆传输系统,传输水平就一定高。实际工程的视频传输系统,光缆传输系统只是一个远程传输环节,前面还有一定的同轴传输部分,后面还有分配、画面处理,矩阵或DVR切换等多种传输环节。忽视了这些环节,往往也会出现意想不到的结果。如某道路监控,采用了8路光端机,每路摄像机信号经过不同距离的同轴电缆,最远的超过了1公里,显然送给管端记得视频信号已经严重失真,而光端机没有视频恢复功能,只能原样的把失真的视频信号传输到末端。这属于传输系统设计不合理问题;

6. 数字光端机是传输质量更高的视频传输系统,只是目前价格还偏高。

五、数字(网络)传输:数字传输从原理上彻底避免了模拟信号传输对失真度的苛刻要求,技术上也已经有了足够的传输分辨率和图像清晰度,如考虑互联网,传输距离几乎是无限的。而且谁都不否认这将是未来视频传输的主流方向。但目前就安防行业而言,技术瓶颈仍然是网络带宽和存储记录介质的容量制约,使适用的传输分辨率和图像清晰度目前大多处于352*288的较低的水平。

六、数字电视“技术移植”的设想
看过数字有线电视节目后,你会感到,所有频道图像都很清楚,柔和,干干净净,没有干扰,并增加了许多新的操作功能,传输性能明显优于传统有线电视系统。笔者设想,能否像射频传输技术那样,参照安防行业的特点,适当改进开发,引到监控行业来,不仅图像水平会有一个跨越,硬盘录像机可能也会大大化简了。这只是一个幻想性的“异想天开”,但总觉得不是没有可能。

关于不同传输方式的比较:

有不少传输方式的“比较”文章和帖子,比较方式方法值得探讨和警惕,如:
1. 以一种传输方式之长,比其他方式传输方式之短,诱导只有“这种传输方式最好”;
2. 不公开、不全面介绍原理,故弄玄虚,隐藏短处和问题;
3. 对网友提出的问题,不根据具体情况帮助分析,帮助解决问题,只是叫卖产品;

“比较”——应该是为了让大家全面掌握不同传输方式的原理、产品特点、应用条件与环境。一个好的视频传输工程设计方案,应该是能够充分发挥不同传输方式特长的合理集成与组合。

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