双绞线传输视频监控信号的原理及应用 |
| 2012-08-07 11:03 作者：张 庆 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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硅谷网8月7日消息 《硅谷》杂志2012年第13期刊文称,近年来出现的利用双绞线传输视频信号在视频监控领域得到广泛的应用，相对于传统的视频信号传输方式，双绞线视频信号传输具有造价低、抗干扰能力强、无中继传输距离远、施工布线方便的特点，是对视频信号传输方式的有力补充，也是对智能化网络综合布线体系的扩展和延伸。
视频信号线缆传输通常是指视频经过前端采集和压缩后通过铜缆或光缆传递到指定的主机或设备的过程，广泛应用于视频监控、远程教学、多屏幕融合、视频会议等领域；传统的视频信号线缆传输方式主要有以下几类。
1.1同轴电缆基带传输
同轴电缆基带传输是最早出现的视频信号传输方式，基带视频信号（RCA）不经过任何处理，使用同轴电缆采用非平衡方式直接传输。信号传输过程中，高频分量衰减大于低频分量衰减，随着距离的增加高低频衰减差异逐渐加大，造成频率失真，无法保证图像质量，在视频传输通道幅频特性-3db失真度要求内，如不采用加权视频信号放大器进行放大和末端补偿，使用SYV75-5同轴电缆传输距离150米，使用SYV75-7同轴电缆传输距离为230米，传输距离较近，不能满足中远距离的信号传输要求。其次同轴基带传输还存在每路视频信号需单独布线，控制信号需另外布设控制电缆的情况，密集布线给线施工带来很大困难，也造成了成本增加的问题；总的来说同轴基带传输存在布线量大、抗干扰能力差、中长距离传输信号衰减大、传输信号单一、综合成本较高等诸多不尽人意的地方；基于传统的原因，目前视频监控系统中同轴电缆基带传输应用最为普遍。
1.2射频共缆传输
射频共缆传输又叫射频调制解调传输，从有线电视技术发展而来，是距离几km甚至几十km视频信号传输的最佳解决方案；在49.5MHz~860MHz频段内，将0~6MHz的基带视音频信号高频调幅调制到这个频段内，形成多个8M带宽的射频调幅波频道，每一路视频调幅波占用一个频道，多个频道信号通过混合器混合成一路射频信号在一条电缆中传输，在传输末端再用分配器按频道数量分成多路，每一路解调器还原出自己频道信号；射频共缆传输虽然具有布线施工简单、维护方便，节省布线材料成本及施工费用的特点，但是传输过程的前后端包含了信号调制与解调、信号混合与分离、多级功率放大、多频道均衡、音视频比例关系调整等多种技术，系统要求复杂，是目前各种视频传输方式中，技术含量最高，又较难掌握的一种视频传输方式；射频共缆传输适用于摄像机或视频信号源分布相对集中，且又需要远距离传输（几km至几十km）的场合；在监控系统中，仅作为远距离传输中的主干线。
1.3光缆传输
光纤视频信号传输通过把视频及控制信号转换为光信号在光纤中实现几十至几百km远距离视频传输，常见的传输控制转换设备有模拟光端机和数字光端机；数字光端机因成本高，目前没有得到普及；模拟光端机对传输信号采用两级调制与解调，在远端实现视频信号对射频的调幅以及射频信号对光信号的调幅，近端通过两级解调还原成基带视频信号提供给后端设备；光纤传输具有距离远、衰减小，抗干扰性能好的特点；但是光纤成本较高，铺设、安装调试复杂，故障处理困难，线路维护需专业技术人员及设备，不易升级扩容。目前各个城市的公安“天网”视频监控系统主要采用此种方式，而在应用最为广泛的楼宇或小区监控中较少使用。
2双绞线传输视频监控信号的技术原理
双绞线是综合布线工程中最常用的一种传输介质，用于传输各种数据、语音及控制信号，在工业控制系统及局域网中大量的使用；但是双绞线直接用于视频信号的传输，会对视频信号产生较大的传输衰减和频率失真，信号衰减度甚至远远超过同轴电缆，不能满足工程需求；因而长期以来，视频信号传输均未使用双绞线；近年来如何将双绞线用于视频信号的传输，国内外进行了研究，并取得了可喜的成就。
通过分析双绞线的物理结构和电气性能，视频信号在其中传输需要解决一下问题：阻抗匹配、传输方式转换和信号衰减补偿；双绞线是一种特性阻抗为100Ω的平衡方式（差分信号）传输线缆，而标准视频信号接口通常是75Ω非平衡方式（单端信号），所以要使用双绞线传输视频信号，必须设法解决75Ω/100Ω阻抗匹配和非平衡方式/平衡方式传输的转换问题。对于传输过程中的高频衰减也必须得到补偿，否则信号失真严重。
那么怎么解决这些问题呢？从原理上说，首先在发射端通过传输变压器将非平衡信号转换成平衡信号，同时通过对传输变压器线圈线径和匝数的调整实现阻抗的匹配，转换后的平衡视频信号经双绞线传输，在接收端再进行信号放大，并且针对传输过程中衰减较大的高频分量进行补偿，最后通过电子线路进行阻抗匹配并转换成非平衡信号，供监视器或DVR等后级设备接收；信号的整个传输过程为：单端信号—差分信号—双绞线—差分信号（放大、补偿）—单端信号，基本原理如图1所示。
1视频信号转换原理原理图
3双绞线视频信号传输器的种类和应用
用于实现双绞线传输视频信号的设备行业内叫做双绞线视频信号传输器或双绞线视频传输器，实质是信号转换（预放大/放大）器。
3.1双绞线视频传输器的种类
通常双绞线视频传输器依据是否供电分为有源和无源两类。
无源双绞线视频传输器是在一个在高导磁率的磁心上用Φ0.15mm的漆包线双线并绕120匝而成的互感线圈，起始两个头和结束两个头分别为两组，每组内两个头不分极性，两组头也可互换；它只起到非平衡/平衡转换的作用，是无源设备，因其本身有一定的阻抗，对信号会有一定的衰减。
有源双绞线视频传输器通过内置视频信号放大芯片除对信号提供一定增益外，主要实现从非平衡到平衡的转换，同时通过改变阻抗力方式实现阻抗匹配；对于频率增益补偿，以NE592视频放大芯片为例，该芯片具有可调空载输出（RADJ），只需根据实际的衰减曲线选择合适的RADJ（R、C串联可调），即可实现理想的频率补偿，无须附加电路。
其次还可以依据接入的视频监控信号数量将双绞线传输器分为单路、4路、16路和24路，其中16路和24路已做成了标准的19”1U机架式。
3.2双绞线传输器应用
在具体的监控工程实施过程中，依据信号传输过程中的前后端对信号是否放大和补偿，即前后端采用有源或者无源双绞线放大器有以下几种应用组合方式。
3.2.1前后端均使用无源双绞线视频传输器
这种传输方案成本极其低廉，传输距离300米，与SYV75-5同轴电缆相当，再远就要造成画面图像色彩的丢失和亮度变暗；无源双绞线视频传输器不分前后端，而且接线柱不分极性，如果安装好没有图像，可将任意一端两根双绞线对换即可。
3.2.2前端使用无源、后端使用有源双绞线视频传输器
这种方式在前端使用无源双绞线视频传输器，是在后端对传输后的平衡信号进行传输衰减放大和高频补偿，使信号恢复到前端水平，传输距离可达800米。
3.2.3前后端均使用有源双绞线视频传输器
传输距离较长时，采用这种方案；在前端对视频信号进行放大和衰减预补偿，后端对传输后的信号进行再放大和衰减补偿，此种方式配合超五类线，可以传输视频信号达2000米，这个距离在传统意义上已经属于光纤的传输范围。这种方案中，虽然前后端设备都是有源，但功能不同，不能混用，必须严格区分清楚。
4双绞线视频传输器的优势及存在的问题
4.1双绞线视频传输器的优势
线缆利用率高，布设方便。使用双绞线视频传输器，从楼宇内广泛铺设的5类非屏蔽双绞线中任取一对线芯就可以传送视频信号，无须专门布线；即使是重新布线，5类双绞线也比同轴电缆及光纤容易。一根5类网线内有4对双绞线，如果使用一对双绞线传送视频信号，另外的几对线还可以用来传输其他弱电信号，如音频信号、数据信号、RS-485控制信号等，甚至可以传输低压直流电；若全部用来传送视频信号，可传送4路视频，提高了线缆利用率，同时避免了各种信号单独布线带来的麻烦。
双绞线抗干扰能力强。双绞线能有效抑制共模干扰，即使在强干扰环境下，双绞线也能传送极好的图象信号。经过测试，前后端都采用有源双绞线视频传输器，在1000米传输距离以内传输4路监控信号，视/音频传输设备加权信噪比≥60dB，微分增益≤2%，微分相位≤2°，传输视频信号的质量优于同轴电缆。
双绞线价格便宜，应用广泛。普通5类非屏蔽双绞线和双绞线传输设备价格都很便宜，单路监控线路造价与同轴电缆相比低很多。所以，监控系统中使用双绞线进行视频信号传输具有明显的成本优势。
4.2存在的问题
虽然双绞线在监控视频信号传输领域已经的到了广泛的应用，但是相关的双绞线传输器技术标准却没有制定，安防系统国家和行业标准中也未提及，在实际工程中只能参照现有的各类安防工程及设备标准，由此无法从技术上严格衡量工程质量的好坏，很多时候只能靠目测监视器画面质量好坏来判定；同样因标准的缺失，双绞线传输器生产厂家各自为政，产品质量参差不齐，甚至有的厂家虚假夸大产品的性能指标，给工程商和用户带来损害。
双绞线传输器技术标准的制定，不仅会为双绞线传输器技术的广泛应用提供统一的技术标准和作业指导，也会为规范业内市场有着重要的促进意义，更会大大增强广大工程商在安防监控工程中使用双绞线传输技术的信心。
5结论
从长远来看，光纤和数字光端机是未来视频信号传输的发展方向，但就目前而言，双绞线是较好的过渡产品；双绞线在被广泛用于智能化大厦综合布线的同时，也可用于2000米覆盖范围的监控系统，避免了监控系统单独布线带来的工程量大和成本高昂的问题，今后几年内必将大量使用，成为监控视频信号传输领域的主流。（原文载于《硅谷》杂志2012年第13期，硅谷网及《硅谷》杂志版权所有，未经允许禁止转载）
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