同轴电缆的视频图像传输及其市场的状况

作者:信息部来源:原创 浏览次数: 日期:2011年4月29日 17:25
图片


   一、同轴电缆视频传输及其特点

    在视频监控系统中,模拟摄像机的输出阻抗为75Ω不平衡方式,而控制台及监视器的输入阻抗也为75Ω不平衡方式,为了整个系统的阻抗匹配,其传输线往往采用75Ω的特性阻抗。电视监控系统一般多是中短距离的中小型系统,同轴电缆是目前监控系统中应用最广泛的视频传输线,同轴视频传输技术也是监控系统中的一种最基本传输方式。

    视频基带是指视频信号本身的0至6MHz频带。将视频信号采用调幅或调频的方式调制到高频载波上,然后通过电缆传输,在终端接收后再解调出视频信号,这种方式称为调制传输方式。这种方式可以较好地抑制基带传输方式中常有的各种干扰,并可实现一根电缆传送多路视频信号。但是在实际的监控系统中,由于摄像机布置地点比较分散,并不总能发挥频分复用的优势,而增加调制、解调设备还会增加系统成本和调试难度,因此在传输距离不远的情况下,仍然以基带传输为主。而高频调制传输方式大多出现在有线电视系统和宽频共缆“一线通”视频监控传输系统中。

    同轴电缆的特性阻有50欧姆、75欧姆等几种,主要型号有SYV型(绝缘层为实心100%聚乙烯)、SBYFV型(绝缘层为泡沫聚乙烯)、SYK型(绝缘层为聚乙烯藕芯)。SYWV是发泡率占70-80%的物理发泡聚乙烯绝缘电缆,由于介电损耗原因,SYV实心电缆衰减明显要大于SYWV物理发泡电缆。电视监控系统中常用的是SYV和SBYFV型75欧姆阻抗的同轴电缆。以SYV型电缆为例,国内的同轴电缆有SYV75-3、SYV75-5、SYV75-7、SYV75-9等规格。使用同轴电缆传输图像时,距离在300米以下的可以采用SYV75-5电缆,在传输距离增加时可以考虑使用低损耗的同轴电缆,如SYV75-7、SYV75-9等,或者加入电缆补偿器。

    同轴电缆的特性阻抗为75欧姆,由于视频带宽很宽,同轴电缆在低频和高频所表现的阻抗不是完全相同的,无法做到完全的匹配。但图像的细节都在1MHz以上的频域内,所以保证高频段阻抗匹配就基本能够满足传输要求,即使在低频段有微小的失配,也不会对图像造成明显的重影失真。阻抗失配多表现为重影。

    同轴电缆传输具有以下基本特点:

    1.电缆越细,衰减越大:如75-7电缆1000米的衰减,与75-5电缆600多米衰减大致相当,或者说1000米的75-7电缆传输效果与75-5电缆600多米电缆传输效果大致相当。

    2.电缆越长,衰减越大:如75-5电缆750米,6M频率衰减的“分贝数”为1000米衰减“分贝数”的75%,即15db;2000米(1000+1000)衰减为20+20=40db,其他各频率点的计算方法一样。计算不同长度电缆衰减时,“分贝数是加减关系”或“衰减分贝数可以按照长度变化的百分比关系计算”。

    3.频率失真特性:低频衰减少,高频衰减大。高/低边频衰减量之差,可叫做“边频差值”,这是一个十分重要参数。电缆越长,“边频差值”越大;充分认识和掌握同轴电缆的这种“频率失真特性”,这在工程上具有十分重要的意义;这是影响图像质量最关键的特性,也是工程中最容易被忽视的问题。

    同轴电缆、双绞线和光纤是目前监控系统中使用最广的三种传输介质,我们可以从几个方面对它们作一些分析和比较。

    非屏蔽双绞线电缆UTP(UnshieldedTwistedPair)也可以传输视频图像。双绞线通常采用特性阻抗为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;因此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。视频信号如果直接在双绞线内传输会衰减很大,所以视频信号在双绞线上要实现远距离传输必须进行放大和补偿,双绞线视频传输设备适配器就完成这种功能。采用一对无源适配视频收发器和5类双绞线传输距离在300m左右,采用一对有源视频发射与接收器(双绞线传输器),在5类非屏蔽双绞线上传输视频信号时最远距离可达900m。

    用无源适配器传输时,随着频率增高插入损耗会增大。这样在视频图像信号传输距离稍远时,图像质量将会受到严重的影响,在实际使用中将受到较大的限制。通过有源适配器,采用非平衡抗干扰技术,可以通过一根5类UTP线缆的几组双绞线分别传输非数字化非压缩的音视频信号和报警、控制信号,以及电源。

    光纤传输的最大优点是带宽大、抗干扰、电磁绝缘性能好、信息安全、传输距离远,但在光纤视频传输系统中两端要增加实现光通信的光端机。

  二、同轴电缆传输用的电缆补偿器(均衡放大器)

    由于同轴电缆视频传输频率失真具有低频衰减少,高频衰减大的特性,远距离传输要采用放大补偿的视频传输方式。要保证图像质量,视频传输系统的频率失真范围应小于3db,“3db失真”这个标准,适用于光缆、射频、微波、同轴和双绞线等各种视频传输系统产品。摄像机信号不加放大补偿,只用同轴电缆传输时,按照“3db失真”这个标准要求,并结合上面的电缆衰减特性,SYWV75-5电缆不超过3db失真度的电缆长度计算方法是:1000米衰减20db,20/3=6.67,1000/6.67=150米,75-7电缆为236米。实心聚乙烯绝缘电缆,衰减量大于物理发泡电缆。所以3db失真有效传输距离少于上面计算值,工程上大致可按90%左右估算。如实芯75-5电缆“3db失真”传输距离大约为150*0.9=135米,如果对图像质量降低要求,SYV-75-5型同轴电缆可传输300m。

    采用同轴电缆加放大补偿的视频传输方式时,系统传输特性是同轴电缆的衰减频率特性和放大补偿的“增益频率特性”之和,放大补偿的“增益频率特性”,应该能有效补偿电缆的频率衰减特性,且二者应该始终保持相反、互补关系,这才可以有效扩展同轴电缆的传输距离。

    CCTV系统传输距离较远时,通过电缆传输的彩色电视基带信号在5.5MHz点的不平坦度大于3dB时,宜加电缆均衡器;达到6dB时,应加电缆均衡放大器。目前这项同轴视频传输技术,产品已经达到的技术水平是:只用一级末端均衡放大器(无前端无中继),75-5电缆在2km,75-7电缆在3km范围以内的任意距离上,都可以实现上述传输标准;传输距离和传输质量已经和多模光端机相当,而在传输成本、施工维护和图像质量可控恢复功能方面,都具有独特的实用优势和竞争优势;这就是说,将同轴视频传输技术有效监控范围扩展到了2-3公里。

    电缆补偿器又称为电缆均衡器、均衡放大器或视频放大器。电缆补偿器通常是通过电缆校正电路主要对高频特性进行补偿,以使信号传输通道的总频率特性基本上是平坦的。电路主要由RC电路组成,每一组RC串联电路都有一个中心频率f,将电缆衰减曲线分成几段,对应于各段都用一组RC电路进行补偿。一般加入一级补偿器可以使传输线路延长500米,对于75-5电缆适当增加电缆补偿器可使有效传输距离增至2km左右。

    三、同轴电缆传输的抗干扰技术

    工程中产生干扰的情况很多、很复杂,但可以大致分为两大类:一类是电缆传输线路“外部电磁干扰”的入侵,如地电位干扰、电台干扰、电火花干扰、并行电缆耦合干扰等。这是影响最大、设计和施工中又很难预测的干扰。第二类是两端设备问题和故障引入的干扰,如设备电源故障引来的50/100周电源干扰,或开关电源的高频电源干扰等。对于外部干扰,工程中比较成熟的经验有:1.防止“地电位”的单端接地或不接大地;2.电缆穿金属管,或走金属线槽,但成本较高,施工有一定复杂度;3.埋地;4.“远离”其他动力电缆或信号控制电缆,并尽量避免或减少并行;5.集中供电和控制信号传输采用屏蔽电缆,但屏蔽层不能两端都接视频地;6.施工穿管时,雇临时工来做,结果多处拉断同轴电缆编织网,使外导体电阻增大,产生干扰。7.电缆中间接头连接方法不是采用F型接头和双通连接,而是采用“焊接”或“扭接”的方法,破坏了电缆的同轴性和特性阻抗的连续性,容易引起反射和干扰。8.采用平衡抵销原理的视频抗干扰器,但局限性较大,现场调试麻烦。

    同轴视频传输技术的线缆高带宽和实际低频率的使用,造成信号在电缆中传输时,其振幅及相位在低频段与高频段的差别就会很大,特别是在相位失真太大时,便难以用简单的电路进行补偿。因此基带传输低频部分很容易受到强电、发射塔、基站、电动机、变频器等干扰源的干扰。视频抗干扰器是解决视频监控中所出现的视频干扰问题的辅助工具。

    同轴传输属于“封闭电磁场”传输类型,信号电磁场被封闭在屏蔽层内部传输,与外界没有电磁交换关系,同轴电缆这种“屏蔽内外电磁场”性能决定了电缆本身具有优异的抗干扰性能。同轴传输干扰的产生,主要源于电缆太长,电缆以“天线效应”接收外界电磁场在屏蔽层两端形成干扰电压,通过两端匹配负载与芯线构成回路产生干扰。此外,由于在一个地区干扰源的频率一般集中在每一频段,可用高频调制传输方式频道选择的办法避开干扰。

    放大抗干扰方式原则上说,这种抗干扰器并不能消除干扰,但确实可以有效降低干扰信号的幅度。假定视频信号的输出幅度为U1,干扰信号的幅度为U2,则到达终端的视频信号的幅度为源信号与干扰信号之和,即U1+U2(不考虑信号本身的衰减问题),其中幅度为U2的干扰信号对在监视器屏幕上显示的图像产生严重的干扰。如果在前端原视频信号传输前,先用一放大器将其幅度放大n倍到Nu1再进行传输,则同样混入U2的干扰信号后,到达终端的信号变为NU1+U2,这个幅度显然超过了显示设备允许的输入电平要求,因此还需要一个衰减器将在终端收到的混合了干扰信号的合成信号整体衰减n倍,得到(nU1+U2)/n=U1+U2/n,结果终端处的信号幅度恢复为U1,而干扰成分则变为U2/n。由此可见,经过对信号先放大后压缩的处理后,输出到显示设备的视频信号仍可保持原有的幅度不变,而干扰信号幅度则下降为n分之一。烟台意埃伊电子公司提出的加权抗干扰专利技术是一种以放大抗干扰为主的技术,其的要点是:前端采用频率加权幅度提升压制干扰技术,后端采用频率加权视频恢复技术,提供同轴传输系统的“附加干扰抑制能力”。

    抗干扰同轴电缆是另一种解决视频有线传输干扰问题的办法。SYWV75-5/eie,是一种抗干扰同轴电缆的型号,它是由烟台意埃伊电子公司开发并拥有自有知识产权的产品。这种电缆的简称为“e电缆”,外观和尺寸与传统4屏蔽物理发泡同轴电缆没有区别,用于视频传输环境中,具有优异的、抗强电磁干扰能力。“e电缆”是一种“双屏蔽、双绝缘同轴电缆”。如下图:

    它的结构从内到外依次是:①内导体芯线;②物理发泡层(第一绝缘层);③铝箔和编织网共同组成的同轴外导体(第一屏蔽层);④第二绝缘层;⑤铜编织网第二屏蔽层⑥外护套。“e电缆”结构与4屏蔽物理发泡同轴电缆基本一样。内导体芯线、物理发泡绝缘层和第一屏蔽层,组成标准SYWV75-5同轴电缆,用于视频信号传输,第一屏蔽层是视频信号地。信号传输仍然是要保证芯线和第一屏蔽层的有效连接。不同的是:外面的第二屏蔽层与里面第一屏蔽层之间是一个绝缘层,内外屏蔽层互不导通,第二屏蔽层不是信号地,它是真正的外界干扰屏蔽层,它给视频传输线提供了一个“柔性屏蔽室”环境。

    单屏蔽层电缆会产生干扰的原因是,屏蔽层是信号传输回路的一部分,而干扰电动势又直接串联在信号传输回路中。“e电缆”的情况不同,尽管干扰也会在第二屏蔽层上产生感应电动式Vi,但Vi与信号传输回路绝缘,所以不会在信号传输回路中产生干扰电压。这就是“e电缆”的基本抗干扰原理。

    工程应用和实验测试表明,在视频波段,“e电缆”抗交流电源、交流电机、变频电机和电火花等低频强电磁干扰能力十分强大。“e电缆”实际是给同轴电缆设计了一个“随行柔性的屏蔽室”。因此,工程中大都可以免去穿金属管、走金属线槽的麻烦。在普通监控工程中,也可以放宽动力电缆、控制电缆与视频电缆不能近距离并行的要求;对建筑物中超强动力电缆,适当拉开一定距离也可以达到抗干扰目的。

四、“一线通”有线调频技术的应用

    有线电视可以通过一根电缆将电视台的多个频道电视节目在电视机上清晰显示出来,这种成熟技术应用到安防中就是共缆一线通技术。“一线通”的有线调频方式,在一根射频电缆上传输所有的音视频和控制信号,可以有效地节省线材和布线成本,但需要增加调制解调设备。在1-3km以下的监控应用中,考虑到系统成本绝大多数场合还不得不使用传统的同轴视频电缆传输方式,原因是光纤和光端机对于近距离监控系统而言显得不够经济。但是,由于同轴电缆对视频信号衰减很大,如果传输距离超过二、三百米以后,图像质量就会明显衰减失真,即使加上视频放大器,传输距离也难以大幅度增加,并且图像质量难尽人意,工程造价还增加。另外,如果在传输图像信号的同时,有其它控制信号,则需要增加额外的布线,造成工程费用和施工难度增加。共缆一线通技术是采用频分技术、时分(时间分配)、新的反向传输技术实现在单根同轴电缆上传输多路视频、双向音频广播、双向报警联动、RS485、电话信号、消防信号等多种信号。宽频共缆“一线通”电视监控具有抗干扰能力强、传输距离远、布线容易、价格低廉等许多优点。采用宽频共缆“一线通”的传输设备,在一根同轴的线缆中传输可以多达40个点(经济适用推荐数量为25路以内)的音频、视频和控制信号,以及电源的传输。

    我们用某个实用系统来说明宽频共缆“一线通”的基本原理:同轴电缆频率带宽为0~1000MHz,由于宽频共揽监控传输信号时只利用了其中550MHz的空间,所以在传输监控信号的同时,还预留了报警、广播系统的扩展空间,使多系统、多路信号传输汇集到一根电缆传输。在信号传输时,利用5~65MHz来下行传输对前端云台和镜头的控制数据信号,利用110~550MHz来上行传输监控视频信号和音频信号,而65~87MHz为信号双向传输的隔离带,上下行信号在其中传输各行其道不会碰撞。不同摄像机采集的监控视频信号输入不同频道的宽频共缆调制器上,进行二次变频调制及螺旋滤波,对图像频谱和相位等严格指标控制后搬移到某个频道高频载波上,输出复用到同轴电缆网络中,被调制的不同频道的多路视频载波(射频载波)信号通过信号耦合器,汇集到一根同轴电缆上,并经过同轴电缆网络及信号放大设备传输到监控中心。射频信号传输到监控中心后,进入双向数据分波器,通过其中的高通滤波模块把下行的控制信号滤掉,只让87MHz以上的视频高频载波通过,分配到多路视频解调器(或其他规格的视频解调设备)对同轴电缆中的监控信号进行多路解调还原成标准视频基带和音频信号,最后送到监视器、硬盘录像机或其他视频处理设备。来自硬盘录像机、控制键盘等设备的RS232/RS485控制信号通过FSK数据调制器进行数据封装打包调制到射频(38~40MHz)载波上,进入数据分波器低通滤波器下行传输。经过同轴电缆网络传输到每个宽频共缆调制器,由宽频共缆调制器的FSK解调模块把控制数据信号解调成标准的工业RS-485控制信号送到解码器后输出云台、镜头控制电平,从而驱动云台上、下、左、右或自动旋转,推动镜头光圈、聚焦、变倍动作。

    在监控系统中采用宽频共缆“一线通”监控进行传输具以下优势:1、传输距离远、传输质量高。由于在宽频调制解调器中采用了先进的中频处理、上变频技术,较好地补偿了高频同轴电缆对视频信号幅度的衰减以及不同频率间的衰减差,保持了原始图像的亮度和色彩以及实时性。2、布线简单、线缆利用率高。“一根”同轴电缆可传送四十路上行监控信号、下行控制信号。布线组合不拘一格,可以采用总线、树型、星型多种结构将多点图像、控制集成一根电缆总线双向传输。3、抗干扰、适用广泛。监控系统干扰源大多数是频率较低的信号,常见视频干扰源频率主要分布在45MHz以下,宽频共缆监控的图像传输频率与干扰频率有很宽的频带距离,载波高频传输方式能有效抑制频率较低共模干扰和电磁干扰。4、技术成熟、稳定性好。5、数据调制、双向传输。控制信号采用FSK数据调制技术,与摄像机回传视频信号在同一根电缆中双向传输,控制信号采用中频调制稳定可靠。6、扩充简单,平滑升级。总线拓扑的结构,无须单独布线,就地总线添加。

    实事求是地讲,共缆监控传输是介于传统视频基带与光传输之间的一种传输方式,比较适合应用于400~3000米之间的“中等规模、距离较远、干扰较强”的环境,近则成本太高,远则需要光传输技术配合。共缆监控传输距离的计算应以SYWV型同轴电缆的衰减性能、信号耦合器的衰减指标、所允许串接干线放大器的数量和监控项目一根线容纳的监控点数作为共缆监控传输长度的考虑因素。由于“一线通”采取有线调频方式传输,因此需要增加调制解调等设备,工程的安装调试也比较复杂,也需要较多的设备。

    五、同轴电缆视频传输设备及线缆的市场状况

    用于监控系统的同轴电缆视频传输设备、线缆的市场情况比较复杂。规模最大的一块是75Ω同轴电缆,由于模拟监控器材占据了中国监控中前端市场的大部分份额,同轴电缆传输占的比重很大,用于视频监控的同轴电缆年销售额大约在10亿元左右。具有较好抗干扰性能的“e电缆”是由烟台意埃伊电子公司研发生产的,主要用于对图像要求较高、且环境干扰较为严重的监控系统用户,市场目前还比较狭小。

    在安防市场绝大多数供应商把电缆补偿器(电缆均衡器)称为视频放大器。在慧聪网上检索,在安防领域的视频放大器产品有647条信息,上百家安防公司生产、经营同轴电缆视频放大器,部分是同时经营同轴电缆视频放大器和双绞线视频放大器。在广电领域的视频放大器产品则有1137条信息。在慧聪网上检索,在安防领域的视频抗干扰器产品有901条信息、而生产、供应视频抗干扰器的厂商比生产电缆补偿器的更多,品牌、型号多种多样。由于视频抗干扰器的销量和单价均较高,市场规模更大一些。这两类设备在安防领域的年销售额大约为2亿。

    由于宽频共缆“一线通”视频监控系统安装调试比较复杂,需要专用设备和专业施工队伍,因此产品大多数是以工程项目的形式销售。据我们调查,国内大约有30家多公司涉足宽频共缆“一线通”视频监控系统的设备生产、代理和安防工程施工。宽频共缆“一线通”视频监控工程年销售额在1.5亿左右。

所属类别: 行业动态

该资讯的关键词为:同轴电缆 

error