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本站網絡實名:eie 加權視頻放大器 加權抗干擾器 視頻恢復主機
當前位置:技術交流 談圖像質量的恢復、改善和提高
  下列文章是我公司EIE實驗室根據公司產品開發、實驗、工程等實踐經驗及數據所寫,均為原創文章。希望能與廣大同行進行交流。未經我公司許可不得轉載。
 
談圖像質量的恢復、改善和提高
---本篇文章已被發表在“慧聰安防技術市場——商訊互動”第67期2004.12.20
 

[內容提要]本文展示了典型國標電纜SYV75-5的實際頻率失真波形照片,及加權補償特性照片,揭示同軸電纜和普通傳輸系統的0-6M視頻傳輸特性,并提出了圖像質量控制的概念,以期對安防監控工程設計和應用有所幫助。

一、不同長度電纜的幅度衰減和頻率失真

A: 0~6M掃頻信號波形
1) 視頻幅度:1Vp-p
2) 行同步頭:-0.3V
3) 色同步頭:0.3Vp-p
4) 掃頻波形幅度:0.7V
用于檢測視頻傳輸系統的頻率特性,如電纜衰減特性

B: 普通SYV75-5電纜
500米傳輸衰減波形
視頻信號幅度:0.7Vp-p
行同步頭:-0.24V
色同步頭:不到0.1Vp-p
頻率失真:低頻0.53V
高頻6M幅度0.18V

隨著電纜的加長:
1. 視頻幅度衰減越來越大。
2. 頻率失真(高低頻衰減差)越來越嚴重。
3. 行同步頭不僅幅度在縮小,而且方正度在變形、變壞。
4. 4.43M的色同步頭,在1000米時(C)勉強還能看到一點,在1500、2000米波形上已很難看清。
5. 實測數據: 1000米75-5電纜衰減分貝數(db)

            

  這是國內安防市場上常見的普通電纜,測試樣品是由工程商提供的工程采購電纜,由eie實驗室VM700A測試系統檢測的。A、B、C為三個不同廠家的產品;SYV是實心聚乙烯電纜,SYWV是高物理發泡電纜;根據經驗分析,B)、C)屬于合格的國標電纜,A)電纜衰減明顯大,可能達不到國標要求。實測和實際應用都表明,SYWV物理發泡電纜的傳輸性能,優于SYV實心聚乙烯電纜。SYWV物理發泡電纜與SYV實心聚乙烯電纜的區別,只是絕緣層的物理結構(實心和發泡)不同和由此引起的芯線直徑的不同。而芯線材料和結構,外屏蔽層的材料、結構和編數都可以根據需要選擇,沒有固定的專有結構模式。
6. 各種線纜的傳輸特性,可以參照上述75-5電纜數據進行換算或估算:
1). 國標75-7電纜傳輸距離,相當于相同類型75-5電纜的1.6倍左右估算,即1600米75-7電纜大約相當于1000米75-5電纜的傳輸衰減和頻率失真。
2). 75-3電纜傳輸距離,相當于75-5電纜的0.4倍左右估算,即400米75-3電纜大約相當于1000米75-5電纜的傳輸衰減和頻率失真。
3). 超5類非屏蔽雙絞線傳輸距離,相當于75-5電纜的0.43倍左右估算,即430米超5類非屏蔽雙絞線電纜大約相當于1000米75-5電纜的傳輸衰減和頻率失真。
這里所說的“傳輸距離”,是具有相同衰減和頻率失真的不同類型電纜的長度,這是為了了解不同類型電纜傳輸特性提出來的一般概念,不是保證圖像質量的有效傳輸距離。

二、視頻傳輸標準和圖像質量要求  

  視頻傳輸標準和圖像質量要求問題,在監控行業的實際工程操作中,一直是“一筆糊涂帳”,甚至可以用“各吹各的號,各唱各的調”來形容。也可能值也是行業管理上的先天不足吧!


1. 我國安防行業PAL-D視頻傳輸頻率特性失真度標準要求,如上圖所示。這是最基本的、常用的“3db”帶寬概念和要求:在0-6M標準視頻帶寬內,各頻率的衰減特性最大誤差,即 “頻率失真”應不大于3db。按照這個要求,傳輸的圖像失真是不允許主觀察覺出來的。在實際工程操作中采用“主觀評價標準”,但有時就變成了“我覺得可以”,“說得過去”就行的隨意“標準”了。按照上述“3db”帶寬標準和電纜實測數據,可以計算出上述三種電纜確保圖像質量的最大傳輸距離。


2. 傳輸距離計算一:按照高、低頻衰減差“3db”帶寬要求:A)電纜1000米高低頻差為(25.22-5.76=19.46db),3db對應電纜長度為154米;B)為168.67米;C)為214.75米。


3. 傳輸距離計算二:因為不考慮有放大器補償,根據“3db”帶寬要求,只需按照最高頻率6M衰減計算:A)電纜1000米25.22db,3db對應電纜長度為118米;B)為140米;C)為157米。所以工程設計上,75-5電纜確保圖像質量標準的無補償傳輸距離為120-150米;其他型號電纜可以按上述方法換算:如75-7電纜為1.6倍,即190-240米。


4. 在監控行業網站上,經常有人問“75-5電纜能傳多遠?”而回答又是300米到1000多米的五花八門答案,讓問者模不著頭腦。這里的根本原因就是沒有統一的傳輸技術標準依據,僅憑各自主觀感覺來回答的。


5. 主觀評價是有嚴格標準和評價方法的,而且應該了解,這種方法也有一定的局限性。但在不少監控工程實際操作中,不僅“局限性”沒有引起注意,而且往往把“主觀評價標準”理解成了“自我感覺”的隨意“標準”,這就難免出現五花八門,差別懸殊的傳輸距離答案。但這畢竟不是“行業標準”和設計依據。


6. 上圖為1000米SYV75-5電纜傳輸特性和圖像照片,顯然頻率特性(1)明顯不合格,1000米對應的圖像(2)顯然太淡,經過監視器對比度和色度調整后,圖像(3)略有改善。但與愿圖像仍有明顯差異,盡管這種圖像在個別工程中雙方也認可了,但應認識到,這是技術標準不允許、不合格的傳輸特性和圖像質量效果。

三、傳輸系統的衰減和失真

  監控系統的實際視頻傳輸網路,往往不是一條簡單的電纜,而是由多個傳輸環節串聯組成的。
例如,一個光纖傳輸系統組成是:攝像機信號——同軸電纜傳輸——光發射機——光纖——光接收機——同軸電纜——視頻分配器——矩陣主機——同軸電纜——監視器顯示,傳輸系統包括:三段同軸電纜,一段光傳輸,一個視頻分配器,一個矩陣切換主機。如果每一個環節傳輸特性都在標準的下限邊緣,單獨檢查每個環節傳輸的圖像可能都“差不多”,“還可以”,但系統整體的視頻傳輸特性一定“不會合格”,甚至差的不可思議。這是因為,設計上把所有環節都理想化考慮。在這個工程例子中,簡單的認定:光端機的沒有問題,三段電纜、分配器和矩陣主機更不用考慮。
電纜的影響前面已經談了,設備的影響也應充分注意和了解,切忌理想化。例如: 光端機,要達到傳輸標準要求不是很容易的,需有嚴格的質量控制手段和昂貴的檢測設備保證。有的光斷機,也有檢測證書,但給用戶提供的設備確是另一回事,傳輸特性的頻率失真,竟然和300-500米75-5電纜差不多,工程中還有幾段同軸電纜,有的甚至長達500米以上,實際情況與工程設計中“理想化考慮”往往有明顯差距。
矩陣主機,一入一出切換輸出時,失真度勉強合格;但不少矩陣主機當1入2出時,失真度便超標變壞,多路輸出時頻率失真度嚴重變壞。更不用說有的產品,一入一出切換輸出時,失真度就不合格。這也是工程設計中最容易被忽視了的因素。
在多環節視頻傳輸的工程設計和器材配套選購中,經常遇到這種情況,系統圖像不理想,往往還不知道問題到底出在哪里?

四、傳輸失真的補償與視頻恢復

  傳輸失真,限制了電纜的傳輸距離,也就限制了同軸電纜的監控范圍。在多環節傳輸系統中,傳輸失真更提高了對每一個傳輸環節的性能要求,也加大了系統設計難度。使系統圖像質量難以做得很理想。所以,長期以來,“監控系統誰都會做,但圖像質量都要做好,也太不容易了”,這就是眾多工程技術人員的共同體驗和感慨!

             


上圖a是一個失真度較大的“衰減頻率特性”波形,其特點是:幅度衰減大,高低頻衰減差異也很大,行同步頭幅度減小,前后沿拖尾,色同步頭也所剩無幾了。顯然,用這個系統來傳輸攝像機視頻信號,圖像質量不可能達到要求。

 普通視頻放大器,在0-6M帶寬內具有相同的增益,                      用這種普通視頻放大器,無法解決頻率失真的補                      償問題,其傳輸特性如圖C所示。顯然不能對視                       頻衰減和失真實現有效恢復。

 

 

 

 

 

  “頻率加權補償技術”原理,是產生一個與“衰減頻—率特性”相反互補的“增益—頻率特性”,如上圖b所示。通俗理解,就是損失了多少,補償多少。如1.5M頻率分量傳輸衰減為-5db,放大器就應該在1.5M頻率上,提供+5db的補償增益;6M頻率分量衰減了-20db, 放大器就應該在6M頻率上,提供+20db的補償增益。在0-6M視頻帶寬內,使每一個頻率分量的衰減都能得到相應的增益補償,從而使“電纜+放大器”的綜合視頻傳輸特性得到有效補償,圖像質量才能實現有效恢復,這就是 “可變頻率加權視頻恢復技術”原理。

             

   上圖d——是欠補償狀態的傳輸特性;圖f——是過補償狀態的傳輸特性;圖e——是最佳補償狀態的傳輸特性;這是一種“可變頻率加權視頻恢復技術”,在最大傳輸距離范圍內的任何電纜長度上,都可以實現欠補償過補償調整,自然也就可以實現“最佳補償”的傳輸特性。產品工程上的實用性設計,已經解決了在沒有標準檢測信號原的情況下的調試方法,只用工程商必備的示波器,在傳輸末端就可以方便的實現“最佳補償”的傳輸特性的調整。

             

   上圖是一個SYV75-5電纜2公里視頻傳輸圖像恢復的比較照片。這套照片不是用相機對著監視器屏幕拍攝的。是用PC機上的視頻采集卡抓拍的。設置的分辨率為720*576像素。
A圖為攝像機原圖像;
C圖為2公里傳輸后的照片,無彩色,原圖像很淡,已經用對比度增強過。
D圖為電纜傳輸2公里傳輸后(C圖)的視頻信號,經EV2030A加權視頻放大器恢復后的圖像。
為了理解傳輸特性。下圖還在左上角和右上角,附上了視頻傳輸通道的傳輸特性照片:
左上圖為2000米電纜的0-6M傳輸特性,用這個通道傳輸攝像機視頻信號時,圖像效果就是照片C。
右上圖為“2000米電纜+EV2030A加權視頻放大器”的0-6M綜合傳輸特性,用這個通道傳輸攝像機視頻信號時,圖像效果就是照片D。

五、建立圖像質量可以控制,可以改善,可以恢復的新概念

  “可變頻率加權視頻恢復技術”的實際應用:
1) 在工程現場,通過調整設在傳輸末端的視頻恢復主機,把系統傳輸特性按照行業技術標準,實現傳輸特性最佳化,以高保真的實現視頻圖像傳輸。
2) 按照行業視頻傳輸技術標準要求(不是自我感覺),可使同軸電纜的有效監控范圍,從1、2百米,擴展到2、3公里,即在2、3公里范圍內的任何距離上,都可以恢復到攝像機源圖像水平。
3) 在多環節視頻傳輸系統中,對“不理想”、“不滿意”、“不及格”的傳輸特性,可以進行“最佳化”有效補償,實現視頻圖像的有效恢復;降低了對傳輸線纜和傳輸設備的過高要求,提高了系統的圖像質量,降低了傳輸系統的設計難度和工程造價。
這里提出的新概念是:圖像質量可以控制,可以改善,可以恢復。那種圖像質量“做到什么樣,算什么樣”被動局面,有望被改觀。
“可變頻率加權視頻恢復技術”的實際應用,還需得到業界的支持,這一技術也將在實踐中經受考驗,不斷完善,充實和提高。

 
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