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當前位置:技術交流 雙絞線視頻傳輸技術分析
  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。
 
雙絞線視頻傳輸技術分析
 
--- eie實驗室 老竹
 

  [內容提要]:雙絞線實測衰減和失真數據與測試照片,標準視頻傳輸通道概念和通道特性照片,產品實現的通道特性,通道缺陷照片與分析,客觀的看待雙絞線傳輸
第一部分:雙絞線視頻基帶傳輸衰減和頻率失真——線纜實測數據;
  測試電纜:寧波一舟電纜,2006.4.30.生產,UTP超五類4對非屏蔽電纜,型號:D135-G 305米/箱,產品執行標準:YD/T1019-2001
   測試設備:eie實驗室TEK-VM700A視頻檢測系統,TEK-TSG271標準視頻信號源等
  典型超5類雙絞線1000米,傳輸衰減和頻率失真實測數據
  低頻:7.19db;0.5M:12.91db;1M:18.80db;2M:26.50 db;4M:37.73db;4.8M:41.55db;5.8M:45.69db;
  超5類雙絞線說明:
  1.低頻:指幾十千赫茲以下的頻率,1000米衰減—7.2db(43.65%),1500米衰減—10.8db(28.8%),2000米衰減—14.4db(19%);
   2.高頻5.8M,1000米衰減45.69db(0.52%),1500米衰減—68.53db(3.7*10-4),2000米衰減—91.38db(2.7*10-5)
   為了方便多數熟悉同軸傳輸而對雙絞線傳輸還陌生的朋友,這里再給出同軸電纜的傳輸特性實測數據,以便在比較中加深理解:
75-5電纜1000米傳輸衰減和頻率失真實測數據
  低頻:3.95db;0.5M:6.43db;1M:8.78db;2M:12.2db;4M:17.7db;4.8M:19.7db;5.8M:21.7db
  [75-5電纜說明]:
  1.低頻:1000米衰減—3.95db(63.5%);1500米衰減—5.925db(50%);2000米衰減—7.9db(40%);
  2.高頻5.8M,1000米衰減21.7db(8.2%);1500米衰減—32.55db(2.36%);2000米衰減—43.4db(0.676%);

  [比較]
  1. 雙絞線用于視頻基帶傳輸,需要知道“這是一種價格相對便宜,但傳輸特性很差的傳輸線”;
  2. 與同軸電纜比較,430米雙絞線的傳輸衰減與頻率失真和1000米75-5電纜相當;
  3. 1000米雙絞線高頻與低頻衰減差異為45.69-7.2db=38.49db,這就是頻率失真,而1000米75-5電纜,頻率失真為21.7-  3.95=17.75db,分貝數差2倍多;電纜越長頻率失真越大;這就是視頻基帶傳輸必須面對的嚴峻課題,也是應該如實向工程設計施工的朋友說清楚的問題;
  4. 雙絞線用于視頻基帶傳輸,傳輸設備需要具有更大的補償衰減和頻率失真的能力;或者說,相同補償能力的傳輸設備,同軸傳輸具有遠幾倍的傳輸距離;所謂同軸電纜只適合3、5百米內的近距離傳輸,1-2公里最適合雙絞線傳輸,完全是某些商家的虛假誤導宣傳。
  5. 工程上,選擇不同的傳輸方式時,這是應該考慮到的實際問題之一;
[雙絞線與同軸電纜傳輸特性照片及分析]
[波形說明]:
 1. 0—6M掃頻測試信號(上圖1):這是一種專用的視頻測試標準信號,幅度為1Vp-p,行同步頭為-0.3V,色同步頭為0.3Vp-p;“圖像信號”是等幅(0.7Vp-p)的0.2M—6MHz的掃頻正弦信號;
 2. 把這個標準信號像攝像機信號一樣的饋入到同軸傳輸電纜,在電纜末端75歐姆負載上得到的信號,就是這段電纜的“幅頻傳輸特性”,也就是頻率失真特性。雙絞線傳輸測量基本一樣,不同的是必須有前后兩端的收發傳輸器,在短線(0距離)傳輸時,應保證視頻信號0-6MHz頻帶內,全部1:1的傳輸特性,才能用于長線測試。
 3. 從照片可以直觀看出,頻率失真特性都是“頻率越高,衰減越大”,它改變了視頻源信號中原有的高低頻分量的相對比例關系,低頻衰減對應圖像的對比度下降變淡,高頻大幅度衰減對應清晰度和色度嚴重下降。頻率失真是視頻基帶傳輸技術面對的最嚴峻的課題;
 4. 比較兩種波形形狀可以或得深刻的印象:雙絞線的頻率失真,要比同軸電纜大得多。
 5. 傳輸器的基本作用是補償相應的傳輸衰減和頻率失真,傳輸器的“幅頻傳輸特性”顯然應該始終保持與線纜傳輸特性“相反、互補”,才能恢復視頻源信號特性。

第二部分:標準視頻傳輸通道
[視頻傳輸通道與通道失真]
視頻傳輸通道與通道特性:
   1) 攝像機通過同軸電纜把視頻信號傳輸到監控室的主機或監視器,這條同軸電纜就是一個“視頻傳輸通道”,這條電纜的傳輸特性,也就是它的“通道特性”;
   2) 一條同軸電纜+一個視頻放大器,也可以組成一個“視頻傳輸通道”;“通道特性”是這條同軸電纜衰減特性+視頻放大器傳輸特性的合成特性;
   3) 一對UTP雙絞線,加兩端的收發設備,也可以組成一個“視頻傳輸通道”;“通道特性”是這條雙絞線衰減特性+前后傳輸器特性的合成特性;
   4) 同樣,還有微波視頻傳輸通道,光纜視頻傳輸通道,射頻視頻傳輸通道,數字視頻傳輸通道等等。
   顯然,這些不同傳輸方式,都有自己的實際“通道特性”,共同的概念是:“通道特性”都是描述輸入的視頻特性和輸出的視頻特性的傳輸關系。顯然,理想的“通道特性”應該是把輸入的視頻信號特性1:1的、100%的傳輸過去,而實際傳輸特性與理想傳輸特性的差異,就是“失真”,“失真”程度有大有小,用“失真度”來做客觀描述,失真度技術指標有很多,最基本的就是“幅頻特性”失真度,技術指標是在0-6MHz頻帶內,“幅頻特性”誤差不能超過“-3db”,從技術指標上評價,超過這個“-3db”技術指標的傳輸系統(通道),就屬于“通道特性不合格”。

  傳輸線纜,有客觀技術標準(國標),性能上這個標準也是幅頻特性——不同頻率的的衰減量;試想,這個標準如果是通過傳輸一個視頻信號,憑主觀看圖像效果來衡量,我想劣質電纜就會泛濫成災了;同樣道理,傳輸設備也有客觀的技術標準,符合技術標準的線纜和符合技術標準設備的工程組合,應能形成符合“通道特性技術標準”的“視頻傳輸通道”。
   這里需要注意的是,“通道特性技術標準”,是指設備與器材的技術標準,這是客觀標準,符合這個標準的,在傳輸的圖像上,肉眼是看不出來失真的,這就是對視頻傳輸設備的技術標準要求。在傳輸設備和器材工程應用中,視頻信號是多環節傳輸與轉換的,失真度是一步一步積累的,圖像質量也隨之一步一步劣化,只有對傳輸設備按照技術標準要求生產,才能確保實際工程應用中,圖像不至于劣化到不可接受的程度。
[宣傳和認識上的誤區]
   1.?把“通道特性”的客觀技術標準,說成和理解成“主觀圖像感覺標準”,只要能接受就行;
   2.?在這個誤區引導下,有些傳輸產品的生產,也是按照主觀感覺圖像質量來生產,雖然感覺有些失真,但覺得“還可以接受”,就出廠,然后宣傳:“1200米看不出失真,可以和光端機媲美”。使行業更加混亂,最終倒霉的還是那些奮斗在工程一線的朋友和公司。

[通道特性與圖像質量]

  不同的視頻通道特性對應不同的圖像質量??聰巒跡?br>

  [左圖]:上面為“0距離”雙絞線傳輸特性(無源傳輸器達不到這個水平),0-6M全頻帶“無失真”傳輸;下面為對應的480線圖像的傳輸質量;
  [中圖]:上面為300米雙絞線傳輸特性(比無源300米傳輸略好),總體幅度有衰減,高頻衰減更嚴重;下面為300米雙絞線對應傳輸的圖像質量,可以比較出:圖像對比度下降,變淡,有明顯的模糊感覺,這是高頻嚴重不足造成的;
  [右圖]:上面為1200米雙絞線傳輸特性(沒有補償),總體幅度和高頻衰減所剩無幾了;色同步頭看不到了;下面為對應傳輸的圖像,彩色已丟失;
   通道特性與圖像質量的對應關系,早已是理論和實踐統一的科學規律,圖像是主觀印象,但很難取得客觀統一又能準確描述和測量的標準;視頻傳輸通道特性,可以取得客觀統一的“技術標準”,可以不看圖像直接測量通道特性,可以規定產品生產的技術標準,可以有通用的市場標準;達到標準的傳輸特性,一定是:輸入600線的黑白視頻信號,輸出也是600線的黑白視頻圖像;輸入480線彩色視頻信號,輸出的一定也是480線的彩色視頻圖像;輸入380線的彩色視頻信號,輸出的一定也是彩色380線的圖像。這才是合格的視頻傳輸通道;顯然這與傳輸一個特定鏡頭的監控圖像,用主觀是否可以接受的衡量標準,有本質的區別。
  這里要明確的是,通道特性好壞與圖像質量的優劣是一一對應的,通道特性有客觀標準,是可以排除人為因素,用準確的技術指標進行描述和客觀測量的;
…………………………
[雙絞線傳輸器實現的通道特性]

  “一條雙絞線+前后雙絞線傳輸器”形成實際的視頻傳輸通道特性:
  一種是0-6M全頻帶“標準通道”,其傳輸特性失真度允許誤差是“-3db”,如左圖;
  另一類是0-6M幅頻特性有嚴重缺陷的視頻傳輸通道,如右圖,問題一目了然。
  一)常見雙絞線傳輸器的通道特性
  下圖是國內市場常見的,宣傳力度也不少的“外國”產品和幾種國內產品的實測通道特性照片。通道特性大同小異,照片具有典型代表性。

  [測試條件]:
  UTP超5類非屏蔽雙絞線1200米,產品標稱傳輸距離:1200-1500米,幅度可以連續控制(大多產品不能連續控制),頻率均衡用撥碼控制;
  [照片說明]:實際測試的雙絞線長度為1200米(準確值為305*4=1220米)
   1. 圖1撥碼開關設置:前、后端都設置為1200米檔位,通道特性呈現嚴重欠補償失真;
   2. 圖2撥碼開關設置:前端設為1500米,后端設置為1200米檔位,通道特性有些改善,但仍是欠補償失真;
   3. 圖3撥碼開關設置:前端設為1200米、后端設置為1500米檔位,3.5M以下低頻有提升,但仍欠補償,高頻3.5M以上嚴重丟失的欠補償失真;
   4. 圖4撥碼開關設置:前、后端都設置為1500米檔位,通道特性出現低頻較大的過補償,高頻3.5M以上又嚴重丟失的欠補償失真;在這些檔位之間,產品再沒有可以控制的設置了;
[產品通道特性分析]
  1) 1200米的標稱傳輸距離上,產品四種可能設置檔位,都存在嚴重的“通道缺陷”——通道帶寬實際只有3.5M左右,是截止頻率為3.5M左右的“低通濾波器”;這好比是一條“標稱”6車道的高速公路,而實際只有三個半車道,撥碼分檔的“粗略補償”效果,好比路面的“不平度超標”;
   2) 從圖3、4可以看出,對應1200米雙絞線傳輸的高頻(3M以上)衰減,傳輸器的高頻補償能力遠遠不夠。實測這類標稱1200—1500米的產品,勉強可以用到900米左右,“勉強”是指把失真度要求適當放寬;
   3) 用這種帶寬3.5M左右通道特性,傳輸我國PAL-D制式0-6M的視頻信號,要實現“看不出失真”和“圖像可以和光端機媲美”,可能嗎?難怪有的網友說:“實際效果和宣傳的根本不一樣”,事出有因;
   4) 目前測試的這些產品,都是朋友們在工程應用中購買的,設備傳輸特性基本一樣,還沒測到優于這些特性的產品,我不能說沒有,希望只是我還沒見到;如哪個廠家朋友很自信,可以把這種通道特性實測結果在這里介紹出來;
  5) 這些產品在工程中已經用了不少,但這并不能掩蓋這是一類具有嚴重通道缺陷的產品;
   4年前,我就向與我爭論的網友質疑過通道特性問題:光說能傳輸1200米,1800米,2000米,是否能介紹一下,雙絞線在這些距離上,低頻和6M的實際衰減各是多少?傳輸器實際能提供的補償能力(增益)又是多少?遺憾的事,4年來還沒有一個廠家正面回答過;

二)[EIE品牌ET3010AT/R加權平衡傳輸器通道特性]

[產品特點]:①產品采用頻率加權放大和加權抗干擾兩項專利技術,實現0-6M標準視頻傳輸通道;②1200米內任何距離,無級連續可調精密補償技術;③根據干擾環境需要,既可使用非屏蔽雙絞線傳輸,也可使用屏蔽雙絞線傳輸;④ET3030AT/R加權平衡傳輸器可以把雙絞線抑制干擾的能力,再提高4到15倍以上;ET3050AT/R加權平衡傳輸器,又在3030基礎上,把傳輸距離提高到1800米;
[視頻傳輸通道特性]
測試條件:
UTP超5類非屏蔽雙絞線1200米;通道特性照片如下:
[照片說明]:
  圖1為低頻幅度補償到1Vp-p,可調均衡補償不足,呈現通道特性嚴重欠補償狀態;
   圖2為低頻幅度補償到1Vp-p,可調均衡補償,仍然不足,呈現通道特性尚有一定的欠補償狀態;
   圖3為低頻幅度補償到1Vp-p,可調均衡補償,已調到0-6M通道特性全補償狀態,幅頻特性失真度在“-3db”以內,點擊照片放大可見,5-6M頻標線之間的上突出和6M頻率的下降都少于3db;
  圖4為低頻幅度補償到1Vp-p,增大可調均衡補償,呈現出低頻過補償,高頻6M欠補償的通道特性;
[產品通道特性分析]
  1) 從圖1到圖4補償狀態,產品頻率均衡補償是連續可調控制變化的,在欠補償和過補償中間,就有最佳補償狀態——調出標準傳輸通道。這項采用頻率加權連續可調專利技術的精密均衡補償功能,與撥碼開關粗框的分段補償有著本質區別;
  2) 產品在1200米內任何距離上,基本都可以調出標準傳輸通道特性;這是產品采用頻率加權放大和加權抗干擾兩項專利的技術要點。
  3) 產品傳輸距離的確定:EIE確定加權平衡傳輸器最大傳輸距離,是以傳輸器能夠實現0-6M完全補償的最大傳輸距離(超5類)來確定的。上圖所示的ET3010AT/R加權平衡傳輸器,標稱最大傳輸距離為1200米,是因為圖3所示的補償特性,6M已開始有點下降,但還沒有超出“-3db”的技術標準要求;但當把雙絞線傳輸距離加大到1500米測試時,通道特性已經出現嚴重的“通道缺陷”,所以1500米不能作為產品有效標稱傳輸距離;如下圖。

第三部分:客觀的看待雙絞線傳輸

雙絞線傳輸的特點和自身優勢,幾年來的宣傳已經無以復加,有過之而無不及。夾雜的虛假誤導宣傳,在安防行業造成了很多誤區。我們在推出EIE品牌“加權平衡傳輸器”的同時,也希望同行朋友能在以下幾個方面客觀的看待雙絞線傳輸技術:
   1) 雙絞線價格相對便宜,也具有應用上的自身特點和優點。但這種便宜的代價是:傳輸特性差,需要付出更大的補償代價;代價一是,要實現有效距離內的完全補償,傳輸設備需要具備更強的補償能力,復雜度和性能都要大幅度提高,價格不可能很便宜;代價二是,有嚴重通道缺陷的傳輸器價格便宜,卻要付出傳輸質量降低的工程代價,這個“代價”是廠商轉嫁給工程商承擔的;
   2) 雙絞線方式的傳輸距離,理論上和實踐上都要比同軸電纜傳輸少很多,工程設計必須有個清醒的認識;①在沒有傳輸設備、只用線纜傳輸的情況下比較:75-5同軸電纜在120米左右以內,可以實現標準通道的傳輸質量,300米之內,圖像接受度也很高,而雙絞線沒有傳輸設備卻“寸步難行”;②在有傳輸設備情況下比較:75-5同軸電纜在2000米以內,無前端無中繼,只需要用一個末端加權視頻恢復設備,就可以實現全補償的標準通道傳輸特性,6M頻率補償能力需要40-43db(100多倍);而2000米雙絞線,卻必須有前后雙端傳輸設備,要實現全補償,6M頻率設備的補償能力需要92-100db(10萬多倍),目前還沒見過哪家的產品能夠做到這一點;③前后雙端都有傳輸設備,75-5同軸電纜可以在3000米以內實現全補償;
   3) 雙絞線在合適的工程場合,可以實現一條電纜傳輸4路圖像,性價比較高;但盲目設計,也可能出現一條電纜4對雙絞線只傳輸一路信號的尷尬局面;工程設計一定要堅持根據現場情況,合理組合不同傳輸方式的原則;
4) 雙絞線方式的平衡傳輸原理,使它具有較高的共模抑制特性,也具有較好的抗干擾能力。但還沒有理論和實驗證實,它的抑制干擾能力比同軸電纜還要強,更不能相信所謂“具有超強的抗干擾能力”等一些不實之詞。因為平衡是相對的有限的,電路的共模抑制有效工作范圍并不大。所以實際工程應用中,當出現干擾情況后,束手無策。這就是常說的“根本不像原來說的那么好”;正因為這樣,ET3030AT/R和ET3050AT/R加權平衡傳輸器,采用了加權抗干擾專利技術,把雙絞線抑制干擾的能力提高4-15倍以上,可以解決一些常見的干擾;
5) 實驗表明,雙絞線線對之間的“串擾”規律是:頻率越高串擾越大,不是“相互毫無影響”;工程設計時,還要慎重對待,一切都要有科學實驗來證實。

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