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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 視頻基帶的抗干擾傳輸技術分析[2008]
  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。
 

視頻基帶的抗干擾傳輸技術分析[2008]

——同軸與雙絞線抗干擾傳輸技術進展——
 

  [內容提要]視頻基帶抗干擾傳輸技術與產品,“頻率失真”與“頻率加權”技術解釋,分析視頻傳輸產品的四大應用性能:一:視頻恢復性能;二:抗干擾性能;三:防護性能;四:防強電入侵性能;
  提出兩個概念:“監控系統的抗干擾設計”概念與“用抗干擾設備實現抗干擾傳輸”的概念。
視頻信號傳輸方式,可以分成兩大類:第一類為視頻基帶直接傳輸方式——簡稱“基帶傳輸”,第二類為視頻基帶變換傳輸方式——簡稱“變換傳輸”。
  “基帶傳輸”包括:同軸視頻基帶傳輸方式(不平衡傳輸)和雙絞線視頻基帶傳輸方式(平衡傳輸)。其特征是傳輸的信號帶寬,仍然是視頻基帶信號0~6M的原信號帶寬。
  “變換傳輸”包括:射頻(CATV,一線通,共纜,視頻拓展器等類型)、微波、光纜、數字及“復合變換”傳輸方式(兩種以上的組合方式)。其特征是變換后的傳輸信號帶寬變為調制載波的頻道帶寬。如調幅射頻頻道帶寬為6~8M,調頻微波為18~27M等等.
  本文集中探討“基帶傳輸”方式,也就是常見的同軸與雙絞線傳輸方式。圍繞視頻抗干擾傳輸這個現實問題,分析“頻率加權”技術的作用,和對產品性能的影響。2000年加權視頻放大專利技術問世,推動了同軸傳輸視頻恢復技術產品的發展和應用,加權抗干擾專利技術,又進一步推動了抗干擾傳輸技術產品的發展,包括同軸抗干擾傳輸和雙絞線抗干擾傳輸技術與產品的技術進步。這里提出“視頻基帶的抗干擾傳輸技術”的概念,可能更有利于更全面深入的了解“基帶傳輸”技術的應用和產品的性能。

  一)“頻率失真”與“頻率加權”技術解釋
  1.視頻信號在同軸和雙絞線傳輸中,最基本的技術問題就是“頻率失真”。下圖照片是實測線纜本身的頻率失真特性:左圖:0距離測試信號特性,0~6M掃頻測試信號;中圖:SYV75-5電纜1000米的衰減和頻率失真特性;右圖為超5類雙絞線900米的衰減和頻率失真特性;照片可以更好的給出一個定性形象的印象,準確的測試數據,過去已多次給出,這里從略。

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  2.線纜“頻率失真”的特點是:①低頻衰減最小,頻率越高衰減越嚴重;②組成視頻信號的各種頻率分量之間的相對比例關系:左圖掃頻測試信號高低頻幅度比例為1:1,經過電纜的傳輸后,發生了重大改變:傳輸后高低頻比例少于1,頻率越高比例越少——線纜的這種與頻率有關的衰減特性,這就叫“頻率失真”;線纜越長,頻率失真越嚴重,電纜長度加倍,衰減的db數加倍;③比較中圖和右圖,可以明顯看出:雙絞線固有的頻率失真要比同軸電纜大得多,大約430米超5類雙絞線和1000米SYV75-5電纜的衰減和頻率失真相當。應該了解這是國標線纜固有的特性,不是“劣質”電纜,這一點在選擇傳輸線纜類型時,要特別注意,應做到心中有數;
  3.基帶傳輸設備的基本作用是提供一定的放大增益,補償線纜的傳輸衰減。顯然,要補償頻率失真,傳輸設備的“補償特性”應該與電纜的頻率失真特性相反、互補,才能實現視頻信號特性的真正恢復。如下圖所示:

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  4.補償特性應該是:傳輸設備的增益必須具有“頻率越高增益越大”的基本特點——這就是“頻率加權”的基本概念。上面實測的線纜頻率失真特性,都是國產合格國標電纜的固有特性,顯然,用這類線纜傳輸視頻信號,傳輸設備應該具有“頻率加權”特性,才能實現“全補償”的視頻恢復目的。
  5.線纜越長,頻率失真越嚴重,電纜長度加倍,衰減的db數加倍。工程中電纜長度是隨機的,這就要求傳輸設備提供的頻率加權補償性能,也應該是可變的,對于任意長度電纜,都能夠提供出與電纜頻率失真特性相適應的“完善的互補特性”,這既是技術實現的要點,也是技術難點。不同產品性能和水平的差異,也就出自這里。
  對于市場上五花八門的產品和真假難辨的宣傳,應該如何把握?——深入了解它們的應用性能。

  二)傳輸產品的四大應用性能
  之一:視頻恢復性能
  1)視頻傳輸,都是實現“視頻—傳輸—視頻”的全過程,源頭是“視頻”,結果還是“視頻”。不管是視頻傳輸產品,還是視頻抗干擾(器)產品,都應該具有合格的視頻傳輸特性??疾焓悠蕩洳?,首先就是它具有什么樣的“視頻恢復性能”——即視頻失真度的技術性能指標——或者說依據什么視頻傳輸通道技術標準。
  2)不管什么傳輸方式,視頻失真度技術標準,應該是基本一樣的。宏觀的看,不應該有哪種方式傳輸的質量好,哪種方式傳輸的質量不好的區別。具體的看,就存在不同廠家依據和貫徹的“標準”是什么?是客觀技術標準,還是“主觀感覺標準”?
  3)恢復到什么程度?傳輸產品的視頻恢復性能,應該是以客觀技術標準作依據的,這就是視頻失真度技術標準。視頻失真,包括線性失真和非線性失真,有亮度信號失真和色度信號失真,還有亮度和色度信號相對關系的技術指標等等。在諸多技術指標中,最基本的應該是恢復的“幅頻特性”。因為它不僅是多數線性失真度指標能否合格的基礎和前提條件,也是在很大程度上決定其他非線性失真度指標是否具有實際意義的先決條件。例如,色亮增益差和色亮延遲差失真,如果“幅頻特性”不好,它們就不可能合格,只有“幅頻特性”好了,它們才可能合格;再如,非線性失真的微分增益DG和微分相位DP:信號經過1000米長電纜傳輸后,“幅頻特性”嚴重失真超標,圖像已嚴重失真,變壞,但此時的DG、DP一般還是“合格的”,這種DG、DP的所謂“合格”已經沒有任何實際意義了;進一步說,當用傳輸設備把“幅頻特性”恢復好后,DG、DP卻不一定能合格了,這就是信號處理電路的水平問題了。公認的“幅頻特性”是:0~6M頻帶內,“-3db”;具體含義如下圖所示,0.5~5M范圍,±0.75db;也有執行0~6M范圍,±1.5db的“3db”標準的;

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  4)我國歷史上,還沒有承認過任何“主觀感覺”的視頻傳輸“標準”,但在安防行業產品里,這類“主觀感覺”的視頻產品卻到處可見。下圖為某些號稱“可以和光端機媲美”的雙絞線傳輸器在給出的最大傳輸距離上的視頻恢復特性。所謂“媲美”,是沒有技術基礎的。

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  5)EIE品牌產品貫徹的視頻恢復特性
  EIE品牌的視頻傳輸產品,包括同軸類和雙絞線類基帶傳輸產品,其視頻恢復特性依據的“技術標準”,都是以“-3db”幅頻特性為代表的一系列技術指標作基礎生產的。所以,在產品標稱傳輸距離內,都可以實現完全補償的視頻恢復特性。
  下圖為一種基本傳輸型雙絞線傳輸產品,在UTP雙絞線1000,900,600,300米不同距離上的視頻恢復特性照片:可以看出,只有600米時低頻略有一些過補償,但也在允許誤差之內。4~6M的高端,全程都沒有欠補償缺陷,這是確保傳輸質量的技術基??;產品采用全程連續可調的頻率加權控制,可以對標稱距離內的任意長度電纜實現精密全補償;EIE品牌產品抗干擾型雙絞線傳輸產品,標稱傳輸距離已經做到1400米和1800米;

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  6)最大傳輸距離的定義
  1.最大傳輸距離 LMAX:是建立在上述視頻恢復特性和圖像質量標準原則下的最大距離。目前EIE品牌產品實現的技術水平如下:
同軸75-5電纜基帶傳輸產品:
  2 前端傳輸電纜直接連接攝像機輸出,只用后端視頻恢復設備:LMAX≥ 2000米;
  2 前后雙端分別采用加權傳輸和加權視頻恢復設備:LMAX≥ 3000米;
  UTP超5類平衡(雙絞線)基帶傳輸產品:
  2 基本傳輸型加權平衡傳輸器:LMAX≥ 1000米;
  2 抗干擾傳輸型加權平衡傳輸器:LMAX≥ 1400米;
  2 遠程抗干擾傳輸型加權平衡傳輸器:LMAX≥ 1800米;
  2.上面提到的某些號稱“可以和光端機媲美”的雙絞線傳輸器,就是典型的“主觀感覺”產品,它的標稱最大傳輸距離1500米,那個照片就是這類產品的代表特性;按照技術標準,它的最大傳輸距離一般要打30~50%以上的距離折扣,其實際補償特性還需仔細考察;
  3.某些雙絞線傳輸器廠家宣傳說:多級串聯,可以達到2、3公里以上距離。單級傳輸特性都有嚴重缺陷,多級串聯傳輸,頻率特性是多級幅度相乘關系,即頻率特性各點db數的相加關系,結果會怎么樣?信噪比又會怎樣?顯然,這是毫無依據的虛假誤導宣傳。
  4.安防市場上,還有一類同軸抗干擾器,采用幅度壓制干擾原理,前端提升視頻信號幅度,后端采用固定電阻分壓器,或可調電阻分壓器,號稱傳輸距離可以做到幾百米到1公里。這類產品的視頻恢復性能,是電纜的頻率失真,加上產品固有的頻率失真,比單電纜傳輸特性還要差,這是因為它不具備“頻率加權視頻恢復性能”,雖然有一定的“抗干擾效果”,但不屬于傳輸類產品。
對于各種視頻傳輸產品,包括抗干擾器類產品,了解和掌握它們的“視頻恢復性能”,是第一位的。

  之二:抗干擾性能
  同軸傳輸,屬于“封閉電磁場”傳輸類型,信號電磁場被封閉在屏蔽層內部傳輸,與外界沒有電磁交換關系,同軸電纜這種“屏蔽內外電磁場”性能,決定了電纜本身具有優異的抗干擾性能。同軸傳輸干擾的產生,主要源于電纜太長,電纜以“天線效應”接收外界電磁場 在屏蔽層兩端形成干擾電壓,通過兩端匹配負載與芯線構成回路,產生干擾的。干擾不是從屏蔽層縫隙“漏”進去的。
  雙絞線平衡傳輸,用“差?!貝湫藕?,以“共?!幣種聘扇?,屬于“開放電磁場”傳輸類型,信號電磁場與外界電磁場具有直接的耦合交換關系,平衡傳輸“共模抑制干擾”的性能,是建立在傳輸線“平衡”基礎上的。前幾年,所謂“雙絞線具有超強的抗干擾抑制能力”的虛假誤導宣傳,依據的就是“絕對平衡”理想狀態推理。實際上要做到:線對結構參數的絕對平衡,“開放電磁場”的傳輸特點,還要求每根導線的外部電磁環境也要絕對平衡。問題就來源于這個不可能實現的“絕對平衡”,工藝上,國標線僅直流電阻一項誤差就達到5%,還有扭絞的長度誤差,導線直徑誤差,線間距誤差,絕緣層厚度誤差等等?!巴獠康绱嘔肪場備槍こ痰乃婊蛩?,無法控制;這就必然存在“不平衡因素和參數”,這種“不平衡因素和參數”,會把一部分共模干擾信號轉換為差模干擾信號,而雙絞線嚴重的傳輸衰減和頻率失真,又要求傳輸器具有超高倍數的放大增益。這就決定了雙絞線傳輸的干擾抑制能力,不可能達到“超強的抗干擾能力”和“比同軸電纜抗干擾能力更強”的水平。幾年來工程應用中,干擾還是屢屢發生的實踐,就印證了這個事實。
  基帶傳輸系統的干擾抑制能力取決于兩個方面:一是線纜本身的干擾抑制能力,二是傳輸設備提供的附加干擾抑制能力。目前達到的產品水平是:

  [同軸傳輸的抗干擾性能]
  1.同軸電纜常規傳輸方式,利用電纜本身屏蔽抑制干擾性能,可以實現監控工程中多數常規環境下的無干擾傳輸;
  2.加權抗干擾技術原理:這項專利技術的要點是:前端采用頻率加權幅度提升壓制干擾技術,后端采用頻率加權視頻恢復技術,提供同軸傳輸系統的“附加干擾抑制能力”,其含義是:可以把同軸電纜的干擾抑制能力,再提高多少倍(或db);幾年來的工程應用表明: ?、侔ǜ卟愕縑?、工廠變頻電機群、中央空調和變頻供水系統、小區系統等較惡劣環境下的電磁干擾,都可以有效抑制;②采用復合頻率加權技術,有效提高了系統的視頻恢復能力,特別是提高了傳輸信噪比,在1000米上,設備的視頻加權信噪比,可以做到75db,這是各類傳輸方式中的領先技術水平;③有效解決了同軸基帶傳輸方式下的抗干擾傳輸問題;
  3.同軸加權抗干擾產品能實現的抗干擾性能:
  2 基本抗干擾型——標稱傳輸距離:0~1000米——附加干擾抑制能力16~24db;
  2 增強抗干擾型——標稱傳輸距離:0~1000米——附加干擾抑制能力24~32db;
  2 超強抗干擾型——標稱傳輸距離:0~1000米——附加干擾抑制能力24~40db;
  其中,超強抗干擾型還可以提供“特需專用定制產品”,傳輸距離可以定制1~3公里的遠程型。

  [雙絞線傳輸的抗干擾性能]
  1.常規無源和常規有源傳輸產品,抗干擾能力只是雙絞線本身的干擾抑制能力,沒有“附加干擾抑制能力”,適用于普通環境下較近距離的傳輸;
  2.雙絞線平衡傳輸,采用加權抗干擾專利技術:和同軸加權抗干擾技術原理一樣,可以在充分發揮雙絞線平衡傳輸共模抑制干擾能力基礎上,運用頻率加權幅度壓制干擾技術,由傳輸設備再提供一定的“附加干擾抑制能力”,也是把雙絞線的干擾抑制能力,再提高多少倍(或db);
  3.EIE加權平衡傳輸產品能實現的抗干擾性能:
  2 基本傳輸型——標稱傳輸距離:0~1000米——附加干擾抑制能力2~10db;
  2 抗干擾傳輸型——標稱傳輸距離:0~1400米——附加干擾抑制能力15~25 db;
  2 遠程抗干擾傳輸型——標稱傳輸距離:0~1800米——附加干擾抑制能力15~25 db;

  之三:防護性能
  1.電磁環境防護:指傳輸設備本身的EMC電磁防護性能。EIE傳輸和抗干擾產品,都采用具有電磁防護性能的雙層鐵磁屏蔽;
  2.自然環境防護:內部電路具有防潮,防水,防腐蝕?;ば閱?。使用中注意做好BNC連接器和電源的防護即可;

  之四:防強電入侵性能
  1.防雷電感應:產品應具有雷電瞬態感應脈沖防護的可恢復自我?;すδ?;
  2.防高電壓入侵:由供電系統或接地系統缺陷問題,偶然引入的高電壓,也可以瞬間成批的燒毀前后端設備,同軸電纜良好的屏蔽性能和屏蔽層在電纜兩端的“短路效應”,使傳輸系統具有良好的自我?;ば閱?,所以工程中燒毀案例發生概率很低。非屏蔽雙絞線傳輸系統,由于可以開放式接收外界電磁場,并且不具備電纜兩端的“短路”?;すδ?,因此,幾年來雙絞線傳輸設備燒毀的概率最高。所以,防護電路的設計應與傳輸設備具體電路結構相匹配,才能有效?;ど璞赴踩誦?。
  3.通用“防雷器”也有以上功能,但很難做到“防護電路的設計應與傳輸設備具體電路結構相匹配”,對于沒有“防護電路”的產品,采用“防雷器”,只能做到“比不采用訪雷器好”,對于已經具備“防護電路”的傳輸產品,再采用防雷器就有些多此一舉了,甚至還會影響“防護電路”的有效性。特別是一些誤導宣傳,錯誤的引導工程設計到處“接大地”,引入復雜的地電位環路干擾——這叫花錢買干擾。
  4.視頻傳輸設備,應該遠離避雷針,建筑物防雷系統設備和接地點。視頻傳輸設備應該在這些“接雷”設備“大?;ど 敝賂衾朐誦?。

  三)工程中的真假干擾問題
  *抗干擾器可以抑制干擾,并恢復視頻特性——實現“視頻信號的抗干擾傳輸”。
  *有了“抗干擾器”,是否就能解決工程中的所有干擾呢?不是!
  *有了“抗干擾器”,是否就可以隨便設計傳輸系統了呢?不可以!
  *為什么有的工程干擾,用了各種抗干擾器,還是解決不了呢?這里面,就有個真假干擾問題。

  真干擾:僅指傳輸線作為“接收天線”收到的空間電磁干擾信號,這類干擾,加權抗干擾器一般可以有效解決。

  假干擾:包括設備故障引起的“干擾現象”,系統設計和施工缺陷和接地不合理等“故障”因素引起的“干擾現象”,供電系統設計配套不合理,使電網傳導干擾直接進入主機系統等“故障” 引起的“干擾現象”,——統稱為“故障類干擾”,簡稱假干擾。
  假干擾,總體看來屬于“主觀因素”或“主觀責任”造成的。如攝像機輸出信號中就有干擾,這雖然是設備“故障”,但也屬于“主觀責任”,只要主動排除“故障設備”(電源或攝像機),就可以解決。企圖使用抗干擾設備來解決這類干擾,顯然是又犯了一個“主觀錯誤”。再如,系統設計施工,引入了嚴重的地電位環路“干擾現象”,輕的,用抗干擾器也可以“掩蓋干擾”,重一些的用抗干擾器有部分效果,但當電網發生開路、短路或三相電嚴重失衡故障時,可以瞬間燒毀抗干擾器,攝像機,采集卡,甚至可能成片的燒毀設備。所以“地電位環路”是監控系統“嚴重的安全隱患”。應該從主觀上提高設計施工水平,總結施工經驗入手解決。
  這里需要明確兩個概念:“監控系統的抗干擾設計”概念與“用抗干擾設備實現抗干擾傳輸”的概念。
 ?。保囁叵低車目垢扇派杓啤饈羌囁叵低成杓頻男賂拍???垢扇派杓頻某齜⒌?,應該是盡可能避免出現“故障類”的假干擾現象。這是主觀方面的任務和責任,也是工程能力和水平的體現;
 ?。玻每垢扇攀悠禱指瓷璞甘迪摯垢扇糯?,用以解決“真干擾”。但不能也不應該企圖用抗干擾器幫你排“故障”。
 ?。常俠淼摹凹囁叵低晨垢扇派杓啤?,是實現“抗干擾傳輸”的前提和保證條件;
  二者互相補充,不是替代關系。
                              eie1992—— 2008第一帖

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