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視頻圖像監(jiān)控系統(tǒng)要求把現(xiàn)場的圖像信號傳送到后端的控制系統(tǒng),其傳輸距離涵蓋了幾十米到幾公里,以幾百米的傳輸距離為最多。而傳輸技術的很多特性都是和數(shù)據(jù)頻率相關的,因為在信號線上傳送電信號,會和信號的頻率相關,頻率越高,衰減越快,傳輸距離就越短;而信號所攜帶的信息又和頻率相關,信息量越大,所需要的頻帶越寬,而且傳輸?shù)某杀疽簿驮劫F。因此,尋找一種與實際應用相符,技術能滿足,成本盡量低的傳輸模式對于監(jiān)控的應用尤為關鍵。
由于傳輸技術的限制,使得高清的應用受到了很大的限制,技術的發(fā)展需要尋找一種有效的傳輸模式,能將原始的非壓縮視頻信號傳輸?shù)浇K端,后端用視頻板卡或者嵌入式DVR進行壓縮處理,效果、成本、穩(wěn)定性,施工的便利性都與標清的同軸電纜模擬視頻傳輸系統(tǒng)一樣。也只有這樣,高清才能撥開浮云,得到大量的實際的應用。
眾所周知,同軸電纜是一種高質(zhì)量的傳輸線,它可以在很寬的頻帶內(nèi)以很低的損耗傳送電信號,因而特別適合于傳送視頻圖像信號。同軸電纜是使用最廣泛的視頻傳輸介質(zhì),一般用于中短距離的視頻信號的傳輸。同軸電纜的電氣特征使得它非常適合傳送攝像機到監(jiān)視器的全視頻信號(CCTV視頻信號是由分布很廣的低頻信號和高頻信號組成的)。傳送低頻信號(20Hz到幾千Hz)時,可以使用幾乎任何種類的導線。但要傳送頻率范圍在20Hz到6MHz之間的視頻信號,同時不希望有任何衰減時,就需要使用特制的同軸電纜。因此,同軸電纜是視頻監(jiān)控系統(tǒng)工程通常使用的一種高質(zhì)量的視頻信號傳輸線。本文從介紹同軸電纜的結構與特性入手,介紹2種用單同軸電纜傳輸多路視頻信號的方法,以及傳輸高清視頻信號的4種技術方法,從而能將原始的非壓縮的高清視頻信號傳輸?shù)浇K端,能夠以更快更少的成本實現(xiàn)模擬向網(wǎng)絡的升級,極大地方便了高清級IP攝像機在原有CCTV同軸基礎設施上布線運行。
同軸電纜的結構及特性
在視頻監(jiān)控系統(tǒng)的視頻傳輸中,非平衡同軸電纜(即單芯同軸電纜,而雙芯為平衡式)是使用最廣泛的視頻電纜,其代表型號是SYV-75-5-1和SYV-75-9。同軸電纜由內(nèi)導體銅質(zhì)芯線(單股實心線或多股絞合線)、絕緣層、網(wǎng)狀編織的外導體屏蔽層以及保護塑料外層所組成,如圖1所示。由于外導體屏蔽層的作用,同軸電纜具有很好的抗干擾性,所以廣泛地應用于較高速率的數(shù)據(jù)傳輸與圖像傳輸中。
根據(jù)標準,視頻傳輸只能使用75歐姆型。其它阻抗的同軸電纜雖然外觀與75歐電纜差不多,但距離超過十幾米后,所傳送圖像的質(zhì)量就會變得特別差。
同軸電纜有許多不同的牌號。不同牌號電纜之間的主要區(qū)別在于屏蔽的數(shù)量和類型,以及將芯線與屏蔽層隔離開來的絕緣層(電介質(zhì))。最常用的屏蔽層是銅線單編層、雙編層或鋁箔(視頻監(jiān)控系統(tǒng)中不能使用鋁箔型電纜)。絕緣層方面,常用的材料有橡膠、實心塑料等;還有一種螺旋型的空心絕緣層,因此空氣也成了絕緣層的一部分。在這種電纜中,電流在從攝像機流到監(jiān)視器上時通過芯線,而從監(jiān)視器返回攝像機時則通過屏蔽層,這樣就會在芯線和屏蔽之間產(chǎn)生一個電壓差。因此,我們稱這種電纜為非平衡電纜,因為該電流(及電壓)具有使電路非平衡(unbalance)的作用。
為取得最佳傳輸效果,應當選用履蓋比例大于95%的電纜。芯線則以銅質(zhì)線或包銅線為佳。包銅芯線采用鋼絲做成,外面包有一層銅;這種線的拉伸強度較好,適于穿管式的長距離鋪設。市場上還有覆蓋比例為65%的電纜,不應使用。視頻傳輸系統(tǒng)需要使用覆蓋比例大于95%的電纜,以防止外部電磁干擾穿過屏障層滲入到視頻信號中去。覆蓋比率大于95%的電纜可以將大部分干擾屏蔽掉,從而減少畫面受到干擾的機會。覆蓋比例大于95%、采用銅線作為芯線的電纜的回路電阻率約為每公里50到200歐姆(不同型號電纜的電阻率互不相同)。芯線導體截面積越大,傳輸損耗越小,從而可以傳送更長的距離。所以,室外較長距離的傳送,應當采用芯線較粗的電纜,多數(shù)室外同軸電纜的直徑一般都在1.3cm以上。
同軸電纜的特性
在視頻以至更高的頻率范圍內(nèi),同軸電纜應作為有損耗的傳輸線來處理,在高頻時衰減常數(shù)α與頻率的平方根成正比。也就是說,頻率越高,同軸電纜線路衰減越大,即同軸電纜線路的衰耗在低頻段小,高頻段大。
由上述的特性可得出同軸電纜傳輸?shù)幕咎攸c:
電纜越細,衰減越大:如SYV-75-7電纜1000m的衰減,與SYV-75-5電纜600多米衰減大致相當,或者說1000m的SYV-75-7電纜傳輸效果與SYV-75-5電纜600多米電纜傳輸效果大致相當;
電纜越長,衰減越大:如SYV-75-5電纜750m,6MHz頻率衰減的“分貝(dB)數(shù)”,為1000m衰減“dB數(shù)”的75%,即15dB;2000m(1000+1000)衰減為20+20=40dB,其他各頻率點的計算方法一樣。依照上面1000m電纜測試數(shù)據(jù),計算不同長度電纜衰減時,請記住“分貝數(shù)是加減關系(因是對數(shù)關系)”或“衰減分貝數(shù)可以按照長度變化的百分比關系計算”,就可以靈活運用了;
低頻衰減少,高頻衰減大:高/低邊頻衰減量之差,可叫做“邊頻差值”,這是一個十分重要參數(shù)。電纜越長,“邊頻差值”越大;充分認識和掌握同軸電纜的這種“頻率失真特性”,這在工程上具有十分重要的意義;這是影響圖像質(zhì)量最關鍵的特性,也是工程中最容易被忽視的問題。
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