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標題: 視頻圖像的同軸電纜傳輸及其市場的狀況 [打印本頁]

作者: zhineng 時間: 2011-5-3 10:01 標題: 視頻圖像的同軸電纜傳輸及其市場的狀況

一、同軸電纜視頻傳輸及其特點

　　在視頻監控系統中，模擬攝像機的輸出阻抗為75Ω不平衡方式，而控制臺及監視器的輸入阻抗也為75Ω不平衡方式，為了整個系統的阻抗匹配，其傳輸線往往采用75Ω的特性阻抗。電視監控系統一般多是中短距離的中小型系統，同軸電纜是目前監控系統中應用最廣泛的視頻傳輸線，同軸視頻傳輸技術也是監控系統中的一種最基本傳輸方式。

　　視頻基帶是指視頻信號本身的0至6MHz頻帶。將視頻信號采用調幅或調頻的方式調制到高頻載波上，然后通過電纜傳輸，在終端接收后再解調出視頻信號，這種方式稱為調制傳輸方式。這種方式可以較好地抑制基帶傳輸方式中常有的各種干擾，并可實現一根電纜傳送多路視頻信號。但是在實際的監控系統中，由于攝像機布置地點比較分散，并不總能發揮頻分復用的優勢，而增加調制、解調設備還會增加系統成本和調試難度，因此在傳輸距離不遠的情況下，仍然以基帶傳輸為主。而高頻調制傳輸方式大多出現在有線電視系統和寬頻共纜“一線通”視頻監控傳輸系統中。

　　同軸電纜的特性阻有50歐姆、75歐姆等幾種，主要型號有SYV型(絕緣層為實心100%聚乙烯)、SBYFV型(絕緣層為泡沫聚乙烯)、SYK型(絕緣層為聚乙烯藕芯)。SYWV 是發泡率占70-80%的物理發泡聚乙烯絕緣電纜，由于介電損耗原因，SYV實心電纜衰減明顯要大于SYWV物理發泡電纜。電視監控系統中常用的是SYV和SBYFV型75歐姆阻抗的同軸電纜。以SYV型電纜為例，國內的同軸電纜有SYV75-3、SYV75-5、SYV75-7、SYV75-9等規格。使用同軸電纜傳輸圖像時，距離在300米以下的可以采用SYV75-5電纜，在傳輸距離增加時可以考慮使用低損耗的同軸電纜，如SYV75-7、SYV75-9等，或者加入電纜補償器。

　　同軸電纜的特性阻抗為75歐姆，由于視頻帶寬很寬，同軸電纜在低頻和高頻所表現的阻抗不是完全相同的，無法做到完全的匹配。但圖像的細節都在1MHz以上的頻域內，所以保證高頻段阻抗匹配就基本能夠滿足傳輸要求，即使在低頻段有微小的失配，也不會對圖像造成明顯的重影失真。阻抗失配多表現為重影。

　　同軸電纜傳輸具有以下基本特點：

　　1. 電纜越細，衰減越大：如75-7電纜1000米的衰減，與75-5電纜600多米衰減大致相當，或者說1000米的75-7電纜傳輸效果與75-5電纜600多米電纜傳輸效果大致相當。

　　2. 電纜越長，衰減越大：如75-5電纜750米，6M頻率衰減的“分貝數”為1000米衰減“分貝數”的75%，即15db;2000米(1000+1000)衰減為20+20=40db，其他各頻率點的計算方法一樣。計算不同長度電纜衰減時，“分貝數是加減關系”或“衰減分貝數可以按照長度變化的百分比關系計算”。

　　3. 頻率失真特性：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。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;這是影響圖像質量最關鍵的特性，也是工程中最容易被忽視的問題。

　　同軸電纜、雙絞線和光纖是目前監控系統中使用最廣的三種傳輸介質，我們可以從幾個方面對它們作一些分析和比較。

　　非屏蔽雙絞線電纜UTP(Unshielded Twisted Pair)也可以傳輸視頻圖像。雙絞線通常采用特性阻抗為100Ω的平衡傳輸方式，目前絕大多數前端的攝像機和后端的視頻設備都是單極性、75Ω匹配聯接的，所以采用雙絞線傳輸方式時，必須在前后端進行“單——雙”(平衡——不平衡)轉換和電纜特性阻抗75-100Ω匹配轉換;因此視頻雙絞線基帶傳輸兩端必須有轉換設備，不能像同軸電纜那樣無設備直接傳輸視頻信號。視頻信號如果直接在雙絞線內傳輸會衰減很大，所以視頻信號在雙絞線上要實現遠距離傳輸必須進行放大和補償，雙絞線視頻傳輸設備適配器就完成這種功能。采用一對無源適配視頻收發器和5類雙絞線傳輸距離在300m左右，采用一對有源視頻發射與接收器(雙絞線傳輸器)，在5類非屏蔽雙絞線上傳輸視頻信號時最遠距離可達900m。

　　用無源適配器傳輸時，隨著頻率增高插入損耗會增大。這樣在視頻圖像信號傳輸距離稍遠時，圖像質量將會受到嚴重的影響，在實際使用中將受到較大的限制。通過有源適配器，采用非平衡抗干擾技術，可以通過一根5類UTP線纜的幾組雙絞線分別傳輸非數字化非壓縮的音視頻信號和報警、控制信號，以及電源。

　　光纖傳輸的最大優點是帶寬大、抗干擾、電磁絕緣性能好、信息安全、傳輸距離遠，但在光纖視頻傳輸系統中兩端要增加實現光通信的光端機。

　　二、同軸電纜傳輸用的電纜補償器(均衡放大器)

　　由于同軸電纜視頻傳輸頻率失真具有低頻衰減少，高頻衰減大的特性，遠距離傳輸要采用放大補償的視頻傳輸方式。要保證圖像質量，視頻傳輸系統的頻率失真范圍應小于3db，“3db失真”這個標準，適用于光纜、射頻、微波、同軸和雙絞線等各種視頻傳輸系統產品。攝像機信號不加放大補償，只用同軸電纜傳輸時，按照“3db失真”這個標準要求，并結合上面的電纜衰減特性，SYWV75-5電纜不超過3db失真度的電纜長度計算方法是：1000米衰減20db,20/3=6.67,1000/6.67=150米，75-7電纜為236米。實心聚乙烯絕緣電纜，衰減量大于物理發泡電纜。所以3db失真有效傳輸距離少于上面計算值，工程上大致可按90%左右估算。如實芯75-5電纜“3db失真”傳輸距離大約為150*0.9=135米，如果對圖像質量降低要求，SYV-75-5型同軸電纜可傳輸300m。

　　采用同軸電纜加放大補償的視頻傳輸方式時，系統傳輸特性是同軸電纜的衰減頻率特性和放大補償的“增益頻率特性”之和，放大補償的“增益頻率特性”，應該能有效補償電纜的頻率衰減特性，且二者應該始終保持相反、互補關系，這才可以有效擴展同軸電纜的傳輸距離。

　　CCTV系統傳輸距離較遠時，通過電纜傳輸的彩色電視基帶信號在5.5MHz點的不平坦度大于3dB時，宜加電纜均衡器;達到6dB時，應加電纜均衡放大器。目前這項同軸視頻傳輸技術，產品已經達到的技術水平是：只用一級末端均衡放大器(無前端無中繼)，75-5電纜在2km,75-7電纜在3km范圍以內的任意距離上，都可以實現上述傳輸標準;傳輸距離和傳輸質量已經和多模光端機相當，而在傳輸成本、施工維護和圖像質量可控恢復功能方面，都具有獨特的實用優勢和競爭優勢;這就是說，將同軸視頻傳輸技術有效監控范圍擴展到了2-3公里。

　　電纜補償器又稱為電纜均衡器、均衡放大器或視頻放大器。電纜補償器通常是通過電纜校正電路主要對高頻特性進行補償，以使信號傳輸通道的總頻率特性基本上是平坦的。電路主要由RC電路組成，每一組RC串聯電路都有一個中心頻率f，將電纜衰減曲線分成幾段，對應于各段都用一組RC電路進行補償。一般加入一級補償器可以使傳輸線路延長500米，對于75-5電纜適當增加電纜補償器可使有效傳輸距離增至2km左右。

　　三、同軸電纜傳輸的抗干擾技術

　　工程中產生干擾的情況很多、很復雜，但可以大致分為兩大類：一類是電纜傳輸線路“外部電磁干擾”的入侵，如地電位干擾、電臺干擾、電火花干擾、并行電纜耦合干擾等。這是影響最大、設計和施工中又很難預測的干擾。第二類是兩端設備問題和故障引入的干擾，如設備電源故障引來的50/100周電源干擾，或開關電源的高頻電源干擾等。對于外部干擾，工程中比較成熟的經驗有：1. 防止“地電位”的單端接地或不接大地;2. 電纜穿金屬管，或走金屬線槽，但成本較高，施工有一定復雜度;3. 埋地;4. “遠離”其他動力電纜或信號控制電纜，并盡量避免或減少并行;5. 集中供電和控制信號傳輸采用屏蔽電纜，但屏蔽層不能兩端都接視頻地;6. 施工穿管時，雇臨時工來做，結果多處拉斷同軸電纜編織網，使外導體電阻增大，產生干擾。7. 電纜中間接頭連接方法不是采用F型接頭和雙通連接，而是采用“焊接”或“扭接”的方法，破壞了電纜的同軸性和特性阻抗的連續性，容易引起反射和干擾。8. 采用平衡抵銷原理的視頻抗干擾器，但局限性較大，現場調試麻煩。

　　同軸視頻傳輸技術的線纜高帶寬和實際低頻率的使用，造成信號在電纜中傳輸時，其振幅及相位在低頻段與高頻段的差別就會很大，特別是在相位失真太大時，便難以用簡單的電路進行補償。因此基帶傳輸低頻部分很容易受到強電、發射塔、基站、電動機、變頻器等干擾源的干擾。視頻抗干擾器是解決視頻監控中所出現的視頻干擾問題的輔助工具。　

　　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。此外，由于在一個地區干擾源的頻率一般集中在每一頻段，可用高頻調制傳輸方式頻道選擇的辦法避開干擾。

　　放大抗干擾方式原則上說，這種抗干擾器并不能消除干擾，但確實可以有效降低干擾信號的幅度。假定視頻信號的輸出幅度為U1，干擾信號的幅度為U2，則到達終端的視頻信號的幅度為源信號與干擾信號之和，即U1+U2(不考慮信號本身的衰減問題)，其中幅度為U2的干擾信號對在監視器屏幕上顯示的圖像產生嚴重的干擾。如果在前端原視頻信號傳輸前，先用一放大器將其幅度放大n倍到Nu1再進行傳輸，則同樣混入U2的干擾信號后，到達終端的信號變為NU1+U2，這個幅度顯然超過了顯示設備允許的輸入電平要求，因此還需要一個衰減器將在終端收到的混合了干擾信號的合成信號整體衰減n倍，得到(nU1+U2)/n=U1+U2/n，結果終端處的信號幅度恢復為U1，而干擾成分則變為U2/n。由此可見，經過對信號先放大后壓縮的處理后，輸出到顯示設備的視頻信號仍可保持原有的幅度不變，而干擾信號幅度則下降為n分之一。煙臺意埃伊電子公司提出的加權抗干擾專利技術是一種以放大抗干擾為主的技術，其的要點是：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”。

　　抗干擾同軸電纜是另一種解決視頻有線傳輸干擾問題的辦法。SYWV75-5/eie,是一種抗干擾同軸電纜的型號，它是由煙臺意埃伊電子公司開發并擁有自有知識產權的產品。這種電纜的簡稱為“e電纜”，外觀和尺寸與傳統4屏蔽物理發泡同軸電纜沒有區別，用于視頻傳輸環境中，具有優異的、抗強電磁干擾能力。“e電纜”是一種“雙屏蔽、雙絕緣同軸電纜”。

　　它的結構從內到外依次是：①內導體芯線;②物理發泡層(第一絕緣層);③鋁箔和編織網共同組成的同軸外導體(第一屏蔽層);④第二絕緣層;⑤銅編織網第二屏蔽層⑥外護套。“e電纜”結構與4屏蔽物理發泡同軸電纜基本一樣。內導體芯線、物理發泡絕緣層和第一屏蔽層，組成標準SYWV75-5同軸電纜，用于視頻信號傳輸，第一屏蔽層是視頻信號地。信號傳輸仍然是要保證芯線和第一屏蔽層的有效連接。不同的是：外面的第二屏蔽層與里面第一屏蔽層之間是一個絕緣層，內外屏蔽層互不導通，第二屏蔽層不是信號地，它是真正的外界干擾屏蔽層，它給視頻傳輸線提供了一個“柔性屏蔽室”環境。

　　單屏蔽層電纜會產生干擾的原因是，屏蔽層是信號傳輸回路的一部分，而干擾電動勢又直接串聯在信號傳輸回路中。“e電纜”的情況不同，盡管干擾也會在第二屏蔽層上產生感應電動式Vi,但Vi與信號傳輸回路絕緣，所以不會在信號傳輸回路中產生干擾電壓。這就是“e電纜”的基本抗干擾原理。

　　工程應用和實驗測試表明，在視頻波段，“e電纜”抗交流電源、交流電機、變頻電機和電火花等低頻強電磁干擾能力十分強大。“e電纜”實際是給同軸電纜設計了一個“隨行柔性的屏蔽室”。因此，工程中大都可以免去穿金屬管、走金屬線槽的麻煩。在普通監控工程中，也可以放寬動力電纜、控制電纜與視頻電纜不能近距離并行的要求;對建筑物中超強動力電纜，適當拉開一定距離也可以達到抗干擾目的。

　　四、“一線通”有線調頻技術的應用

　　有線電視可以通過一根電纜將電視臺的多個頻道電視節目在電視機上清晰顯示出來，這種成熟技術應用到安防中就是共纜一線通技術。“一線通”的有線調頻方式,在一根射頻電纜上傳輸所有的音視頻和控制信號,可以有效地節省線材和布線成本,但需要增加調制解調設備。在1-3km以下的監控應用中，考慮到系統成本絕大多數場合還不得不使用傳統的同軸視頻電纜傳輸方式，原因是光纖和光端機對于近距離監控系統而言顯得不夠經濟。但是，由于同軸電纜對視頻信號衰減很大，如果傳輸距離超過二、三百米以后，圖像質量就會明顯衰減失真，即使加上視頻放大器，傳輸距離也難以大幅度增加，并且圖像質量難盡人意，工程造價還增加。另外，如果在傳輸圖像信號的同時，有其它控制信號，則需要增加額外的布線，造成工程費用和施工難度增加。共纜一線通技術是采用頻分技術、時分(時間分配)、新的反向傳輸技術實現在單根同軸電纜上傳輸多路視頻、雙向音頻廣播、雙向報警聯動、RS485、電話信號、消防信號等多種信號。寬頻共纜“一線通”電視監控具有抗干擾能力強、傳輸距離遠、布線容易、價格低廉等許多優點。采用寬頻共纜“一線通”的傳輸設備，在一根同軸的線纜中傳輸可以多達40個點(經濟適用推薦數量為25路以內)的音頻、視頻和控制信號，以及電源的傳輸。

　　我們用某個實用系統來說明寬頻共纜“一線通”的基本原理：同軸電纜頻率帶寬為0～1000MHz,由于寬頻共攬監控傳輸信號時只利用了其中550MHz的空間，所以在傳輸監控信號的同時，還預留了報警、廣播系統的擴展空間，使多系統、多路信號傳輸匯集到一根電纜傳輸。在信號傳輸時，利用5～65MHz來下行傳輸對前端云臺和鏡頭的控制數據信號，利用110～550MHz來上行傳輸監控視頻信號和音頻信號，而65～87MHz為信號雙向傳輸的隔離帶，上下行信號在其中傳輸各行其道不會碰撞。不同攝像機采集的監控視頻信號輸入不同頻道的寬頻共纜調制器上，進行二次變頻調制及螺旋濾波，對圖像頻譜和相位等嚴格指標控制后搬移到某個頻道高頻載波上，輸出復用到同軸電纜網絡中，被調制的不同頻道的多路視頻載波(射頻載波)信號通過信號耦合器，匯集到一根同軸電纜上，并經過同軸電纜網絡及信號放大設備傳輸到監控中心。射頻信號傳輸到監控中心后，進入雙向數據分波器，通過其中的高通濾波模塊把下行的控制信號濾掉，只讓87MHz以上的視頻高頻載波通過，分配到多路視頻解調器(或其他規格的視頻解調設備)對同軸電纜中的監控信號進行多路解調還原成標準視頻基帶和音頻信號，最后送到監視器、硬盤錄像機或其他視頻處理設備。來自硬盤錄像機、控制鍵盤等設備的RS232/RS485控制信號通過FSK數據調制器進行數據封裝打包調制到射頻(38～40MHz)載波上，進入數據分波器低通濾波器下行傳輸。經過同軸電纜網絡傳輸到每個寬頻共纜調制器，由寬頻共纜調制器的FSK解調模塊把控制數據信號解調成標準的工業RS-485控制信號送到解碼器后輸出云臺、鏡頭控制電平，從而驅動云臺上、下、左、右或自動旋轉，推動鏡頭光圈、聚焦、變倍動作。

　　在監控系統中采用寬頻共纜“一線通”監控進行傳輸具以下優勢：1、傳輸距離遠、傳輸質量高。由于在寬頻調制解調器中采用了先進的中頻處理、上變頻技術，較好地補償了高頻同軸電纜對視頻信號幅度的衰減以及不同頻率間的衰減差，保持了原始圖像的亮度和色彩以及實時性。2、布線簡單、線纜利用率高。“一根”同軸電纜可傳送四十路上行監控信號、下行控制信號。布線組合不拘一格，可以采用總線、樹型、星型多種結構將多點圖像、控制集成一根電纜總線雙向傳輸。3、抗干擾、適用廣泛。監控系統干擾源大多數是頻率較低的信號，常見視頻干擾源頻率主要分布在45MHz以下，寬頻共纜監控的圖像傳輸頻率與干擾頻率有很寬的頻帶距離，載波高頻傳輸方式能有效抑制頻率較低共模干擾和電磁干擾。4、技術成熟、穩定性好。5、數據調制、雙向傳輸。控制信號采用FSK數據調制技術，與攝像機回傳視頻信號在同一根電纜中雙向傳輸，控制信號采用中頻調制穩定可靠。6、擴充簡單，平滑升級。總線拓撲的結構，無須單獨布線，就地總線添加。

　　實事求是地講，共纜監控傳輸是介于傳統視頻基帶與光傳輸之間的一種傳輸方式，比較適合應用于400～3000米之間的“中等規模、距離較遠、干擾較強”的環境，近則成本太高，遠則需要光傳輸技術配合。共纜監控傳輸距離的計算應以SYWV型同軸電纜的衰減性能、信號耦合器的衰減指標、所允許串接干線放大器的數量和監控項目一根線容納的監控點數作為共纜監控傳輸長度的考慮因素。由于“一線通”采取有線調頻方式傳輸，因此需要增加調制解調等設備，工程的安裝調試也比較復雜，也需要較多的設備。

　　五、同軸電纜視頻傳輸設備及線纜的市場狀況

　　用于監控系統的同軸電纜視頻傳輸設備、線纜的市場情況比較復雜。規模最大的一塊是75Ω同軸電纜，由于模擬監控器材占據了中國監控中前端市場的大部分份額，同軸電纜傳輸占的比重很大，用于視頻監控的同軸電纜年銷售額大約在10億元左右。具有較好抗干擾性能的“e電纜”是由煙臺意埃伊電子公司研發生產的，主要用于對圖像要求較高、且環境干擾較為嚴重的監控系統用戶，市場目前還比較狹小。

　　在安防市場絕大多數供應商把電纜補償器(電纜均衡器)稱為視頻放大器。在慧聰網上檢索，在安防領域的視頻放大器產品有647條信息，上百家安防公司生產、經營同軸電纜視頻放大器，部分是同時經營同軸電纜視頻放大器和雙絞線視頻放大器。在廣電領域的視頻放大器產品則有1137條信息。在慧聰網上檢索，在安防領域的視頻抗干擾器產品有901條信息、而生產、供應視頻抗干擾器的廠商比生產電纜補償器的更多，品牌、型號多種多樣。由于視頻抗干擾器的銷量和單價均較高，市場規模更大一些。這兩類設備在安防領域的年銷售額大約為2億。

　　由于寬頻共纜“一線通”視頻監控系統安裝調試比較復雜，需要專用設備和專業施工隊伍，因此產品大多數是以工程項目的形式銷售。據我們調查，國內大約有30家多公司涉足寬頻共纜“一線通”視頻監控系統的設備生產、代理和安防工程施工。寬頻共纜“一線通”視頻監控工程年銷售額在1.5億左右。

來源：北極星電力網

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