淺析雙絞線在視頻聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用

摘要本文從對(duì)雙絞線傳輸視頻信號(hào)的分析，設(shè)計(jì)了雙絞線視頻收發(fā)器，實(shí)現(xiàn)了視頻信號(hào)的1.2公里遠(yuǎn)傳，為智能小區(qū)實(shí)現(xiàn)完整意義的視頻聯(lián)網(wǎng)提供了可行的傳輸方案，并給出了實(shí)際的傳輸效果圖。

關(guān)鍵詞視頻聯(lián)網(wǎng)雙絞線視頻信號(hào)

中圖分類號(hào):TP393文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

近幾年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展以及計(jì)算機(jī)的普及和信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，使人們對(duì)于居住環(huán)境的要求不斷提高，也將“智能化”引入了住宅小區(qū)和家庭建設(shè)中。而如今，住宅小區(qū)建設(shè)正呈現(xiàn)大型規(guī)?；⒏叨酥悄芑陌l(fā)展趨勢(shì)，因此，就產(chǎn)生了大型的視頻聯(lián)網(wǎng)對(duì)講系統(tǒng)。而在視頻聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)的遠(yuǎn)傳即成為首要解決的問(wèn)題。目前視頻信號(hào)傳輸可以分為同軸基帶傳輸、雙絞線基帶傳輸、射頻傳輸、光纜傳輸、數(shù)字(網(wǎng)絡(luò))傳輸?shù)葞追N方式。多數(shù)采用的是同軸基帶傳輸，它適用于短距離傳輸，但成本較高，遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)頻率失真嚴(yán)重，而考慮到成本及傳輸距離等問(wèn)題，本設(shè)計(jì)選用雙絞線基帶傳輸方式，實(shí)現(xiàn)了視頻信號(hào)的1.2公里遠(yuǎn)傳。

1 雙絞線傳輸視頻圖像信號(hào)時(shí)作為傳輸線的分析

1.1視頻信號(hào)的頻帶寬度

(1)攝像頭直接輸出的信號(hào)就是視頻信號(hào)，也稱圖像信號(hào)。它的最低頻率是很低的，嚴(yán)格說(shuō)是從零頻開(kāi)始，即從直流起算。直流電平的高低與圖像的亮暗程度有直接關(guān)系，因而圖像的最低頻率應(yīng)該從零頻開(kāi)始，見(jiàn)圖1。

(2)視頻信號(hào)的最高頻率及頻帶寬度。視頻信號(hào)的最高頻率與圖像的細(xì)微程度有關(guān)，也與圖像的清晰度有關(guān)。

根據(jù)我國(guó)電視標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:每秒鐘要傳送25幅圖像，每幅圖像為625掃描行，每幅的回掃行為50，幅型寬高比為4:3，則25幅的總象素為(即每秒掃得的象素?cái)?shù)為):44.110425=11.03106個(gè)

以相鄰兩個(gè)黑白象素所形成的信號(hào)為一個(gè)周期，則每秒鐘信號(hào)的變化(頻率)為:=11.031062=5.52MHz≈6MHz

1.2雙絞線與平行線傳輸?shù)牟町?/p>

在傳輸視頻圖像信號(hào)中使用的傳輸線一般都采用均勻傳輸線。所謂均勻傳輸線是指?jìng)鬏斁€的幾何尺寸、相對(duì)位置、導(dǎo)體材料以及周圍媒質(zhì)特性沿電磁波傳輸方向不改變的傳輸線，沿線的參數(shù)是均勻分布的。一般情況下均勻傳輸線單位長(zhǎng)度上有4個(gè)分布參數(shù):分布電阻，分布電導(dǎo)，分布電感和分布電容，雙絞線與平行線傳輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)如圖2，分布參數(shù)如下:

其分布電感、分布電容、分布電阻和分布電導(dǎo)如下():

平行線傳輸?shù)?為9.5(SBYD型)到11.3(SBVD型)，兩根導(dǎo)線的相對(duì)位置不變，而雙絞線的/比較小，一般在0.5～1.5，兩根導(dǎo)線的相對(duì)位置一直在改變(絞合纏繞)。由于兩線纏繞得較緊，所以兩線間的距離可以假設(shè)為恒定的。

1.3雙絞線作為傳輸線時(shí)的等效電路

以上列出了分布參數(shù)，有了分布參數(shù)的概念，可以將傳輸線分割成許多微分段()，這樣每一個(gè)微分段可看作集中參數(shù)電路，其集中參數(shù)分別為，，和，其等效電路是無(wú)限多個(gè)€%夾屯緄募讀ㄍ?)。

1.4雙絞線傳輸方式的技術(shù)要點(diǎn)

視頻雙絞線基帶傳輸是用5類以上的雙絞線，利用平衡傳輸和差分放大原理。雙絞線傳輸方式的技術(shù)要點(diǎn)是:

(1)視頻雙絞線基帶傳輸:雙絞線是特性阻抗為100€%R的平衡傳輸方式。目前，絕大多數(shù)攝像頭和顯示模組都是單極性、75€%R匹配連接的，所以采用雙絞線傳輸方式時(shí)，必須在前后端進(jìn)行“單-雙”(平衡——不平衡)轉(zhuǎn)換和電纜特性阻抗75—100€%R匹配轉(zhuǎn)換;這就是說(shuō)視頻雙絞線基帶傳輸，兩端必須有轉(zhuǎn)換設(shè)備。

(2)與同軸電纜“束縛場(chǎng)”傳輸原理不同，雙絞線傳輸?shù)男盘?hào)電磁場(chǎng)是“空間開(kāi)放場(chǎng)”，利用兩條線傳輸?shù)男盘?hào)相等方向相反，產(chǎn)生的空間電磁場(chǎng)互相“抵消”的原理傳輸信號(hào)，采用平衡差分放大原理提高共模抑制比，抑制外部干擾的。

2 雙絞線傳輸設(shè)備的設(shè)計(jì)

雙絞線具有抗干擾能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)、布線容易、價(jià)格低廉等許多優(yōu)點(diǎn)。雙絞線對(duì)信號(hào)也存在著較大的衰減，視頻信號(hào)如果直接在雙絞線內(nèi)傳輸，也會(huì)衰減很大，所以視頻信號(hào)在雙絞線上要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，必須進(jìn)行放大和補(bǔ)償，雙絞線視頻傳輸設(shè)備就是完成這種功能的。加上一對(duì)雙絞線視頻收發(fā)設(shè)備后，可以將圖像傳輸?shù)?至2km。

從以上對(duì)雙絞線分布參數(shù)的分析，在雙絞線視頻傳輸系統(tǒng)中，只要盡量保證平衡傳輸?shù)臈l件，就能使線纜分布電抗趨于零，且能較好地抑制共模信號(hào)。

此方案的基本框圖見(jiàn)圖5，發(fā)送端由兩部分組成，分別是單端到雙端轉(zhuǎn)換的電路和驅(qū)動(dòng)電路。

接收端也由兩部分組成，分別是雙端到單端的轉(zhuǎn)換電路和放大電路。

2.1雙絞線視頻發(fā)送電路

圖6為發(fā)送電路原理圖，它由兩部分組成。第一部分由EL2280構(gòu)成，它的作用是把攝像頭過(guò)來(lái)的單端非平衡信號(hào)轉(zhuǎn)換成雙端平衡信號(hào)(即差分信號(hào))輸出，此時(shí)放大器的增益為1。其中EL2280(A)是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行跟隨放大，EL2280(B)是反向放大;第二部分由EL1501構(gòu)成，它的作用是對(duì)EL2280得到的差分信號(hào)進(jìn)行放大，供雙絞線傳輸。其中由R6進(jìn)行放大增益的調(diào)節(jié)。在實(shí)際調(diào)試過(guò)程中，R6選擇了10K電位器，當(dāng)傳輸距離達(dá)到1.2km時(shí)，阻止近似為1.3K。R4、R5是前后級(jí)匹配電阻，阻值為75歐。R9、R10為與雙絞線匹配電阻，阻值為56歐。

2.2雙絞線視頻接收電路

圖7為接收電路原理圖，它由兩部分構(gòu)成。第一部分由EL2142構(gòu)成，它的作用是把雙絞線傳輸?shù)碾p端平衡信號(hào)轉(zhuǎn)換成單端非平衡信號(hào)輸出，此時(shí)放大器增益為1;第二部分由AD818構(gòu)成，它的作用是對(duì)EL2142得到的單端信號(hào)進(jìn)行放大，傳給顯示模組。其中由R19進(jìn)行放大增益調(diào)節(jié)，在實(shí)際調(diào)試過(guò)程中，R19選擇了10K電位器，它可以根據(jù)實(shí)際距離，調(diào)整電位器，以達(dá)到不同距離增益不同的目的。R12、R13為輸入匹配電阻，R16起到前后級(jí)匹配作用，R20是輸出匹配電阻。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)際中由于測(cè)量條件有限，對(duì)圖像質(zhì)量的評(píng)判只采取了人眼觀察的方法，并比較了原始圖像，1.2km電纜直接傳輸?shù)膱D像及采用雙絞線收發(fā)設(shè)備后傳輸1.2km的圖像效果及波形，如圖8、圖9、圖10所示。

由圖可以看出，經(jīng)1.2km雙絞線傳輸，并由視頻切換放大系統(tǒng)放大后，在顯示模組上得到的圖像與原始圖像比較，信號(hào)雖有部分衰減，且圖像上有可察覺(jué)的干擾和損傷，但并不令人討厭，對(duì)于視頻聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，可以接受。圖像質(zhì)量可達(dá)到《圖像5級(jí)損傷制評(píng)分分級(jí)》的四級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。