網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)雙絞線(xiàn)應(yīng)用于安防視頻傳輸系統(tǒng)之探討

■ 文/廣州宇洪科技股份有限公司 湯代兵

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)雙絞線(xiàn)應(yīng)用于安防視頻傳輸系統(tǒng)之探討

■ 文/廣州宇洪科技股份有限公司 湯代兵

在現(xiàn)代智能化的音視頻傳輸系統(tǒng)中，安防視頻傳輸往往是其中的一個(gè)子系統(tǒng)，且具有非常重要的地位。在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)和施工中，往往將網(wǎng)絡(luò)布線(xiàn)與安防視頻監(jiān)控布線(xiàn)分開(kāi)考慮。這樣做通常是由于使用的傳輸介質(zhì)差異，使人們無(wú)法將它們很好地統(tǒng)一到一起。但是隨著在建筑物內(nèi)安防視頻圖像采集點(diǎn)和其他傳感器等布控點(diǎn)的不斷增加，同軸電纜等線(xiàn)纜布線(xiàn)數(shù)量增多會(huì)占用大量的管道資源，而且布線(xiàn)難度很大，在布線(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)還會(huì)引起圖像質(zhì)量的下降。隨著傳輸距離的增加，采取傳統(tǒng)同軸電纜為主的解決方案在許多方面已經(jīng)不能滿(mǎn)足施工和應(yīng)用的需求，因此需要一種新的電線(xiàn)電纜及其相關(guān)解決方案取而代之。在這種情況下，雙絞線(xiàn)高清音視頻系統(tǒng)已經(jīng)被業(yè)界人士逐步應(yīng)用于實(shí)際工程系統(tǒng)中，并取得了較好的效果。例如，該系統(tǒng)在高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)中發(fā)揮了重要的作用，之前高速公路中大多使用同軸電纜的傳輸方式，但目前多區(qū)域的高速公路均采用了雙絞線(xiàn)傳輸并取得了良好的效果。

雙絞線(xiàn) 音視頻傳輸 視頻監(jiān)控 布線(xiàn)

1 引言

HD-MDI是一種全新的基于雙絞線(xiàn)的高清音視頻傳輸系統(tǒng)，HD通常是指物理分辯率達(dá)到720P以上的格式稱(chēng)之為高清；MDI是一種雙絞線(xiàn)連接方式，其提供終端攝像機(jī)到中繼或DVR等設(shè)備物理的電路連接。

當(dāng)前業(yè)界新的布線(xiàn)技術(shù)的出發(fā)點(diǎn)就是力求將網(wǎng)絡(luò)布線(xiàn)與安防布線(xiàn)盡量統(tǒng)一到一個(gè)平臺(tái)上，減少布線(xiàn)的難度和造價(jià)。這種布線(xiàn)技術(shù)應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)布線(xiàn)中，通常采用網(wǎng)絡(luò)布線(xiàn)廣泛使用的非屏蔽電纜(如CAT5E)來(lái)傳輸圖像信號(hào)，同時(shí)利用非屏蔽電纜中的空余線(xiàn)對(duì)為攝像機(jī)供電。為了實(shí)現(xiàn)這種技術(shù)，需要配套使用兩種關(guān)鍵的設(shè)備：即雙絞線(xiàn)視頻傳輸設(shè)備和遠(yuǎn)程供電器。

雙絞線(xiàn)是綜合布線(xiàn)工程中最常用的一種傳輸介質(zhì)，該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于圖像傳輸中，在標(biāo)清模擬監(jiān)控系統(tǒng)傳輸中已有多年應(yīng)用實(shí)踐。雙絞線(xiàn)由兩根具有絕緣保護(hù)層的銅導(dǎo)線(xiàn)組成的，在制作過(guò)程中把兩根絕緣的銅導(dǎo)線(xiàn)按一定密度互相絞在一起，這種結(jié)構(gòu)由于每一根導(dǎo)線(xiàn)在傳輸中輻射的電波會(huì)被另一根線(xiàn)上發(fā)出的電波抵消，因此可降低信號(hào)干擾的程度。雙絞線(xiàn)能有效地抑制共模干擾，即使在強(qiáng)干擾環(huán)境下，雙絞線(xiàn)也能傳送較好的圖像信號(hào)。例如樓宇的電梯、設(shè)備房等處都會(huì)存在很強(qiáng)的干擾，處于鬧市區(qū)的建筑物也會(huì)受到來(lái)自周?chē)h(huán)境的各種干擾，雙絞線(xiàn)的強(qiáng)抗干擾能力通常比同軸電纜既有更大的優(yōu)勢(shì)。

筆者認(rèn)為，雙絞線(xiàn)高清音視頻系統(tǒng)可以廣泛的應(yīng)用于交通干線(xiàn)、樓宇建筑等多個(gè)領(lǐng)域的安全防范系統(tǒng)有線(xiàn)傳輸。

2 雙絞線(xiàn)傳輸視頻圖像應(yīng)解決的問(wèn)題

視頻圖像的傳輸目前依賴(lài)有線(xiàn)介質(zhì)的居多，導(dǎo)線(xiàn)又分金屬導(dǎo)線(xiàn)和非金屬導(dǎo)線(xiàn)（光纖）兩類(lèi)。雙絞線(xiàn)（UTP）屬于HD-MDI線(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)主要的線(xiàn)纜。最初是作為數(shù)字網(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳輸使用的，所以大家了解它主要從組建網(wǎng)絡(luò)方面開(kāi)始的。目前通過(guò)采用先進(jìn)的技術(shù)和專(zhuān)用芯片，已經(jīng)能夠在雙絞線(xiàn)上傳輸高質(zhì)量的視頻圖像信號(hào)。

眾所周知視頻線(xiàn)（SYV）特性阻抗為75Ω，屬于單線(xiàn)不平衡傳輸方式，而雙絞線(xiàn)（UTP）特性阻抗為100Ω，屬于雙線(xiàn)平衡傳輸方式。目前所有攝像機(jī)輸出的視頻圖像特性阻抗為75Ω，在視頻線(xiàn)內(nèi)部傳輸是不需要處理的，而為了在不同阻抗的線(xiàn)纜里傳輸時(shí)，就需要進(jìn)行阻抗匹配了，這里就需要使用電流互感元器件對(duì)線(xiàn)纜阻抗進(jìn)行轉(zhuǎn)換了，說(shuō)的簡(jiǎn)單點(diǎn)就是將線(xiàn)纜阻抗變成一樣，利于信號(hào)直接在內(nèi)部傳輸，那這一類(lèi)的產(chǎn)品就是無(wú)源傳輸器的雛形了。

無(wú)源就是不需要給其供電，對(duì)信號(hào)不作任何處理。所以無(wú)源傳輸視頻信號(hào)的距離通常只能在300m以?xún)?nèi)。

如果要讓視頻信號(hào)傳輸?shù)木嚯x更遠(yuǎn)，就需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行一定的處理。具體做法是在信號(hào)源將信號(hào)進(jìn)行電子放大，讓信號(hào)在較高的幅度上沿相同的衰減坡度傳輸?shù)酶h(yuǎn)。雙絞線(xiàn)傳輸?shù)囊曨l信號(hào)為模擬基帶信號(hào)，屬于高頻信號(hào)（5MHz—6MHz）的范疇。實(shí)踐證明，用75—5視頻線(xiàn)傳輸視頻圖像在200m左右就有衰減（3dB—4dB）達(dá)不到圖像質(zhì)量的驗(yàn)收要求，此時(shí)典型的辦法就是使用信號(hào)放大器或更換更粗的線(xiàn)纜，使用一級(jí)信號(hào)放大器通?？梢匝娱L(zhǎng)傳輸距離500m。而雙絞線(xiàn)傳輸器在一對(duì)線(xiàn)纜中即可傳輸1200m左右，其優(yōu)勢(shì)是很顯著的。并且其信號(hào)衰減可以控制在1.5dB左右。

接收器在接收到信號(hào)后，使用加權(quán)補(bǔ)償?shù)姆椒▽?duì)信號(hào)衰減的部分進(jìn)行增益還原，恢復(fù)成原來(lái)的信號(hào)，這一類(lèi)的傳輸器需要供電才能工作，有效傳輸距離在1200m到1500m之間。

3 雙絞線(xiàn)傳輸視頻圖像的優(yōu)點(diǎn)

3.1 圖像質(zhì)量好，傳輸距離較遠(yuǎn)

雙絞線(xiàn)在很多工業(yè)控制系統(tǒng)中和干擾較大的場(chǎng)所以及遠(yuǎn)距離傳輸中都有使用。目前，在許多的安防高清視頻監(jiān)控的傳輸系統(tǒng)中使用了雙絞線(xiàn)對(duì)。它具有抗干擾能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)、布線(xiàn)容易、節(jié)省空間、價(jià)格低廉等等優(yōu)點(diǎn)。

3.2 信號(hào)抗干擾能力好

雙絞線(xiàn)作為網(wǎng)絡(luò)數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)闹饕橘|(zhì)，其具備很好的抗干擾性，尤其抑制共模干擾（線(xiàn)纜相對(duì)于地系統(tǒng)的環(huán)路干擾）能力超好，雙線(xiàn)互絞可以有效濾除線(xiàn)纜上感生出的干擾電流。再者，雙絞線(xiàn)傳輸器處理的信號(hào)屬于差分信號(hào)，其傳輸時(shí)與地系統(tǒng)沒(méi)有實(shí)質(zhì)的關(guān)系，所以基本不會(huì)受到地電流的影響。雙絞線(xiàn)傳輸器在處理信號(hào)時(shí)同時(shí)使用了一些特殊元件和電路，有效過(guò)濾干擾電流和雜散電流，相較于視頻線(xiàn)傳輸抗干擾性要好得多。

3.3 傳輸多種信號(hào)

正常傳輸視頻圖像只需要一對(duì)線(xiàn)纜，另外的三對(duì)線(xiàn)纜可以同時(shí)傳輸音頻信號(hào)、控制信號(hào)和低壓電源信號(hào)。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，外形美觀，同時(shí)具備極高的性?xún)r(jià)比。

4 雙絞線(xiàn)生產(chǎn)品質(zhì)控制

上文論述了雙絞線(xiàn)在視頻傳輸中的應(yīng)用，但是這些都必須建立在對(duì)雙絞線(xiàn)品質(zhì)控制的基礎(chǔ)上。鑒于目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)雙絞線(xiàn)的廠家有很多，但是相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)還不是很完善，一些廠家在這方面的質(zhì)量也存在一些問(wèn)題，使得其在視頻傳輸中沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用，因此對(duì)于各個(gè)廠家的產(chǎn)品品質(zhì)提出了較高的要求。下面主要介紹雙絞線(xiàn)的幾個(gè)重要電性能指標(biāo)及其改善措施。

4.1 串音問(wèn)題

串音引起的誤碼是影響通信距離的主要因素之一。根據(jù)串音產(chǎn)生的機(jī)理，它與對(duì)絞節(jié)距、線(xiàn)對(duì)間節(jié)距(成纜節(jié)距)及各線(xiàn)對(duì)的節(jié)距比有關(guān)。

改善措施：

1）設(shè)計(jì)不同絕緣線(xiàn)徑，使相領(lǐng)線(xiàn)對(duì)間特性阻抗不完全匹配，串音會(huì)相對(duì)減少，保證絕緣單線(xiàn)的均勻性和對(duì)稱(chēng)性，即依圖紙要求絕緣外徑及導(dǎo)體外徑在公差范圍內(nèi)波動(dòng)，以此來(lái)盡可能降低線(xiàn)對(duì)間電容不平衡是提高線(xiàn)對(duì)抗干擾能力的基礎(chǔ)。

2）在條件允許情況下,加大線(xiàn)對(duì)間的距離，兩線(xiàn)對(duì)間距離越大，串音越小, 十字骨架材料使用HDPE，增加其強(qiáng)度，厚度需要大于0.4mm, 近端串音衰減及等電平遠(yuǎn)端串音較好。

3）采用優(yōu)化的節(jié)距設(shè)計(jì)是提高串音防衛(wèi)度的有力措施，通常節(jié)距可選擇在11mm-18mm之間。

4）近端串音衰減及等電平遠(yuǎn)端串音衰減與節(jié)距倒數(shù)差成正比例關(guān)系。節(jié)距倒數(shù)差越大，近端串音及等電平遠(yuǎn)端串音衰減越大。（相鄰線(xiàn)對(duì)節(jié)距倒數(shù)差＞0.012以上，效果才較好）

5）采用線(xiàn)對(duì)屏蔽技術(shù)，但此種方法因電磁波的反射，需要適當(dāng)增加絕緣外徑，使用時(shí)也需要帶屏蔽的接插件。

4.2 衰減問(wèn)題

衰減是決定局域網(wǎng)設(shè)計(jì)和信號(hào)在電纜中傳輸距離的主要因素。而導(dǎo)體和絕緣的類(lèi)型以及幾何尺寸是影響網(wǎng)絡(luò)線(xiàn)纜衰減的主要因素。

改善措施：

1）在允許公差范圍內(nèi)，增加絕緣厚度, 增加絕緣厚度帶來(lái)的負(fù)面效是使電纜阻抗變大。

2）采用物理發(fā)泡絕緣降低介質(zhì)損耗。(通常在生產(chǎn)七類(lèi)線(xiàn)時(shí)使用)

3）在公差允許范圍內(nèi)，增加導(dǎo)體外徑，同時(shí)注意各工序張力，防止導(dǎo)體被拉伸使外徑變小，從而影響導(dǎo)體截面積。

4）各工序生產(chǎn)時(shí)注意芯線(xiàn)絕緣層構(gòu)造不能有變形，刮傷等現(xiàn)象。

4.3 結(jié)構(gòu)回波損耗問(wèn)題

結(jié)構(gòu)回波損耗是指沿線(xiàn)路發(fā)射的信號(hào)遇到阻抗不均勻時(shí)被反射,通過(guò)以下措施可以改善回波損耗。

改善措施：

1）嚴(yán)格控制導(dǎo)體和絕緣外徑的波動(dòng)。

2）嚴(yán)格控制導(dǎo)體、絕緣的不圓度。

3）嚴(yán)格控制絕緣偏心。

4）絕緣顏色。

5）導(dǎo)體附著力及伸長(zhǎng)率。

6）嚴(yán)格控制絞對(duì)工序。

4.4 關(guān)于延遲和延遲差的問(wèn)題

傳輸延遲和延遲差異是由一些局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)制定的標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)量在最壞情況下100米信道結(jié)構(gòu)特性，來(lái)保證信號(hào)正確無(wú)誤地傳輸。

改善措施：影響延遲差異特性的因素包括材質(zhì)的選擇，比如較小的絕緣材料相對(duì)介電常數(shù)，物理設(shè)計(jì)，比如線(xiàn)對(duì)捻入率的差異等。

總之，生產(chǎn)品質(zhì)保證是源于對(duì)生產(chǎn)過(guò)程細(xì)節(jié)的關(guān)注，特別是材料的穩(wěn)定性及結(jié)構(gòu)尺寸有效性，設(shè)備的穩(wěn)定性，工藝參數(shù)實(shí)施的有效性等等，都是廠家在過(guò)程檢驗(yàn)中所必須確認(rèn)的重點(diǎn)。只有對(duì)這些細(xì)節(jié)進(jìn)行監(jiān)控確認(rèn)，確保過(guò)程有效，才能生產(chǎn)出合格的雙絞線(xiàn)產(chǎn)品。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，基于雙絞線(xiàn)的高清音視頻系統(tǒng)是一種近年來(lái)新興的傳輸手段，與傳統(tǒng)的同軸線(xiàn)纜相比具有傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、成本低、可傳輸多種信號(hào)等眾多優(yōu)勢(shì)，從而降低了音視頻傳輸?shù)拈T(mén)檻，在安防行業(yè)中有著巨大的潛在市場(chǎng)。但是，我們也應(yīng)該看清其在應(yīng)用中還存在一些需要進(jìn)一步解決的問(wèn)題，尤其是在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格貫徹相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)持續(xù)完善企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，保證工序的完整性，以確保產(chǎn)品質(zhì)量及其使用效果。