電線電纜-電線電纜視頻圖像同軸電纜傳輸及市場(chǎng)情況分析_研究報(bào)告

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電線電纜——視頻圖像的同軸電纜傳輸及其市場(chǎng)的狀況

一、同軸電纜視頻傳輸及其特點(diǎn)

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

視頻基帶是指視頻信號(hào)本身的0至6MHz頻帶。將視頻信號(hào)采用調(diào)幅或調(diào)頻的方式調(diào)制到高頻載波上，然后通過(guò)電纜傳輸，在終端接收后再解調(diào)出視頻信號(hào)，這種方式稱(chēng)為調(diào)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(shí)現(xiàn)一根電纜傳送多路視頻信號(hào)。但是在實(shí)際的監(jiān)控系統(tǒng)中，由于攝像機(jī)布置地點(diǎn)比較分散，并不總能發(fā)揮頻分復(fù)用的優(yōu)勢(shì)，而增加調(diào)制、解調(diào)設(shè)備還會(huì)增加系統(tǒng)成本和調(diào)試難度，因此在傳輸距離不遠(yuǎn)的情況下，仍然以基帶傳輸為主。而高頻調(diào)制傳輸方式大多出現(xiàn)在有線電視系統(tǒng)和寬頻共纜“一線通”視頻監(jiān)控傳輸系統(tǒng)中。

同軸電纜的特性阻有50歐姆、75歐姆等幾種，主要型號(hào)有SYV型(絕緣層為實(shí)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(fā)泡率占70-80%的物理發(fā)泡聚乙烯絕緣電纜，由于介電損耗原因，SYV實(shí)心電纜衰減明顯要大于SYWV物理發(fā)泡電纜。電視監(jiān)控系統(tǒng)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(guó)內(nèi)的同軸電纜有SYV75-3、SYV75-5、SYV75-7、SYV75-9等規(guī)格。使用同軸電纜傳輸圖像時(shí)，距離在300米以下的可以采用SYV75-5電纜，在傳輸距離增加時(shí)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(bǔ)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(xiàn)的阻抗不是完全相同的，無(wú)法做到完全的匹配。但圖像的細(xì)節(jié)都在1MHz以上的頻域內(nèi)，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(huì)對(duì)圖像造成明顯的重影失真。阻抗失配多表現(xiàn)為重影。

同軸電纜傳輸具有以下基本特點(diǎn)：

1. 電纜越細(xì)，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(dāng)，或者說(shuō)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(dāng)。

2. 電纜越長(zhǎng)，衰減越大：如75-5電纜750米，6M頻率衰減的“分貝數(shù)”為1000米衰減“分貝數(shù)”的75%，即15db;2000米(1000+1000)衰減為20+20=40db，其他各頻率點(diǎn)的計(jì)算方法一樣。計(jì)算不同長(zhǎng)度電纜衰減時(shí)，“分貝數(shù)是加減關(guān)系”或“衰減分貝數(shù)可以按照長(zhǎng)度變化的百分比關(guān)系計(jì)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(gè)十分重要參數(shù)。電纜越長(zhǎng)，“邊頻差值”越大;充分認(rèn)識(shí)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(guān)鍵的特性，也是工程中最容易被忽視的問(wèn)題。

同軸電纜、雙絞線和光纖是目前監(jiān)控系統(tǒng)中使用最廣的三種傳輸介質(zhì)，我們可以從幾個(gè)方面對(duì)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(shù)前端的攝像機(jī)和后端的視頻設(shè)備都是單極性、75Ω匹配聯(lián)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75-100Ω匹配轉(zhuǎn)換;因此視頻雙絞線基帶傳輸兩端必須有轉(zhuǎn)換設(shè)備，不能像同軸電纜那樣無(wú)設(shè)備直接傳輸視頻信號(hào)。視頻信號(hào)如果直接在雙絞線內(nèi)傳輸會(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)備適配器就完成這種功能。采用一對(duì)無(wú)源適配視頻收發(fā)器和5類(lèi)雙絞線傳輸距離在300m左右，采用一對(duì)有源視頻發(fā)射與接收器(雙絞線傳輸器)，在5類(lèi)非屏蔽雙絞線上傳輸視頻信號(hào)時(shí)最遠(yuǎn)距離可達(dá)900m。

用無(wú)源適配器傳輸時(shí)，隨著頻率增高插入損耗會(huì)增大。這樣在視頻圖像信號(hào)傳輸距離稍遠(yuǎn)時(shí)，圖像質(zhì)量將會(huì)受到嚴(yán)重的影響，在實(shí)際使用中將受到較大的限制。通過(guò)有源適配器，采用非平衡抗干擾技術(shù)，可以通過(guò)一根5類(lèi)UTP線纜的幾組雙絞線分別傳輸非數(shù)字化非壓縮的音視頻信號(hào)和報(bào)警、控制信號(hào)，以及電源。

光纖傳輸?shù)淖畲髢?yōu)點(diǎn)是帶寬大、抗干擾、電磁絕緣性能好、信息安全、傳輸距離遠(yuǎn)，但在光纖視頻傳輸系統(tǒng)中兩端要增加實(shí)現(xiàn)光通信的光端機(jī)。

二、同軸電纜傳輸用的電纜補(bǔ)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(yuǎn)距離傳輸要采用放大補(bǔ)償?shù)囊曨l傳輸方式。要保證圖像質(zhì)量，視頻傳輸系統(tǒng)的頻率失真范圍應(yīng)小于3db，“3db失真”這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，適用于光纜、射頻、微波、同軸和雙絞線等各種視頻傳輸系統(tǒng)產(chǎn)品。攝像機(jī)信號(hào)不加放大補(bǔ)償，只用同軸電纜傳輸時(shí)，按照“3db失真”這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)要求，并結(jié)合上面的電纜衰減特性，SYWV75-5電纜不超過(guò)3db失真度的電纜長(zhǎng)度計(jì)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(shí)心聚乙烯絕緣電纜，衰減量大于物理發(fā)泡電纜。所以3db失真有效傳輸距離少于上面計(jì)算值，工程上大致可按90%左右估算。如實(shí)芯75-5電纜“3db失真”傳輸距離大約為150*0.9=135米，如果對(duì)圖像質(zhì)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(bǔ)償?shù)囊曨l傳輸方式時(shí)，系統(tǒng)傳輸特性是同軸電纜的衰減頻率特性和放大補(bǔ)償?shù)摹霸鲆骖l率特性”之和，放大補(bǔ)償?shù)摹霸鲆骖l率特性”，應(yīng)該能有效補(bǔ)償電纜的頻率衰減特性，且二者應(yīng)該始終保持相反、互補(bǔ)關(guān)系，這才可以有效擴(kuò)展同軸電纜的傳輸距離。

CCTV系統(tǒng)傳輸距離較遠(yuǎn)時(shí)，通過(guò)電纜傳輸?shù)牟噬娨暬鶐盘?hào)在5.5MHz點(diǎn)的不平坦度大于3dB時(shí)，宜加電纜均衡器;達(dá)到6dB時(shí)，應(yīng)加電纜均衡放大器。目前這項(xiàng)同軸視頻傳輸技術(shù)，產(chǎn)品已經(jīng)達(dá)到的技術(shù)水平是：只用一級(jí)末端均衡放大器(無(wú)前端無(wú)中繼)，75-5電纜在2km,75-7電纜在3km范圍以內(nèi)的任意距離上，都可以實(shí)現(xiàn)上述傳輸標(biāo)準(zhǔn);傳輸距離和傳輸質(zhì)量已經(jīng)和多模光端機(jī)相當(dāng)，而在傳輸成本、施工維護(hù)和圖像質(zhì)量可控恢復(fù)功能方面，都具有獨(dú)特的實(shí)用優(yōu)勢(shì)和競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì);這就是說(shuō)，將同軸視頻傳輸技術(shù)有效監(jiān)控范圍擴(kuò)展到了2-3公里。

電纜補(bǔ)償器又稱(chēng)為電纜均衡器、均衡放大器或視頻放大器。電纜補(bǔ)償器通常是通過(guò)電纜校正電路主要對(duì)高頻特性進(jìn)行補(bǔ)償，以使信號(hào)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(lián)電路都有一個(gè)中心頻率f，將電纜衰減曲線分成幾段，對(duì)應(yīng)于各段都用一組RC電路進(jìn)行補(bǔ)償。一般加入一級(jí)補(bǔ)償器可以使傳輸線路延長(zhǎng)500米，對(duì)于75-5電纜適當(dāng)增加電纜補(bǔ)償器可使有效傳輸距離增至2km左右。

三、同軸電纜傳輸?shù)目垢蓴_技術(shù)

工程中產(chǎn)生干擾的情況很多、很復(fù)雜，但可以大致分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是電纜傳輸線路“外部電磁干擾”的入侵，如地電位干擾、電臺(tái)干擾、電火花干擾、并行電纜耦合干擾等。這是影響最大、設(shè)計(jì)和施工中又很難預(yù)測(cè)的干擾。第二類(lèi)是兩端設(shè)備問(wèn)題和故障引入的干擾，如設(shè)備電源故障引來(lái)的50/100周電源干擾，或開(kāi)關(guān)電源的高頻電源干擾等。對(duì)于外部干擾，工程中比較成熟的經(jīng)驗(yàn)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(fù)雜度;3. 埋地;4. “遠(yuǎn)離”其他動(dòng)力電纜或信號(hào)控制電纜，并盡量避免或減少并行;5. 集中供電和控制信號(hào)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(shí)，雇臨時(shí)工來(lái)做，結(jié)果多處拉斷同軸電纜編織網(wǎng)，使外導(dǎo)體電阻增大，產(chǎn)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(xù)性，容易引起反射和干擾。8. 采用平衡抵銷(xiāo)原理的視頻抗干擾器，但局限性較大，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試麻煩。

同軸視頻傳輸技術(shù)的線纜高帶寬和實(shí)際低頻率的使用，造成信號(hào)在電纜中傳輸時(shí)，其振幅及相位在低頻段與高頻段的差別就會(huì)很大，特別是在相位失真太大時(shí)，便難以用簡(jiǎn)單的電路進(jìn)行補(bǔ)償。因此基帶傳輸?shù)皖l部分很容易受到強(qiáng)電、發(fā)射塔、基站、電動(dòng)機(jī)、變頻器等干擾源的干擾。視頻抗干擾器是解決視頻監(jiān)控中所出現(xiàn)的視頻干擾問(wèn)題的輔助工具。

同軸傳輸屬于“封閉電磁場(chǎng)”傳輸類(lèi)型，信號(hào)電磁場(chǎng)被封閉在屏蔽層內(nèi)部傳輸，與外界沒(méi)有電磁交換關(guān)系，同軸電纜這種“屏蔽內(nèi)外電磁場(chǎng)”性能決定了電纜本身具有優(yōu)異的抗干擾性能。同軸傳輸干擾的產(chǎn)生，主要源于電纜太長(zhǎng)，電纜以“天線效應(yīng)”接收外界電磁場(chǎng) 在屏蔽層兩端形成干擾電壓，通過(guò)兩端匹配負(fù)載與芯線構(gòu)成回路產(chǎn)生干擾。此外，由于在一個(gè)地區(qū)干擾源的頻率一般集中在每一頻段，可用高頻調(diào)制傳輸方式頻道選擇的辦法避開(kāi)干擾。

放大抗干擾方式原則上說(shuō)，這種抗干擾器并不能消除干擾，但確實(shí)可以有效降低干擾信號(hào)的幅度。假定視頻信號(hào)的輸出幅度為U1，干擾信號(hào)的幅度為U2，則到達(dá)終端的視頻信號(hào)的幅度為源信號(hào)與干擾信號(hào)之和，即U1+U2(不考慮信號(hào)本身的衰減問(wèn)題)，其中幅度為U2的干擾信號(hào)對(duì)在監(jiān)視器屏幕上顯示的圖像產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾。如果在前端原視頻信號(hào)傳輸前，先用一放大器將其幅度放大n倍到Nu1再進(jìn)行傳輸，則同樣混入U(xiǎn)2的干擾信號(hào)后，到達(dá)終端的信號(hào)變?yōu)镹U1+U2，這個(gè)幅度顯然超過(guò)了顯示設(shè)備允許的輸入電平要求，因此還需要一個(gè)衰減器將在終端收到的混合了干擾信號(hào)的合成信號(hào)整體衰減n倍，得到(nU1+U2)/n=U1+U2/n，結(jié)果終端處的信號(hào)幅度恢復(fù)為U1，而干擾成分則變?yōu)閁2/n。由此可見(jiàn)，經(jīng)過(guò)對(duì)信號(hào)先放大后壓縮的處理后，輸出到顯示設(shè)備的視頻信號(hào)仍可保持原有的幅度不變，而干擾信號(hào)幅度則下降為n分之一。煙臺(tái)意埃伊電子公司提出的加權(quán)抗干擾專(zhuān)利技術(shù)是一種以放大抗干擾為主的技術(shù)，其的要點(diǎn)是：前端采用頻率加權(quán)幅度提升壓制干擾技術(shù)，后端采用頻率加權(quán)視頻恢復(fù)技術(shù)，提供同軸傳輸系統(tǒng)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(wèn)題的辦法。SYWV75-5/eie,是一種抗干擾同軸電纜的型號(hào)，它是由煙臺(tái)意埃伊電子公司開(kāi)發(fā)并擁有自有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品。這種電纜的簡(jiǎn)稱(chēng)為“e電纜”，外觀和尺寸與傳統(tǒng)4屏蔽物理發(fā)泡同軸電纜沒(méi)有區(qū)別，用于視頻傳輸環(huán)境中，具有優(yōu)異的、抗強(qiáng)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(jié)構(gòu)從內(nèi)到外依次是：①內(nèi)導(dǎo)體芯線;②物理發(fā)泡層(第一絕緣層);③鋁箔和編織網(wǎng)共同組成的同軸外導(dǎo)體(第一屏蔽層);④第二絕緣層;⑤銅編織網(wǎng)第二屏蔽層⑥外護(hù)套。“e電纜”結(jié)構(gòu)與4屏蔽物理發(fā)泡同軸電纜基本一樣。內(nèi)導(dǎo)體芯線、物理發(fā)泡絕緣層和第一屏蔽層，組成標(biāo)準(zhǔn)SYWV75-5同軸電纜，用于視頻信號(hào)傳輸，第一屏蔽層是視頻信號(hào)地。信號(hào)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(gè)絕緣層，內(nèi)外屏蔽層互不導(dǎo)通，第二屏蔽層不是信號(hào)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(gè)“柔性屏蔽室”環(huán)境。

單屏蔽層電纜會(huì)產(chǎn)生干擾的原因是，屏蔽層是信號(hào)傳輸回路的一部分，而干擾電動(dòng)勢(shì)又直接串聯(lián)在信號(hào)傳輸回路中�！癳電纜”的情況不同，盡管干擾也會(huì)在第二屏蔽層上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)式Vi,但Vi與信號(hào)傳輸回路絕緣，所以不會(huì)在信號(hào)傳輸回路中產(chǎn)生干擾電壓。這就是“e電纜”的基本抗干擾原理。

工程應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，在視頻波段，“e電纜”抗交流電源、交流電機(jī)、變頻電機(jī)和電火花等低頻強(qiáng)電磁干擾能力十分強(qiáng)大�！癳電纜”實(shí)際是給同軸電纜設(shè)計(jì)了一個(gè)“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(jiān)控工程中，也可以放寬動(dòng)力電纜、控制電纜與視頻電纜不能近距離并行的要求;對(duì)建筑物中超強(qiáng)動(dòng)力電纜，適當(dāng)拉開(kāi)一定距離也可以達(dá)到抗干擾目的。

它的結(jié)構(gòu)從內(nèi)到外依次是：①內(nèi)導(dǎo)體芯線;②物理發(fā)泡層(第一絕緣層);③鋁箔和編織網(wǎng)共同組成的同軸外導(dǎo)體(第一屏蔽層);④第二絕緣層;⑤銅編織網(wǎng)第二屏蔽層⑥外護(hù)套�！癳電纜”結(jié)構(gòu)與4屏蔽物理發(fā)泡同軸電纜基本一樣。內(nèi)導(dǎo)體芯線、物理發(fā)泡絕緣層和第一屏蔽層，組成標(biāo)準(zhǔn)SYWV75-5同軸電纜，用于視頻信號(hào)傳輸，第一屏蔽層是視頻信號(hào)地。信號(hào)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(gè)絕緣層，內(nèi)外屏蔽層互不導(dǎo)通，第二屏蔽層不是信號(hào)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(gè)“柔性屏蔽室”環(huán)境。

單屏蔽層電纜會(huì)產(chǎn)生干擾的原因是，屏蔽層是信號(hào)傳輸回路的一部分，而干擾電動(dòng)勢(shì)又直接串聯(lián)在信號(hào)傳輸回路中。“e電纜”的情況不同，盡管干擾也會(huì)在第二屏蔽層上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)式Vi,但Vi與信號(hào)傳輸回路絕緣，所以不會(huì)在信號(hào)傳輸回路中產(chǎn)生干擾電壓。這就是“e電纜”的基本抗干擾原理。

工程應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，在視頻波段，“e電纜”抗交流電源、交流電機(jī)、變頻電機(jī)和電火花等低頻強(qiáng)電磁干擾能力十分強(qiáng)大�！癳電纜”實(shí)際是給同軸電纜設(shè)計(jì)了一個(gè)“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(jiān)控工程中，也可以放寬動(dòng)力電纜、控制電纜與視頻電纜不能近距離并行的要求;對(duì)建筑物中超強(qiáng)動(dòng)力電纜，適當(dāng)拉開(kāi)一定距離也可以達(dá)到抗干擾目的。

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