如何選擇圖象信號(hào)的傳輸線
2011-04-12 來(lái)源：智慧城市網(wǎng)
在監(jiān)控系統(tǒng)中，監(jiān)控圖象的傳輸是整個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，選擇何種介質(zhì)和設(shè)備傳送圖象和其它控制信號(hào)將直接關(guān)系到監(jiān)控系統(tǒng)的質(zhì)量和可靠性。目前，在監(jiān)控系統(tǒng)中用來(lái)傳輸圖象信號(hào)的介質(zhì)主要有同軸電纜、雙絞線和光纖，對(duì)應(yīng)的傳輸設(shè)備分別是同軸視頻放大器、雙絞線視頻傳輸設(shè)備和光端機(jī)。
同軸電纜是較早使用，也是使用時(shí)間長(zhǎng)的傳輸方式。后來(lái)，由于遠(yuǎn)距離和大范圍圖象監(jiān)控的需要以及人們對(duì)監(jiān)控圖象質(zhì)量的要求提高，監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中開(kāi)始大量使用光纖來(lái)傳輸圖象信號(hào)。至于雙絞線被使用到圖象監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中則是近來(lái)的事，它的出現(xiàn)主要很好地解決了兩個(gè)方面的問(wèn)題：一方面，它解決了200米至2000米距離范圍內(nèi)高質(zhì)量圖象信號(hào)傳輸?shù)膯?wèn)題，因?yàn)樵谶@段距離范圍內(nèi)同軸電纜傳輸難以達(dá)到要求而光纖傳輸又顯得不太經(jīng)濟(jì)；另一方面，它解決了大規(guī)模密集型監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的布線問(wèn)題，雙絞線自身的尺寸和柔軟性克服了大量使用同軸電纜時(shí)的布線難題。當(dāng)然，雙絞線還具有抗共模干擾能力強(qiáng)、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。正是由于雙絞線很好地解決了長(zhǎng)期困擾著人們的這些問(wèn)題，所以它在監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用立即引起了業(yè)界廣泛的關(guān)注，在較短的時(shí)間內(nèi)已經(jīng)被大量使用到工程實(shí)踐中，并且取得了很好的應(yīng)用成果。
每個(gè)監(jiān)控工程都有其自身的特點(diǎn)和特殊性，因此在組建監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)時(shí)需要充分考慮這些具體情況，選用為合適的圖象和信號(hào)傳輸方式。鑒于同軸電纜、雙絞線和光纖是目前監(jiān)控系統(tǒng)中使用廣的三種傳輸介質(zhì)，我們可以從幾個(gè)方面對(duì)它們作一些分析和比較。
一、特點(diǎn)和傳輸特性分析
1、同軸電纜
一般在小范圍的監(jiān)控系統(tǒng)中，由于傳輸距離很近，使用同軸電纜直接傳送監(jiān)控圖象對(duì)圖象質(zhì)量的損傷不大，能滿足實(shí)際要求。但是，根據(jù)對(duì)同軸電纜自身特性的分析，當(dāng)信號(hào)在同軸電纜內(nèi)傳輸時(shí)其受到的衰減與傳輸距離和信號(hào)本身的頻率有關(guān)。一般來(lái)講，信號(hào)頻率越高，衰減越大。所以，同軸電纜只適合于近距離傳輸圖象信號(hào)，當(dāng)傳輸距離達(dá)到200米左右時(shí)，圖象質(zhì)量將會(huì)明顯下降，特別是色彩變得暗淡，有失真感。
在工程實(shí)際中，為了延長(zhǎng)傳輸距離，要使用同軸放大器。同軸放大器對(duì)視頻信號(hào)具有一定的放大，并且還能通過(guò)均衡調(diào)整對(duì)不同頻率成分分別進(jìn)行不同大小的補(bǔ)償，以使接收端輸出的視頻信號(hào)失真盡量小。但是，同軸放大器并不能無(wú)限制級(jí)聯(lián)，一般在一個(gè)點(diǎn)到點(diǎn)系統(tǒng)中同軸放大器多只能級(jí)聯(lián)2到3個(gè)，否則無(wú)法保證視頻傳輸質(zhì)量，并且調(diào)整起來(lái)也很困難。因此，在監(jiān)控系統(tǒng)中使用同軸電纜時(shí)，為了保證有較好的圖象質(zhì)量，一般將傳輸距離范圍限制在四、五百米左右。
另外，同軸電纜在監(jiān)控系統(tǒng)中傳輸圖象信號(hào)還存在著一些缺點(diǎn)：
1）同軸電纜本身受氣候變化影響大，圖象質(zhì)量受到一定影響；
2）同軸電纜較粗，在密集監(jiān)控應(yīng)用時(shí)布線不太方便；
3）同軸電纜一般只能傳視頻信號(hào)，如果系統(tǒng)中需要同時(shí)傳輸控制數(shù)據(jù)、音頻等信號(hào)時(shí)，則需要另外布線；
4）同軸電纜抗干擾能力有限，無(wú)法應(yīng)用于強(qiáng)干擾環(huán)境；
5）同軸放大器還存在著調(diào)整困難的缺點(diǎn)。
2、雙絞線
雙絞線的使用由來(lái)已久，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)距離傳輸中都使用了雙絞線，我們今天廣泛使用的局域網(wǎng)也是使用雙絞線對(duì)。雙絞線之所以使用如此廣泛，是因?yàn)樗哂锌垢蓴_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。加上一對(duì)雙絞線視頻收發(fā)設(shè)備后，可以將圖象傳輸?shù)?至2km。雙絞線和雙絞線視頻傳輸設(shè)備價(jià)格都很便宜，不但沒(méi)有增加系統(tǒng)造價(jià)，反而在距離增加時(shí)其造價(jià)與同軸電纜相比下降了許多。所以，監(jiān)控系統(tǒng)中用雙絞線進(jìn)行傳輸具有明顯的優(yōu)勢(shì)：
1）傳輸距離遠(yuǎn)、傳輸質(zhì)量高。由于在雙絞線收發(fā)器中采用了先進(jìn)的處理技術(shù)，極好地補(bǔ)償了雙絞線對(duì)視頻信號(hào)幅度的衰減以及不同頻率間的衰減差，保持了原始圖象的亮度和色彩以及實(shí)時(shí)性，在傳輸距離達(dá)到1km或更遠(yuǎn)時(shí)，圖象信號(hào)基本無(wú)失真。如果采用中繼方式，傳輸距離會(huì)更遠(yuǎn)。
2）布線方便、線纜利用率高。一對(duì)普通電話線就可以用來(lái)傳送視頻信號(hào)。另外，樓宇大廈內(nèi)廣泛鋪設(shè)的5類非屏蔽雙絞線中任取一對(duì)就可以傳送一路視頻信號(hào)，無(wú)須另外布線，即使是重新布線，5類纜也比同軸纜容易。此外，一根5類纜內(nèi)有4對(duì)雙絞線，如果使用一對(duì)線傳送視頻信號(hào)，另外的幾對(duì)線還可以用來(lái)傳輸音頻信號(hào)、控制信號(hào)、供電電源或其它信號(hào)，提高了線纜利用率，同時(shí)避免了各種信號(hào)單獨(dú)布線帶來(lái)的麻煩，減少了工程造價(jià)。
3）抗干擾能力強(qiáng)。雙絞線能有效抑制共模干擾，即使在強(qiáng)干擾環(huán)境下，雙絞線也能傳送極好的圖象信號(hào)。而且，使用一根纜內(nèi)的幾對(duì)雙絞線分別傳送不同的信號(hào)，相互之間不會(huì)發(fā)生干擾。
4）可靠性高、使用方便。利用雙絞線傳輸視頻信號(hào)，在前端要接入專用發(fā)射機(jī)，在控制中心要接入專用接收機(jī)。這種雙絞線傳輸設(shè)備價(jià)格便宜，使用起來(lái)也很簡(jiǎn)單，無(wú)需專業(yè)知識(shí)，也無(wú)太多的操作，一次安裝，長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。
5）價(jià)格便宜，取材方便。由于使用的是目前廣泛使用的普通5類非屏蔽電纜或普通電話線，購(gòu)買容易，而且價(jià)格也很便宜，給工程應(yīng)用帶來(lái)極大的方便。
3、光纖
光纖和光端機(jī)應(yīng)用在監(jiān)控領(lǐng)域里主要是為了解決兩個(gè)問(wèn)題：一是傳輸距離，一是環(huán)境干擾。雙絞線和同軸電纜只能解決短距離、小范圍內(nèi)的監(jiān)控圖象傳輸問(wèn)題，如果需要傳輸數(shù)公里甚至上百公里距離的圖象信號(hào)則需要采用光纖傳輸方式。另外，對(duì)一些超強(qiáng)干擾場(chǎng)所，為了不受環(huán)境干擾影響，也要采用光纖傳輸方式。因?yàn)楣饫w具有傳輸帶寬寬、容量大、不受電磁干擾、受外界環(huán)境影響小等諸多優(yōu)點(diǎn)，一根光纖就可以傳送監(jiān)控系統(tǒng)中需要的所有信號(hào)，傳輸距離可以達(dá)到上百公里。光端機(jī)為監(jiān)控系統(tǒng)提供了靈活的傳輸和組網(wǎng)方式，信號(hào)質(zhì)量好、穩(wěn)定性高。
不過(guò)，使用光纖和光端機(jī)需要一定的專業(yè)知識(shí)和專用設(shè)備，這給工程施工和用戶使用帶來(lái)了一定的困難。另外，對(duì)于短距離、小規(guī)模的監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，使用光纖傳輸也顯得不夠經(jīng)濟(jì)。
二、技術(shù)性能分析
1、同軸電纜在監(jiān)控系統(tǒng)中，使用75Ω、-5的同軸電纜較為常見(jiàn)。一般，這種同軸電纜的分布電容在50-60pF/m左右，再加上電纜的直流電阻，會(huì)使被傳輸信號(hào)受到衰減。測(cè)試表明，頻率為5MHz的信號(hào)在75Ω、-5的同軸電纜內(nèi)傳輸100m時(shí)，將被衰減5dB左右，信號(hào)頻率越高，受到的衰減越大。圖象信號(hào)是一種高頻寬帶信號(hào)，圖象彩色部分位于頻率，當(dāng)用同軸電纜傳輸彩色圖象信號(hào)時(shí)，其亮度和色彩都會(huì)受到衰減，特別是隨著傳輸距離增加圖象的色彩會(huì)變淡甚至失真。在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)試發(fā)現(xiàn)，彩色圖象信號(hào)在75Ω、-5的同軸電纜內(nèi)傳輸200m左右時(shí)，其幅度和色彩已經(jīng)有明顯的衰減。如果要傳輸更遠(yuǎn)距離，只有加入同軸視頻放大器。
2、雙絞線在用雙絞線作為傳輸介質(zhì)時(shí)，一般使用普遍使用的5類UTP電纜。其特性阻抗在100Ω左右，分布電容約15pF/m，與同軸電纜不同，信號(hào)在雙絞線內(nèi)以平衡方式傳輸，有了雙絞線視頻傳輸設(shè)備和雙絞線配合使用，就可以保證在1.5Km的距離范圍內(nèi)都能高質(zhì)量地傳輸視頻信號(hào)。在實(shí)驗(yàn)室使用專用儀器對(duì)雙絞線傳輸圖象信號(hào)的性能指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果如下：
測(cè)試儀器：TektronixTSG-271PAL制信號(hào)發(fā)生器、TektronixVN700A視頻信號(hào)分析儀
被測(cè)設(shè)備：武漢微創(chuàng)光電技術(shù)有限公司（027-87462996）WTCS-03C10雙絞線視頻傳輸設(shè)備、5類UTP電纜
（1）傳輸距離為300m時(shí)
指標(biāo)：DG≤1%；DP≤1°；SNR≥65dB
（2）傳輸距離為1200m時(shí)
指標(biāo)：DG≤2%；DP≤2°；SNR≥60dB
3、光纖
光纖是遠(yuǎn)距離監(jiān)控圖象傳輸?shù)谋厝贿x擇，它能提供上百公里的傳輸距離，并且能提供很好的圖象傳輸質(zhì)量。在實(shí)驗(yàn)室使用專用儀器對(duì)武漢微創(chuàng)光電技術(shù)有限公司W(wǎng)TOS-02S4000非壓縮數(shù)字視頻傳輸設(shè)備的性能指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)試，如下：
DG≤1%；DP≤1°；SNR≥70dB
三、經(jīng)濟(jì)性分析
光纖傳輸是三種傳輸方式中成本高的一種，現(xiàn)在單模光纖的價(jià)格一般在每纖每米2元左右，光端機(jī)的價(jià)格大約為每路圖象2000元左右，再加上工程中的輔料比如光纖跳線、光法蘭盤以及光纖熔接費(fèi)用等等，使得光纖監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的造價(jià)相對(duì)較高。但是，光纖傳輸具有很多突出的優(yōu)點(diǎn)，所以傳輸距離在二、三公里以上的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中、一些環(huán)境干擾強(qiáng)的場(chǎng)所、以及對(duì)質(zhì)量和可靠性要求很高的監(jiān)控場(chǎng)所大都還是選用光纖作為傳輸介質(zhì)。
同軸電纜在一、二百米左右距離范圍內(nèi)使用較為廣泛，在這種范圍內(nèi)使用同軸電纜不需要其他設(shè)備，使用簡(jiǎn)便，傳輸質(zhì)量也基本能滿足要求。但是，當(dāng)傳輸距離增加時(shí)，同軸電纜在性價(jià)比上和雙絞線相比就處于劣式。一般，75Ω、-5的同軸電纜市價(jià)在1.5元/m，同軸放大器價(jià)格在300元/臺(tái)；5類UTP電纜的價(jià)格0.8元/m，雙絞線視頻傳輸設(shè)備的價(jià)格為600元/套，下面就距離為300m和600m兩種情況對(duì)同軸電纜和雙絞線的傳輸成本作一些比較。
�。�1）假定在某個(gè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中有8個(gè)監(jiān)控點(diǎn)，每個(gè)監(jiān)控點(diǎn)距控制中心約300m左右。
使用同軸電纜時(shí)：
1.5元/m×300m×8=3600元
使用雙絞線時(shí)：
由于每四路圖象可以共用一根5類UTP電纜，所以網(wǎng)絡(luò)中只需2根5類UTP電纜。0.8元/m×300m×2+600元/套×8=5280元
�。�2）假定在某個(gè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中有8個(gè)監(jiān)控點(diǎn)，每個(gè)監(jiān)控點(diǎn)距控制中心約600m左右
使用同軸電纜時(shí)：
為保證圖象質(zhì)量，每路圖象要加入一級(jí)放大器。1.5元/m×600m×8+300元/臺(tái)×8=9600元
使用雙絞線時(shí)：
由于每四路圖象可以共用一根5類UTP電纜，所以網(wǎng)絡(luò)中只需2根5類UTP電纜。0.8元/m×600m×2+600元/套×8=5760元
從以上分析可以看出，隨著傳輸距離增加，越發(fā)顯示出雙絞線傳輸在成本上的優(yōu)勢(shì)。如果網(wǎng)絡(luò)中還有控制信號(hào)等其它信號(hào)傳輸，雙絞線傳輸?shù)某杀緝?yōu)勢(shì)會(huì)更加明顯。另外，傳輸距離進(jìn)一步加大時(shí)，比如達(dá)到1公里左右，則同軸電纜傳輸已經(jīng)難以達(dá)到傳輸質(zhì)量要求了，而雙絞線則可以在傳輸1.5公里左右時(shí)仍能保證較好的圖象質(zhì)量。
四、工程建議
在實(shí)際工程中，選用何種傳輸方式需要結(jié)合工程的具體情況和工程預(yù)算來(lái)綜合考慮。
對(duì)于傳輸距離超過(guò)2Km的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)該考慮選用光纖和光端機(jī)。如果傳輸距離達(dá)到數(shù)公里或者幾十公里，就只有使用光纖了。另外，在一些干擾很強(qiáng)的場(chǎng)合，比如受到工業(yè)干擾和電磁干擾的地方，為了保證圖象質(zhì)量，也建議使用光纖傳輸。
同軸電纜和雙絞線的選用，則需要更多地分析和比較。由于雙絞線傳輸是一種新出現(xiàn)的技術(shù)，而同軸電纜的使用已經(jīng)有很長(zhǎng)的歷史，所以更需要充分發(fā)掘雙絞線傳輸?shù)奶攸c(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，為工程設(shè)計(jì)和施工提供方便、節(jié)省造價(jià)。傳輸距離在四、五百米至1.5公里左右時(shí)，雙絞線無(wú)疑能發(fā)揮極好的性能和價(jià)格優(yōu)勢(shì)，對(duì)于二、三百米以內(nèi)的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，如果規(guī)模很小，使用同軸電纜是合理的，造價(jià)也是較低的。但是，實(shí)際工程也會(huì)有它的特殊性，即使距離很近，如果網(wǎng)絡(luò)規(guī)模很大，比如有上百個(gè)的監(jiān)控點(diǎn)，這時(shí)使用同軸電纜布線就會(huì)困難，而雙絞線則可以使這一難題迎刃而解。再者，如果環(huán)境干擾較大，如果使用雙絞線則可以有效抗干擾，保證圖象傳輸質(zhì)量。另外，雙絞線的布線方便性和靈活性使得樓宇大廈等一些短距離、密集型的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)也逐漸開(kāi)始用它來(lái)代替同軸電纜，并且很好地融合到了綜合布線工程中去。
