电视监控系统的信号传输方式及传输用部件(1)

·312·第二十章电视监控系统的信号传输方式及传输用部件20.1概述本章将阐述电视监控系统中某些常用的、具体的信号传输方式并讨论与传输系统有关的一些问题，同时，结合对各种传输方式的讨论，还将介绍一些有关的传输用部件。在电视监控系统中，主要的信号有两种，一个是电视信号，另一个是控制信号。其中电视信号的流向是从系统前端的摄像机流向电视监控系统的控制中心；而控制信号则是从控制中心流向前端的摄像机（包括镜头）、云台等受控对像。并且，流向前端的控制信号，一般又是通过设置在前端的解码器解码后再去控制摄像机和云台等受控对像的。在带有防盗报警的电视监控系统中，还有报警信号的传送以及控制中心对前端报警探测器的控制信号（如布防、撤防等控制信号）的传送。其中报警信号的流向是从前端的报警探测器指向控制中心；而由控制中心对报警探测器发出的控制信号则是由控制中心指向报警探测器。如果从带有防盗报警功能的整个电视监控系统来说，系统的整个报警信号的传递方向则是从报警探测器起始，传向控制中心的报警主机，再由报警主机通过报警信号接口箱传向电视监控的主机，再由这个主机发出控制信号控制摄像机及云台的动作，然后再由摄像机将图像传送回控制中心，从而完成报警与电视监控的联动运行。由于上述的报警和控制信号大多采用开关信号的直接控制或是采用RS-232接口通信的控制方式，有关书籍和资料介绍的较多，所以这里就不做详细地讨论了。在本章中，将主要对电视信号的传输加以详细地论述。在电视监控系统中，电视信号的传输，主要指的是从前端摄像机至监控中心之间的传输。电视信号在传输系统中的流向是由前端摄像机指向控制中心，而不是像有线电视网那样电视信号由有线电视台流向各用户的电视机终端。从这个角度上讲，也可以说电视监控系统图像信号的流向正好与有线电视网的电视信号流向相反，因此，也就导致了电视监控系统在电视信号的传输上有许多特殊性而与有线电视网不同或不能完全相似。鉴于上述原因，我们在讨论和研究电视监控系统的电视信号传输时，除了有些传送方式（如射频有线传输）与有线电视网信号的传送在理论上、计算方法上相类似之外，其它许多传送方式需要专门去讨论和研究。在电视监控系统中，传输方式的确定，主要根据是传输距离的远近、摄像机的多少以及其他方面的有关要求。一般来说，当各摄像机的安装位置离监控中心较近时（几百米以内），多采用视频基带传送方式；当各摄像机的位置距离监控中心较远时，往往采用射频有线传输或光纤传输方式；当距离更远且不需要传送标准动态实时图像时，也可以采用窄带电视用电话线路传输。在实际应用上，由于光纤传输系统造价较高，故真正采用光纤传输的电视监控系统并不多。但随着技术的发展和若干设备、器件质量的提高和价格的降低，射频传输、光纤传·313·输、微波传输、网络传输等传输方式也将会在远距离传输时陆续采用，因而本章对这些远距离传输方式也将较具体的加以介绍。20.2视频基带传输方式视频基带传输方式，是指从摄像机至控制台之间传输的电视图像信号，完全是视频信号。视频传输方式的优点是传输系统简单；在一定距离范围内，失真小；附加噪声低（系统信噪比高）；不必增加诸如调制器、解调器等附加设备。缺点是传输距离不能太远；一根电缆（视频同轴电缆）只能传送一路电视信号等等。但是，由于电视监控系统一般来说摄像机与控制台之间的距离都不是太远，所以在电视监控系统中采用视频传输是最常用的传输方式。视频传输方式的原理框图如图20-１所示。图20-1视频传输方式原理框图在图20-１中，传输线采用的是同轴电缆，其型号为SYV-75-5（国产）。其中75表示该种电缆的特性阻抗为75Ω。５表示电缆的线径。如果传输距离较远些时，为了减小传输线路对信号的衰减量，还可以用SYV-75-7或SYV-75-9的电缆线。由于在视频传输系统中，摄像机的输出阻抗为75Ω不平衡方式，而控制台及监视器的输入阻抗也为75Ω不平衡方式，故为了整个系统的阻抗匹配，其传输线也必须采用75Ω的特性阻抗。如果在系统中出现了阻抗不匹配的情况，信号就会失真。有时由于阻抗不匹配可能会产生寄生振荡（特别是会产生以视频图像信号的行同步头为基频的高次谐波振荡），这将严重影响图像的质量。有时，虽然从表面上看传输线用的是75Ω特性阻抗的同轴电缆，但由于电缆质量不符合标准或其他原因，仍会产生失配现像导致图像质量的下降。在传输距离较远时（几百米以上）这种情况更易发生。因而，在实际工程中，根据传输过程中出现的失配情况，往往需要在摄像机的输出端串接几十欧姆的电阻后再接至电缆线上，或在控制台或监视器上并联75Ω电阻以满足匹配的要求。如图20-2所示。总之，由于阻抗不匹配而产生的图像质量下降问题，在较远距离的视频传输方式下是特别需要注意的。·314·图20-2为解决阻抗失配而加入电阻20.3远距离视频传输方式在上一节我们讨论了视频基带传输方式的一般情况。下面我们将讨论较远距离的视频传输方式。在电视监控系统中，有时摄像机的位置距离监控中心较远，甚至距离在几公里以上。在这种较远距离的情况下，有时采用光纤传输方式或射频传输方式。但是由于光纤传输或射频传输的造价均较高，不一定非要采用光纤或射频传输方式。特别是在较远距离的位置上摄像机的数量较多，其摄像机所处的位置又比较集中的情况下，仍然考虑用视频传输的方式就会显得适用些。但是，由于视频信号在远距离传输时除带来信号的衰减外，更主要的是会产生幅频及相频两方面的失真，因此研究解决较远距离情况下的视频传输就是一个很重要的课题。20.3.1视频平衡传输系统目前，解决远距离视频传输的一种比较好的办法是采用“视频平衡传输”方式。这种传输方式的原理框图如图20-3所示。图中，摄像机输出的视频全电视信号经发射机转换为一正一负的差分信号，该信号经普通双绞线（或电话线）传输至监控中心的接收机，由接收机重新合成为标准的全电视信号再送入控制台中的视频切换器或其他设备。图中的中继器是为更远距离传输时使用的一种传输设备。当这种传输方式不加中继器时，黑白电视信号最远可传输2000米；彩色电视信号最远可传输1500米。加中继器时最远可传输20公里（仅为传送黑白电视信号时）。图20-3视频平衡传输系统框图这种传输方式之所以可行的主要原理是，由于把摄像机输出的全电视信号由发射机变为一正一负的差分信号，因而在传输中产生的幅频及相频失真，经远距离传输后再合成时就会将失·315·真抵消掉；在传输中产生的其它噪声信号及干扰信号也因一正一负的原因，在合成时被抵消掉。也正因如此，传输线采用普通双绞线即可满足要求，这无疑减少了传输系统的造价（与电缆相比）。特别是当传输距离很远时，所用的发射机及接收机的价格比远距离电缆线的价格要低得多，所以该方式比较适合远距离视频传输的方式。现将这种传输方式中所使用的发射机及接收机的技术指标介绍如下：１．视频发射机最大输入电平：2VP-P全电视信号标准输入电平：1VP-P全电视信号输入阻抗：75Ω不平衡平衡输出电平：0VP-P～4VP-P可调(或-3V～+3V)不平衡输出电平：0VP-P～1VP-P平衡输出电阻：120Ω不平衡输出电阻：75Ω频响：10HZ～10MHZ±3dB3MHZ时2.0dB4MHZ时2.6dB5MHZ时8.0dB信噪比：＞54dB电源：AC180V～250V50HZ尺寸：298mm×196mm×67mm功耗≤3.5W工作环境温度：≤-10℃～+50℃工作环境湿度：≤70%2．视频接收机最大输入电平：4VP-P全电视信号（或-2V～+2V）标准输入电平：2VP-P全电视信号（或-1V～+1V）输入阻抗：60Ω～160Ω可调输出电平：1VP-P可调±6dB频响：10HZ～5MHZ±3dB黑白电视信号：2000m，5.0MHZ2500m，2.5MHZ彩色电视信号：1500m（高频予加重）钳位：平均值频率补偿：低频1kHZ～0.5MHZ，0dB～20dB中频0.5MHZ～2MHZ，0dB～40dB高频2MHZ～5MHZ，0dB～60dB尺寸298mm×190mm×67mm工作环境温度：-10～+50℃·316·工作环境湿度：≤70%如果在这种传输方式下，传输距离大于2000m（黑白电视信号）或1500m（彩色电视信号）时，可加设中继器。中继器可向供应视频发射机及接收机的厂商订购。订购时务必说明传输距离，以便生产厂制作时有所根据，才能在使用时满足要求。当传送彩色电视信号超过1500m的距离时，用上述发射机、接收机及中继器，效果将会变差，这时可选用类似的进口专用设备，并仍可用双绞线（电话线）传送，最大距离可达20km以上。20.3.2远端切换方式在视频传输的方式下，如果在距离监控中心较远的某个同一方向相对集中较多台摄像机时，也可以采取“远端切换方式”。所谓“远端切换方式”，就是把原来在控制台上进行的切换（视频信号切换及控制信号切换）移到远端摄像机群附近的地方进行。这样做的好处是可以大大减少传输线路的数量。如果该监控系统控制信号是采用总线传送，并且由终端解码器解出控制命令，则只进行远端的视频切换即可。现将远端切换方式的基本原理和具体实施方法叙述如下：1．基本原理在电视监控系统中，控制中心对传送进来的各路摄像机的图像信号一般都不是用与摄像机相同数量的监视器一一对应的显示。而是按一定的比例，用几台监视器轮流切换（自动或手动）显示各路摄像机的图像信号。特别是当进入控制台的图像信号路数很多时更是如此。例如，用一台监视器轮流显示四台摄像机的图像信号，即所谓的“四选一”切换显示方式。一般来说，应根据视频信号路数的多少以及对监视对像的要求，选择监视器对摄像机的比例数。常用的有“四选一”、“八选一”等方案。既如此，对远距离的多路视频信号就不必同时都传送至监控中心的控制台里再进行按比例的切换，而是只要按“四选一”、“八选一”等比例分成组，在同一时刻只传送每组中的一路信号即可。根据这一思路，把“视频切换器”安置在靠近远端摄像机群附近的地方，由控制中心送出切换控制信号，使其控制设置在远端的“视频切换器”进行切换，即可达到远端切换的目的。这样，只传输切换后的信号，所用线路的数量就大大减少了。同样，线路上的放大、补偿等设备或部件也就相应地减少了。从而大幅度地降低了成本。减少后的线路数可由下式计算：Q=nm+X（20-1）式中，Q为减少后实际用的线路数；m为远端的摄像机个数；n为选用的切换比例数（如“四选一”切换，则n＝4）；x为控制中心记录用的录像机台数，也称为录像专用线路数目。从式（20-1）可以看出，远端切换方式使传输线减少了好几倍。式中ｘ值，由控制中心控制台上的录像机台数决定。增加这样的录像专用线路的目的是，当某台摄像机所监视的场所发生意外情况时（如匪警、火警等），可将这台摄像机的信号由这种专用线路传送，使录像机可以一直记录所发生的情况，且控制中心也可同时进行跟踪监视，而其他摄像机的·317·信号仍由切换后所使用的传输线路轮流切换传送和显示，不会产生线路被占用而影响正常传送的问题。远端视频切换分式见图20-4。图20-4远端视频切换方式2．远端视频切换器远端视频切换器可以选用成品切换器，如16路输入、8路输出的矩阵编码型切换器，也可自行设计制作。选用成品视频切换器时，由于通常这种产品多做成16路输入、8路输出的定型产品，所以如果超过16路视频信号输入时，可用二台或再增加台数进行组合使用。组合使用时，要向供应厂商订购组合连接的专用设备。当然，如果能订购如32路入、16路出等更加符合要求的切换主机，就更好了。如果自行设计，根据输入信号的路数及输出信号的路数来确定切换器的电路。图20-5给出了一种32路输入，10路输出（其中2路为录像机专用线路）的远端切换器的原理图。当使用定型产品的切换器时，应配套购买相对应的操作键盘。该操作键盘安装在监控中心的控制台上，可以遥控远端切换器的图像信号切换，并可通过终端解码器遥控远端的各摄像机及云台的动作。当远端切换器距离监控中心超过1500m时，应考虑在一定的距离上加装放大器以放大和补偿操作键盘传向远端切换器的编码控制信号。当使用自行设计的远端切换器时，对远端切