视频监控工程中的各种干扰及抗干扰措施

视频传输工程中的电磁干扰及抗干扰措施干扰——是监控工程中的常客,也是令人讨厌,令人烦恼的不速之客.让干扰不再打扰,应该是监控行业朋友们的共同心声和奋斗目标之一.一,干扰到底是怎样形成的?1)工程中的干扰我们可以概括分成3类:A)源干扰:视频信号源内部,包括电源产生的干扰——视频源信号中已经包含干扰;B)终端干扰:终端设备,包括设备电源产生的干扰——它能对输入的无干扰视频信号加入新的干扰;C)传输干扰:传输过程中通过传输线缆引入的干扰,主要是电磁波干扰,包括地电位干扰类.源干扰和终端干扰,尽管工程中也常遇到,但都属于设备本身问题,不属于工程抗干扰范畴.本文涉及的只是第三类——视频传输工程中的电磁干扰.2)实验室研究成果提出了如下观点:●同轴干扰不是从屏蔽层缝隙中漏进去的,无缝隙的编网—铝箔—编网—铝箔四屏蔽电缆,仍有传输干扰,就是最好的实践验证.●同轴干扰基本上是电磁感应电流在电缆屏蔽层纵向阻抗上产生的感应电动势,通过两端匹配负载对视频信号产生干扰信号的;所以才有短电缆,高编电缆干扰小的实践;●非屏蔽双绞线平衡传输原理,使它具有一定的抗共模干扰能力,但它的不平衡结构(电阻误差5%/100米,线对之间的耦合,高衰减和高失真特性),使它的实际抗干扰能力与某些抗超强干扰的宣传远不是一回事.屏蔽双绞线的大量应用,就应该有个起码的判断了.●2005年实验室又提出了防,避,抗,补的工程抗干扰四大基本要领.二,视频传输工程抗干扰的防,避,抗,补四大基本要领1)防:对干扰设防,把干扰拒之门外.常见的有效措施有:●给传输线缆一个屏蔽电磁干扰的环境,这是最基本,最有效的防止干扰入侵的手段.将传输线缆穿镀锌铁管,走镀锌铁皮线槽,深埋地下布线等,这对于包括变电站超高压环境下安全传输视频信号都是有效的.不足之处是成本较高,不能架空布线,施工较麻烦;●双绝缘双屏蔽抗干扰同轴电缆是抗干扰技术的一项自有知识产权的新成果,其原理与穿铁管基本相同.外层是干扰屏蔽层,提供内部无干扰的传输环境,内屏蔽层是同轴传输回路的实际信号地,干扰在外屏蔽层上产生感应电动势,通过接大地屏蔽干扰,内外屏蔽层绝缘,使干扰感应电动势与视频信号传输回路绝缘,有效防止了干扰的入侵.优点是布线简单方便,成本低,在不能准确判断是否会有干扰的情况下,基本可以实现防干扰盲目布线.●在工程设计和施工中,设防首先是应该考虑的.2)避:避开干扰,另选一条路,改变源信号传输方式.属于这一类的技术有:光缆传输(包括模拟调制解调和数字调制解调技术),射频,微波,数字变换等各种传输方式都属于信息调制和变换方式,或频分方式,它能有效避开源信号传输中0-6M频率范围的直接干扰;这种方式抗干扰很有效.目前也有一些不肯介绍原理的产品,如采用编码和向上移动信号频带的方法等,大概也属于这一类产品.采用避的技术,工程中还应考虑两个问题:一是成本和复杂度的提高,二是变换损失——失真和信噪比的降低,不要一个矛盾掩盖另一个矛盾.3)抗:视频信号传输过程中,如果干扰已经混进视频信号中,使信噪比(指信号/干扰比)严重降低,必须采用抗干扰设备抑制干扰信号幅度,提高信噪比.目前主要技术措施有:●传输变压器抑制50/100Hz低频干扰有一定效果,但局限性较大,通用性较差,应用面还较少;●斩波技术,原理上是吸收或衰减干扰信号频率分量.问题是难以应付工程中千变万化的干扰频率,对于谐波分量丰富的干扰(如变频电机干扰)抑制能力较差,值得注意的是这种办法在吸收干扰的同时,也吸收掉一部分有用信号,造成新的失真;●视频预放大提高信号/干扰比(信噪比)技术:原理是:线路干扰大小是不会再变的,可以在线路前端,先把摄像机视频信号大幅度提升,从而提高了整个传输过程中的信号/干扰比(信噪比),在传输末端再恢复视频源信号特性,达到抑制干扰的目的.理论上,实践上这种抗干扰技术都应该是可行的,有效的.问题是具体技术实现起来有一定难度,市场上有一种这类产品,确实有一定的抗干扰效果.但没考虑线缆传输失真,放大失真问题,没有真正解决视频信号的有效恢复问题,图像传输质量没有真正解决.●实验室在长期研究加权放大和抗干扰技术的基础上,于2005年初成功的推出了含有两项专利技术的新产品——加权抗干扰器.它同时具有抑制干扰和视频恢复双重功能,可有效抑制从50Hz到10MHz的广谱干扰,加权技术的成功应用,使频率越高抗干扰能力越强,进一步提高了高频干扰的抑制能力,并继承了加权视频放大专利技术高质量的视频恢复功能.4)补:补偿电缆传输和信号变换造成的视频信号传输损失,恢复视频源信号特性.电缆越长,产生干扰的概率越大,干扰幅度也越高.从视频传输角度考虑,在抗干扰的同时,必须考虑信号衰减和失真问题.线缆引起的衰减,失真和抗干扰设备引起的附加衰减和失真,只有有效的补偿措施才能算真正的,有效的视频传输设备.三,据实际情况选择适用的抗干扰措施工程上解决干扰的问题也是一个系统工程问题,防,避,抗,补四大基本要领是从不同的技术侧面采取的不同措施,掌握了它们的原理,性能和使用方法,在工程中灵活运用,才能立于不败之地.视频基带的抗干扰传输技术分析视频信号传输方式,可以分成两大类:第一类为视频基带直接传输方式——简称基带传输,第二类为视频基带变换传输方式——简称变换传输.基带传输包括:同轴视频基带传输方式(不平衡传输)和双绞线视频基带传输方式(平衡传输).其特征是传输的信号带宽仍然是视频基带信号0~6M的原信号带宽.变换传输包括:射频(CATV,一线通,共缆,视频拓展器等类型),微波,光缆,数字及复合变换传输方式(两种以上的组合方式).其特征是变换后的传输信号带宽变为调制载波的频道带宽.如调幅射频频道带宽为6~8M,调频微波为18~27M等等.本文集中探讨基带传输方式,也就是常见的同轴与双绞线传输方式.围绕视频抗干扰传输这个现实问题,分析频率加权技术的作用,和对产品性能的影响.2000年加权视频放大专利技术问世,推动了同轴传输视频恢复技术产品的发展和应用,加权抗干扰专利技术又进一步推动了抗干扰传输技术产品的发展,包括同轴抗干扰传输和双绞线抗干扰传输技术与产品的技术进步.这里提出视频基带的抗干扰传输技术的概念,可能更有利于更全面深入的了解基带传输技术的应用和产品的性能.(一)频率失真与频率加权技术解释1.视频信号在同轴和双绞线传输中,最基本的技术问题就是频率失真.下图照片是实测线缆本身的频率失真特性:左图:距离测试信号特性,00~6M扫频测试信号;中图:SYV75-5电缆1000米的衰减和频率失真特性;右图为超5类双绞线900米的衰减和频率失真特性;照片可以更好的给出一个定性形象的印象,准确的测试数据,过去已多次给出,这里从略.2.线缆频率失真的特点是:①低频衰减最小,频率越高衰减越严重;②组成视频信号的各种频率分量之间的相对比例关系:左图扫频测试信号高低频幅度比例为1:1,经过电缆的传输后,发生了重大改变:传输后高低频比例少于1,频率越高比例越少——线缆的这种与频率有关的衰减特性,这就叫频率失真;线缆越长,频率失真越严重,电缆长度加倍,衰减的db数加倍;③比较中图和右图,可以明显看出:双绞线固有的频率失真要比同轴电缆大得多,大约430米超5类双绞线和1000米SYV75-5电缆的衰减和频率失真相当.应该了解这是国标线缆固有的特性,不是劣质电缆,这一点在选择传输线缆类型时,要特别注意,应做到心中有数;3.基带传输设备的基本作用是提供一定的放大增益,补偿线缆的传输衰减.显然,要补偿频率失真,传输设备的补偿特性应该与电缆的频率失真特性相反,互补,才能实现视频信号特性的真正恢复.4.补偿特性应该是:传输设备的增益必须具有频率越高增益越大的基本特点——这就是频率加权的基本概念.上面实测的线缆频率失真特性,都是国产合格国标电缆的固有特性,显然,用这类线缆传输视频信号,传输设备应该具有频率加权特性,才能实现全补偿的视频恢复目的.5.线缆越长,频率失真越严重,电缆长度加倍,衰减的db数加倍.工程中电缆长度是随机的,这就要求传输设备提供的频率加权补偿性能也应该是可变的,对于任意长度电缆,都能够提供出与电缆频率失真特性相适应的完善的互补特性,这既是技术实现的要点,也是技术难点.不同产品性能和水平的差异也就出自这里.对于市场上五花八门的产品和真假难辨的宣传,应该如何把握?——首先应当深入了解它们的应用性能.(二)传输产品的四大应用性能之一:视频恢复性能1)视频传输都是要实现视频—传输—视频的全过程,源头是视频,结果还是视频.不管是视频传输产品,还是视频抗干扰(器)产品,都应该具有合格的视频传输特性.考察视频传输产品,首先就是它具有什么样的视频恢复性能——即视频失真度的技术性能指标——或者说依据什么视频传输通道技术标准.2)不管什么传输方式,视频失真度技术标准应该是基本一样的.宏观的看,不应该有哪种方式传输的质量好,哪种方式传输的质量不好的区别.具体的看,就存在不同厂家依据和贯彻的标准是什么?是客观技术标准,还是主观感觉标准?3)恢复到什么程度?传输产品的视频恢复性能,应该是以客观技术标准作依据的,这就是视频失真度技术标准.视频失真,包括线性失真和非线性失真,有亮度信号失真和色度信号失真,还有亮度和色度信号相对关系的技术指标等等.在诸多技术指标中,最基本的应该是恢复的幅频特性.因为它不仅是多数线性失真度指标能否合格的基础和前提条件,也是在很大程度上决定其他非线性失真度指标是否具有实际意义的先决条件.例如,色亮增益差和色亮延迟差失真,如果幅频特性不好,它们就不可能合格,只有幅频特性好了,它们才可能合格;再如,非线性失真的微分增益DG和微分相位DP:信号经过1000米长电缆传输后,幅频特性严重失真超标,图像已严重失真,变坏,但此时的DG,一般还是合DP格的,这种DG,DP的所谓合格已经没有任何实际意义了;进一步说,当用传输设备把幅频特性恢复好后,DG,DP却不一定能合格了,这就是信号处理电路的水平问题了.公认的幅频特性是:0~6M频带内-3db;具体含义如下图所示,0.5～5M范围内±0.75db;也有执行0~6M范围±1.5db的3db标准的.4)在我国历史上,还没有承认过任何主观感觉的视频传输标准,但在安防行业产品里,这类主观感觉的视频产品却到处可见.下图为某些号称可以和光端机媲美的双绞线传输器在给出的最大传输距离上的视频恢复特性.所谓媲美,是没有技术基础的.5)EIE品牌产品贯彻的视频恢复特性EIE品牌的视频传输产品,包括同轴类和双绞线类基带传输产品,其视频恢复特性依据的技术标准,都是以-3db幅频特性为代表的一系列技术指标作基础生产的.所以,在产品标称传输距离内都可以实现完全补偿的视频恢复特性.下图为一种基本传输型双绞线传输产品,在UTP双绞线1000,900,600,300米不同距离上的视频恢复特性照片:可以看出,只有600米时低频略有一些过补偿,但也在允许误差之内.4～6M的高端,全程都没有欠补偿缺陷,这是确保传输质量的技术基础;产品采用全程连续可调的频率加权控制,可以对标称距离内的任意长度电缆实现精密全补偿;EIE品牌产品抗干扰型双绞线传输产品标称传输距离已经做到1400米和1800米;6)最大传输距离的定义1.最大传输距离LMAX是建立在上述视频恢复特性和图像质量标准原则下的最大距离.目前EIE品牌产品实现的技术水平如下:同轴75-5电缆基带传输产品:〃前端传输电缆直接连接摄像机输出,只用后端视频恢复设备:LMAX≥2000米;前后双端分别采用加权传输和加权视频恢复设备:LMAX≥〃3000米;UTP超5类平衡(双绞线)基带传输产品:基本传输型加权平衡传输器:LMAX≥1000米;〃〃抗干扰传输型加权平衡传输器:LMAX≥1400米;远程抗干扰传输型加权平衡传输器:LMAX≥〃1800米;2.上面提到的某些号称可以和光端机媲美的双绞线传输器就是典型的主观感觉产品,它的标称最大传输距离1500米,上文那个照片就是这类产品的代表特性;按照技术标准,它的最大传输距离一般要打30~50%以上的折扣,其实际补偿特性