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当前位置:技术交流 目录 电缆传输失真与频率加权补偿
  下列文章是我公司EIE实验室根据公司产品开发、实验、工程等实践经验及数据所写,均为原创文章。希望能与广大同行进行交流。未经我公司许可?#22351;?#36716;载。 
 
电缆传输失真与频率加权补偿
 
---篇文章已?#29615;?#34920;在“慧聪安防商务网网迅——商讯互动”第45期2003.02.28
 
         一 "电缆传输失真与频率加权补偿"技术要点
         二 图像质量与视频传输标准
           1, PAL制视频标准
           2, 图像质量的主观评价的局限性
           3, 关键技术指标
         三 电缆衰减的测试及补偿要求
           1, 标准视频扫频信号
           2, 视频电缆的频率失真
           3, 频率失真与加权补偿
           4, 工程应用--前补偿与后补偿问题

 

一 "电缆传输失真与频率加权补偿"技术要点

  视频信号直接经同轴电缆传输,会产生幅度衰减和频率失真。即不同频率分量衰减不同,频率越高衰减量越大。幅度的衰减,将导致图象对比?#35748;?#38477;。而高频衰减,会导致色饱和度与清晰度的降低。实测表明,常用的75-7电缆250-300米时,引起的失真度就超过我国电视标准的规定要求。EV-2010A加权视频放大器,对75欧姆同轴电缆的实际衰减特性,能进行全距离全频段有效补偿。最大有效补偿距离可达到2500米以?#24076;?5-5电缆可按60%折算,达到1500米以?#24076;?a name="biaozhun">

 

二 图像质量与视频传输标准

  1, PAL制视频标准

  视频传输 0-6M 频率响应限定要求如图1-b) 。在0.5-5M带宽内,系统频率特性上下波动限定在±0.75db(±8%),6M限定在+0.75∽-3db,这是主要特性,还有其他一些失真度指标要求。一般420-480TVL的中高清晰度摄象机的视频信号,其4-6M的频率成份不可忽视。视频信号的各种频率成分的组成随不同拍摄的?#20302;罰?#21462;?#22467;?#32780;变化:细节变化小的?#20302;罰?#22914;一面光墙),高频分量弱;细节变化多的?#20302;罰?#22914;花丛、头发),高频分量十分丰富。

  

  2, 图像质量的主观评价的局限性

A) 工程中大多用主观评价,规范中也提出了图像质量的"五级损伤"评价方法。这个方法,在卫星电视、微波模拟电视传输、有线电视、开路广播电视等传输工程中,用得较多,也比较?#36136;怠?#36825;是因为在这些传输系统中,系统积累噪声与外界干扰较大,信噪比是比较主要的矛盾。从图像画面?#24076;?#23601;很容易看到噪声和干扰。根据对图像影响的程度分成五级评分标准,一般要达到四级以?#24076;?#21363;:虽有些噪声和干扰,但对画面影响很小。


B) 图像五级损?#35828;?#20027;观评价一般在有线电视和开路电视工程中,在用户端用的较多,主要是因为数量大、设备检测困难等原因。但在卫星及微波接收设备和工程、有线传输设备和工程中,主观评价只是方法和原则之一,更重要的是一些失真度指标的测量。如多波群,微分增益,微分相位,色亮增益差、色亮相位差、信噪比等等几十个参数。

C) 根据画面情况的主观评价方法有局限性,这是因为:

  ① 评价的画面千变万化,很难掌握标准。
② 更重要的是,一个具体画面的视频信号,很难包括PAL制视频标准的各种技术特性。如频率特性,用一部480线的高分辨率摄像机拍摄一个单位的大院,其视频信号中,基本没有4-6M的高频频率成分,其画面与420线,甚至于与380线的摄像机拍摄的同一个画面一样,分不出高低;再如,我国监控市场?#19979;?#30340;一些台湾的视频放大器、无线摄像机和小微波传输设备等,大都视频带宽只有4M,用来放大和传输一般图像信号通常认为"还可以",但放大和传输高清晰度视频信号时,就明显不行;这也是主观评价无法解决的。
③ 主观评价还与监视器的质量和水平有关,普通监视器只能分辨350线彩色信号,对高分辨率信号?#29615;从Γ?#20027;观评价同样无法判断。
④ 监控系统中的图像,?#38469;?#30452;接使用摄像机的原信号:信噪比足够高,干扰也很小。这就会出?#20013;?#22122;比很高,主观评价得分也很高,但许多视频指标却不?#32454;?#30340;实际情况。
⑤ 还有?#24674;?#26032;情况:数字视频问题很难掌握,根据经验,不要说图像像素352*288的情况,即使640*480像素的图像质量,恐怕也难?#28304;?#21040;高清晰度要求。

  

  3, 关键技术指标

  在监控系统中,图像质量取决于摄像机的原信号和传输系统设备的质量。在视频传输质量诸多指标中,频率特性是一个关键指标。所以在选择设备、系统设计、安装调试中,?#21152;?#27880;意保证传输系统的频率特性。这里提出三点供参考:

  ① 电缆只是视频传输系统中的一个"元件"或?#32771;?#30005;缆特性决定了它本身不是一个完?#39057;?#39640;保真视频传输设备,但?#30452;?#39035;用它,这就要求电缆与其他设备一起,共同构成一个高保真视频传输系统设备。
② 工程?#24076;?#20027;观评价标准仍可以应用,但应该充分考虑到它的局限性,特别是在选择设备时要慎重。不要说电缆的远距离传输,就是许多矩阵主机生产厂家,开始就是用看图像质量来评价的,结果凡是这样做的,没有一个能够通过技术检测标准的,而且指标差的很远。
③ 工程?#24076;?#35774;法测试设备和传输系统的频率特性,是关系到系统图像质量的一个十分重要的问题,而图像质量?#36136;?#30417;控工程"最显眼的指标"。

 

三 电缆衰减的测试及补偿要求

  

  1, 标准视频扫频信号

为?#24605;?#27979;视频控制设备、变换设备(切换、分配、放大)、传输设备(不同介质、不同变换与调?#24179;?#35843;)的质量,需要有标准视频信号源,产生几?#36136;?#30495;度为"零"的特殊视频信号。图二是?#24674;至?#32493;扫频视频波形,扫频范围是0.2-6M,幅度为700Mv。

还有?#24674;?#31867;?#39057;?多波群'视频信号,如图三。每一群?#38469;且恢?#22266;定频率,六群从低到高分别是 0.5/1.0/2.0/4.0/4.8/5.8M。

用这种波?#21355;?#30740;究电缆衰减与补偿效果,可以十分直观地检测出设备的频率响应特性。

 

       图二              图三

 

  2, 视频电缆的频率失真

不同型号的电缆特性不同,不同厂家,不同批次的电缆性能也有差别。我们这里以?#24674;?#20856;型的75-7电缆实测数据为例进行分析与介绍。

图四为经过电缆传输衰减后的扫频视频波形,图五为多波群波形。

比较图二、图四或图三、图五,可以看出:

 

 

       图二             图四

① 700mv等幅扫频信号,经电缆传输后,幅度不再相等,衰减后的视频信号,低频幅度最大,但也有衰减;

② 不同频率分量的衰减量不同,频率越高,衰减越大。

③ ?#22411;?#27493;头的失真和色同步头的幅度严重降低。

一组典型75-7电缆1000M不同频率衰减测试数据如表所示,从下表可以清楚的看出频率失真的实际?#25293;?#21644;含义。

     

       图三              图五

              计算例子:0.5M 时,衰减(db)=20log(61.8%)= -0.418 db

0.5M
1.0M
2.0M
4.0M
4.8M
5.8M
1000m 衰减
-4.18db
-6.15db
-8.52db
-11.0db
-11.6db
-12.6db
与原信号的百分比
61.8%
49%
37.5%
28.2%
26.3%
23.4%

  

  3, 频率失真与加权补偿

我?#24378;?#20197;归纳为以?#24405;?#28857;:

1. 视频同轴电缆,从它对不同频率分量具有不同衰减的特性来看,可以把它理解为?#24674;?quot;频率去加重器件",用它来传输视频信号,会产生幅度衰减和频率失真。当电缆很短时,这?#36136;?#30495;很小,可以忽略,这时电缆是一个高保真传输系统?#22351;?#24403;电缆很长时,失真度很大,这时电缆本身不能实现高保真传输,需要配套频率加权放大器,才能构成高保证传输系统。

2. 电缆具有"去加重"特性,所以电缆频率补偿放大器应该是?#24674;?#20855;有频率"加重"或"加权"特性的频率非线性设备。我们称之为"加权视频放大器",简称"加权视放";显然,普通的宽带视频放大器,由于没有频率加权补偿特性,所以是不能用来做为电缆补偿放大器用的。

3. 从工程应用的技术角度看,75-7电缆200m以上就应该补偿。一个480线彩色摄象机的视频信号,经过五、六百米电缆衰减后,在监视器?#31995;?#22270;象效果,主观评价还不如一个330线摄象机直接显示的图象效果。所以,工程上要充分发挥摄象机的性能水平,就必须考虑频率补偿。

4. 对频率补偿放大器的基本要求,我们归纳出以下六点:

  ① 经电缆衰减后的视频信号幅度要能提升到1Vp-p。
② 按我国PAL制要求,频率补偿必须能实现6M范围的全频段加权补偿。只有4M带宽的NTSC制设备是不能用的,号称有20M带宽的视频设备在这里也是没有实际意义的。
③ 补偿特性必须与电缆衰减特性相反。
④ 补偿距离尽可能大一些。
⑤ 补偿器对上述补偿距离、补偿带宽和补偿特性,必须有全范围连续可调的有效控制功能。
⑥ 必须有效解决工程现场安装调试人员能?#29615;?#20415;准确的调试方法问题。
许多工程公司?#20174;常?#20080;来的放大器不好用。原因大?#38469;?#19982;上述六点的一条或几条?#29615;?#26377;的进口放大器,甚至是NTSC制电视4M带宽的放大器;有的是没有解决好工程现场准确调试方法问题等等。

  

  4, 工程应用--前补偿与后补偿问题 

补偿位置放在电缆前端,还是末端,表面看来是一样的。所以有的产品介绍说:一台放大器补偿距离为1500米,电缆前后各放一台,可以补偿3000米。?#28304;耍?#25105;们难以相信。

因为在技术实现上二者是完全不同的:后补偿是将低于1伏的小信号加权放大,最大动态范围是1伏,而前补偿是对1伏的标准信号先进行提升放大,以补偿电缆衰减。举例说,1500米75-7电缆,5.8M频率衰减量为-18.9db,即衰减8.8倍。前补偿时,就要把这一频率成分放大8.8倍。这就要求达到0.7V×8.8=6.16V,同步头补偿2.06倍,0.3×2.06=0.618V,合计为6.16+0.618=6.778V,这是在75欧姆负载?#31995;?#21160;态范围,而放大器实际输出级的动态范围应该是6.778×2=13.556V。同样算法,2500米时,动态范围要达到27.3V。这么大的动态摆幅,还要保证失真度符合要求,这是常规电路难以实现的。

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