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当前位置:技术交流 谈图像质量的恢复、改善和提高
  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。
 
谈图像质量的恢复、改善和提高
---本篇文章已?#29615;?#34920;在“慧聪安防技术市场——商讯互动”第67期2004.12.20
 

[内容提要]本文展示?#35828;?#22411;国标电缆SYV75-5的实际频率失真波形照片,及加权补偿特性照片,揭示同轴电缆和普通传输系统的0-6M视频传输特性,并提出了图像质量控?#39057;?#27010;念,以期对安防监控工程设计和应用有所帮助。

一、不同长度电缆的幅度衰减和频率失真

A: 0~6M扫频信号波形
1) 视频幅度:1Vp-p
2) ?#22411;?#27493;头:-0.3V
3) 色同步头:0.3Vp-p
4) 扫频波形幅度:0.7V
用于检测视频传输系统的频率特性,如电缆衰减特性

B: 普通SYV75-5电缆
500米传输衰减波形
视频信号幅度:0.7Vp-p
?#22411;?#27493;头:-0.24V
色同步头:?#22351;?.1Vp-p
频率失真:低频0.53V
高频6M幅度0.18V

随着电缆的加长:
1. 视频幅度衰减越来越大。
2. 频率失真(高低频衰减差)越来越严重。
3. ?#22411;?#27493;头不仅幅度在缩小,而且方正度在变形、变坏。
4. 4.43M的色同步头,在1000米时(C)勉强还能看到一点,在1500、2000米波形上已很难看清。
5. 实测数据: 1000米75-5电缆衰减分贝数(db)

            

  这是国内安防市场上常见的普通电缆,测试样品是由工程商提供的工程采购电缆,由eie实验室VM700A测试系统检测的。A、B、C为三个不同厂家的产品;SYV是实心聚乙烯电缆,SYWV是高物理发泡电缆;根据经验分析,B)、C)属于合格的国标电缆,A)电缆衰减明?#28304;螅?#21487;能达?#22351;?#22269;标要求。实测和实?#35270;?#29992;都表明,SYWV物理发泡电缆的传输性能,优于SYV实心聚乙烯电缆。SYWV物理发泡电缆与SYV实心聚乙烯电缆的区别,只是绝缘层的物理结构(实心和发泡)不同和由此引起的芯线?#26412;?#30340;不同。而芯线材料和结构,外屏蔽层的材料、结构和编数都可以根据需要选择,没有固定的专有结构模式。
6. 各种线缆的传输特性,可以参照上述75-5电缆数据进行换算或估算:
1). 国标75-7电缆传输距离,相当于相同类型75-5电缆的1.6倍左右估算,即1600米75-7电缆大约相当于1000米75-5电缆的传输衰减和频率失真。
2). 75-3电缆传输距离,相当于75-5电缆的0.4倍左右估算,即400米75-3电缆大约相当于1000米75-5电缆的传输衰减和频率失真。
3). 超5类非屏蔽双绞线传输距离,相当于75-5电缆的0.43倍左右估算,即430米超5类非屏蔽双绞线电缆大约相当于1000米75-5电缆的传输衰减和频率失真。
这里所说的“传输距离?#20445;?#26159;具有相同衰减和频率失真的不同类型电缆的长度,这是为了了解不同类型电缆传输特性提出来的一般概念,不是保证图像质量的有效传输距离。

二、视频传输标准和图像质量要求  

  视频传输标准和图像质量要求问题,在监控行业的实际工程操作中,?#24674;?#26159;“一笔糊涂帐?#20445;?#29978;至可以用?#26696;?#21561;各的号,各唱各的调”来形容。也可能值也是行业管理?#31995;?#20808;天不足吧!


1. 我国安防行业PAL-D视频传输频率特性失真度标准要求,如上图所示。这是最基本的、常用的“3db”带宽概念和要求:在0-6M标准视频带宽内,各频率的衰减特性最大误差,即 “频率失真”应不大于3db。按照这个要求,传输的图像失真是不允许主观察觉出来的。在实际工程操作中采用“主观评价标准?#20445;?#20294;有?#26412;?#21464;成了“我觉得可以?#20445;?#35828;得过去?#26412;?#34892;的随意“标准”了。按照上述“3db”带宽标准和电缆实测数据,可以计算出上述三种电缆确保图像质量的最大传输距离。


2. 传输距离计算一:按照高、低频衰减差“3db”带宽要求:A)电缆1000米高低频差为(25.22-5.76=19.46db),3db对应电缆长度为154米;B)为168.67米;C)为214.75米。


3. 传输距离计算二:因为不考虑有放大器补偿,根据“3db”带宽要求,只需按照最高频率6M衰减计算:A)电缆1000米25.22db,3db对应电缆长度为118米;B)为140米;C)为157米。所以工程设计?#24076;?5-5电缆确保图像质量标准的无补偿传输距离为120-150米;其他型号电缆可以按上述方法换算:如75-7电缆为1.6倍,即190-240米。


4. 在监控行业网站?#24076;?#32463;常有人问“75-5电缆能传多远?”而回答?#36136;?00米到1000多米的五花八门答案,让问者模不着头脑。这里的根本原因就是没有统一的传输技术标?#23478;?#25454;,仅凭各自主观?#33455;?#26469;回答的。


5. 主观评价是有严格标准和评价方法的,而且应该了解,这种方法也有?#27426;?#30340;局限性。但在不少监控工程实际操作中,不仅“局限性”没有引起注意,而且往往?#36873;?#20027;观评价标准”理解成了“自我?#33455;酢?#30340;随意“标准?#20445;?#36825;就难免出现五花八门,差别悬殊的传输距离答案。但这毕竟不是“行业标准”和设计依据。


6. 上图为1000米SYV75-5电缆传输特性和图像照片,显然频率特性(1)明显不合格,1000米对应的图像(2)显然太淡,经过监视器对比度和色度调整后,图像(3)略有改善。但与愿图像仍有明显差异,尽管这种图像在个别工程中双方也认可了,但应认识到,这是技术标准不允许、不合格的传输特性和图像质量效果。

三、传输系统的衰减和失真

  监控系统的实际视频传输网路,往往不是一条简单的电缆,而是由多个传输环节串联组成的。
例如,一个光纤传输系统组成是:摄像机信号——同轴电缆传输——光发射机——光纤——光接收机——同轴电缆——视频分配器——矩阵主机——同轴电缆——监视器显示,传输系统包括:三段同轴电缆,?#27426;?#20809;传输,一个视频分配器,一个矩阵切?#24674;?#26426;。如果每一个环节传输特性都在标准的下限边缘,单独检查每个环节传输的图像可能都?#23433;畈欢唷保?#36824;可以?#20445;?#20294;系统整体的视频传输特性?#27426;ā?#19981;会合格?#20445;?#29978;至差的不可思议。这是因为,设计上把所有环节都理想化考虑。在这个工程例子中,简单的认定:光端机的没有问题,三段电缆、分配器和矩阵主机更不用考虑。
电缆的影响前面已经谈了,设备的影响也应充分注意和了解,切忌理想化。例如: 光端机,要达到传输标准要求不是很容易的,需有严格的质量控制手段和昂贵的检测设备保证。有的光断机,也有检测证书,但给用户提供的设备确是另一回事,传输特性的频率失真,竟然和300-500米75-5电缆差?#27426;啵?#24037;程中还有几段同轴电缆,有的甚至长达500米以?#24076;?#23454;际情况与工程设计中“理想化考虑”往往有明显差距。
矩阵主机,一入一出切换输出时,失真度勉强合格?#22351;?#19981;少矩阵主机当1入2出时,失真度便超标变坏,多路输出时频率失真度严重变坏。更不用说有的产品,一入一出切换输出时,失真度就不合格。这也是工程设计中最容易被忽视?#35828;?#22240;素。
在多环节视频传输的工程设计和器材配套选购中,经常遇到这种情况,系统图像不理想,往往还?#24674;?#36947;问题到底出在哪里?

四、传输失真的补偿与视频恢复

  传输失真,限制了电缆的传输距离,也就限制了同轴电缆的监控范围。在多环节传输系统中,传输失真更提高了对每一个传输环节的性能要求,也加大了系统设计难度。使系统图像质量难以做得很理想。所以,长期以来,“监控系统谁都会做,但图像质量都要做好,也太不容易了?#20445;?#36825;就是众多工程技术人员的共同体验和感慨!

             


上图a是一个失真度较大的“衰减频率特性”波形,其特点是:幅度衰减大,高低频衰减差异也很大,?#22411;?#27493;头幅度减小,前后沿拖尾,色同步头也所剩无几了。显然,用这个系统来传输摄像机视频信号,图像质量不可能达到要求。

 普通视频放大器,在0-6M带宽内具有相同的增益,                      用这?#21046;?#36890;视频放大器,无法解决频率失真的补                      偿问题,其传输特性如图C所示。显然不能对视                       频衰减和失真实现有效恢复。

 

 

 

 

 

  “频率加权补偿技术”原理,是产生一个与“衰减频—率特性”相反互补的“增益—频率特性?#20445;?#22914;上图b所示。通俗理解,就是损失了多少,补偿多少。如1.5M频率分量传输衰减为-5db,放大器就应该在1.5M频率?#24076;?#25552;供+5db的补偿增益;6M频率分量衰减了-20db, 放大器就应该在6M频率?#24076;?#25552;供+20db的补偿增益。在0-6M视频带宽内,使每一个频率分量的衰减都能得到相应的增益补偿,从而使“电缆+放大器”的综合视频传输特性得到有效补偿,图像质量才能实现有效恢复,这就是 “可变频率加权视频恢复技术”原理。

             

   上图d——是欠补偿状态的传输特性;图f——是过补偿状态的传输特性;图e——是最佳补偿状态的传输特性;这是?#24674;幀?#21487;变频率加权视频恢复技术?#20445;?#22312;最大传输距离范围内的任何电缆长度?#24076;?#37117;可以实现欠补偿过补偿调整,自然也就可以实现“最佳补偿”的传输特性。产品工程?#31995;?#23454;用性设计,已经解决了在没有标?#25216;?#27979;信号原的情况下的调试方法,只用工程商必备的示波器,在传输末?#21496;?#21487;以方便的实现“最佳补偿”的传输特性的调整。

             

   上图是一个SYV75-5电缆2公里视频传输图像恢复的比较照片。这套照片不是用相机对着监视器屏幕拍摄的。是用PC机?#31995;?#35270;频采集卡抓拍的。设置的分辨率为720*576像素。
A图为摄像机原图像;
C图为2公里传输后的照片,无彩色,原图像很淡,已经用对比度增?#25239;?br> D图为电缆传输2公里传输后(C图)的视频信号,经EV2030A加权视频放大器恢复后的图像。
为了理解传输特性。下图还在左上角和右上角,附上了视频传输通道的传输特性照片:
左上图为2000米电缆的0-6M传输特性,用这个通道传输摄像机视频信号时,图像效果就是照片C。
右上图为“2000米电缆+EV2030A加权视频放大器”的0-6M综合传输特性,用这个通道传输摄像机视频信号时,图像效果就是照片D。

五、建立图像质量可以控制,可以改善,可以恢复的新概念

  “可变频率加权视频恢复技术”的实?#35270;?#29992;:
1) 在工程现场,通过调整设在传输末?#35828;?#35270;频恢复主机,把系统传输特性按照行业技术标准,实现传输特性最佳化,以高保真的实现视频图像传输。
2) 按照行业视频传输技术标准要求(不是自我?#33455;酰?#21487;使同轴电缆的有效监控范围,从1、2百米,扩展到2、3公里,即在2、3公里范围内的任何距离?#24076;?#37117;可以恢复到摄像机源图像水平。
3) 在多环节视频传输系统中,对“不理想”、“不满意”、“不?#26696;瘛?#30340;传输特性,可以进行“最佳化”有效补偿,实现视频图像的有效恢复;降低了对传输线缆和传输设备的过高要求,提高了系统的图像质量,降低了传输系统的设计难度和工程造价。
这里提出的新概念是?#21644;?#20687;质量可以控制,可以改善,可以恢复。那种图像质量“做?#32478;?#20040;样,算什么样”?#27426;置媯?#26377;望被改观。
“可变频率加权视频恢复技术”的实?#35270;?#29992;,还需得?#25581;到?#30340;支持,这一技术也将在实践中经受考验,?#27426;?#23436;善,充实和提高。

 
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