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当前位置:技术交流 双绞线视频传输技术分析
  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。
 
双绞线视频传输技术分析
 
--- eie实验室 老竹
 

  [内容提要]:双绞线实测衰减和失真数据与测试照片,标准视频传输通道概念和通道特性照片,产品实现的通道特性,通道缺陷照片与分析,客观的?#21019;?#21452;绞线传输
第一部分:双绞线视频基带传输衰减和频率失真——线缆实测数据;
  测试电缆:宁波?#24674;?#30005;缆,2006.4.30.生产,UTP超五类4对非屏蔽电缆,型号:D135-G 305米/箱,产?#20998;?#34892;标准:YD/T1019-2001
   测试设备:eie实验室TEK-VM700A视频检测系统,TEK-TSG271标准视频信号源等
  典型超5类双绞线1000米,传输衰减和频率失真实测数据
  低频:7.19db;0.5M:12.91db;1M:18.80db;2M:26.50 db;4M:37.73db;4.8M:41.55db;5.8M:45.69db;
  超5类双绞线说明:
  1.低频:指几十千赫兹以下的频率,1000米衰减—7.2db(43.65%),1500米衰减—10.8db(28.8%),2000米衰减—14.4db(19%);
   2.高频5.8M,1000米衰减45.69db(0.52%),1500米衰减—68.53db(3.7*10-4),2000米衰减—91.38db(2.7*10-5)
   为了方便多数熟悉同轴传输而对双绞线传输还陌生的朋友,这里再给出同轴电缆的传输特性实测数据,以便在比较中加深理解:
75-5电缆1000米传输衰减和频率失真实测数据
  低频:3.95db;0.5M:6.43db;1M:8.78db;2M:12.2db;4M:17.7db;4.8M:19.7db;5.8M:21.7db
  [75-5电缆说明]:
  1.低频:1000米衰减—3.95db(63.5%);1500米衰减—5.925db(50%);2000米衰减—7.9db(40%);
  2.高频5.8M,1000米衰减21.7db(8.2%);1500米衰减—32.55db(2.36%);2000米衰减—43.4db(0.676%);

  [比较]
  1. 双绞线用于视频基带传输,需要知道“这是?#24674;?#20215;格相对便宜,但传输特性很差的传输线?#20445;?br>   2. 与同轴电缆比较,430米双绞线的传输衰减与频率失真和1000米75-5电缆相当;
  3. 1000米双绞线高频与低频衰减差异为45.69-7.2db=38.49db,这就是频率失真,而1000米75-5电缆,频率失真为21.7-  3.95=17.75db,分贝数差2倍多;电缆越长频率失真越大;这就是视频基带传输必须面对的严峻课题,也是应该如实向工程设计施工的朋友说清楚的问题;
  4. 双绞线用于视频基带传输,传输设备需要具有更大的补偿衰减和频率失真的能力;或者说,相同补偿能力的传输设备,同轴传输具有远几倍的传输距离;所谓同轴电缆只适合3、5百米内的近距离传输,1-2公里最适合双绞线传输,完全是某些商家的虚假误导宣传。
  5. 工程?#24076;?#36873;择不同的传输?#32478;绞保?#36825;是应该考虑到的实际问题之一;
[双绞线与同轴电缆传输特性照片及分析]
[波形说明]:
 1. 0—6M扫频测试信号(上图1):这是?#24674;?#19987;用的视频测试标准信号,幅度为1Vp-p,?#22411;?#27493;头为-0.3V,色同步头为0.3Vp-p;“图像信号”是等幅(0.7Vp-p)的0.2M—6MHz的扫频正弦信号;
 2. 把这个标准信号像摄像机信号一样的馈入到同轴传输电缆,在电缆末端75欧姆负载?#31995;?#21040;的信号,就是这段电缆的“幅频传输特性?#20445;?#20063;就是频率失真特性。双绞线传输测量基本一样,不同的是必须有前后两?#35828;?#25910;发传输器,在短线(0距离)传输时,应保证视频信号0-6MHz频带内,全部1:1的传输特性,才能用于长线测试。
 3. 从照片可以直观看出,频率失真特性?#38469;恰?#39057;率越高,衰减越大?#20445;?#23427;改变了视频源信号中原有的高低频分量的相对比例关系,低频衰减对应图像的对比?#35748;陸当?#28129;,高频大幅度衰减对应清晰度和色度严重下降。频率失真是视频基带传输技术面对的最严峻的课题;
 4. 比较两种波形形状可以或得深刻的印象:双绞线的频率失真,要比同轴电缆大得多。
 5. 传输器的基本作用是补偿相应的传输衰减和频率失真,传输器的“幅频传输特性”显然应该始终保持与线缆传输特性“相反、互补?#20445;?#25165;能恢复视频源信号特性。

第二部分:标准视频传输通道
[视频传输通道与通道失真]
视频传输通道与通道特性:
   1) 摄像机通过同轴电缆把视频信号传输到监控室的主机或监视器,这条同轴电缆就是一个“视频传输通道?#20445;?#36825;条电缆的传输特性,也就是它的“通道特性?#20445;?br>   2) 一条同轴电缆+一个视频放大器,也可以组成一个“视频传输通道?#20445;弧?#36890;道特性”是这条同轴电缆衰减特性+视频放大器传输特性的合成特性;
   3) ?#27426;訳TP双绞线,加两?#35828;?#25910;发设备,也可以组成一个“视频传输通道?#20445;弧?#36890;道特性”是这条双绞线衰减特性+前后传输器特性的合成特性;
   4) 同样,还有微波视频传输通道,光缆视频传输通道,射频视频传输通道,数字视频传输通道等等。
   显然,这些不同传输?#32478;劍?#37117;有自己的实际“通道特性?#20445;?#20849;同的概念是:“通道特性?#20493;际?#25551;述输入的视频特性和输出的视频特性的传输关系。显然,理想的“通道特性”应该是把输入的视频信号特性1:1的、100%的传输过去,而实际传输特性与理想传输特性的差异,就是“失真?#20445;?#22833;真”程度有大有小,用“失真度”来做客观描述,失真度技术指标有很多,最基本的就是“幅频特性”失真度,技术指标是在0-6MHz频带内,“幅频特性?#34109;?#24046;不能超过“-3db”,从技术指标上评价,超过这个“-3db”技术指标的传输系统(通道),就属于“通道特性不合格”。

  传输线缆,有客观技术标准(国标),性能上这个标准也是幅频特性——不同频率的的衰减量;试想,这个标准如果是通过传输一个视频信号,凭主观看图像效果来衡量,我想劣质电缆就会泛?#26576;?#28798;了;同样道理,传输设备也有客观的技术标准,符合技术标准的线缆和符合技术标准设备的工程组?#24076;?#24212;能形成符合“通道特性技术标准”的“视频传输通道”。
   这里需要注意的是,“通道特性技术标准?#20445;?#26159;?#24178;?#22791;与器材的技术标准,这?#24378;?#35266;标准,符合这个标准的,在传输的图像?#24076;?#32905;眼?#24378;?#19981;出来失真的,这就是对视频传输设备的技术标准要求。在传输设备和器材工程应用中,视频信号是多环节传输与转换的,失真度是一步一?#20132;?#32047;的,图像质量也随之一步一步劣化,只有对传输设备按照技术标准要求生产,才能确保实际工程应用中,图像?#24674;?#20110;劣化?#35762;?#21487;接受的程度。
[宣传和认识?#31995;?#35823;区]
   1.??#36873;?#36890;道特性”的客观技术标准,说成和理解成“主观图像感觉标准?#20445;?#21482;要能接受就行;
   2.?在这个误区引导下,有些传输产品的生产,也是按照主观感觉图像质量来生产,虽然感觉有些失真,但觉得“还可以接受?#20445;统?#21378;,然后宣传:“1200米看不出失真,可以和光端机媲?#39304;薄?#20351;行业更加混乱,最终倒霉的还是那些奋斗在工程一线的朋友和公司。

[通道特性与图像质量]

  不同的视频通道特性对应不同的图像质量。看下图:

  [左图]:上面为“0距离”双绞线传输特性(无源传输器达?#22351;?#36825;个水平),0-6M全频带“无失真”传输;下面为对应的480线图像的传输质量;
  [?#22411;糫:上面为300米双绞线传输特性(比无源300米传输略好),总体幅度有衰减,高频衰减更严重;下面为300米双绞线对应传输的图像质量,可以比较出?#21644;?#20687;对比?#35748;?#38477;,变淡,有明显的模糊感觉,这是高频严重不足造成的;
  [右图]:上面为1200米双绞线传输特性(没有补偿),总体幅度和高频衰减所剩无几了;色同步头看?#22351;?#20102;;下面为对应传输的图像,彩色已丢失;
   通道特性与图像质量的对应关系,早已是理论和实践统一的科学规律,图像是主观印象,但很难取得客观统一又能准确描述和测量的标准;视频传输通道特性,可以取得客观统一的“技术标准?#20445;?#21487;以不看图像直接测量通道特性,可以规定产品生产的技术标准,可以有通用的市场标准;达到标准的传输特性,?#27426;?#26159;:输入600线的黑白视频信号,输出也是600线的黑白视频图像;输入480线彩色视频信号,输出的?#27426;?#20063;是480线的彩色视频图像;输入380线的彩色视频信号,输出的?#27426;?#20063;是彩色380线的图像。这才是合格的视频传输通道;显然这与传输一个特定?#20302;?#30340;监控图像,用主观是否可以接受的衡量标准,有本质的区别。
  这里要明确的是,通道特性好坏与图像质量的优劣是一?#27426;?#24212;的,通道特性有客观标准,?#24378;?#20197;排除?#23435;?#22240;素,用准确的技术指标进行描述和客观测量的;
…………………………
[双绞线传输器实现的通道特性]

  “一条双绞线+前后双绞线传输器”形成实际的视频传输通道特性:
  ?#24674;质?-6M全频带“标准通道?#20445;?#20854;传输特性失真度允许误差是“-3db?#20445;?#22914;左图;
  另一类是0-6M幅频特性有严重缺陷的视频传输通道,如右图,问题一目了然。
  一)常见双绞线传输器的通道特性
  下图是国内市场常见的,宣传力度也不少的“外国”产品和几种国内产品的实测通道特性照片。通道特?#28304;?#21516;小异,照片具有典型代表性。

  [测试条件]:
  UTP超5类非屏蔽双绞线1200米,产品标称传输距离:1200-1500米,幅度可以连续控制(大多产品不能连续控制),频率均衡用拨码控制;
  [照片说明]:实际测试的双绞线长度为1200米(准?#20998;?#20026;305*4=1220米)
   1. 图1拨码开关设置:前、后端都设置为1200米档位,通道特性呈现严重欠补偿失真;
   2. 图2拨码开关设置:前端设为1500米,后端设置为1200米档位,通道特性有些改善,但仍是欠补偿失真;
   3. 图3拨码开关设置:前端设为1200米、后端设置为1500米档位,3.5M以下低频有提升,但仍欠补偿,高频3.5M以上严重丢失的欠补偿失真;
   4. 图4拨码开关设置:前、后端都设置为1500米档位,通道特性出现低频较大的过补偿,高频3.5M以上又严重丢失的欠补偿失真;在这些档位之间,产品再没有可以控?#39057;?#35774;置了;
[产品通道特性分析]
  1) 1200米的标称传输距离?#24076;?#20135;品四种可能设置档位,都存在严重的“通道缺陷”——通道带宽实际只有3.5M左右,是截止频率为3.5M左右的“低通滤波器?#20445;?#36825;好比是一条“标称”6车道的高速公路,而实际只有三个半车道,拨码分档的?#25353;?#30053;补偿”效果,好比路面的“不平度超标?#20445;?br>   2) 从图3、4可以看出,对应1200米双绞线传输的高频(3M以?#24076;?#34928;减,传输器的高频补偿能力?#23545;?#19981;够。实测这类标称1200—1500米的产品,勉强可以用到900米左右,“勉强”是指把失真度要求?#23454;?#25918;宽;
   3) 用这种带宽3.5M左右通道特性,传输我国PAL-D制式0-6M的视频信号,要实现“看不出失真”和“图像可以和光端机媲?#39304;保?#21487;能吗?难怪有的网友说:“实际效果和宣传的根本不一样?#20445;?#20107;出有因;
   4) 目前测试的这些产品,?#38469;?#26379;友们在工程应用中购买的,设备传输特性基本一样,还没测?#25509;?#20110;这些特性的产品,我不能说没有,希望只是我还没见到;如哪个厂家朋友很自信,可以把这种通道特性实测结果在这里介绍出来;
  5) 这些产品在工程中已经用了不少,但这并不能掩盖这是一类具有严重通道缺陷的产品;
   4年?#22467;?#25105;就向与我争论的网友质疑过通道特性问题:光说能传输1200米,1800米,2000米,是否能介绍一下,双绞线在这些距离?#24076;?#20302;频和6M的实际衰减各是多少?传输器实际能提供的补偿能力(增益)?#36136;?#22810;少?遗憾的事,4年来还没有一个厂家正面回答过;

二)[EIE?#25918;艵T3010AT/R加权平衡传输器通道特性]

[产品特点]:①产品采用频率加权放大和加权抗干扰?#36739;?#19987;利技术,实现0-6M标准视频传输通道;②1200米内任何距离,无级连续可调精密补偿技术;③根据干扰环境需要,既可使用非屏蔽双绞线传输,也可使用屏蔽双绞线传输;④ET3030AT/R加权平衡传输器可以把双绞线抑制干扰的能力,再提高4到15倍以?#24076;?span class="STYLE13">ET3050AT/R加权平衡传输器,又在3030基础?#24076;?#25226;传输距离提高到1800米;
[视频传输通道特性]
测试条件:
UTP超5类非屏蔽双绞线1200米;通道特性照片如下:
[照片说明]:
  图1为低频幅度补偿到1Vp-p,可调均衡补偿不足,呈现通道特性严重欠补偿状态;
   图2为低频幅度补偿到1Vp-p,可调均衡补偿,仍然不足,呈现通道特性尚有?#27426;?#30340;欠补偿状态;
   图3为低频幅度补偿到1Vp-p,可调均衡补偿,已调到0-6M通道特性全补偿状态,幅频特性失真度在“-3db”以内,点击照片放大可见,5-6M频标线之间的上突出和6M频率的下降都少于3db;
  图4为低频幅度补偿到1Vp-p,增大可调均衡补偿,呈现出低频过补偿,高频6M欠补偿的通道特性;
[产品通道特性分析]
  1) 从图1到图4补偿状态,产品频率均衡补偿是连续可调控制变化的,在欠补偿和过补偿中间,就有最佳补偿状态——调出标准传输通道。这项采用频率加权连续可调专利技术的精密均衡补偿功能,与拨码开关粗框的分段补偿有着本质区别;
  2) 产品在1200米内任何距离?#24076;?#22522;本都可以调出标准传输通道特性;这是产品采用频率加权放大和加权抗干扰?#36739;?#19987;利的技术要点。
  3) 产品传输距离的?#33539;ǎ篍IE?#33539;?#21152;权平衡传输器最大传输距离,是以传输器能够实现0-6M完全补偿的最大传输距离(超5类)来?#33539;?#30340;。上图所示的ET3010AT/R加权平衡传输器,标称最大传输距离为1200米,是因为图3所示的补偿特性,6M已开始有点下降,但还没有超出“-3db”的技术标准要求?#22351;?#24403;把双绞线传输距离加大到1500米测试时,通道特性已经出现严重的“通道缺陷?#20445;?#25152;以1500米不能作为产品有效标称传输距离;如下图。

第三部分:客观的?#21019;?#21452;绞线传输

双绞线传输的特点和自身优势,?#25913;?#26469;的宣传已经无以复加,有过之而无不及。?#24615;?#30340;虚假误导宣传,在安防行业造成了很多误区。我们在推出EIE?#25918;啤?#21152;权平衡传输器”的同时,也希望同行朋友能在以下几个方面客观的?#21019;?#21452;绞线传输技术:
   1) 双绞线价格相对便宜,也具有应用?#31995;?#33258;身特点和优点。但这种便?#35828;?#20195;价是:传输特性差,需要付出更大的补偿代价;代价一是,要实现有效距离内的完全补偿,传输设备需要具备更强的补偿能力,复杂度和性能都要大幅度提高,价格不可能很便宜;代价二是,有严重通道缺陷的传输器价格便宜,却要付出传输质量降低的工程代价,这个?#25353;?#20215;”是厂商转嫁给工程商承担的;
   2) 双绞线?#32478;?#30340;传输距离,理论上和实践上都要比同轴电缆传输少很多,工程设计必须有个清醒的认识;①在没有传输设备、只用线缆传输的情况下比较:75-5同轴电缆在120米左右以内,可以实现标准通道的传输质量,300?#23383;?#20869;,图像接受度也很高,而双绞线没有传输设备?#30784;按?#27493;难行?#20445;虎?#22312;有传输设备情况下比较:75-5同轴电缆在2000米以内,无前端无中继,只需要用一个末端加权视频恢复设备,就可以实现全补偿的标准通道传输特性,6M频率补偿能力需要40-43db(100多倍);而2000米双绞线,却必须有前后双端传输设备,要实现全补偿,6M频率设备的补偿能力需要92-100db(10万多倍),目前还没见过哪家的产品能够做到这一点;③前后双端都有传输设备,75-5同轴电缆可以在3000米以内实现全补偿;
   3) 双绞线在合适的工程场?#24076;?#21487;以实现一条电缆传输4路图像,性价比较高?#22351;?#30450;目设计,也可能出现一条电缆4对双绞线只传输一路信号的?#38480;尉置媯?#24037;程设计?#27426;?#35201;坚持根据现场情况,合理组合不同传输?#32478;?#30340;原则;
4) 双绞线?#32478;?#30340;平衡传输原理,使它具有较高的共模抑制特性,也具有较好的抗干扰能力。但还没有理论和实验证实,它的抑制干扰能力比同轴电缆还要强,更不能相信所谓“具有超强的抗干扰能力”等一些不实之词。因为平衡是相对的有限的,电路的共模抑制有效工作范围并不大。所以实际工程应用中,当出现干扰情况后,束手无策。这就是常说的?#26696;?#26412;不像原来说的那么好?#20445;?#27491;因为这样,ET3030AT/R和ET3050AT/R加权平衡传输器,采用了加权抗干扰专利技术,把双绞线抑制干扰的能力提高4-15倍以?#24076;?#21487;以解决一些常见的干扰;
5) 实验表明,双绞线线对之间的?#25353;?#25200;”规律是:频率越高串扰越大,不是“相互毫无影响?#20445;?#24037;程设计时,还要慎重?#28304;?#19968;切都要有科学实验来证实。

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