双绞线监控图像传输技术

2004-08-06 14:28:50 来源:知识网
技术/方案频道文章B

[摘要] 双绞线被用来传输监控图像主要解决了两个问题:一方面,它解决了200米至2000米距离范围内高质量图像信号传输的问题;另一方面,它解决了大规模密集型监控网络的布线问题。此外,双绞线还具有抗干扰能力强、价格便宜等优点。本文将详细介绍双绞线传输技术的原理、特点以及工程应用事项。\r\n\r\n文/卢余庆

双绞线被用来传输监控图像可以说是监控领域里的一个重大技术革新,它的出现主要是能较好地解决了两个方面的问题:一方面,它解决了200米至2000米距离范围内高质量图像信号传输的问题,因为在这段距离范围内传统的同轴电缆传输方式难以达到要求而光纤传输又显得不太经济;另一方面,它解决了大规模密集型监控网络的布线问题,双绞线自身的物理尺寸优势和线缆的较柔软性克服了大量敷设同轴电缆时所带来的各种困难。\r\n当然,双绞线还具有抗干扰能力强、价格便宜等优点。正是由于双绞线很好地解决了长期困扰着人们的这些问题,所以它在监控网络中的应用立即引起了业界广泛的关注,在较短的时间内已经被大量使用到工程实践中,并且取得了较好的应用成果。本文将详细介绍双绞线传输技术的原理、特点以及工程应用事项。

双绞线及其特征参数
双绞线分为屏蔽双绞线STP(Shielded Twisted Pairs)和非屏蔽双绞线UTP(Unshielded Twisted Pairs)两种,目前,绝大多数应用场合都是使用非屏蔽双绞线。双绞线最主要的应用领域是局域网络,随着局域网络数据通信技术的发展演变,对双绞线的要求也在不断变化,先后出现了3类、4类、5类、超5类甚至6类、7类非屏蔽双绞线。当前市面上大量销售的是3类、5类和超5类非屏蔽双绞线,由于5类非屏蔽双绞线一出现后就占住了主导地位,所以4类双绞线在市面上基本上未见销售。
用来表征双绞线特性的参数有特征阻抗(Impedance)、带宽(Bandwidth)、衰减(Attenuation)、近端串扰(Near-end crosstalk)以及衰减--串扰比(Attenuation-to-crosstalk ratio)等,在标准化文件TIA/EIA 568A中对不同种类非屏蔽双绞线的各项参数都有较为具体的规定,这些指标的好坏将对信号传输质量产生直接的影响,表1列出了3类和5类非屏蔽双绞线的部分参数。


双绞线传输监控图像原理及其特点
双绞线传输技术的基本原理
双绞线传输视频信号采用了传统的模拟技术,在保证全实时、远距离、高质量地传输监控图像的同时,又节省了传输器材的造价。双绞线传输技术利用了双绞线本身的强抗干扰能力和频带较宽的特性,并配合双绞线传输设备对视频信号进行有效处理,可以高质量地实现监控图像的远距离传输。
在双绞线传输设备中,需要进行75Ω←→100Ω以及非平衡←→平衡的转换,同时要使用宽带放大器和专用芯片对视频信号进行放大、整形以及衰减补偿,另外还需要提供足够的驱动能力实现远距离传送信号。

双绞线传输技术的特点
双绞线传输视频信号具有很多优点,主要表现在:
·传输距离较远、传输质量较高。它极好地保持了原始图像的亮度和色彩,以及实时性,传输距离可达到2km左右;
·布线方便、线缆利用率高;
·抗干扰能力较强。双绞线能较有效地抑制共模干扰,即使在强干扰环境下,采用双绞线传送图像,也能使图像信号质量保持较好;
·可靠性高、使用方便;
·价格便宜,取材方便。由于使用的是目前广泛使用的普通5类非屏蔽电缆,购买容易,而且价格也较便宜,给工程应用带来极大的方便。


双绞线vs.同轴电缆传输性能与价格比较
同轴电缆传输性能
在监控系统中,使用75Ω、芯径5mm的同轴电缆较为常见。一般,这种同轴电缆的分布电容在50-60pF/m左右,再加上电缆的直流电阻,会使传输信号受到衰减。有测试表明,频率为5MHz的信号在75Ω、芯径5mm的同轴电缆内传输100m时,将被衰减5dB左右,信号频率越高,受到的衰减越大。图像信号是一种高频宽带信号,图像彩色部分位于频率高端,当用同轴电缆传输彩色图像信号时,其亮度和色彩都会受到衰减,特别是随着传输距离增加图像的色彩会变淡甚至失真。在实验室进行测试发现,彩色图像信号在75Ω、芯径5mm的同轴电缆内传输200m左右时,其幅度和色彩已经有明显的衰减。如果要传输更远距离,只有加入同轴视频放大器(视频补偿器)。下图为75Ω、芯径5mm的同轴电缆传输200m距离时的实验室测试波形(第17行测试波形):
双绞线传输性能
双绞线也会对图像信号产生衰减,但是使用了双绞线视频传输设备后,视频信号能够很好地得到还原。在实验室使用Tektronix VM700A对双绞线传输图像信号的性能指标进行了测试,结果如下:
1.传输距离为300m时,指标:DG≤1% ;DP≤1°;SNR≥65dB。第17行测试波形如下图:
2.传输距离为1200m时,指标:DG≤2% ;DP≤2°;SNR≥60dB。第17行测试波形如下图:
成本比较
同轴电缆在100、200米左右距离范围内使用较为广泛,在这种范围内使用同轴电缆不需要其它设备,使用简便,传输质量也基本能满足要求。但是,当传输距离增加时,同轴电缆在性价比上和双绞线相比就处于劣式。一般,75Ω、芯径5mm的同轴电缆市价在1.5元/m左右,同轴放大器价格在300元/台左右;5类UTP电缆的价格0.8元/m左右,双绞线视频传输设备的价格为600元/套左右,下面就距离为300m和600m两种情况对同轴电缆和双绞线的传输成本作一些比较。
1.假定在某个监控网络中有8个监控点,每个监控点距控制中心约300m :
·使用同轴电缆时:1.5元/m×300m×8=3600元;
·使用双绞线时:由于每四路图像可以共享一根5类UTP电缆,所以网络中只需2根5类UTP电缆。0.8元/m×300m×2+600元/套×8=5280元。
2.假定在某个监控网络中有8个监控点,每个监控点距控制中心约600m :
·使用同轴电缆时:为保证图像质量,每路图像要加入一级放大器。1.5元/m×600m×8+300元/台×8=9600元;
·使用双绞线时:由于每四路图像可以共享一根5类UTP电缆,所以网络中只需2根5类UTP电缆。0.8元/m×600m×2+600元/套×8=5760元。
从以上分析可以看出,随着传输距离增加,越发显示出双绞线传输在成本上的优势。如果网络中还有控制信号等其它信号传输,双绞线传输的成本优势会更加明显。另外,传输距离进一步加大时,比如达到1公里左右,则同轴电缆传输已经难以达到传输质量要求了,而双绞线则可以在传输1.5公里左右时仍能保证较好的图像质量。


工程中应注意的几个问题
在实际工程应用中,为了更好地发挥双绞线传输技术的优势,需要选用高质量的双绞线传输设备和合格的双绞线,同时也要搞好工程设计和施工。
双绞线传输设备是监控图像传输的核心。它既要保证图像传输质量,又要做好防雷和防干扰设计。不同厂家的设备除了在较远距离传输时图像质量相差较大外,在设备防护和可靠性方面也存在着很大的技术差异。一定要选用具有较强技术实力的专业图像传输设备生产厂家的产品,同时不要只关心产品的价格,而是选用高性价比的产品。
双绞线也是监控图像传输系统中的重要环节。工程选用时应着重关心两个参数:一个是分布电容,要小于60pF/m;另一个是双绞线对的环路电阻(将某对双绞线的一端短接,用万用表在另一端测得的直流电阻即为环路电阻),其数值应该小于18Ω/100m。这两个参数直接影响到传输距离以及图像的色彩。另外,双绞线对的绞距也会对图像传输性能以及抗干扰能力产生影响(请参考5类非屏蔽双绞线相关标准)。
工程施工时,注意线缆要连接可靠,并做好防护。双绞线收发设备之间只能点到点连接,不能从线路中间桥接分支,否则会因信号反射而产生重影。另外,在收发两端都要做好保护接地措施,并将保护地与设备可靠连接,以抵御浪涌冲击和感应雷击。

结语
双绞线传输技术应用到监控领域对监控图像传输具有重大意义,它为中远距离范围内的监控系统提供了价廉物美的传输方式,也必将被广大工程商和用户所接受,发挥越来越大的作用。

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[责任编辑:cherrie]

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