При передаче видеоинформации качество видеосигнала непосредственно зависит не только от технических возможностей передающих и принимающих устройств, но и от физической среды передачи как определяющего звена и наиболее подверженного к внешним воздействиям, особенно при необходимости передачи на длинные расстояния. Ведь при увеличении длины линии свыше 300 м, а иногда и при меньших дальностях, мы неизбежно сталкиваемся с определенными проблемами, ухудшающими качество видеосигнала на экране монитора (помехи, уменьшение разрешающей способности, двоение изображения и др.). Учет таких негативных воздействий на этапе построения системы видеонаблюдения и при выборе среды передачи повысит эффективность и надежность решения в целом, предотвратит непредсказуемые дополнительные затраты и сэкономит время.
Способ передачи видеоизображения, команд управления и телеметрии по витой паре отлично зарекомендовал себя, имеет неоспоримые преимущества перед традиционным, использующим коаксиальный кабель, а также успешно конкурирует с передачей по оптоволокну. При значительном удалении видеокамеры от объекта наблюдения применение витой пары в качестве среды распространения обладает целым рядом преимуществ перед коаксиальным кабелем. Среди них:
- возможность одновременной передачи по многопарному кабелю нескольких разнородных сигналов (при равенстве цены прокладки коаксиального кабеля и витой пары выигрыш обеспечивается за счет многопарности во столько раз, сколько пар в кабеле);
- возможность использовать уже имеющиеся витые пары, проложенные ранее (к примеру, для организации компьютерных сетей);
- витая пара как симметричная линия передачи позволяет избежать необходимости гальванической развязки и более устойчива к внешним помехам, что дает возможность получать качественное изображение, недостижимое при использовании коаксиального кабеля в тех же условиях.
При выборе типа витой пары и существующем разнообразии предложений рынка, следует обратить внимание как на ее электрические характеристики, так и на конструктивное исполнение.
Категория витой пары определяет амплитудно-частотную характеристику кабеля, которая является главным параметром, ограничивающим дальность передачи видеосигнала и качество получаемого изображения (активное сопротивление витой пары не должно превышать 10 Ом/м, волновое сопротивление 120-150 Ом, затухание 40-60 дБ/км на частоте 5 МГц). Не рекомендуется применять витые пары ниже пятой категории из-за сильного ослабления высокочастотного сигнала.
Конструктивное исполнение витой пары представлено широким спектром марок кабеля как отечественного, так и зарубежного исполнения (UTP, FTP, STP, ТППЭП и др.). В условиях существования сильных внешних электромагнитных полей как источников паразитного излучения, а также на открытых участках (вне помещений), где возможны сильные импульсные помехи как нежелательные наводки, ухудшающие полезный сигнал в линии передачи, использование экранированной витой пары позволяет улучшить отношение сигнал/шум и повысить надежность системы в целом. Наличие неоднородностей в кабеле (скрутки, использование сегментов кабелей разных типов, плохой контакт) также может вызвать ослабление и отражение передаваемого видеосигнала, привести к ухудшению изображения.
По способу передачи видеоинформации по витой паре существующие системные решения можно условно разделить на аналоговые и цифровые. Аналоговые системы являются наиболее распространенными в силу своей простоты и связанной с этим более низкой цены. Такие устройства передают полный телевизионный (композитный) видеосигнал без цифрового преобразования в аналоговом виде.
"Компания "ЭФ ЭФ" (г. Киев, www.f-f.kiev.ua) выпускает линейку устройств собственной разработки для аналоговой передачи видеосигнала по витой паре на длинные расстояния. Среди представленных изделий, уже успешно зарекомендовавших себя на отечественном рынке, есть одноканальные и многоканальные системы. Все они отличаются повышенной функциональностью и разрабатывались с учетом особенностей отечественного потребителя.
Комплекты усилителей ТВИСТ-10 и ТВИСТ-20 (рис.1, а) - это одноканальные системы приема-передачи видеоизображения, оптимизированные для работы с компьютерным кабелем UTP Cat 5e как широко используемым при построении компьютерных сетей, наиболее дешевым и доступным в настоящее время. Однако возможна их работа практически с любой маркой витой пары: ведь точное согласование с типом используемого кабеля обеспечивается оперативными регулировками (усиление и коррекция), а встроенная балансировка линии позволяет отстраиваться от перекрестных помех при многопарной передаче. Применение новейшей элементной базы дает возможность получить высокое подавление синфазной помехи (до 70 рабочем диапазоне частот) и низкие нелинейные искажения, а предельная дальность передачи при использовании ретрансляции смогла увеличиться от одного (ТВИСТ-10) или двух (ТВИСТ-20) до шести километров!
К достоинству этих приборов следует отнести наличие встроенной эффективной системы защиты от импульсных помех высоких энергий (грозовые разряды, мощные электродвигатели, электросварка), что обеспечивает дополнительную надежность при защите дорогостоящего оборудования. Широкий диапазон питания и малое энергопотребление также выгодно отличает комплекты усилителей ТВИСТ от конкурентов. В устройствах передачи (кодерах) реализована дополнительная возможность подведения питания не только постоянного, но и переменного напряжения, а небольшие размеры позволяют разместить передатчик в непосредственной близости к источнику видеосигнала. Конструктивно одноканальное устройство приема (декодер) выполнено в корпусе из ударопрочного полистирола с возможностью крепления на DIN рейку.
При необходимости многоканальной передачи видеосигналов "Компания "ЭФ ЭФ" рекомендует использовать ТВИСТ КОНЦЕНТРАТОР (рис.1, б) - прибор, который уже анонсирован как последняя разработка в новой линейке устройств. ТВИСТ КОНЦЕНТРАТОР позволяет одновременно принимать до 24-х различных видеосигналов. Для снижения затрат на монтаж и обслуживание многоканальных систем он конструктивно выполнен в виде 3U крейта для установки в 19 дюймовую стойку. Оперативные регулировки, индикация питания и наличия видеосигнала вынесены на переднюю панель, что обеспечивает комфортные условия эксплуатации системы и эстетичный внешний вид. Удобные разъемы розеточного типа позволяют легко подключать входные сигналы от витой пары к данному устройству.
Подводя итог, витая пара, уже ставшая универсальной средой передачи во многих системных решениях, способна обеспечить и качественную передачу видеосигнала на длинные расстояния за низкую цену.
Бизнес и Безопасность. №3/2006. с.74-75
Эффективность построения любого системного решения, как известно, определяется отношением цена/качество. Как оптимизировать этот параметр для системы передачи видеосигнала и сделать правильный выбор среди множества предложений рынка? Всегда ли дорогостоящее оборудование гарантирует высокое качество изображения на выходе? С другой стороны, чем может обернуться экономия средств при построении даже простых систем? Если не задавать эти вопросы перед началом проекта на этапе оценки его рентабельности, не ознакомиться с эксплуатационными условиями и не учесть факторы, влияющие на надежность системы, то решение задачи может оказаться слишком дорогим. В общем случае задачу о передаче видеосигнала можно сформулировать следующим образом: требуется обеспечить передачу видеоинформации от источника через линию связи к приемнику с минимальными искажениями, не ухудшающими качество изображения, за приемлемую цену. Решение такой задачи предполагает комплексный подход, т.к. нужно проанализировать все частные составляющие в общем системном решении. А именно, если рассмотреть тракт прохождения видеосигнала от входа до выхода, то это - источник, физическая среда передачи с согласующими преобразователями (усилителями-корректорами) и приемник. Неидеальность их характеристик и подверженность внешним воздействиям приводит к потере качества изображения и дает право говорить о цене вопроса по эффективности всей системы.
Характер искажений сигнала зависит от природы их происхождения. К таким относятся: линейные и нелинейные искажения приемо-передающих устройств и среды распространения, собственные шумы электронных схем, а также помехи, вносимые в тракт передачи извне. Любые из них могут стать причиной ухудшения изображения и поэтому должны быть изучены перед началом построения системы. Следует только отметить, что каждый тип искажений есть функция многих параметров, и, в определенных условиях, вкладом одних можно пренебречь по сравнению с вкладом других. Так при малых дальностях можно использовать только кабель без дополнительных электронных устройств. Однако, длина неискаженной передачи в этом случае составит десятки метров и будет непосредственно зависеть от потерь в кабеле, напрямую связанных с качеством кабеля и его ценой. При увеличении расстояния транслирования видеосигнала неидеальность линии передачи может быть скомпенсирована корректирующими усилителями. Такие устройства выравнивают амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) всей линии передачи, компенсируют активные потери, а также выполняют согласование между источником и приемником сигнала для устранения отражений. На первый взгляд, используя стандартный коаксиальный кабель RG-6, можно достичь приемлемого качества изображения при расстояниях до 150 м без компенсации неравномерности АЧХ (-4 дБ на верхней частоте спектра видеосигнала) с помощью дополнительных устройств. Однако, на практике, даже такая незначительная длина линии не гарантирует передачу неискаженного сигнала в условиях существования внешних помех. Нельзя забывать, что коаксиальный кабель является несимметричной линией передачи! В передаче видеосигнала участвуют как центральная жила, так и его оплетка (экран). Экран коаксиального кабеля открыт для воздействия внешнего электромагнитного излучения (ЭМИ) и обладает ненулевым сопротивлением (рис.1, а). В нем может наводиться электродвижущая сила (ЭДС) помехи (Uпомехи = U2 - U1), которая суммируется с полезным сигналом на входе приемника. Такая помеха в зависимости от интенсивности способна "испортить изображение" даже при малой длине коаксиального кабеля, начиная с 50 м. Помехи от различных источников излучения (промышленного оборудования, компьютерных систем и оргтехники, бытовых приборов, мобильных и радиотелефонов, зарядных устройств), попадая в полосу передаваемого сигнала, разрушают структуру видеокадра. К тому же, ни медная оплетка, ни алюминиевая фольга не способны противостоять низкочастотным синфазным помехам (например, наводка частотой 50 Гц от силовых питающих кабелей, проложенных в непосредственной близости). Воздействие такой помехи на экране монитора выражается в виде медленно перемещающихся горизонтальных полос или даже срыва строчной синхронизации в нескольких местах кадра. Некачественная оплетка кабеля, неправильная разделка ее в разъемах, низкое качество последних и плохой контакт увеличивают сопротивление экрана коаксиального кабеля и усугубляют ситуацию. Одновременное заземление коаксиального кабеля в нескольких точках видеотракта (со стороны источника и потребителя сигнала) вызывает возникновение "земляных петель" (рис.1, б). Блуждающие паразитные токи в образовавшихся земляных контурах способны не только исказить видеосигнал, но и вывести из строя дорогостоящее оборудование. В итоге, стремясь сэкономить любой ценой и используя лобовое решение с коаксиальным кабелем, инсталлятор может неожиданно столкнуться с невозможностью обеспечения качественной передачи изображения по указанным выше причинам. Борьба с последствиями такого необдуманного подхода может потребовать непредвиденных ранее затрат (гальванической развязки, вспомогательной фильтрации, перепрокладки кабеля), потери времени и средств на изменение конфигурации системы. Разумной альтернативой, менее подверженной указанным выше недостаткам, является использование в качестве линии передачи кабеля витой пары (ВП). О его преимуществах уже упоминалось нами в статье [1]. Главными из них являются: симметричность ВП как линии передачи и многопарность кабеля (несколько отдельных пар в одном кабеле). Первое позволяет эффективно подавлять синфазные помехи, второе - получать реальную экономию при передаче нескольких видеосигналов в одном кабеле. Для получения приемлемых результатов на малых дальностях подходят практически любые ВП, начиная с категории 2 и выше. Однако при увеличении расстояния передачи, как и в случае коаксиального кабеля, сильно сказывается зависимость потерь на высоких частотах от категории ВП. Наилучшими характеристиками обладает кабель категорий 5е, 6 и ТППэп. Последний имеет наиболее плоскую АЧХ и является предпочтительным для передачи видеосигнала на расстояния свыше 1500 м. В настоящее время для передачи видеосигнала по ВП на большие расстояния предлагается достаточно широкий спектр усилителей-корректоров самых различных производителей. Критерий их выбора - материал для отдельной статьи. Тем не менее, позволим себе отметить важнейшие характеристики, на которые на наш взгляд следует обратить внимание:
1. Полоса пропускания при заданной неравномерности АЧХ. Определяет не только максимальную разрешающую способность (количество ТВЛ), но и точность передачи цвета. Регулировки коррекции и усиления должны максимально упростить процедуру выравнивания суммарной АЧХ тракта. В усилителях с трехполосными регулировками (НЧ, СЧ, ВЧ) этот процесс затруднен из-за необходимости осуществлять все три подстройки, и не позволяет полностью скомпенсировать АЧХ во всем спектре видеосигнала.
2. Наличие балансировки линии связи. Служит для уменьшения уровня синфазных помех, особенно при многопарной передаче.
3. Наличие встроенной системы защиты от наведенных высоких напряжений (грозозащита). Поскольку все реже и реже встречаются объекты с гарантированно низким уровнем помех, экономия на системе защиты может в самый неподходящий момент вывести приемо-передающий тракт из строя. Защита, приобретаемая отдельно, требует не только дополнительных расходов и места, но и способна уменьшить полосу пропускания усилителя за счет паразитных параметров.
4. Диапазон питающих напряжений и защита от подачи питания обратной полярности. Делает усилитель более универсальным и упрощает его монтаж.
5. Конструктивное и климатическое исполнение. Широкий температурный режим работы элементной базы позволяет использовать устройства вне помещений. Наличие корпуса, всех необходимых для подключения разъемов и монтажных отверстий, облегчающих крепление, упростит подключение и эксплуатацию.
6. Цена. Стремление сэкономить не должно идти в ущерб электрическим характеристикам и функциональности. Простая арифметика показывает, что выигрыш в цене ВП перед коаксиальным кабелем сказывается уже при использовании двух каналов передачи (два видеосигнала по двум парам). Цена кабеля MOLEX UTP Cat 5e (4 пары) - около 0.2 $/м, коаксиала RG-6 - 0.15 $/м. Цены на усилители-корректоры примерно равны для обоих типов кабелей. Таким образом, экономия при передаче одиночного видеосигнала по коаксиальному кабелю по сравнению с ВП составит около 5 $ на каждых 100 м. Передача двух сигналов по кабелю ВП уже выгоднее коаксиального варианта на 10 $ на каждых 100 м. Если задействовать все пары четырехпарного кабеля ВП, то вариант с коаксиалом проигрывает 40 $ на каждых 100 м. Передавая одновременно десять сигналов по кабелю ТППэп 10х2х0.4 (цена на Украине около 0.4 $/м) экономия составит 110 $ на каждых 100 м. Учитывая более высокую помехозащищенность ВП, становится понятным рост ее популярности в области видеонаблюдения и вытеснение ею коаксиального кабеля. Анализ спроса показывает, что необходимость в передаче видеоинформации на расстояния до 300 м составляет более половины всех потребностей рынка. Поэтому, идя на встречу пожеланиям заказчиков, компанией "ЭФ ЭФ" (http://www.f-f.kiev.ua) был анонсирован комплект усилителей ТВИСТ-МИНИ как решение эконом-класса. Максимальная рабочая дальность данного устройства определяется типом кабеля и достигает 400 м. ТВИСТ-МИНИ состоит из пассивного передатчика и активного приемника (усилителя-корректора). Прибор оснащен встроенной системой защиты от импульсных помех. Несмотря на малые габариты и невысокую стоимость ТВИСТ-МИНИ обеспечивает качественную передачу цветного изображения в режиме высокого разрешения до 300 м по кабелю MOLEX Cat 5e и аналогичным. Линейка комплектов ТВИСТ-10 и ТВИСТ-20 (с рабочими дальностями до 1 и 2 км соответственно) в ближайшее время пополнится приборами ТВИСТ-10+ и ТВИСТ-20+ со встроенным индикатором видеосигнала и дополнительным видеовыходом (опционально возможна установка второго BNC разъема). К числу новинок можно также отнести VIP-ВИДЕОПРОБНИК, который позволяет определить наличие видеосигнала без осциллографа. При непосредственном подключении к линии передачи он способен распознать видеосигнал (0.7-2 В) и индицировать его присутствие при помощи светодиода. Автономное батарейное питание и малые габариты создают дополнительное удобство в использовании. Поскольку первопричиной поиска ложной неисправности есть отсутствие видеосигнала в тракте, VIP-ВИДЕОПРОБНИК способен облегчить решение проблем при инсталляции и эксплуатации видеопередающей системы
|
