第3章圖像信號(hào)的傳送

1、第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 第第3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 3.1 同軸電纜視頻傳送同軸電纜視頻傳送 3.2 非屏蔽雙絞線(xiàn)非屏蔽雙絞線(xiàn)(UTP)視頻傳送視頻傳送 3.3 光纜視頻傳送光纜視頻傳送 第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 3.1 同軸電纜視頻傳送同軸電纜視頻傳送 圖像信號(hào)的傳輸是應(yīng)用電視系統(tǒng)的重要部分，在大型系統(tǒng)和需要進(jìn)行遠(yuǎn)距離監(jiān)視和控制的系統(tǒng)中，建立高質(zhì)量的圖像信號(hào)傳輸網(wǎng)絡(luò)是應(yīng)用電視系統(tǒng)的關(guān)鍵。長(zhǎng)距離傳輸引起的圖像質(zhì)量下降會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量，也限制了電視系統(tǒng)的應(yīng)用范圍；敷設(shè)線(xiàn)纜需要巨大的工程量。這些原因使傳輸環(huán)節(jié)成為決定應(yīng)用電視系統(tǒng)的質(zhì)量、造

2、價(jià)和工作難度的主要因素。第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 圖像信號(hào)的傳輸有多種方式，可以通過(guò)不同的介質(zhì)傳輸，可以采用不同的調(diào)制方式。表31給出了幾種圖像信號(hào)傳輸方式的特點(diǎn)和適用范圍，具體應(yīng)用要結(jié)合實(shí)際條件進(jìn)行選擇。第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 表31 幾種圖像信號(hào)傳輸方式的特點(diǎn)和適用范圍第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 無(wú)線(xiàn)方式設(shè)備成本較高，保密性差，必須取得無(wú)線(xiàn)電管理委員會(huì)的許可，傳輸多路信號(hào)時(shí)必須相互避開(kāi)所用的頻道。若采用微波定向傳輸，設(shè)備架設(shè)比較困難，所以較少使用。 圖像信號(hào)的基帶傳輸(視頻傳輸)是最為常用的傳輸方式，即使采用調(diào)制技術(shù)，仍然可以把傳

3、輸設(shè)備(調(diào)制、解調(diào)器)與線(xiàn)纜視為一個(gè)整體，把它看作一個(gè)視頻入視頻出的傳輸過(guò)程。 對(duì)傳輸系統(tǒng)質(zhì)量的評(píng)價(jià)也是把線(xiàn)纜與相關(guān)的傳輸設(shè)備結(jié)合在一起進(jìn)行。第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 在某種意義上,同軸電纜視頻傳輸可以看作是視頻設(shè)備之間的直接連接。它不需要或只需要較少的附加設(shè)備，在一定范圍內(nèi)可獲得較好和穩(wěn)定的圖像質(zhì)量，線(xiàn)纜敷設(shè)、接續(xù)和維護(hù)方便。它是目前大多數(shù)應(yīng)用電視系統(tǒng)所采用的圖像信號(hào)傳輸方式。它所利用的傳輸介質(zhì)是同軸電纜。第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 3.1.1 同軸電纜的結(jié)構(gòu)與特性 1. 同軸電纜的結(jié)構(gòu) 圖31是同軸電纜結(jié)構(gòu)示意圖。同軸電纜由中心導(dǎo)體、絕緣介質(zhì)、屏蔽層和

4、護(hù)套四部分組成。第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 圖31 同軸電纜結(jié)構(gòu)示意圖 中心導(dǎo)體絕緣介質(zhì)屏蔽層護(hù)套第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 中心導(dǎo)體是實(shí)現(xiàn)電信號(hào)傳輸?shù)幕就ǖ?，是一根圓柱型或由多股導(dǎo)線(xiàn)絞合而成的柱型銅質(zhì)導(dǎo)體，它位于電纜的中心。絕緣介質(zhì)，它充滿(mǎn)屏蔽層和中心導(dǎo)體之間，形成一個(gè)不導(dǎo)電的空間，主要材料是聚乙烯。真空或干燥的空氣是最好的絕緣介質(zhì)，所以目前多采用通過(guò)物理方法形成的泡沫聚乙烯作為電纜的絕緣介質(zhì)。它的主要作用是保證中心導(dǎo)體和屏蔽層之間的幾何位置，防止電纜變形，它在很大程度上決定著電纜的傳輸速度和損耗特性。第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 屏蔽層

5、是與中心導(dǎo)體同心的環(huán)狀導(dǎo)體，采用細(xì)銅導(dǎo)線(xiàn)編織而成。它既能將電信號(hào)約束在一個(gè)封閉的空間中傳送，又能阻止外界其他信號(hào)串入電纜，同時(shí)對(duì)加強(qiáng)電纜的機(jī)械強(qiáng)度也有很大的作用。所謂同軸就是指屏蔽層與中心導(dǎo)體之間的這種均勻的同心結(jié)構(gòu)。 護(hù)套是起防水、防潮，抗磨損作用的塑膠材料，保護(hù)導(dǎo)體不被銹蝕和磨損。專(zhuān)用電纜經(jīng)常還加有鋁皮或鉛防護(hù)，既加強(qiáng)了機(jī)械強(qiáng)度,也增強(qiáng)了抗干擾性。第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 同軸電纜的特性阻抗有50、75等規(guī)格。主要型號(hào)有:SYV型，它的絕緣層為實(shí)心的聚乙烯；SBYFV型，其絕緣層應(yīng)用泡沫聚乙烯。在應(yīng)用電視工程中，視頻信號(hào)的傳輸主要用SYV型和SBYFV型特性阻抗為75的

6、兩種同軸電纜。單以衰減特性來(lái)說(shuō)，同樣直徑的這兩種電纜，SBYFV型的衰減量比SYV型要小。為了便于比較，表32列出了幾種同軸電纜的性能。第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 表32 幾種同軸電纜的主要參數(shù)第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 2.同軸電纜的特性 同軸電纜在視頻范圍內(nèi)是一種有損耗的傳輸線(xiàn)，我們可以用傳輸線(xiàn)理論對(duì)它進(jìn)行分析。 1) 同軸電纜的等效電路 在電特性上,同軸電纜可以看成是一個(gè)四端網(wǎng)絡(luò)，而這一個(gè)四端網(wǎng)絡(luò)又是由無(wú)數(shù)個(gè)無(wú)限小的四端網(wǎng)絡(luò)(也就是無(wú)限小的電纜段)串聯(lián)組成的?；芈穼?dǎo)線(xiàn)上存在著均勻分布的電阻和電感，回路中心導(dǎo)體和屏蔽層之間分布著電容和電導(dǎo)，這些無(wú)限小的四

7、端網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)形式(等效電路)如圖32所示。圖中，R為回路單位長(zhǎng)度的有效電阻，L為單位長(zhǎng)度電感，C為內(nèi)外導(dǎo)體間單位長(zhǎng)度的電容，G為內(nèi)外導(dǎo)體間單位長(zhǎng)度的電導(dǎo)。第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 圖32 均勻電纜的等效電路 RLLRGCCGRLCG第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 為了討論方便，我們假設(shè)電纜段的物理性質(zhì)和結(jié)構(gòu)沿著長(zhǎng)度都是均勻的，稱(chēng)為均勻電纜。(實(shí)際電纜是不均勻的，總存在著微小的差別。)電纜的每一無(wú)限小段都是相同的，那么對(duì)于全長(zhǎng)來(lái)說(shuō)，就可以看作是由這樣的無(wú)限小電纜段串聯(lián)而成。圖32為同軸電纜的等效電路。所以，同軸電纜是一種分布參數(shù)電路。在集中參數(shù)電路中，信號(hào)傳輸?shù)?/p>

8、持續(xù)時(shí)間與該信號(hào)本身變化的時(shí)間相比要短得多，信號(hào)的能量集中消耗和存儲(chǔ)在電路的各個(gè)元件(R、L、C)上。 第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 因此，集中參數(shù)電路的電壓或電流和空間坐標(biāo)的位置無(wú)關(guān)，它們只是時(shí)間的函數(shù)，即在集中參數(shù)電路(或稱(chēng)短線(xiàn))中電壓或電流是均勻分布的。在分布參數(shù)電路中，如同軸電纜，信號(hào)傳輸?shù)某掷m(xù)時(shí)間與該信號(hào)本身變化的時(shí)間可以相比或長(zhǎng)得多，因此在這種電路中，電壓或電流不僅是時(shí)間的函數(shù)，而且還與空間的坐標(biāo)有關(guān)，即在分布參數(shù)電路(或稱(chēng)長(zhǎng)線(xiàn))中，電壓或電流的分布是不均勻的。第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 2)衰減常數(shù)、相移常數(shù)和波阻抗Z 從同軸電纜的等效電路可以得

9、出電纜的兩個(gè)傳輸參數(shù)：傳播常數(shù)和波阻抗(特性阻抗)Z。傳播常數(shù)是個(gè)復(fù)數(shù)，它的實(shí)數(shù)部分稱(chēng)為衰減常數(shù)，它的虛數(shù)部分稱(chēng)為相移常數(shù)。和Z可以用下式表示：()()jRj L Gj CRj LZGj C(31) (32) 第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 式中:表示信號(hào)在均勻電纜上每單位長(zhǎng)度的衰減值;表示信號(hào)的相位在均勻電纜上單位長(zhǎng)度的變化值;波阻抗Z表示信號(hào)在沒(méi)有反射時(shí)電纜所呈現(xiàn)的阻抗。R、L、G、C分別代表單位長(zhǎng)度電纜的電阻、電感、電導(dǎo)和電容。(、Z都是的函數(shù)，都隨頻率變化。)第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 (1)衰減常數(shù)。衰減常數(shù)是信號(hào)頻率f的函數(shù)，單位為dBm或dBkm。

10、因?yàn)樾盘?hào)在同軸電纜里傳輸時(shí)，除有導(dǎo)體的電阻損耗外，還有絕緣材料的介質(zhì)損耗，這兩種損耗都隨著電纜線(xiàn)的加長(zhǎng)和信號(hào)頻率的增高而增加。圖33表示出不同長(zhǎng)度的SYV755型同軸電纜在傳輸0.5MHz到7MHz信號(hào)時(shí)的實(shí)際衰減情況。第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 圖33 不同長(zhǎng)度的SYV755型同軸電纜在 傳輸信號(hào)時(shí)的實(shí)際衰減情況0.20.40.60.8012345678f / MHzUo / Ui250 m500 m750 m1000 m1250 m1500 m第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 衰減常數(shù)不但與電纜的長(zhǎng)度和頻率有關(guān)，還與同軸電纜的直徑、絕緣體的介電數(shù)有關(guān)。金屬損耗

11、造成的衰減，與 成正比；介質(zhì)損耗造成的衰減與f成正比，但在頻率為幾兆赫時(shí)介質(zhì)損耗造成的衰減不大于總衰減值的1%，因此同軸電纜的衰減常數(shù)大致與 成正比。 在工程中，應(yīng)根據(jù)要求的衰減量選擇合適的同軸電纜。圖34是幾種不同規(guī)格的SYV型同軸電纜的衰減特性。ff第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 圖34 不同規(guī)格SYV型同軸電纜的衰減特性41020304050012468 1015f / MHz衰減 / (dB / km)SYV-75-3SYV-75-5-2SYV-75-7SYV-75-9第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 (2)相移常數(shù)。相移常數(shù)隨信號(hào)頻率的增高和電纜的增長(zhǎng)而增大

12、。不同結(jié)構(gòu)、材料和直徑的電纜也具有不同的相移特性。 (3) 波阻抗(特性阻抗)Z。 特性阻抗Z的普遍形式為公式（32）。從式(32)可以看出同軸電纜的特性阻抗Z是信號(hào)頻率的函數(shù)。在高頻率時(shí)，LR、CG，同軸電纜的高頻波阻抗也可寫(xiě)成下式形式：LZC (33) 第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 市售同軸電纜所標(biāo)的波阻抗就是指高頻時(shí)的特性阻抗。考慮到視頻信號(hào)是20Hz6MHz的寬頻帶信號(hào)，同軸電纜在低頻時(shí)和高頻時(shí)所表現(xiàn)出來(lái)的阻抗不相同，無(wú)法做到完全的匹配。但是圖像細(xì)節(jié)信號(hào)都在1MHz以上的頻帶內(nèi)，只要高頻段阻抗匹配就能夠滿(mǎn)足傳輸?shù)囊?，在低頻段即使有微小的失配，圖像也不會(huì)有明顯的重影失真

13、。因此，只要按電纜的高頻特性阻抗(也即生產(chǎn)廠(chǎng)的標(biāo)稱(chēng)特性阻抗)進(jìn)行阻抗匹配就可以了。第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 3.1.2 同軸電纜損耗補(bǔ)償器 在應(yīng)用電視系統(tǒng)中，大多采用同軸電纜基帶傳輸方式。傳輸距離越長(zhǎng)，視頻信號(hào)的衰減越大；信號(hào)頻率越高，衰減越大，同時(shí)也會(huì)引起很大的群延時(shí)失真。由于相位校正是很難實(shí)現(xiàn)的，所以電纜補(bǔ)償主要對(duì)攝像機(jī)輸出的1V(pp)視頻信號(hào)進(jìn)行幅頻失真的補(bǔ)償。一般情況下，經(jīng)過(guò)300米SYV755型同軸電纜的傳輸后，圖像還能達(dá)到400線(xiàn)左右的分辨力，則認(rèn)為能夠滿(mǎn)足一般應(yīng)用的要求。在傳輸線(xiàn)超過(guò)300米后，應(yīng)該考慮使用電纜補(bǔ)償器，以保證圖像質(zhì)量。第第3 3章章 圖像信號(hào)

14、的傳送圖像信號(hào)的傳送 1.電纜補(bǔ)償器的原理 圖35是電纜補(bǔ)償電路原理圖。電路主要由RC電路組成，通過(guò)減少高頻分量負(fù)反饋的方法，來(lái)提高其增益，從而進(jìn)行頻率均衡和補(bǔ)償。如果將電纜的衰減曲線(xiàn)分成幾段，對(duì)應(yīng)于各段都用一組RC電路予以補(bǔ)償。這樣電路的幅頻曲線(xiàn)就比較接近電纜的衰減曲線(xiàn)的補(bǔ)償曲線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)規(guī)定長(zhǎng)度電纜段衰耗的整體補(bǔ)償。第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 圖35 RC電纜補(bǔ)償電路原理圖 E EC1C2C3C4R1R2R3R4C1C2C3C4R1R2R3R4 E E(a)(b)第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 電路35(a)中RC補(bǔ)償電路串接在三極管的基極回路里。容抗Zc=1

15、/C是隨著頻率升高而減小的。我們把容抗Zc=R時(shí)的頻率叫RC串聯(lián)電路的中心頻率f0，那么f0=1/2RC，如圖36所示。工作頻率低于f0時(shí)串聯(lián)電路的阻抗主要決定于電容C，工作頻率高于f0時(shí)串聯(lián)電路的阻抗主要決定于電阻R。在設(shè)計(jì)補(bǔ)償器電路時(shí)，可以查閱所用長(zhǎng)度同軸電纜的衰減，畫(huà)出其衰減曲線(xiàn)，然后根據(jù)補(bǔ)償精度的要求分段選取中心頻率，就可以決定出RC補(bǔ)償電路的數(shù)值和段數(shù)。第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 圖35(b)電路中RC電路是并聯(lián)在晶體三極管的發(fā)射極負(fù)反饋電阻上的，RC電路的阻抗將隨頻率升高而減小，使放大器放大倍數(shù)K增加，從而對(duì)電纜損耗進(jìn)行補(bǔ)償。 圖37是長(zhǎng)度是1km的SYV755電

16、纜的衰減曲線(xiàn)和對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償曲線(xiàn)。第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 圖36 RC串聯(lián)電路頻率與阻抗關(guān)系ZRof0第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 圖37 長(zhǎng)度為1km的SYV755電纜的衰減曲線(xiàn) 和對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償曲線(xiàn) 0.60.40.20 123456 78f / MHzUo / UioKf(a)(b)第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 2.電纜補(bǔ)償器的組成 電纜補(bǔ)償器除了RC電路補(bǔ)償高頻衰減外，為了消除電纜芯線(xiàn)和屏蔽層上的干擾，輸入級(jí)采用差分平衡電路，電路的增益和補(bǔ)償點(diǎn)應(yīng)可微調(diào)，以滿(mǎn)足輸出視頻信號(hào)1V(pp)幅度和補(bǔ)償?shù)囊?輸出級(jí)要低阻抗輸出(75)。第第3 3章

17、章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 圖38是電纜補(bǔ)償器的原理方框圖。圖中補(bǔ)償器有1000米和2000米兩種補(bǔ)償長(zhǎng)度，用開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換。在2000米時(shí)，增加一級(jí)RC補(bǔ)償電路。這個(gè)電纜補(bǔ)償器的視頻輸入插座與機(jī)箱絕緣，使同軸電纜的中心導(dǎo)體和屏蔽層以平衡的形式接到運(yùn)算放大器的同相和反相輸入端;經(jīng)長(zhǎng)距離傳輸后的視頻信號(hào)，幅度較小，還可能混有干擾信號(hào)，調(diào)整電位器R可以使干擾信號(hào)得到抑制。視頻信號(hào)在放大器中放大后被耦合到由三極管和RC補(bǔ)償電路組成的補(bǔ)償級(jí)。這一級(jí)采用發(fā)射極補(bǔ)償?shù)霓k法，調(diào)整RC串聯(lián)電路中電阻或電容的數(shù)值，可以改變補(bǔ)償曲線(xiàn)的幅度和補(bǔ)償點(diǎn)。第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 圖38 電纜補(bǔ)償器的

18、原理方框圖 S1RC補(bǔ)償 電 路箝 位電 路增 益控 制輸 出 級(jí)S21km1km2km2km同 軸電 纜差 分輸 入 級(jí)RC補(bǔ)償 電 路R第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 仔細(xì)調(diào)整四個(gè)并聯(lián)RC電路的參數(shù)，就可以得到合適的補(bǔ)償曲線(xiàn)。實(shí)際調(diào)整時(shí)，把需要補(bǔ)償?shù)碾娎|的一端接到掃頻儀輸出端，電纜的另一端與補(bǔ)償器輸入端相接，掃頻儀的輸入端接到補(bǔ)償器的輸出端。調(diào)整RC電路，直到掃頻儀表示出從20Hz7MHz的振幅不平度小于3dB為止。這表示電纜補(bǔ)償器的頻響曲線(xiàn)已調(diào)好。也可用有多波群信號(hào)的電視信號(hào)發(fā)生器來(lái)調(diào)整，需要補(bǔ)償?shù)碾娎|一端接多波群信號(hào)，電纜的另一端與補(bǔ)償器輸入端相接，補(bǔ)償器的輸出端接示波器

19、，用示波器監(jiān)視補(bǔ)償器的輸出來(lái)調(diào)整RC，直到示波器上多波群信號(hào)振幅不平度小于3dB為止。最好是用一種方法調(diào)整，用另一種方法驗(yàn)證。第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 RC補(bǔ)償電路后面是箝位級(jí)和增益調(diào)整級(jí)。箝位的目的是為了進(jìn)一步消除低頻交流干擾和恢復(fù)視頻信號(hào)經(jīng)多級(jí)交流耦合而失去的直流電平。增益調(diào)整級(jí)的目的是使最后輸出的視頻信號(hào)幅度在1V(pp)1.2V(pp)。輸出級(jí)應(yīng)具有一定的放大倍數(shù)，較寬的通頻帶和75的輸出阻抗。第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 3.1.3 同軸電纜基帶傳輸容易出現(xiàn)的問(wèn)題及解決辦法 基帶傳輸還有一個(gè)缺點(diǎn)是抗干擾能力差，同軸電纜容易受廣播和低頻電磁波的干擾。

20、 1.廣播干擾 同軸電纜在架空敷設(shè)時(shí)，電纜線(xiàn)本身就成了一根很長(zhǎng)的天線(xiàn)，在受到廣播電磁波感應(yīng)時(shí)，感應(yīng)出電位差，這個(gè)電位差產(chǎn)生在電纜線(xiàn)屏蔽層兩端(芯線(xiàn)也存在感生電位差，但較小)，如圖39所示。假設(shè)A端電位EA高于B端電位EB(EAEB)，則電纜A端屏蔽層通過(guò)信號(hào)源內(nèi)阻與芯線(xiàn)相連，B端芯線(xiàn)通過(guò)75負(fù)載連于電纜屏蔽層。 第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 屏蔽層的電位差EA-EB就通過(guò)以上回路而形成了干擾電流，該電流在負(fù)載電阻75上形成干擾壓降而疊加到視頻信號(hào)上。這種干擾頻率一般在幾百千赫到幾兆赫，對(duì)圖像產(chǎn)生較為穩(wěn)定的網(wǎng)紋干擾，干擾頻率越高條紋就越細(xì)越密，大于10MHz的干擾已基本上不影響觀(guān)

21、看效果了。第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 圖39 廣播干擾形成原理示意圖 同 軸 電 纜內(nèi) 阻干 擾 電 流信 號(hào) 源BAEAEBR芯75 第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 將電纜埋地敷設(shè)是抑制這種干擾的最好辦法。也可采用鉛包電纜或具有外屏蔽層的對(duì)稱(chēng)平衡電纜作為傳輸線(xiàn)，當(dāng)然這時(shí)傳送的信號(hào)也必須是平衡方式輸出。當(dāng)只能采用同軸電纜傳輸時(shí)，應(yīng)使電纜線(xiàn)屏蔽層單端接地，同時(shí)在接收端設(shè)置對(duì)稱(chēng)輸入的電纜補(bǔ)償器，如圖3-10所示，該補(bǔ)償器有輸入信號(hào)平衡調(diào)整電位器，適當(dāng)調(diào)整該電位器，就可以抑制干擾所引起的網(wǎng)紋。第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 采用高電平傳輸?shù)姆椒ㄒ材茌^好地

22、抑制廣播和其他較低頻率電磁波的干擾。方法是把視頻信號(hào)放大到58V(pp)后再饋送到電纜上去，在接收端干擾電平相對(duì)于視頻信號(hào)就減小了，傳輸距離也可更遠(yuǎn)一些。第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 圖310 對(duì)稱(chēng)輸入抑制廣播干擾示意圖 同 軸 電 纜內(nèi) 阻干 擾 電 流信 號(hào) 源BAR運(yùn) 放EAEBR芯第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 2.低頻干擾 低頻干擾主要是50Hz工頻干擾。這種干擾使圖像產(chǎn)生水平黑色滾道，嚴(yán)重時(shí)使圖像不同步，無(wú)法觀(guān)看。形成50Hz干擾的主要原因是地電位差。在城市和工廠(chǎng)區(qū)，用電設(shè)施很多，大功率設(shè)備多，用電設(shè)備的三相不平衡或接地方式不同時(shí)，就會(huì)形成較大的地電流

23、。這個(gè)電流通過(guò)具有地電阻的大地時(shí)，就會(huì)在兩地之間形成電壓降，如果電纜線(xiàn)兩端都接地，地電位差就會(huì)在電纜線(xiàn)上形成電流。圖311是地電位差形成干擾電流混入視頻信號(hào)的示意圖。第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 圖311 地電位差形成干擾原理示意圖同軸電纜內(nèi)阻芯電阻干擾電流視頻信號(hào)BA地電位差地電阻屏蔽層電阻始端終端75 第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 假設(shè)始端A點(diǎn)與終端B點(diǎn)存在著地電位差，則形成兩個(gè)電流回路。一是通過(guò)電纜屏蔽層的電流回路，這一路電流不通過(guò)75負(fù)載，不構(gòu)成干擾。二是通過(guò)信號(hào)源內(nèi)阻、電纜芯線(xiàn)、負(fù)載電阻的電流回路，這一電流在75負(fù)載上形成壓降，從而造成了干擾。因此抑制

24、50Hz地電位差引起干擾的最好方法是采用電纜線(xiàn)單端接地。具體施工時(shí)，可以在始端把電纜的屏蔽層接地，或在終端把電纜的屏蔽層接地。但要注意，在一個(gè)系統(tǒng)工程中，接地方式要一致。一般采用終端(控制端或監(jiān)視端)接地為好。 第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 當(dāng)應(yīng)用電視系統(tǒng)中50Hz工頻干擾嚴(yán)重時(shí)，系統(tǒng)中攝像機(jī)全部不接地，攝像機(jī)與防護(hù)外殼之間絕緣隔離，而防護(hù)外殼接地，這是為了使外殼與地電位一致，以保證施工人員的安全。但如果攝像機(jī)與防護(hù)外殼間有危險(xiǎn)的電位差，則應(yīng)采取防護(hù)措施，遵守安全標(biāo)準(zhǔn)。第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 3.2 非屏蔽雙絞線(xiàn)非屏蔽雙絞線(xiàn)(UTP)視頻傳送視頻傳送 非屏

25、蔽雙絞線(xiàn)傳輸是應(yīng)用電視系統(tǒng)中目前較少采用的一種傳輸方式，但當(dāng)智能大樓內(nèi)已經(jīng)按標(biāo)準(zhǔn)敷設(shè)了大量的雙絞線(xiàn)(五類(lèi)線(xiàn))并且在各相關(guān)房間內(nèi)均留有相應(yīng)的信息接口(RJ45接口或RJ11接口)，則應(yīng)用電視系統(tǒng)就不需再重新布線(xiàn)，視、音頻信號(hào)及控制數(shù)據(jù)都將通過(guò)敷設(shè)的雙絞線(xiàn)來(lái)傳輸。隨著智能大樓綜合布線(xiàn)在我國(guó)的普及，將會(huì)有越來(lái)越多的系統(tǒng)采用雙絞線(xiàn)來(lái)傳輸。第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 3.2.1 智能大樓 一棟現(xiàn)代化的大樓不僅要有舒適的環(huán)境、豪華的裝飾，還必須有話(huà)音、數(shù)據(jù)和圖像等基礎(chǔ)通信設(shè)施來(lái)提高工作效率，激發(fā)辦公人員的創(chuàng)造性。此外，應(yīng)配置電視監(jiān)控、安全檢測(cè)，以及對(duì)供電及空調(diào)設(shè)備的控制，以便對(duì)大樓進(jìn)行有

26、效的管理。一棟稱(chēng)得上智能化的大樓應(yīng)具備以下三個(gè)系統(tǒng)：第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 1.大樓自動(dòng)化系統(tǒng)(BA) 大樓自動(dòng)化系統(tǒng)主要包括電視監(jiān)控保安系統(tǒng)、電力及照明管理系統(tǒng)、給水排水管理系統(tǒng)、火災(zāi)檢測(cè)及報(bào)警系統(tǒng)、空調(diào)管理系統(tǒng)和其他設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)。 2.通信自動(dòng)化系統(tǒng)(CA) 通信自動(dòng)化系統(tǒng)主要有電話(huà)自動(dòng)交換機(jī)、廣播、傳真和其他數(shù)據(jù)通信自動(dòng)化系統(tǒng)。 第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 3. 辦公自動(dòng)化系統(tǒng)(OA) 辦公自動(dòng)化系統(tǒng)主要是計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，還包括會(huì)議電視、綜合管理和輔助決策系統(tǒng)。由于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的交叉和互通，實(shí)際上這三個(gè)系統(tǒng)是你中有我、我中有你，很難清楚地分開(kāi)。第

27、第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 3.2.2 綜合布線(xiàn) 智能大樓通過(guò)綜合布線(xiàn)將上述各部分構(gòu)成一個(gè)有機(jī)的整體。綜合布線(xiàn)系統(tǒng)采用組合壓接方式、模塊化結(jié)構(gòu)、星型布線(xiàn)方法并具有開(kāi)放系統(tǒng)特征，是一套完整的布線(xiàn)系統(tǒng)。布線(xiàn)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)采用星型連接。星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)中的任意節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)可以自動(dòng)關(guān)閉相應(yīng)的端口，而網(wǎng)絡(luò)上的其他終端不受影響。第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 綜合布線(xiàn)系統(tǒng)是一種開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，除了能支持電話(huà)及多種計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)系統(tǒng)，還能滿(mǎn)足電視監(jiān)控等系統(tǒng)的需要。布線(xiàn)系統(tǒng)采用非屏蔽雙絞線(xiàn)（UTP）和光纜。非屏蔽雙絞線(xiàn)有三類(lèi)、四類(lèi)、五類(lèi)、超五類(lèi)、六類(lèi)等幾種，其最高傳輸頻率分別是1

28、6,20,100,100,200MHz。采用的光纖直徑為62.5m、光纖包層直徑為125m的緩變?cè)鰪?qiáng)型多模光纜，其標(biāo)稱(chēng)波長(zhǎng)為850nm，長(zhǎng)距離也可采用光纖直徑為10m，光纖包層直徑125m，標(biāo)稱(chēng)波長(zhǎng)為1300nm的單模光纜。第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 綜合布線(xiàn)系統(tǒng)所有設(shè)備之間的連接端子、塑料絕緣的電纜或?qū)Ь€(xiàn)、電纜環(huán)箍都使用色標(biāo)，不僅各個(gè)線(xiàn)對(duì)是用顏色識(shí)別的，而且線(xiàn)束組也使用同一圖表中的色標(biāo)。 總之，綜合布線(xiàn)系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)化的統(tǒng)一材料、統(tǒng)一的布線(xiàn)設(shè)計(jì)、統(tǒng)一安裝施工，集中管理維護(hù)，整個(gè)大樓的布線(xiàn)系統(tǒng)成為一個(gè)有機(jī)的整體，便于管理、維護(hù)和設(shè)備擴(kuò)展，提高了系統(tǒng)可靠性。第第3 3章章 圖像信

29、號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 綜合布線(xiàn)分六個(gè)子系統(tǒng)： 1.工作區(qū)子系統(tǒng) 一個(gè)獨(dú)立的需要設(shè)置終端設(shè)備的區(qū)域宜劃分為一個(gè)工作區(qū)。工作區(qū)子系統(tǒng)應(yīng)由水平子系統(tǒng)的信息插座延伸到工作站終端設(shè)備處的連接電纜及適配器組成。信息插座的類(lèi)型有墻上型和桌上型，它們各自都有單孔和雙孔兩種型號(hào)。插座的接口是符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的RJ45接口，它既可插計(jì)算機(jī)的RJ45插頭，也能插電話(huà)常用的RJ11插頭。第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 2.水平(配線(xiàn))子系統(tǒng) 水平子系統(tǒng)是由工作區(qū)用的信息插座、每層配線(xiàn)設(shè)備至信息插座的配線(xiàn)電纜和終端匹配器等組成。攝像機(jī)一般不用信息插座，只用配接信息插座的接線(xiàn)盒，在接線(xiàn)盒中，從配線(xiàn)設(shè)備來(lái)的電纜

30、和從攝像機(jī)適配器來(lái)的電纜直接相連。第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 3.管理子系統(tǒng) 管理子系統(tǒng)設(shè)置在每層配線(xiàn)設(shè)備的房間內(nèi)。管理子系統(tǒng)應(yīng)由交接間的配線(xiàn)設(shè)備(主要是配線(xiàn)架)、輸入/輸出設(shè)備等組成。在經(jīng)常需要重組線(xiàn)路時(shí)宜使用插接式交接設(shè)備，即用插頭插座連接的交接設(shè)備，如110P；在無(wú)需經(jīng)常重組線(xiàn)路時(shí)，宜使用夾接式交接設(shè)備，即夾接固定連接的設(shè)備，如110A。第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 4.垂直(干線(xiàn))子系統(tǒng) 垂直子系統(tǒng)是由設(shè)備間子系統(tǒng)、管理子系統(tǒng)的引入口之間的連接電纜組成。如果設(shè)備間、計(jì)算機(jī)房、電視監(jiān)控的中央控制室處于不同的地點(diǎn)，而且需要把話(huà)音電纜連至設(shè)備間，把數(shù)據(jù)電纜連

31、至計(jì)算機(jī)房，把圖像電纜連至電視監(jiān)控的中央控制室，則應(yīng)選取干線(xiàn)電纜的不同部分來(lái)分別滿(mǎn)足不同路由話(huà)音、數(shù)據(jù)和圖像的需要。連接電纜一般是大對(duì)數(shù)電纜，有25，50，75，100對(duì)等幾種。第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 5.設(shè)備間子系統(tǒng) 設(shè)備間是在大樓的適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)設(shè)置進(jìn)線(xiàn)設(shè)備，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理及管理人員值班的場(chǎng)所，可與程控電話(huà)交換機(jī)、計(jì)算機(jī)主機(jī)房、電視監(jiān)控的中央控制室、消防控制主機(jī)合并建設(shè)。設(shè)備間子系統(tǒng)應(yīng)由建筑物進(jìn)線(xiàn)設(shè)備與電話(huà)、計(jì)算機(jī)、電視監(jiān)控、消防控制等的配線(xiàn)設(shè)備組成。在實(shí)際建設(shè)中，往往只有電視監(jiān)控的中央控制室、消防控制主機(jī)合并建設(shè)，程控電話(huà)交換機(jī)、計(jì)算機(jī)主機(jī)房都是獨(dú)立的。 6.建筑群子系統(tǒng)

32、建筑群子系統(tǒng)是由兩個(gè)以上建筑物綜合布線(xiàn)系統(tǒng)組成的，宜采用地下管道或直埋電纜溝內(nèi)的敷設(shè)方式。第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 3.2.3 視頻信號(hào)與綜合布線(xiàn)的連接 1.視頻信號(hào)以模擬信號(hào)形式傳送 1)模擬信號(hào)傳送的特點(diǎn) 在智能大樓中，應(yīng)用電視的視頻信號(hào)目前主要是以模擬信號(hào)形式傳送的。這種傳輸方法的特點(diǎn)是對(duì)圖像質(zhì)量的影響小，傳輸設(shè)備費(fèi)用低。在攝像機(jī)端，視頻信號(hào)用視頻適配器將單端的非平衡視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為雙端平衡信號(hào)，通過(guò)信息插座的接線(xiàn)盒接入綜合布線(xiàn)系統(tǒng)，由五類(lèi)非屏蔽雙絞線(xiàn)送到中控室， 第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 在中控室先經(jīng)視頻適配器將雙端平衡信號(hào)轉(zhuǎn)換成單端非平衡信號(hào)后，

33、再進(jìn)入電視監(jiān)控主控設(shè)備(如疊加字符、切換和多畫(huà)面合成等)，再由主控設(shè)備處理后輸出?？梢栽谥锌厥业谋O(jiān)視器上顯示圖像，也可以再經(jīng)視頻適配器和綜合布線(xiàn)系統(tǒng)將信號(hào)傳送到其他地方的監(jiān)視器上顯示圖像。 用五類(lèi)非屏蔽雙絞線(xiàn)傳送基帶彩色視頻信號(hào)的最長(zhǎng)距離為457m，傳送基帶黑白視頻信號(hào)的最長(zhǎng)距離為762m。第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 對(duì)云臺(tái)和變焦鏡頭的控制信號(hào)是從中控室控制設(shè)備的RS485接口輸出，經(jīng)綜合布線(xiàn)系統(tǒng)的一對(duì)五類(lèi)非屏蔽雙絞線(xiàn)送到各個(gè)解碼器。解碼器再將串行的控制信號(hào)解碼后，由驅(qū)動(dòng)電路輸出控制云臺(tái)、變焦鏡頭的電壓信號(hào)。 分控制器將鍵盤(pán)命令轉(zhuǎn)換成串行控制信號(hào)，經(jīng)RS485接口輸出，經(jīng)綜合

34、布線(xiàn)系統(tǒng)送到主控，再由主控制器去控制視頻切換或經(jīng)過(guò)解碼器去控制云臺(tái)和變焦鏡頭。分控需要的視頻信號(hào)由主控制器切換輸出，經(jīng)視頻適配器變?yōu)殡p端信號(hào)后，在綜合布線(xiàn)系統(tǒng)中傳送到分控所在地，再經(jīng)視頻適配器變?yōu)閱味诵盘?hào)后在監(jiān)視器上顯示。第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 這種方式傳送視頻信號(hào)，設(shè)備價(jià)格較低，圖像的清晰度較高(400電視線(xiàn)以上)，圖像質(zhì)量主要由攝像機(jī)和監(jiān)視器的性能決定，傳送控制信號(hào)能實(shí)時(shí)起到作用，便于快速調(diào)整云臺(tái)、變焦鏡頭，能對(duì)移動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤攝像。缺點(diǎn)是每一圖像信號(hào)都需要有一對(duì)雙絞線(xiàn)送到中控室，控制信號(hào)也需要用一對(duì)雙絞線(xiàn)從中控室送到解碼器(距離不遠(yuǎn)的幾個(gè)解碼器可共用一對(duì)線(xiàn))；分

35、控所需的圖像信號(hào)也需一對(duì)雙絞線(xiàn)從中控室送到分控所在地，分控的控制信號(hào)也是從分控所在地經(jīng)雙絞線(xiàn)送到主控制器的。第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 2)視頻適配器 視頻適配器可以是電感耦合型的無(wú)源適配器，如朗訊科技公司的380B型無(wú)源視頻適配器。這種無(wú)源視頻適配器是無(wú)方向性的，即由非平衡信號(hào)轉(zhuǎn)換成平衡信號(hào)或?qū)⑵胶庑盘?hào)轉(zhuǎn)換為非平衡信號(hào)用的是同一種產(chǎn)品，而國(guó)產(chǎn)的視頻適配器大部分是有源適配器，是利用視頻運(yùn)算放大器或視頻放大器來(lái)進(jìn)行“平衡-非平衡”轉(zhuǎn)換的，有將平衡信號(hào)轉(zhuǎn)換為非平衡信號(hào)和將非平衡信號(hào)轉(zhuǎn)換成平衡信號(hào)兩種不同的產(chǎn)品。第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 有源視頻適配器一般選用寬

36、帶、高速、有較大驅(qū)動(dòng)能力的視頻運(yùn)算放大器組成，如AD813、LM6181、LF357等集成運(yùn)放，附加少量電阻、電容就可組成有源視頻適配器。當(dāng)買(mǎi)不到上述運(yùn)放時(shí)，也可用通用寬帶視頻放大器LM733加晶體管驅(qū)動(dòng)電路組成有源視頻適配器。圖312是視頻適配器(從同軸電纜轉(zhuǎn)雙絞線(xiàn))電原理圖。 第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 圖312 視頻適配器(從同軸電纜轉(zhuǎn)雙絞線(xiàn))電原理圖1 75757575 LM72316 k16 k12 k100 100 12 k51141078100 68 k150 k10 k150正輸出接雙絞線(xiàn)接雙絞線(xiàn)10 k150負(fù)輸出150 k68 k100 E同軸電纜視頻輸入

37、第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 電纜芯線(xiàn)送來(lái)的視頻信號(hào)通過(guò)分壓電位器接放大器的正輸入端，屏蔽線(xiàn)接放大器的負(fù)輸入端，LM733的G1A、G1B、G2A、G2B端不接時(shí)，電壓增益為10，調(diào)整輸入電位器使適配器輸出幅度合適，放大器的正、負(fù)輸出分別經(jīng)兩級(jí)射極輸出器進(jìn)行電流放大后驅(qū)動(dòng)低阻雙絞線(xiàn)。第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 圖313是視頻適配器(從雙絞線(xiàn)轉(zhuǎn)同軸電纜)電原理圖。雙絞線(xiàn)送來(lái)的正極性視頻信號(hào)通過(guò)分壓電位器接放大器的正輸入端，負(fù)極性視頻信號(hào)接放大器的負(fù)輸入端，LM733的G1A、G1B、G2A、G2B端不接時(shí)，電壓增益為10，調(diào)整輸入電位器使適配器輸出幅度合適，放大

38、器的正輸出經(jīng)兩級(jí)射極輸出器進(jìn)行電流放大后驅(qū)動(dòng)75同軸電纜。第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 圖313 視頻適配器(從雙絞線(xiàn)轉(zhuǎn)同軸電纜)電原理圖 LM733接 雙 絞 線(xiàn)正 極 性 信 號(hào)接 雙 絞 線(xiàn)負(fù) 極 性 信 號(hào)7575100 100 16 k16 k12 k12 k10141587100 0.01150 k68 k10 k150 E輸 出接 同 軸 電 纜第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 2.視頻信號(hào)以數(shù)字信號(hào)形式傳送 視頻信號(hào)以數(shù)字信號(hào)形式傳送時(shí)，攝像機(jī)的視頻信號(hào)首先送到計(jì)算機(jī)的采集壓縮卡先轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；然后，利用視頻信號(hào)的行間相關(guān)性和幀間相關(guān)性進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮

39、；壓縮數(shù)據(jù)打包后，通過(guò)網(wǎng)卡在網(wǎng)上組播(對(duì)一組指定的計(jì)算機(jī)廣播)。網(wǎng)上任一臺(tái)計(jì)算機(jī)只要被授權(quán)且有接收、解壓縮軟件均可在CRT上顯示圖像?？刂菩盘?hào)也在網(wǎng)上傳送，網(wǎng)上的任意一臺(tái)計(jì)算機(jī)只要具備相應(yīng)的控制軟件，都可以接收本機(jī)鍵盤(pán)、鼠標(biāo)的控制命令，形成控制數(shù)據(jù)包后，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)送到某臺(tái)指定的計(jì)算機(jī)。 第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 這臺(tái)計(jì)算機(jī)接收到控制數(shù)據(jù)包后，在其RS232接口上輸出串行控制信號(hào)，經(jīng)RS232485轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成平衡信號(hào)后，再經(jīng)綜合布線(xiàn)系統(tǒng)送到各個(gè)解碼器，由控制數(shù)據(jù)包指定的解碼器接收到控制信號(hào)后，由其驅(qū)動(dòng)電路輸出電壓信號(hào)去控制云臺(tái)和變焦鏡頭的電機(jī)。 視頻信號(hào)以數(shù)字信號(hào)形式傳送最重要

40、的優(yōu)點(diǎn)是有靈活性和可移動(dòng)性，可從計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的任意信息點(diǎn)上獲取壓縮的數(shù)字化的電視信號(hào)，數(shù)據(jù)包經(jīng)計(jì)算機(jī)解壓縮后在計(jì)算機(jī)的CRT上顯示，也可調(diào)整攝像機(jī)的云臺(tái)和變焦鏡頭。第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 視頻信號(hào)以數(shù)字信號(hào)形式傳送的缺點(diǎn)是： (1) 圖像質(zhì)量和清晰度由視頻采集壓縮卡決定。 目前一般的采集壓縮卡是CIF格式，即352288點(diǎn)陣，水平清晰度最高能達(dá)280電視線(xiàn)。即使攝像機(jī)的清晰度高于280電視線(xiàn)，經(jīng)采集壓縮后圖像信號(hào)的清晰度也下降為280電視線(xiàn)。若需要更高的清晰度，必須采用高分辨率的采集壓縮卡。高分辨率的采集壓縮卡價(jià)格較高。第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 (2)傳

41、送延遲時(shí)間長(zhǎng)。 圖像信號(hào)經(jīng)采集、壓縮、打包、傳輸、拆包和解壓縮處理后才能在CRT上顯示，整個(gè)過(guò)程需要一定的時(shí)間，一般的計(jì)算機(jī)要延遲12秒鐘。如果只是觀(guān)察圖像，感覺(jué)不到這種延遲；值得注意的是，由于這種延遲不能對(duì)移動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，因?yàn)檎{(diào)整云臺(tái)、變焦鏡頭后，調(diào)整的效果要經(jīng)過(guò)12秒鐘后才能看到，這樣，云臺(tái)、變焦鏡頭只能作粗調(diào)，無(wú)法進(jìn)行精細(xì)調(diào)整。 第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 目前的產(chǎn)品都聲稱(chēng)能進(jìn)行PTZ控制，即云臺(tái)水平掃描、俯仰和鏡頭變倍三種控制，還勉強(qiáng)可用，光圈和聚焦則不易調(diào)節(jié)，應(yīng)采用自動(dòng)光圈、自動(dòng)聚焦鏡頭。這一缺點(diǎn)應(yīng)該引起足夠重視。第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送

42、(3) 容易產(chǎn)生數(shù)據(jù)擁塞。 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中傳送的視頻信號(hào)路數(shù)較多時(shí)，容易產(chǎn)生數(shù)據(jù)擁塞，使延遲時(shí)間變長(zhǎng)。視頻信號(hào)以數(shù)字信號(hào)形式傳送目前雖然有許多不足之處，但隨著計(jì)算機(jī)速度的加快，千兆網(wǎng)的普及，視頻信號(hào)以數(shù)字信號(hào)形式傳送將成為主流。目前市售的硬盤(pán)錄像機(jī)，采用1GHz的P4CPU，在傳輸速率可達(dá)100Mb/s的網(wǎng)上組播，網(wǎng)上同類(lèi)的PC機(jī)能接收210路CIF格式的準(zhǔn)實(shí)時(shí)圖像或錄像。第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 3.3 光纜視頻傳送光纜視頻傳送 光通信是人類(lèi)最古老的通信方式之一，一直采用大氣作為傳輸介質(zhì)，通信距離、通信容量受到了很大的限制。光導(dǎo)纖維(簡(jiǎn)稱(chēng)為光纖)的出現(xiàn)，使光通信展現(xiàn)了良好的前景

43、。它具有傳輸損耗低，通帶寬，抗干擾性強(qiáng)的特點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)大容量通信的理想介質(zhì)。電視信號(hào)具有很寬的頻帶，長(zhǎng)距離傳輸是一個(gè)很困難的問(wèn)題，因此，光纖傳輸成為電視信號(hào)傳輸?shù)闹匾绞健５诘? 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 3.3.1 光纖傳輸原理 1.光纖傳輸?shù)奶攸c(diǎn) 1) 傳輸損耗低 光纖作為光信號(hào)的傳輸介質(zhì)具有低損耗的特點(diǎn)，非常適合于長(zhǎng)距離傳輸。一般以每公里幾分貝來(lái)衡量光纖的損耗，將來(lái)會(huì)降至每百公里幾分貝，這是電纜傳輸所無(wú)法比擬的。 第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 2) 傳輸頻帶寬 光纖一般都具有幾百M(fèi)b/s以上的傳輸帶寬，非常適合于傳輸速率高于2Mb/s的寬帶業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)大容量通信，

44、包括可視電話(huà)、高分辨率傳真和高分辨率電視等。光纖傳輸視頻信號(hào)能夠保證長(zhǎng)距離傳輸具有很高的信噪比，可省去電纜傳輸所需的高頻補(bǔ)償。光纖的寬帶特性不僅適于基帶信號(hào)視頻信號(hào)的傳輸，還可以實(shí)現(xiàn)頻分復(fù)用多路(FDM)方式傳輸，可以將多路視頻信號(hào)調(diào)制于不同的載頻，然后形成一路寬帶(FDM)載波信號(hào)，在一根光纖中傳輸。第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 3)抗干擾性強(qiáng) 光纖傳輸無(wú)電磁輻射，無(wú)信號(hào)泄漏。光纖傳輸中的載波為光波，是頻率極高的電磁波，遠(yuǎn)高于電波通信所使用的頻率。它不受干擾，尤其是不受強(qiáng)電干擾。光波是在光纜之內(nèi)傳輸?shù)?，無(wú)輻射，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，傳送信號(hào)無(wú)泄漏，保密性強(qiáng)。第第3 3章章 圖像信號(hào)的

45、傳送圖像信號(hào)的傳送 4)成本低 由于生產(chǎn)技術(shù)和制造工藝的提高，光纖傳輸成本(包括光器件、光纜等)下降得很快。光纖生產(chǎn)的主要材料是地球上蘊(yùn)藏最豐富的石英砂，在當(dāng)今金屬(如生產(chǎn)電纜所用的銅)資源缺乏的情況下，其意義就更加重大了。目前，按單芯計(jì)算光纜的價(jià)格與電纜基本相同。從發(fā)展趨勢(shì)上看，光纜的價(jià)格會(huì)大大低于電纜。第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 5)機(jī)械性能好 有人認(rèn)為光纖機(jī)械性能差，易于折斷，線(xiàn)路敷設(shè)工序復(fù)雜，不如電纜方便。這是一種誤解?，F(xiàn)在光纜在機(jī)械強(qiáng)度(抗拉強(qiáng)度、抗側(cè)壓強(qiáng)度)上均不低于電纜，在施工過(guò)程中造成光纖損傷的可能性很小。光纜的重量輕，直徑小，便于運(yùn)輸，便于施工。近年來(lái)，高質(zhì)

46、量的光纖熔接機(jī)、光纖性能測(cè)試設(shè)備和接頭防護(hù)裝置不斷出現(xiàn)，使得光纖傳輸系統(tǒng)的建立更加方便。 此外，光纖傳輸還有信號(hào)失真小，系統(tǒng)功耗低，耐高溫，以及沒(méi)有接地和短路問(wèn)題等優(yōu)點(diǎn)。同電纜相比，在性能上，價(jià)格上均具有明顯的優(yōu)勢(shì)。第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 2. 光纖與光纜 光纖是光波傳輸?shù)慕橘|(zhì)，是由介質(zhì)材料構(gòu)成的圓柱體，它分為芯子和包層兩部分，光沿芯子傳播。在實(shí)際工程應(yīng)用中，光纖是指由預(yù)制棒拉制出纖絲經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單被復(fù)后的纖芯。纖芯再經(jīng)過(guò)被復(fù)，加強(qiáng)和防護(hù)成為各種工程應(yīng)用的光纜。光纖是光通信技術(shù)中的一個(gè)技術(shù)名詞，而光纜是實(shí)際光通信系統(tǒng)中的器材。第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 3.光

47、纖傳光的機(jī)理 光波在光纖中的傳播過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的電磁場(chǎng)的邊界值問(wèn)題。但是對(duì)大多數(shù)實(shí)際應(yīng)用來(lái)說(shuō)，用幾何光學(xué)的方法定性分析就足夠了。光纖芯子的直徑要比傳播光的波長(zhǎng)高幾十倍以上，因此這種分析方法是正確的。 第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 在介紹光纖傳光的機(jī)理之前，首先敘述有關(guān)光線(xiàn)在介質(zhì)交界面上的折射和反射現(xiàn)象。如圖314所示，當(dāng)一束光線(xiàn)投射在兩種具有不同折射率的介質(zhì)交界面上時(shí)，就會(huì)發(fā)生折射和反射。 假定兩種介質(zhì)的折射率分別為n1、n2，且n1n2，折射光會(huì)向交界面方向偏轉(zhuǎn)，當(dāng)入射角1增大至c=arcsin(n2/n1)時(shí)，就將沒(méi)有光線(xiàn)進(jìn)入第二種介質(zhì)，形成全反射。所有入射角1c的光線(xiàn)在交

48、界面處都會(huì)形成全反射，c稱(chēng)為臨界角。第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 對(duì)于多層介質(zhì)形成的一系列交界面，若n1n2n3nm，則光線(xiàn)通過(guò)每一個(gè)界面的入射角逐漸加大，直至形成全反射。由于折射率的變化入射光會(huì)受到偏轉(zhuǎn)的作用，而改變傳播方向。把這樣的分析應(yīng)用于光纖，就可以很清楚地理解光纖傳光的機(jī)理了。第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 圖314 光線(xiàn)的折射和反射 入 射 光 線(xiàn)界 面反 射 光 線(xiàn)全 反 射 光 線(xiàn)折 射 光 線(xiàn)321cn1 n2123第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 光纖由芯子、包層和套層組成，套層的作用是保護(hù)光纖，對(duì)光的傳播沒(méi)有什么作用。芯子和包層的

49、折射率不同，其折射率的分布主要有兩種類(lèi)型：折射率連續(xù)分布型(又稱(chēng)梯度分布型)和折射率間斷分布型(又稱(chēng)階躍分布型)。這樣的結(jié)構(gòu)為什么能夠傳光呢?我們結(jié)合圖315予以說(shuō)明。 先以階躍光纖為例，入射光經(jīng)過(guò)光纖端面的折射后進(jìn)入光纖，除了與其軸線(xiàn)一致的光沿直線(xiàn)傳播外，其余的光線(xiàn)將投射到芯子和包層的交界面，出現(xiàn)以下兩種情況： 第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 圖 315入 射 光包 層纖 芯纖 芯包 層入 射 光軸 線(xiàn)軸 線(xiàn)(a)(b)第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 一種是與光纖軸線(xiàn)的夾角為 (相當(dāng)界面的入射角大于等于c，折射率的相對(duì)變化率=(n1-n2)/n1，即n2=n1(1

50、-)的光線(xiàn)，在界面處形成全反射，這些光線(xiàn)與光纖軸線(xiàn)的夾角將保持不變，呈鋸齒狀無(wú)損耗地在光纖芯子內(nèi)向前傳播，這些光(包括直線(xiàn)傳播光)我們稱(chēng)之為傳播光。 另一種是與光纖軸線(xiàn)的夾角 的光線(xiàn)，它們?cè)诮缑嫣幹挥幸徊糠中纬煞瓷洌€有一部分被折射，進(jìn)入包層，最后被套層吸收，反射的光線(xiàn)再次到達(dá)界面時(shí)，又會(huì)有部分損耗掉，因而不能傳播，這就是非傳播光。22第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 必須指出，上面的敘述是在光纖的軸線(xiàn)截面上進(jìn)行的。入射光是光纖的軸面光，而實(shí)際上進(jìn)入光纖的光大部分并不是軸面光，所以還存在著第三種光，即泄漏光。這種光線(xiàn)與光纖軸的夾角 ，它在界面的入射角仍大于全反射的臨界角，形成全反射

51、，而得到傳播。由于交界面不平坦等缺陷，這些光會(huì)逐漸損耗掉，對(duì)于長(zhǎng)距離傳輸是沒(méi)有意義的。2第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 對(duì)于折射率連續(xù)變化的光纖也可以進(jìn)行類(lèi)似的分析。由于芯子折射率離開(kāi)軸線(xiàn)逐漸減小，光線(xiàn)進(jìn)入光纖向芯子與包層的交界面?zhèn)鞑r(shí)，就會(huì)受到一個(gè)向軸心偏轉(zhuǎn)的作用。與軸線(xiàn)夾角小于一定值的光線(xiàn)將不能達(dá)到界面或達(dá)到界面形成全反射，而受束于芯子內(nèi)，呈波浪狀無(wú)損耗地向前傳播，成為傳播光。其余的光由于有一部分在界面處折射進(jìn)入包層，逐漸被吸收掉，而不能傳播。第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 圖316 光纖的折射率分布和典型參數(shù) (a)梯形分布型；(b)階躍分布型n1n1(1)a

52、 25 mb 62.5 m0.012a2b2b2aa 5 mb 50 m0.02n1n1(1)(a)(b)第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 4.光纖的分類(lèi) 可以從不同的角度(如材料，制造方法，折射率分布及傳播光的模數(shù))對(duì)光纖進(jìn)行分類(lèi)。表33給出了幾種主要的分類(lèi)情況。這里對(duì)多模和單模光纖說(shuō)明一下。先簡(jiǎn)單地介紹一下模的概念。我們可以把一條光線(xiàn)理解為一個(gè)模，或者是不同模表示不同角度的入射光。如我們?cè)谇懊嬷v得一樣，根據(jù)幾何光學(xué)(光的射線(xiàn)理論)只要與光纖軸線(xiàn)夾角 的光線(xiàn)都可以傳播。而光的波動(dòng)理論認(rèn)為，光纖只能允許有限的離散數(shù)目的光(或者模)傳播，實(shí)驗(yàn)也證明了這一點(diǎn)。 2第第3 3章章 圖像信

53、號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 光纖中可以傳播模的數(shù)量是芯子的橫截面積和芯子中心與包層間折射率差的函數(shù)，二者成正比例關(guān)系。當(dāng)光纖芯子的直徑減小到一定值時(shí)，光纖就只允許一個(gè)模的光傳播了，即成為單模光纖。顯然單模光纖只傳播軸線(xiàn)光，因此不存在模色散，具有很大的信息載送容量。多模光纖一般可以有幾百個(gè)低損耗的傳播模，易與光源和探測(cè)器耦合。第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 表33 光纖的分類(lèi) 第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 5.光纖的特性 光纖的特性包括傳輸特性、幾何參數(shù)和折射率差等。傳輸特性主要是傳輸損耗和帶寬。 1) 數(shù)值孔徑NA 光纖的數(shù)值孔徑NA是光纖的一個(gè)重要參數(shù)。它表示一根光

54、纖收集光線(xiàn)本領(lǐng)的大小，即表示光纖易不易激發(fā)，以及光纖與光源和別的光纖耦合的難易程度。光纖的數(shù)值孔徑越大，其集光能力越強(qiáng)，因而也越容易與其他的光源或光纖耦合。 第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 數(shù)值孔徑同時(shí)還對(duì)連接損耗、微彎損耗、衰減溫度特性和傳輸帶寬等都有影響。數(shù)值孔徑過(guò)大時(shí)，會(huì)給制造及傳輸損耗帶來(lái)不利影響，因而光纖的數(shù)值孔徑應(yīng)取折衷值。據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，多模梯度光纖的數(shù)值孔徑以在0.20左右為宜，單模光纖沒(méi)有規(guī)定值，但經(jīng)計(jì)算可得出其數(shù)值孔徑約為0.11左右，因此單模光纖比多模光纖的耦合效率要小許多。第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 數(shù)值孔徑NA也表示光纖芯子與包層之間折射率

55、的差。n1為纖芯折射率，n2為包層折射率，且n1n2。折射率的相對(duì)變化率為121nnn(34) 從圖317可以看到，max為入射光與光纖軸線(xiàn)的最大外夾角,超過(guò)此角的入射光會(huì)在包層界面發(fā)生折射。能在光纖中傳播的光的最大入射角應(yīng)滿(mǎn)足如下關(guān)系：第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 圖 317包層纖芯n2n1cmax第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 式中,n為光纖外部介質(zhì)的折射率，對(duì)于空氣為1，因n1n2=n，則有max1121/2122 1/212sinsincos(1sin)()cccnnnnnn (35) sin2maxNAnn(36)第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的

56、傳送 2) 傳輸損耗 傳輸損耗是光纖的一項(xiàng)重要光學(xué)特性。引起光纖損耗的原因有材料吸收、散射損耗和結(jié)構(gòu)缺陷等。材料吸收是指光在光纖中傳播時(shí)，其功率以熱的形式消耗的過(guò)程。材料不純是產(chǎn)生材料吸收的一個(gè)主要原因。散射損耗是由于光纖的幾何參數(shù)或折射率分布的不均勻性造成的，因?yàn)檫@個(gè)不均勻性會(huì)引起一個(gè)傳播模的光功率部分轉(zhuǎn)移到另一個(gè)模上去，這就是散射。如果轉(zhuǎn)移模為非傳播模，就產(chǎn)生了散射損耗。光纖結(jié)構(gòu)的缺陷也是產(chǎn)生損耗的一個(gè)原因，如芯子包層界面不光滑、氣泡、應(yīng)力、直徑的變化和軸線(xiàn)的彎曲等，都會(huì)引起損耗。第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 3)傳輸帶寬 傳輸帶寬表示光纖的傳輸速率，主要是受到光纖色散的限

57、制。色散將導(dǎo)致脈沖展寬，這是理解其限制光纖傳輸速率最直觀(guān)的方法。 光纖色散主要有材料色散、波導(dǎo)色散和模色散。在1.3m波長(zhǎng)處石英光纖的波導(dǎo)色散與材料色散互相抵消，因此，在理論上可以制造出1.3m零色散單模光纖如能將石英光纖的零色散點(diǎn)從1.3m移到它最低損耗波長(zhǎng)1.55m處，就可制造出色散位移(DS)單模光纖。若能使在長(zhǎng)波長(zhǎng)的寬范圍內(nèi)色散都很低、即為色散平坦光纖。這些光纖將為大容量、高速率通信提供更好的介質(zhì)。第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 人們常用帶寬距離乘積(fkm)來(lái)計(jì)量光纖的傳輸帶寬。而對(duì)單模光纖則常用色散值來(lái)表示其傳輸特性。 光通信系統(tǒng)的實(shí)際傳輸帶寬為0BBL(37) 式中

58、，B0為一公里的傳輸帶寬，L為距離，在大多數(shù)應(yīng)用中取=1。第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 6.光纜 光纖傳輸要得到實(shí)際應(yīng)用，必須能適應(yīng)各種工程施工的要求和各種自然環(huán)境條件，因此，要對(duì)光纖進(jìn)行加強(qiáng)、防護(hù)，使之成為具有實(shí)用價(jià)值的傳輸介質(zhì)光纜。由光纖到光纜是光纖傳輸從實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程。光纜制造技術(shù)的發(fā)展對(duì)光纖通信的推廣應(yīng)用起很大作用。 為了保證光纖具有良好和穩(wěn)定的傳輸特性，光纜設(shè)計(jì)要考慮以下幾方面：第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 (1) 避免產(chǎn)生纖芯的微彎損耗。 (2) 避免纖芯的表面受到損傷。 (3) 保證光纜有足夠的機(jī)械強(qiáng)度、良好的密封性和防潮性能。 (4)

59、多芯光纜要便于識(shí)別每根纖芯。 (5) 合理的重量、體積和纖芯空間分布。 所有這些設(shè)計(jì)考慮主要是為了避免纖芯不受到任何附加應(yīng)力和損傷，提高可靠性，同時(shí)使光纜具有適應(yīng)工程施工所要求的機(jī)械強(qiáng)度，便于現(xiàn)場(chǎng)接續(xù)和運(yùn)輸。第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 常用的光纜型式有層絞式和骨架式兩種。 所謂層絞式光纜是以一根纖維加強(qiáng)塑料或鋼絲為中心加強(qiáng)件，外面環(huán)繞一層緩沖層。多根纖芯均勻地分布在緩沖層外(分一層或多層)、螺線(xiàn)狀地環(huán)繞著中心加強(qiáng)件，纖芯層外面又是一層緩沖層，最外層是防水、防護(hù)被復(fù)。 骨架式光纜采用一根含有中心鋼絲的特殊形狀塑料骨架、纖芯平穩(wěn)地放置在骨架周?chē)目涨恢?，纖芯同樣也是螺線(xiàn)狀的環(huán)繞著

60、中心鋼絲。這就避免了在光纜折彎時(shí)，纖芯受到附加的應(yīng)力。其外層是防水、防護(hù)被復(fù)。第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 3.3.2 光源 光纖傳輸信息的載體是光波，因此光源是最重要的器件。光纖傳輸用的光源要求有很好的穩(wěn)定性和足夠的壽命，其波長(zhǎng)應(yīng)與光纖的低損耗區(qū)互相一致，同時(shí)具有很好的調(diào)制性能。體積小，價(jià)格低又易于調(diào)制的固體發(fā)光器件很適合于光纖傳輸。第第3 3章章 圖像信號(hào)的傳送圖像信號(hào)的傳送 1.發(fā)光二極管 發(fā)光二極管,簡(jiǎn)稱(chēng)LED(Light Emitting Diode),發(fā)射波長(zhǎng)為0.80.9m或1.11.6m的發(fā)光二極管是最簡(jiǎn)單的固體光源。它可以提供足夠的輸出功率和中等程度的光譜寬度