Журнал ТЗ № 6 2012 | Передача видео по витой паре: проблемы и решения
  бюро находок  
  Где искать        
наши издания
наши анонсы






2012
№ 6
статьи



Журнал ТЗ № 6 2012



Раздел: Стоп-кадр
Тема: CCTV (системы видеонаблюдения)
Автор: Александр ПОПОВ, компания «ТАХИОН»

Передача видео по витой паре: проблемы и решения

Система передачи является для инсталлятора главным элементом общей системы видеонаблюдения, ибо все остальное, как правило, законченные изделия, которые можно купить (в том числе и в настроенном под конкретные задачи виде), заменить, если не понравилось. Систему передачи каждый раз приходится строить. Аппаратура передачи, конечно, покупается, но система строится – кроме аппаратуры необходимо грамотно выбрать кабель, если речь не идет о радиоканале, или грамотно установить антенны, если средой передачи является эфир, необходимо грамотно кабели проложить, раскроссировать, обеспечить надежные контактные соединения, не забыть проработать вопросы заземления, защиты и т. п. и т. д. И строится система передачи каждый раз новая, несмотря на возможно полную идентичность «строительных материалов».

На сегодняшний день на рынке передача аналогового сигнала по витой паре является наиболее приоритетным способом, если говорить о линиях передачи протяженностью от 200 м до 3–4 км. Можно даже сказать, что внедрение этого способа явилось прорывом на рынке видеосистем. Принципиальное отличие передачи по витой паре от передачи по коаксиальной линии состоит в том, что вместо несимметричной линии сигнал передается по линии симметричной, что позволяет убрать главный камень преткновения – избавиться от наводимых в линии помех: наводимые в каждом из двух проводников симметричной линии помехи взаимно уничтожаются. Несимметричный сигнал с видеокамеры (или иного источника) преобразуется в симметричный и передается по витой паре, а перед аппаратурой обработки и синтеза изображения, предназначенной для работы со стандартным видеосигналом, вновь преобразуется в сигнал несимметричный. При всем при этом при подаче на вход в аппаратуру приема и синтеза изображения этот видеосигнал должен являться таковым, укладываться по своим параметрам в допустимые отклонения, дабы аппаратура его восприняла.
Естественно, проходя по кабелю, сигнал претерпевает затухания. И затухание это будет неравномерным: на высоких частотах больше, на низких – меньше. Речь идет о передаче аналогового сигнала «в чистом виде», в спектре 50 Гц – 6 Мгц. Битва идет за большие дальности передачи без промежуточной усилительной аппаратуры, до которых видеосигнал, будь он передаваем по коаксиальной линии, попросту бы не дожил по причине помех. Будем считать, что за счет витой пары от одной проблемы – помехи избавились. Теперь нашей главной головной болью становится проблема компенсации затуханий, чтобы на приемном конце сигнал максимально восстановить. Речь идет уже о километровых дальностях, о передаче не по специальным телевизионным кабелям, а по кабелю витая пара, который изначально производители кабельной продукции «и в мыслях не держали» в качестве среды для передачи видеосигнала. В этих условиях разница затуханий на низких и высоких частотах составляет уже не единицы, а десятки децибел, которые и придется компенсировать.
Конечно, ни о какой передаче без потерь говорить нельзя. Можно говорить о том, в какой мере нам удалось полученный на приемном конце сигнал приблизить к исходному. При этом заметим, что характеристики исходного сигнала систему передачи «не волнуют».
Бессмысленно говорить о дальности передачи вообще, а только применительно к обеспечению конкретных параметров. И в данном случае мы говорим не о передаче «картинки» в некоем для кого-то приемлемом (а для кого-то, может быть, и нет) качестве. Мы говорим о передаче сигнала, характеризуемого рядом конкретных ключевых параметров, которые нам необходимо сохранить в процессе передачи.
Поскольку разные типы кабелей имеют разные амплитудно-частотные характеристики, которые при километровых дальностях отличаются между собой очень и очень существенно, сам тип кабеля для всей системы передачи является очень и очень важным параметром, который непременно должен быть отражен касательно характеристики дальности передачи. Если тип кабеля не оговаривается, вас обманывают. Те параметры, какие могут быть достигнуты на определенной дальности для одного типа кабеля, могут быть в принципе недостижимы для другого типа.
Наиболее подходящим для передачи видеосигнала по витой паре кабелем из имеющихся на рынке является кабель ТППэп. При тех же параметрах принятого сигнала (потерях и искажениях) предельные дальности передачи для кабеля ТППэп приблизительно в 2 раза (!) превышают предельные дальности для кабелей типа FTP, UTP, П-274. Это логически вытекает из анализа АЧХ этих кабелей.


Сравнительные АЧХ кабелей ТПП и FTP

Для компенсации этих неравномерных затуханий в кабеле в линии передачи необходимо иметь дифференциальный усилитель, усиливающий сигнал «симметрично» АЧХ кабеля, при этом разница коэффициентов усилений на низких и высоких частотах достигает нескольких десятков децибел для больших дальностей. В идеале суммарная АЧХ должна быть «в нулях». Но в реальности этого добиться не удастся. Прежде всего по причине разброса параметров входящих в схему коррекции элементов. Естественно, тремя регулировками (высокие, средние, низкие частоты) более-менее прилично скорректировать АЧХ не удастся в принципе. В нормальной аппаратуре точек коррекции не один десяток. А посему плавная настройка подобной аппаратуры несколькими потенциометрами представляется хотя и теоретически возможной при условии наличия всей необходимой измерительной аппаратуры, должной квалификации специалиста-настройщика и достаточного свободного времени (у нас на подобную настройку одного импортного экземпляра ушло около 8 часов), но практически нереальной в условиях объекта силами инсталлятора. Оптимальной следует считать дискретную настройку путем установки дискретных переключателей в положения, соответствующие дальности линии с определенным шагом, в пределах которого будут соблюдены заявленные параметры (могут изменяться, но величина таких изменений не превысит предельно допустимые отклонения, заявленные в паспорте изделия).
В результате отклонения фактического коэффициента усиления на какой-либо частоте от коэффициента затухания кабеля на этой же частоте суммарная АЧХ в этой точке будет отлична от нуля, соответственно, на этой частоте уровень сигнала может быть как больше, так и меньше исходного на величину такого отклонения. Таким образом, вся результирующая АЧХ (зависимость коэффициента передачи от частоты) будет не строго в нулях, а иметь некую колебательную относительно нуля коэффициента передачи кривую. Максимальное отклонение коэффициента передачи от нуля, называемое максимальной неравномерностью АЧХ, является одним из ключевых параметров аппаратуры передачи по витой паре. Не имея этой характеристики, какой-либо разговор относительно «качественности» или «некачественности» аппаратуры теряет всякий смысл.
Да простят нас постоянные читатели журнала, которые, наверное, уже устали от «неравномерности АЧХ», но, поверьте, есть на рынке не то что пользователи, а поставщики аппаратуры передачи по витой паре, которые по сей день вообще не имеют представления об этой характеристике. Нам уже и самим надоело, да что делать.
Очень полезно, чтобы аппаратура имела возможность общей регулировки усиления для приведения, например, нескольких сигналов к одному уровню; можно увеличить размах изначально ущербного по амплитуде сигнала (например, сигнал с амплитудой менее 0,7 В аппаратура обработки «имеет право» забраковать.)
И, как показал опыт, схема аппаратуры обязательно должна обеспечивать балансировку линии (автоматическую или ручной регулировкой), ибо любая несимметричность на больших дальностях неминуемо даст помеху, а несимметричность хоть и не часто, но имеет место быть в парах конкретных кабелей.
Поскольку затухание на километровых дальностях очень значительное (для кабеля ТППэп на 6 МГц при длине линии 2 км затухание составляет около 80 дБ), логично сигнал усилить до подачи в линию, иначе не из чего будет потом «вытягивать». Настройку аппаратуры под длину линии логично максимально свести к приемной аппаратуре, чтобы осуществлять настройку в одном посту приема, а не бегать по всему объекту. Посему, как правило, сигнал изначально дифференциально усиливается на передающем конце, а на приемном доводится до ума, т. е. в соответствии с конкретной длиной кабеля.
Уровень сигнала на выходе передающей аппаратуры тоже является оценочной характеристикой – чем он больше, тем больше соотношение сигнал/шум, что позволяет аппаратуре справляться с большим уровнем помех. Например, в нашей практике встретился случай передачи видеосигнала по витой паре кабеля, который проходил в одной трубе с силовым кабелем под напряжением 10 киловольт при длине линии в 700 м. Победили!
Передаем не «картинку», не изображение, а сигнал, который занимает спектр частот от 50 Гц до 6 МГц. Если мы «обрежем» высокие частоты и передадим, скажем, спектр с верхней границей 5 МГц, то картинку на экране увидим, но не такую же в восприятии, как при 6 Мгц, – разрешение упадет, но, возможно, кому-то этого хватит. Если «упадем» до 4 МГц, то о передаче цветного сигнала можно даже не мечтать, но, возможно, и это кого-то устроит. А вот цены на такие системы будут разниться, и, возможно, очень существенно.
А посему о дальности передачи в нашем случае можем говорить только применительно к конкретному кабелю, к конкретному спектру передаваемого сигнала, к предельным возможным потерям – неравномерности сквозной амплитудно-частотной характеристики.
То есть говорим, например, что данная аппаратура обеспечивает передачу видеосигнала по кабелю ТППэп в спектре 50 Гц – 6 МГц на расстояние 2 км с неравномерностью АЧХ не более 1 дБ.
Чтобы перевести дух, проиллюстрируем ситуацию нашей аналогией с оружием. Обязательной характеристикой оружия является поперечник рассеивания при стрельбе тем или иным типом пули на определенных дальностях. То есть независимо от мастерства стрелка при жестко закрепленном оружии пули никогда не будут попадать в одну точку, а в некоторый круг, максимальный диаметр которого и представляет собой поперечник рассеивания на заданной дистанции. Для чего эта характеристика? Чтобы стрелок мог определить минимальный размер цели, которая может быть поражена из этого оружия на этой дальности. Если цель меньше, чем поперечник рассеивания, попадание может носить только случайный характер, даже при идеальном стрелке (такого тоже не бывает: стрелок на уровне чемпиона мира дает постоянство боя около 75%). Вывод: надо брать другое оружие с меньшим поперечником рассеивания на требуемой дальности, а свечки выстрелом из револьвера гасят исключительно в кино.

Будет «картинка» на 2300 м? Конечно, будет, но сквозная АЧХ уже однозначно пошла в минус, чем дальше, тем больше. Плавно начинаем «убивать» видеосигнал, начиная с высоких частот. И на 2500 м «картинка» будет. Даже на 2900 м была. А вот в какой мере она вас устроит, решать вам. Но заявлять, что наша аппаратура передает сигнал на 2900 м только на основании того, что на мониторе что-то есть, согласитесь, некорректно.
Как корректно увеличить дальность? За счет ретрансляции: восстановив сигнал в пределах дальности, соответствующей указанным параметрам, вновь отправить его по витой паре на следующий участок за счет другого комплекта аппаратуры. Придется к точке ретрансляции подводить питание (никуда не денешься). А далее учитывать, что неравномерности АЧХ разных участков имеют право сложиться. Может повести – и они взаимно аннулируются, Но, если хоть в одной точке они сложатся, мы обязаны считать неравномерность сквозной АЧХ, соответствующей этой максимальной. Чем больше участков ретрансляций, тем больше неравномерность. В конце концов видеосигнал перестанет таковым являться. Ну, и конечно, в каждой точке ретрансляции, «размахивая» полезный сигнал, дабы он дошел до следующей точки ретрансляции, «размахаем» и все набранные на первом участке шумы, снизив соотношение сигнал/шум. Поэтому видимые на экране при нескольких ретрансляциях шумы – это не брак аппаратуры, а объективная реальность.
О максимальной дальности передачи при использовании ретрансляций говорить опять-таки можно применительно к параметрам аппаратуры передачи, параметрам линии связи, допустимым потерям в линии передачи. То есть чем передавать, по чему передавать и что вас устроит в результате. Черно-белую «картинку» с разрешением, естественно, далеко не 570 телевизионных линий мы получали при длине линии 8,5 км. Для «боевого» применения считаем рассматривать указанный способ разумно на расстояниях не более 4,5–5 км. А если дальше – ищите иные способы.
И последнее, касательно максимальной дальности передачи по витой паре. Если задаваться величинами – спектр передаваемых частот 50 Гц – 6 МГц, неравномерность АЧХ не более 1 дБ, тип кабеля ТППэп, то в качестве предельной дальности рынок в абсолютном большинстве случаев объявит 2 км (для нашей аппаратуры – 2100 м).
Можно больше? Теоретически, конечно, можно.
Действительно, почему бы не «размахать» сигнал на высоких частотах не до 15–18 вольт, а этак вольт до 60, а по низкой частоте где-нибудь до 15–20. Законный вопрос: почему бы не сделать?
Опять вернусь к нашей оружейной аналогии. Несколько столетий, добиваясь повышения дальности прицельного выстрела, останавливающего момента снаряда (есть такая характеристика, на которой отдельно останавливаться не будем) для гладкоствольного оружия, оружейники всего мира шли единым путем – увеличение длины ствола, увеличение калибра оружия, увеличение порохового заряда. И, в конце концов, для гладкоствольного охотничьего оружия все пришли практически к единым параметрам: максимальный калибр гладкоствольного ружья – 12-й (диаметр канала ствола ~ 18 мм), максимальная длина ствола – 800 мм, максимальный заряд пороха – около 2 г (для оружия типа магнум – около 2,5), максимальный вес снаряда (дроби, картечи) – 35 г.. Еще в первой половине прошлого века выпускались ружья 10-го, 8-го и даже 4-го калибра, вес дроби мог доходить до 100 г, длина ствола – более метра. Но уже ко второй половине прошлого века весь промышленный выпуск таких ружей прекратился, они стали исключительно собственностью музеев и коллекционеров. А мировой рынок остановился на одних и тех же рубежах.
Хотя, если продолжать увеличивать длину ствола, продолжать увеличивать вес заряда, начальная скорость снаряда, а значит, и дальность неминуемо увеличатся. Однако приращение скорости и в зависимости от увеличения длины ствола, и в зависимости от величины заряда носит отнюдь не линейный характер и выработанные веками предельные параметры означают, если можно так выразиться, границы разумного: дальнейшее увеличение гораздо быстрее будет ухудшать другие важные параметры (вес, прикладистость, маневренность, сила отдачи), незначительно увеличивая один-единственный. Да и имеющейся дальности вполне хватает для стоящих перед этим видом оружия задач. А если задачи другие? Правильно! Ищите иные способы повышения дальности. И… человечество придумало оружие нарезное. Но тут же заметим, что оно предназначено для своих собственных задач и заменить оружие гладкоствольное с его задачами не способно.
Возвращаемся к передаче видеосигнала. Ситуация очень схожая. Достаточно просто прикинуть, какой ток в линию выдаст наш гипотетический усилитель с выходным сопротивлением 120 Ом и уровнем сигнала в 60 вольт? И какое падение напряжение в линии с диаметром проводника 0,5 мм (для ТППэп N х10х 0,5, а на рынке гораздо шире представлены кабели с диаметром 0,4 мм) получится при таком уровне сигнала и что у нас в этом случае дойдет до приемного конца? Меж тем стоить такой усилитель будет несравненно дороже имеющегося, а работать будет в основном на себя. И еще наберется немало причин, по которым такую аппаратуру не удастся продать в тех даже минимальных количествах, которые окупят разработку и принесут хоть какую-то прибыль. В общем, на «запредельных» дальностях аппаратура перестает быть рыночной.
А если указанных дальностей действительно не хватает для решения задачи, а задача действительно существует (логически не обоснованных выборов тоже на рынке хватает), то, как и в нашей аналогии, надо выбирать иные средства передачи, невзирая на цены, ибо в ином варианте будет или невозможно в принципе, или еще дороже.
И последнее, о чем всегда надо помнить при передаче видеосигнала по оптоволоконные сети связи. В абсолютном большинстве случаев имеем дело с длинными линиями, которые с точки зрения опасных наведенных напряжений представляют для подобных систем «самое слабое звено», и вопрос выходов аппаратуры из строя по причине отсутствия аппаратуры защиты от опасных наведенных напряжений в линиях, как показывает наш многолетий опыт, только дело времени. Но это уже совсем другая история.




Внимание! Копирование материалов, размещенных на данном сайте допускается только со ссылкой на ресурс http://www.tzmagazine.ru

Рады сообщить нашим читателям, что теперь нашем сайте работает модуль обратной связи. Нам важна ваша оценка наших публикаций! Также вы можете задавать свои вопросы.Наши авторы обязательно ответят на них.
Ждем ваших оценок, вопросов и комментариев!

Комментарии:
александр
07.08.2013

добрый день .почему по витой паре вместе с сигналом приходит напряжение и бьеться током
Добавить комментарий или задать вопрос

Правила комментирования статей

Версия для печати

Средняя оценка этой статьи: 0  (голосов: 0)
Ваша оценка:

назад
|

Axis представляет сетевой радар для точного обнаружения вторжений в контролируемых зонах
Компания Axis дополняет свой обширный портфель продукции сетевыми радарами. Радарные датчики вторжения не реагируют на многие распространенные сигналы, которые приводят к ложным срабатываниям, и легко устанавливаются и интегрируются в существующие системы.



Новинка от компании IDIS: 5Мп IP-видеокамера DC-T3533HRX
Тенденции развития индустрии IP-видеонаблюдения демонстрируют погоню производителей за увеличением разрешающей способности видеокамер. При этом часто оказывается так, что озвучиваемые цифры в 4, 9, 12 и даже 20 мегапикселей оказываются несопоставимыми с физическими размерами сенсоров, используемых в этих камерах. Поэтому подобные разрешения реализуются лишь на уровне соответствующих цифр в настройках камеры и не приводят к какому-либо улучшению изображения.



IBM меняет представление о передаче и хранении видео. Впервые на All-over-IP 2017!
Сравните ваш взгляд на интеллектуальное видеонаблюдение с мнением руководителей корпорации IBM на 10-м форуме All-over-IP 2017.



Реклама
Подписка на новости
Имя
E-mail
Анти-спам код
Copyright © 2008 —2017 «Технологии защиты».