监控工程中选择图象信号传输线的方法

　　典型的电视监控系统主要由前端监视设备、传输设备、后端控制显示设备这三大部分组成，其中后端设备可进一步分为中心控制设备和分控制设备。前、后端设备有多种构成方式，它们之间的联系（也可称作传输系统）可通过电缆、光纤或微波等多种方式来实现。目前，在监控系统中用来传输图象信号的介质主要有同轴电缆、双绞线和光纤，对应的传输设备分别是同轴视频放大器、双绞线视频传输设备和光端机。

　　同轴电缆从用途上分可分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆（即网络同轴电缆和视频同轴电缆）。同轴电缆分50Ω 基带电缆和75Ω宽带电缆两类。基带电缆又分细同轴电缆和粗同轴电缆。基带电缆仅仅用于数字传输，数据率可达10Mbps。同轴电缆由里到外分为四层：中心铜线，塑料绝缘体，网状导电层和电线外皮。电流传导与中心铜线和网状导电层行程的回路。因为中心铜线和网状导电层为同轴关系而得名。同轴电缆传导交流电而非直流电，一就是说每秒钟会有好几次的电流方向发生逆转。如果使用一般电线传输高频率电流，这种电线就会相当于一根向外发射无线电的天线，这种效应损耗了信号的功率，使得接收到的信号强度减小。 　　同轴电缆的设计正是为了解决这个问题。中心电线发射出来的无线电被网状导电层所隔离，网状导电层可以通过接地的方式来控制发射出来的无线电。同轴电缆也存在一个问题，就是如果电缆某一段发生比较大的挤压或者扭曲变形，那么中心电线和网状导电层之间的距离就不是始终如一的，这会造成内部的无线电波会被反射回信号发送源。这种效应减低了可接收的信号功率。为了克服这个问题，中心电线和网状导电层之间被加入一层塑料绝缘体来保证它们之间的距离始终如一。这也造成了这种电缆比较僵直而不容易弯曲的特性。

　　同轴电缆的得名与它的结构相关。同轴电缆也是局域网中常见的传输介质之一。它用来传递信息的一对导体是按照一层圆筒式的外导体套在内导体（一根细芯）外面，两个导体间用绝缘材料互相隔离的结构制选的，外层导体和中心轴芯线的圆心在同一个轴心上，所以叫做同轴电缆，同轴电缆之所以设计成这样，也是为了防止外部电磁波干扰异常信号的传递。

　　一、特点和传输特性分析

　　1、同轴电缆

　　同轴电缆的优点是可以在相对长的无中继器的线路上支持高带宽通信，而其缺点也是显而易见的：一是体积大，细缆的直径就有3/8英寸粗，要占用电缆管道的大量空间；二是不能承受缠结、压力和严重的弯曲，这些都会损坏电缆结构，阻止信号的传输；就是成本高，而所有这些缺点正是双绞线能克服的，因此在现在的局域网环境中，基本已被基于双绞线的以太网物理层规范所取代。

　　在工程实际中，为了延长传输距离，要使用同轴放大器。同轴放大器对视频信号具有一定的放大，并且还能通过均衡调整对不同频率成分分别进行不同大小的补偿，以使接收端输出的视频信号失真尽量小。但是，同轴放大器并不能无限制级联，一般在一个点到点系统中同轴放大器多只能级联2到3个，否则无法保证视频传输质量，并且调整起来也很困难。因此，在监控系统中使用同轴电缆时，为了保证有较好的图象质量，一般将传输距离范围限制在四、五百米左右。

　　另外，同轴电缆在监控系统中传输图象信号还存在着一些缺点：

　　1）同轴电缆本身受气候变化影响大，图象质量受到一定影响；

　　2）同轴电缆较粗，在密集监控应用时布线不太方便；

　　3）同轴电缆一般只能传视频信号，如果系统中需要同时传输控制数据、音频等信号时，则需要另外布线；

　　4）同轴电缆抗干扰能力有限，无法应用于强干扰环境；

　　5）同轴放大器还存在着调整困难的缺点。

　　2、双绞线

　　双绞线（Twisted Pair）是由两条相互绝缘的导线按照一定的规格互相缠绕（一般以顺时针缠绕）在一起而制成的一种通用配线，属于信息通信网络传输介质。双绞线过去主要是用来传输模拟信号的，但现在同样适用于数字信号的传输。双绞线对信号也存在着较大的衰减，视频信号如果直接在双绞线内传输，也会衰减很大，所以视频信号在双绞线上要实现远距离传输，必须进行放大和补偿，双绞线视频传输设备就是完成这种功能。双绞线采用了一对互相绝缘的金属导线互相绞合的方式来抵御一部分外界电磁波干扰，更主要的是降低自身信号的对外干扰。把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起，可以降低信号干扰的程度，每一根导线在传输中辐射的电波会被另一根线上发出的电波抵消。“双绞线”的名字也是由此而来。 所以，监控系统中用双绞线进行传输具有明显的优势：

　　1）传输距离远、传输质量高。由于在双绞线收发器中采用了先进的处理技术，极好地补偿了双绞线对视频信号幅度的衰减以及不同频率间的衰减差，保持了原始图象的亮度和色彩以及实时性，在传输距离达到1km或更远时，图象信号基本无失真。

　　2）布线方便、线缆利用率高。一对普通电话线就可以用来传送视频信号。另外，楼宇大厦内广泛铺设的5类非屏蔽双绞线中任取一对就可以传送一路视频信号，无须另外布线，即使是重新布线，5类缆也比同轴缆容易。此外，一根5类缆内有4对双绞线，如果使用一对线传送视频信号，另外的几对线还可以用来传输音频信号、控制信号、供电电源或其它信号，提高了线缆利用率，同时避免了各种信号单独布线带来的麻烦，减少了工程造价。

　　3）抗干扰能力强。双绞线能有效抑制共模干扰，即使在强干扰环境下，双绞线也能传送极好的图象信号。而且，使用一根缆内的几对双绞线分别传送不同的信号，相互之间不会发生干扰。

　　4）可靠性高、使用方便。利用双绞线传输视频信号，在前端要接入专用发射机，在控制中心要接入专用接收机。这种双绞线传输设备价格便宜，使用起来也很简单，无需知识，也无太多的操作，安装，长期稳定工作。

　　5）价格便宜，取材方便。由于使用的是目前广泛使用的普通5类非屏蔽电缆或普通电话线，购买容易，而且价格也很便宜，给工程应用带来极大的方便。

　　3、光纤

　　光纤是光导纤维的简写，是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。前香港中文大学校长高锟和George A. Hockham首先提出光纤可以用于通讯传输的设想，高锟因此获得2009年诺贝尔物理学奖。

　　光纤和光端机应用在监控领域里主要是为了解决两个问题：一是传输距离，一是环境干扰。双绞线和同轴电缆只能解决短距离、小范围内的监控图象传输问题，如果需要传输数公里甚至上百公里距离的图象信号则需要采用光纤传输方式。另外，对一些超强干扰场所，为了不受环境干扰影响，也要采用光纤传输方式。因为光纤具有传输带宽宽、容量大、不受电磁干扰、受外界环境影响小等诸多优点，一根光纤就可以传送监控系统中需要的所有信号，传输距离可以达到上百公里。

　　不过，使用光纤和光端机需要一定的知识和专用设备，这给工程施工和用户使用带来了一定的困难。另外，对于短距离、小规模的监控系统来说，使用光纤传输也显得不够经济。

　　二、技术性能分析

　　1、同轴电缆在监控系统中，使用75Ω、-5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，会使被传输信号受到衰减。测试表明，频率为5MHz的信号在75Ω、-5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。图象信号是一种高频宽带信号，图象彩色部分位于频率高端，当用同轴电缆传输彩色图象信号时，其亮度和色彩都会受到衰减，特别是随着传输距离增加图象的色彩会变淡甚至失真。

　　2、双绞线在用双绞线作为传输介质时，一般使用普遍使用的5类UTP电缆。其特性阻抗在100Ω左右，分布电容约15pF/m，与同轴电缆不同，信号在双绞线内以平衡方式传输，有了双绞线视频传输设备和双绞线配合使用，就可以保证在1.5Km的距离范围内都能高质量地传输视频信号。在实验室使用专用仪器对双绞线传输图象信号的性能指标进行了测试，结果如下：

　　测试仪器：Tektronix TSG-271 PAL 制信号发生器、Tektronix VN700A视频信号分析仪

　　被测设备：武汉微创光电技术有限公司（027-87462996）WTCS-03 C10双绞线视频传输设备、5类UTP电缆

　　（1）传输距离为300m时

　　指标：DG≤1% ；DP≤1°；SNR≥65dB

　　（2）传输距离为1200m时

　　指标：DG≤2% ；DP≤2°；SNR≥60dB

　　3、光纤

　　光纤是远距离监控图象传输的必然选择，它能提供上百公里的传输距离，并且能提供很好的图象传输质量。在实验室使用专用仪器对武汉微创光电技术有限公司WTOS-02 S4000非压缩数字视频传输设备的性能指标进行了测试，如下：

　　DG≤1% ；DP≤1°；SNR≥70dB

　　三、经济性分析

　　光纤传输是三种传输方式中成本的一种，现在单模光纤的价格一般在每纤每米2元左右，光端机的价格大约为每路图象2000元左右，再加上工程中的辅料比如光纤跳线、光法兰盘以及光纤熔接费用等等，使得光纤监控网络的造价相对较高。光纤传输，即以光线为介质进行传输。光纤，不仅可用来传输模拟信号和数字信号，而且可以满足视频传输的需求。其数据传输率能达几千Mbps。如果在不使用中继器的情况下，传输范围能达到6-8km。

　　同轴电缆在一、二百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他设备，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、-5的同轴电缆市价在1.5元/m，同轴放大器价格在300元/台；5类UTP电缆的价格0.8元/m，双绞线视频传输设备的价格为600元/套，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左右。

　　使用同轴电缆时：

　　1. 5元/m×300m×8=3600元

　　使用双绞线时：

　　由于每四路图象可以共用一根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左右

　　使用同轴电缆时：

　　为保证图象质量，每路图象要加入放大器。 1.5元/m×600m×8+300元/台×8=9600元

　　使用双绞线时：

　　由于每四路图象可以共用一根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象质量。

　　四、工程建议

　　对于传输距离超过2Km的监控网络，应该考虑选用光纤和光端机。如果传输距离达到数公里或者几十公里，就只有使用光纤了。另外，在一些干扰很强的场合，比如受到工业干扰和电磁干扰的地方，为了保证图象质量，也建议使用光纤传输。

　　同轴电缆和双绞线的选用，则需要更多地分析和比较。由于双绞线传输是一种新出现的技术，而同轴电缆的使用已经有很长的历史，所以更需要充分发掘双绞线传输的特点和优势，为工程设计和施工提供方便、节省造价。传输距离在四、五百米至1.5公里左右时，双绞线无疑能发挥极好的性能和价格优势，对于二、三百米以内的监控网络，如果规模很小，使用同轴电缆是合理的，造价也是较低的。但是，实际工程也会有它的特殊性，即使距离很近，如果网络规模很大，比如有上百个的监控点，这时使用同轴电缆布线就会困难，而双绞线则可以使这一难题迎刃而解。再者，如果环境干扰较大，如果使用双绞线则可以有效抗干扰，保证图象传输质量。另外，双绞线的布线方便性和灵活性使得楼宇大厦等一些短距离、密集型的监控网络也逐渐开始用它来代替同轴电缆，并且很好地融合到了综合布线工程中去。