在監(jiān)控系統(tǒng)中,監(jiān)控圖象的傳輸是整個系統(tǒng)的一個至關(guān)重要的環(huán)節(jié),選擇何種介質(zhì)和設(shè)備傳送圖象和其它控制信號將直接關(guān)系到監(jiān)控系統(tǒng)的質(zhì)量和可靠性。目前,在監(jiān)控系統(tǒng)中用來傳輸圖象信號的介質(zhì)主要有同軸電纜、雙絞線和光纖,對應(yīng)的傳輸設(shè)備分別是同軸視頻放大器、雙絞線視頻傳輸設(shè)備和光端機(jī)。
同軸電纜是較早使用,也是使用時間長的傳輸方式。后來,由于遠(yuǎn)距離和大范圍圖象監(jiān)控的需要以及人們對監(jiān)控圖象質(zhì)量的要求提高,監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中開始大量使用光纖來傳輸圖象信號。至于雙絞線被使用到圖象監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中則是近來的事,它的出現(xiàn)主要很好地解決了兩個方面的問題:一方面,它解決了200米至2000米距離范圍內(nèi)高質(zhì)量圖象信號傳輸?shù)膯栴},因?yàn)樵谶@段距離范圍內(nèi)同軸電纜傳輸難以達(dá)到要求而光纖傳輸又顯得不太經(jīng)濟(jì);另一方面,它解決了大規(guī)模密集型監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的布線問題,雙絞線自身的尺寸和柔軟性克服了大量使用同軸電纜時的布線難題。當(dāng)然,雙絞線還具有抗干擾能力強(qiáng)、價格便宜等優(yōu)點(diǎn)。正是由于雙絞線很好地解決了長期困擾著人們的這些問題,所以它在監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用立即引起了業(yè)界廣泛的關(guān)注,在較短的時間內(nèi)已經(jīng)被大量使用到工程實(shí)踐中,并且取得了很好的應(yīng)用成果。
每個監(jiān)控工程都有其自身的特點(diǎn)和特殊性,因此在組建監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)時需要充分考慮這些具體情況,選用為合適的圖象和信號傳輸方式。鑒于同軸電纜、雙絞線和光纖是目前監(jiān)控系統(tǒng)中使用廣的三種傳輸介質(zhì),我們可以從幾個方面對它們作一些分析和比較。
一、 特點(diǎn)和傳輸特性分析
1、 同軸電纜一般在小范圍的監(jiān)控系統(tǒng)中,由于傳輸距離很近,使用同軸電纜直接傳送監(jiān)控圖象對圖象質(zhì)量的損傷不大,能滿足實(shí)際要求。但是,根據(jù)對同軸電纜自身特性的分析,當(dāng)信號在同軸電纜內(nèi)傳輸時其受到的衰減與傳輸距離和信號本身的頻率有關(guān)。一般來講,信號頻率越高,衰減越大。所以,同軸電纜只適合于近距離傳輸圖象信號,當(dāng)傳輸距離達(dá)到200米左右時,圖象質(zhì)量將會明顯下降,特別是色彩變得暗淡,有失真感。
在工程實(shí)際中,為了延長傳輸距離,要使用同軸放大器。同軸放大器對視頻信號具有一定的放大,并且還能通過均衡調(diào)整對不同頻率成分分別進(jìn)行不同大小的補(bǔ)償,以使接收端輸出的視頻信號失真盡量小。但是,同軸放大器并不能制級聯(lián),一般在一個點(diǎn)到點(diǎn)系統(tǒng)中同軸放大器多只能級聯(lián)2到3個,否則無法保證視頻傳輸質(zhì)量,并且調(diào)整起來也很困難。因此,在監(jiān)控系統(tǒng)中使用同軸電纜時,為了保證有較好的圖象質(zhì)量,一般將傳輸距離范圍限制在四、五百米左右。另外,同軸電纜在監(jiān)控系統(tǒng)中傳輸圖象信號還存在著一些缺點(diǎn):
1)、同軸電纜本身受氣候變化影響大,圖象質(zhì)量受到一定影響;
2)、同軸電纜較粗,在密集監(jiān)控應(yīng)用時布線不太方便;
3)、同軸電纜一般只能傳視頻信號,如果系統(tǒng)中需要同時傳輸控制數(shù)據(jù)、音頻等信號時,則需要另外布線;
4)、同軸電纜抗干擾能力有限,無法應(yīng)用于強(qiáng)干擾環(huán)境;
5)、同軸放大器還存在著調(diào)整困難的缺點(diǎn)。
2、 雙絞線雙絞線的使用由來已久,在很多工業(yè)控制系統(tǒng)中和干擾較大的場所以及遠(yuǎn)距離傳輸中都使用了雙絞線,我們今天廣泛使用的局域網(wǎng)也是使用雙絞線對。雙絞線之所以使用如此廣泛,是因?yàn)樗哂锌垢蓴_能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)、布線容易、價格低廉等許多優(yōu)點(diǎn)。
雙絞線對信號也存在著較大的衰減,視頻信號如果直接在雙絞線內(nèi)傳輸,也會衰減很大,所以視頻信號在雙絞線上要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸,必須進(jìn)行放大和補(bǔ)償,雙絞線視頻傳輸設(shè)備就是完成這種功能。加上一對雙絞線視頻收發(fā)設(shè)備后,可以將圖象傳輸?shù)?至2km。雙絞線和雙絞線視頻傳輸設(shè)備價格都很便宜,不但沒有增加系統(tǒng)造價,反而在距離增加時其造價與同軸電纜相比下降了許多。所以,監(jiān)控系統(tǒng)中用雙絞線進(jìn)行傳輸具有明顯的優(yōu)勢:
1)傳輸距離遠(yuǎn)、傳輸質(zhì)量高。由于在雙絞線收發(fā)器中采用了先進(jìn)的處理技術(shù),極好地補(bǔ)償了雙絞線對視頻信號幅度的衰減以及不同頻率間的衰減差,保持了原始圖象的亮度和色彩以及實(shí)時性,在傳輸距離達(dá)到1km或更遠(yuǎn)時,圖象信號基本無失真。如果采用中繼方式,傳輸距離會更遠(yuǎn)。
2)布線方便、線纜利用率高。一對普通電話線就可以用來傳送視頻信號。另外,樓宇大廈內(nèi)廣泛鋪設(shè)的5類非屏蔽雙絞線中任取一對就可以傳送一路視頻信號,無須另外布線,即使是重新布線,5類纜也比同軸纜容易。此外,一根5類纜內(nèi)有4對雙絞線,如果使用一對線傳送視頻信號,另外的幾對線還可以用來傳輸音頻信號、控制信號、供電電源或其它信號,提高了線纜利用率,同時避免了各種信號單獨(dú)布線帶來的麻煩,減少了工程造價。
3)抗干擾能力強(qiáng)。雙絞線能有效抑制共模干擾,即使在強(qiáng)干擾環(huán)境下,雙絞線也能傳送極好的圖象信號。而且,使用一根纜內(nèi)的幾對雙絞線分別傳送不同的信號,相互之間不會發(fā)生干擾。
4)可靠性高、使用方便。利用雙絞線傳輸視頻信號,在前端要接入專用發(fā)射機(jī),在控制中心要接入專用接收機(jī)。這種雙絞線傳輸設(shè)備價格便宜,使用起來也很簡單,無需專業(yè)知識,也無太多的操作,一次安裝,長期穩(wěn)定工作。
5)價格便宜,取材方便。由于使用的是目前廣泛使用的普通5類非屏蔽電纜或普通電話線,購買容易,而且價格也很便宜,給工程應(yīng)用帶來極大的方便。
3、光纖光纖和光端機(jī)應(yīng)用在監(jiān)控領(lǐng)域里主要是為了解決兩個問題:一是傳輸距離,一是環(huán)境干擾。雙絞線和同軸電纜只能解決短距離、小范圍內(nèi)的監(jiān)控圖象傳輸問題,如果需要傳輸數(shù)公里甚至上百公里距離的圖象信號則需要采用光纖傳輸方式。
另外,對一些干擾場所,為了不受環(huán)境干擾影響,也要采用光纖傳輸方式。因?yàn)楣饫w具有傳輸帶寬寬、容量大、不受電磁干擾、受外界環(huán)境影響小等諸多優(yōu)點(diǎn),一根光纖就可以傳送監(jiān)控系統(tǒng)中需要的所有信號,傳輸距離可以達(dá)到上百公里。光端機(jī)為監(jiān)控系統(tǒng)提供了靈活的傳輸和組網(wǎng)方式,信號質(zhì)量好、穩(wěn)定性高。 不過,使用光纖和光端機(jī)需要一定的專業(yè)知識和專用設(shè)備,這給工程施工和用戶使用帶來了一定的困難。另外,對于短距離、小規(guī)模的監(jiān)控系統(tǒng)來說,使用光纖傳輸也顯得不夠經(jīng)濟(jì)。
二、技術(shù)性能分析
1、 同軸電纜在監(jiān)控系統(tǒng)中,使用75Ω、-5的同軸電纜較為常見。一般,這種同軸電纜的分布電容在50-60pF/m左右,再加上電纜的直流電阻,會使被傳輸信號受到衰減。測試表明,頻率為5MHz的信號在75Ω、-5的同軸電纜內(nèi)傳輸100m時,將被衰減5dB左右,信號頻率越高,受到的衰減越大。圖象信號是一種高頻寬帶信號,圖象彩色部分位于頻率,當(dāng)用同軸電纜傳輸彩色圖象信號時,其亮度和色彩都會受到衰減,特別是隨著傳輸距離增加圖象的色彩會變淡甚至失真。在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測試發(fā)現(xiàn),彩色圖象信號在75Ω、-5的同軸電纜內(nèi)傳輸200m左右時,其幅度和色彩已經(jīng)有明顯的衰減。如果要傳輸更遠(yuǎn)距離,只有加入同軸視頻放大器。
2、 雙絞線在用雙絞線作為傳輸介質(zhì)時,一般使用普遍使用的5類UTP電纜。其特性阻抗在100Ω左右,分布電容約15pF/m,與同軸電纜不同,信號在雙絞線內(nèi)以平衡方式傳輸,有了雙絞線視頻傳輸設(shè)備和雙絞線配合使用,就可以保證在1.5Km的距離范圍內(nèi)都能高質(zhì)量地傳輸視頻信號。
在實(shí)驗(yàn)室使用專用儀器對雙絞線傳輸圖象信號的性能指標(biāo)進(jìn)行了測試,結(jié)果如下:測試儀器:Tektronix TSG-271 PAL 制信號發(fā)生器、Tektronix VN700A視頻信號分析儀被測設(shè)備:武漢微創(chuàng)光電技術(shù)有限公司(027-87462996)WTCS-03 C10雙絞線視頻傳輸設(shè)備、5類UTP電纜(1) 傳輸距離為300m時指標(biāo):DG≤1% ;DP≤1°;SNR≥65dB(2) 傳輸距離為1200m時指標(biāo):DG≤2% ;DP≤2°;SNR≥60dB3 3、 光纖是遠(yuǎn)距離監(jiān)控圖象傳輸?shù)谋厝贿x擇,它能提供上百公里的傳輸距離,并且能提供很好的圖象傳輸質(zhì)量。
三、 經(jīng)濟(jì)性分析
光纖傳輸是三種傳輸方式中成本高的一種,現(xiàn)在單模光纖的價格一般在每纖每米2元左右,光端機(jī)的價格大約為每路圖象2000元左右,再加上工程中的輔料比如光纖跳線、光法蘭盤以及光纖熔接費(fèi)用等等,使得光纖監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的造價相對較高。
但是,光纖傳輸具有很多突出的優(yōu)點(diǎn),所以傳輸距離在二、三公里以上的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中、一些環(huán)境干擾強(qiáng)的場所、以及對質(zhì)量和可靠性要求很高的監(jiān)控場所大都還是選用光纖作為傳輸介質(zhì)。
同軸電纜在一、二百米左右距離范圍內(nèi)使用較為廣泛,在這種范圍內(nèi)使用同軸電纜不需要其他設(shè)備,使用簡便,傳輸質(zhì)量也基本能滿足要求。但是,當(dāng)傳輸距離增加時,同軸電纜在性價比上和雙絞線相比就處于劣式。一般,75Ω、-5的同軸電纜市價在1.5元/m,同軸放大器價格在300元/臺;5類UTP電纜的價格0.8元/m,雙絞線視頻傳輸設(shè)備的價格為600元/套,下面就距離為300m和600m兩種情況對同軸電纜和雙絞線的傳輸成本作一些比較。
(1) 假定在某個監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中有8個監(jiān)控點(diǎn),每個監(jiān)控點(diǎn)距控制中心約300m左右。使用同軸電纜時:
1.5元/m×300m×8=3600元使用雙絞線時:
由于每四路圖象可以共用一根5類UTP電纜,所以網(wǎng)絡(luò)中只需2根5類UTP電纜。 0.8元/m×300m×2+600元/套×8=5280元
(2) 假定在某個監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中有8個監(jiān)控點(diǎn),每個監(jiān)控點(diǎn)距控制中心約600m左右使用同軸電纜時:
為保證圖象質(zhì)量,每路圖象要加入一級放大器。 1.5元/m×600m×8+300元/臺×8=9600元使用雙絞線時:
由于每四路圖象可以共用一根5類UTP電纜,所以網(wǎng)絡(luò)中只需2根5類UTP電纜。 0.8元/m×600m×2+600元/套×8=5760元
從以上分析可以看出,隨著傳輸距離增加,越發(fā)顯示出雙絞線傳輸在成本上的優(yōu)勢。如果網(wǎng)絡(luò)中還有控制信號等其它信號傳輸,雙絞線傳輸?shù)某杀緝?yōu)勢會更加明顯。另外,傳輸距離進(jìn)一步加大時,比如達(dá)到1公里左右,則同軸電纜傳輸已經(jīng)難以達(dá)到傳輸質(zhì)量要求了,而雙絞線則可以在傳輸1.5公里左右時仍能保證較好的圖象質(zhì)量。
四、 工程建議
在實(shí)際工程中,選用何種傳輸方式需要結(jié)合工程的具體情況和工程預(yù)算來綜合考慮。 對于傳輸距離超過2Km的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò),應(yīng)該考慮選用光纖和光端機(jī)。如果傳輸距離達(dá)到數(shù)公里或者幾十公里,就只有使用光纖了。另外,在一些干擾很強(qiáng)的場合,比如受到工業(yè)干擾和電磁干擾的地方,為了保證圖象質(zhì)量,也建議使用光纖傳輸。 同軸電纜和雙絞線的選用,則需要更多地分析和比較。由于雙絞線傳輸是一種新出現(xiàn)的技術(shù),而同軸電纜的使用已經(jīng)有很長的歷史,所以更需要充分發(fā)掘雙絞線傳輸?shù)奶攸c(diǎn)和優(yōu)勢,為工程設(shè)計和施工提供方便、節(jié)省造價。
傳輸距離在四、五百米至1.5公里左右時,雙絞線無疑能發(fā)揮極好的性能和價格優(yōu)勢,對于二、三百米以內(nèi)的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò),如果規(guī)模很小,使用同軸電纜是合理的,造價也是較低的。但是,實(shí)際工程也會有它的特殊性,即使距離很近,如果網(wǎng)絡(luò)規(guī)模很大,比如有上百個的監(jiān)控點(diǎn),這時使用同軸電纜布線就會困難,而雙絞線則可以使這一難題迎刃而解。再者,如果環(huán)境干擾較大,如果使用雙絞線則可以有效抗干擾,保證圖象傳輸質(zhì)量。另外,雙絞線的布線方便性和靈活性使得樓宇大廈等一些短距離、密集型的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)也逐漸開始用它來代替同軸電纜,并且很好地融合到了綜合布線工程中去。
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