Линейные устройства ТВ систем.

[Vladimir]

Обсуждение линейных устройств коррекции видеосигналов в телевизионных системах:

[Vladimir]

При реализации систем телевизионного наблюдения потери в кабельных линиях связи будут всегда. "Без потерь" – это что-то из области вечного двигателя, заявки на который уже давным-давно не принимаются. Но эффективно бороьться с потерями все же можно.
На сайте в ближайшее время будут размещены для обсуждения материалы по линейным устройствам,
разработанным в Великом Новгороде.

[Vladimir]

За последние годы телевизионные системы наблюдения (ТСН) значительно продвинулись в области совершенствования технических средств и, особенно в направлении использования компьютеров, как устройств обработки, накопления и отображения видеоинформации. И все бы было хорошо, если бы при всем этом не забывалось, что ТСН -  это, прежде всего, инструмент для сбора, формирования и передачи видеоинформации с требуемым качеством, а уж потом обработка этой видеоинформации и  ее хранение.
Но, как не странно, существует устоявшееся непонимание того, что же, в конечном счете, определяет разрешающую способность ТСН в целом. Как показывает опыт, инсталляторы, как правило, при проектировании ТСН совершают системные ошибки при построении видеотракта в целом, а также при построении системы электропитания приборов видеотракта. Что касается результирующей разрешающей способности всей ТСН, то на ее значение оказывают влияние параметры всех входящих в систему элементов: ТВ камер, объективов, усилителей, устройств обработки видеосигналов, видеомониторов, устройств видеозаписи, кабельных линий связи. При этом всегда нужно помнить, что общая разрешающая способность будет хуже худшей разрешающей способности входящих в видеосистему элементов.
Для того, чтобы передать сформированный качественно выбранной ТВ камерой видеосигнал без потерь изначального качества на пост охраны, требуется тщательный и  детальный подход к каждому элементу в тракте прохождения видеосигнала.
Все элементы видеотракта имеют характеристики, определяющие их способность работать с видеосигналом заданного качества. Каждый элемент видеотракта при его неправильном выборе, может существенно понизить изначальные характеристики видеосигнала, и на конечном устройстве отображения информации вместо качественной картинки будет получено «нечто», совершенно не устраивающее Заказчика.
Добиться высокого качества видеосигнала на приемной стороне ТСН можно только тщательной проработкой каждого из элементов системы. Все другие методы проектирования и монтажа ТСН неприемлемы и приводят, как правило, к некачественным изображениям на приемных мониторах, несмотря на то, что изначально ТВ камеры имеют высокие качественные параметры.
Понятие «качество видеосигнала» - это не некая абстракция, а вполне количественные параметры, которые поддаются измерениям. Так для видеокамер и мониторов - это разрешающая способность, число передаваемых градаций яркости, линейность, геометрические и нелинейные искажения и пр. Тракт передачи видеосигнала характеризуется шириной полосы частот, которая может быть достаточной или нет для передачи видеосигнала с размерностью (МГц) и неравномерностью амплитудно – частотной характеристики (АЧХ) в этой полосе частот.
Задавшись качеством видеосигнала, представленным количеством телевизионных линий (N ТВЛ), а также шириной полосы частот и неравномерностью АЧХ, можно выбрать элементы видеотракта с учетом их функциональных и технических особенностей.
Порядок выбора элементов видеотракта ТСН.
Выбор элементов видеотракта рекомендуется осуществлять в следующей последовательности:
•          Выбор ТВ камеры с требуемыми параметрами.
•          Выбор канала передачи, пропускающего необходимый частотный спектр видеосигнала, обеспечивающего требуемое качество видеосигнала.
•          Выбор устройств коррекции АЧХ в полосе частот видеосигнала.
•          Выбор устройства обработки и отображения видеосигнала, работающего с качеством не ниже заданного.
Выбор ТВ камеры.
Выбор ТВ камеры является первым ответственным шагом при проектировании видеотракта ТСН. ТВ камера выбирается с учетом требований, которые к ней предъявляются, а также с учетом соотношения ценовых и качественных характеристик.
При этом проектировщик должен знать, что в настоящее время на рынке ТВ камер имеется большое количество фальсифицированных изделий с параметрами, не соответствующими заданным в рекламных проспектах и прайс – листах (значительно завышаются такие параметры, как разрешающая способность, чувствительность, зачастую попадаются ТВ камеры, имеющие плохое срабатывание электронного затвора, плохо работающую схему компенсации встречной засветки и пр.).
Выбор канала передачи видеосигнала.
Канал передачи видеосигнала с позиций качества оценивается шириной спектра пропускаемого сигнала. Существует ориентировочное соотношение, связывающее качество телевизионного сигнала, выраженное в телевизионных линиях с полосой частот, требуемой для передачи этого сигнала. Так для видеосигнала с разрешением 80 ТВЛ необходима полоса частот в 1 МГц. Следовательно, чтобы передать видеосигнал с разрешением 560 ТВЛ, необходима полоса частот в 7 МГц. В настоящее время чаще всего используются два типа каналов передачи  видеосигналов:
•          Радиочастотные (коаксиальные) кабели типа РК75 иди RG.
•          Витую пару  типа ТПП, ТРП, П-274.
Радиоволновые, волоконно – оптические каналы передачи  видеосигналов здесь не рассматриваются.
Радиочастотный кабель 75 Ом имеет полосу частот, которая с лихвой перекрывает спектр телевизионного сигнала, и может использоваться без ограничений в системах телевизионного наблюдения. Единственное, что необходимо учитывать при использовании радиочастотного кабеля в СТН, так это то, что с увеличением длины кабеля потери, которые он вносит в видеосигнал, неравномерно распределены в полосе частот. Наибольшим затуханием подвержены высокочастотные составляющие спектра, а они как раз и определяют проработку мелких деталей в изображении, иными словами определяют разрешающую способность. Для компенсации таких потерь следует применять дополнительные устройства (усилители – корректоры). К недостаткам радиочастотных кабелей можно отнести их слабую экранировку для частот ниже десятков килогерц. Это является одной из причин появления на экране монитора помех от промышленной сети 50Гц. На качество телевизионного сигнала также оказывает влияние отраженные от нагрузки (устройств обработки сигнала или монитора) волны, возникающие при несогласованном включении кабеля в оборудование или неправильное соединение радиочастотных кабелей при их сращивании. Кроме этого отраженные волны могут со временем возникнуть в местах изгиба кабеля, если радиус изгиба в зависимости от диаметра кабеля и температуры меньше требований ГОСТа и ТУ производителя.
При выборе радиочастотного кабеля в качестве канала передачи видеосигнала следует учитывать такой его параметр, как затухание (дБ/км).
Как показывает опыт использования  радиочастотного кабеля в качестве канала передачи видеосигнала, только активные потери (размах сигнала) для такого часто применяемого кабеля, как, например, RG -59 составляет 10% на 100м кабеля.
Витая пара, как и радиочастотный кабель, позволяет пропускать широкий спектр сигнала и имеет волновое сопротивление 100-120 Ом. В связи с тем, что витая пара - это симметричный кабель, его включение в телевизионное оборудование, имеющее несимметричные входы/выходы, требует специальных переходных усилительных устройств как на передающей, так и на приемной стороне ТСН.
По сравнению с несимметричными кабелями, витая пара позволяет передавать более широкополосные сигналы и поэтому широко используется при проектировании ТСН. Каких то ограничений по передаче спектра видеосигнала витая пара не имеет (за исключением компьютерной витой пары).   При работе с витой парой использовать какие либо соединения при ее наращивании нежелательно, так как это ухудшает ее волновые свойства. В отличие от радиочастотного кабеля витая пара хорошо защищена от помех, в том числе от промышленной сети 50 Гц.
Необходимой функцией канала передачи видеосигнала является также наличие гальванической развязки в цепи видеотракта на приемной стороне ТСН. Применение устройств гальванической развязки обеспечивает помехоустойчивость ТСН в целом, а также защиту оконечных дорогостоящих устройств ТСН (видео-регистраторов, компьютеров, многовходовых видеоплат, видеомультиплексоров и др.) от сильноточных, импульсных помех, шаговых напряжений, которые могут возникать в линиях связи.
Выбор устройств коррекции АЧХ в полосе частот видеосигнала.
Затухание, вносимое кабельной линией связи, необходимо компенсировать с помощью специальных усилителей-корректоров. Так как затухание не равномерно в полосе частот видеосигнала, усилители должны иметь амплитудно-частотную характеристику, обратную АЧХ кабеля. Это главное требование к устройствам коррекции видеосигнала.
В зависимости от типа кабеля и его длины меняются вносимые им искажения, которые и должны быть скомпенсированы. Иначе говоря, в комплекте приемник-передатчик ТВ сигнала должны быть заложены переменные элементы, осуществляющие компенсацию частотных искажений для конкретной реализации ТСН.
Для качественной компенсации частотных искажений, корректирующие устройства должны быть как на приемной, так и на передающей стороне. На передающей стороне должны вноситься так называемые предискажения, то есть должны быть заранее подняты те частоты в видеосигнале, которые будут «завалены» в процессе передачи видеосигнала по кабелю. Чем больше длина кабеля, тем больше завал верхних частот, тем больше должны быть предискажения.
При использовании в качестве канала передачи многопарных кабелей может происходить проникновение видеосигналов в соседние каналы, что является следствием неидеальной симметрии схем. Для компенсации подобных паразитных эффектов корректирующие устройства должны иметь регулировки симметрии сигналов. Кроме того, следует помнить, что проникновение видеосигналов из канала в канал будет значительнее, если в одном многопарном кабеле используются витые пары для передачи видеосигналов в противоположных направлениях.
Выбор устройства отображения видеоинформации.
При выборе того или иного типа монитора в качестве устройства отображения видеоинформации необходимо обратить внимание на его разрешающую способность, которая должна быть больше или равна разрешающей способности ТВ камеры.
При выборе в ТСН, использующих черно-белые ТВ камеры,  цветных ЖК-мониторов в качестве устройств отображения видеоинформации, следует обратить особое внимание на то, что они имеют значительно меньшую контрастность изображения по сравнению с мониторами на ЭЛТ (кинескопы).
Низкая степень контрастности ЖК-мониторов приводит к отображению темных оттенков изображения объекта как полностью черных. При этом теряются градации яркости (градации "серого") изображения. Изображение от черно-белых ТВ камер получается вялым, "плоским". Все изображение получается «серым».
Один из простейших признаков оценки качества любого изображения – наличие хорошего, настоящего черного цвета в кадре.

[Vladimir]

Неплохая схема видеоусилителя. Нашел на сайте в Афинах.

[Vladimir]

Схема оптической развязки по видео и аудио от братьев славян.

[Vladimir]

Еще две схемы простых видеоусилителей.

[Vladimir]

Причины искажения видеоизображения и методы борьбы с ними.

Как правило, искажения видеоизображения связаны с местом установки видеооборудования и возникают уже на первом этапе пуско-наладочных работ. Так, на крупных промышленных объектах с протяженными линиями связи избежать искажений изображения, без применения специальных мер, обычно сразу не удаётся. Искажения и помехи возникнут, если при проектировании системы не было уделено должного внимания вопросам электропитания, заземления и экранирования. Существуют некоторые другие причины и условия, при которых искажения возникают с высокой степенью вероятности.
   Самой распространенной причиной помех в системах видео наблюдения являются «блуждающие» токи заземления. Практически в любой видеосистеме образуется как минимум один «паразитный» контур заземления, при котором в цепи видеосигнала начинают протекать токи от различного промышленного оборудования, расположенного на объекте и прилегающей к нему территории. Подобные контуры заземления образуются как между удаленной камерой и приемным оборудованием, так и между несколькими удаленными камерами. В результате сложения промышленных токов с видеосигналом на изображении возникают темные движущиеся тени, искажения, нарушается синхронизация, изменяются геометрические размеры объектов наблюдения. Разница потенциалов между точками заземления видеокамеры и приемного оборудования на объекте может достигать десятков и сотен вольт уже при дистанции между ними в 300–500 метров. Влияние контуров заземления становится еще заметнее с увеличением дистанции передачи изображения и уменьшением уровня видеосигнала. При особенно неудачном заземлении видеооборудования велика вероятность получения электрического удара током при подсоединении или отсоединении разъемов линий связи.
Существует несколько способов устранения «блуждающих» токов по цепям заземления видеооборудования. Во-первых, применяются видеокамеры с изоляцией корпуса и разъемов от заземленного кожуха и кронштейна. Оплетка кабеля и разъем подключения к видеокамере должны быть тоже изолированы от земли. Но при питании камеры в удаленной точке от электросети 220В/50 Гц все равно образуется «паразитный» контур через емкости блока питания камеры и нулевого провода электросети. Поэтому более правильно передавать видеосигнал от камеры через устройства гальванической развязки.   
Существуют помехи, возникающие при отсутствии контуров заземления. Это периодические импульсные помехи, распространяющиеся по нулевому проводу электросети. Как правило, помеха возникает от импульсных источников питания промышленного оборудования. Тактовая частота источников – несколько десятков килогерц. Пути распространения импульсной помехи: емкости между обмотками трансформаторов блоков питания видеооборудования и цепи, связанные с нулевым проводом электросети. За последние годы широкое распространение получили цифровые системы обработки и регистрации видеосигнала на базе бытовых персональных компьютеров. Однако следует отметить, что на объектах в многоканальных системах на базе бытовых РС при длине линий связи уже в несколько десятков метров на изображении образуются помехи с широким спектром, источником которых являются конструкция и характеристики импульсного блока питания компьютера. В этом случае искажения изображения устраняются путём подключения всех видеокамер к компьютеру через устройства гальванической развязки.
Не менее распространённой причиной искажений изображения являются электромагнитные помехи и наводки на линии связи. На промышленных объектах километры кабельных линий связи превращаются в гигантскую широкополосную антенну, принимающую электромагнитные помехи от различных источников, в том числе наводки от соседних кабелей и радиоизлучения. Так же следует учитывать то, что медная или алюминиевая оплетка коаксиального кабеля абсолютно не защищает широкополосный видеосигнал от низкочастотных промышленных наводок и помех. Значительно менее подвержены синфазным помехам симметричные линии передачи видеоизображения на основе экранированной витой пары и специальных приемников и передатчиков видеосигнала. Применение экранированной витой пары позволяет на промышленном объекте получить максимальную дистанцию передачи изображения гораздо больше по сравнению с линией связи на основе коаксиального кабеля.
Помехи от разрядов молнии. Разряды молнии индуцируют на линиях связи и линиях подачи электропитания высоковольтные импульсы напряжения. Разряд молнии характеризуется громадной разницей потенциалов до 10 в 8-степени В, токами до10 в 6-степени А поэтому, при прямом или близком (десятки метров) разряде молнии речь может идти только о выходе электронного оборудования из строя, а не о помехах. Системы молниезащиты, включающие в свой состав молниеотводы и заземления, предназначены для защиты зданий и людей от поражения электрическим током, но не для защиты электронного оборудования и линий связи. О защите от разряда молнии можно говорить только в том случае, если расстояние от места разряда до линии связи видеооборудования составляет хотя бы сотни метров. В случае экранированных сигнальных цепей ЭДС помехи образуется на защитном экране, ток помехи протекает по экрану и не создает в сигнальных цепях приборов видеонаблюдения опасных напряжений. В центральном проводе возникает ЭДС помехи за счёт емкостной связи между экраном и проводом. Экранирование с обязательным заземлением ослабляет помеху в среднем в 100 раз. При воздействии атмосферных разрядов (при ударе молнии в землю на расстоянии 1000 м от линии связи) на линию связи может наводиться опасное напряжение амплитудой свыше 10 кВ. В данном случае экранирование ослабит помеху до 100 В,  а использование приборов гальванической развязки не позволит вывести аппаратуру из строя.
Основными доступными методами борьбы с помехами изображения являются:
экранирование и заземление;
устройства гальванической развязки;
разнесение и ориентация линий связи относительно силовых цепей и   источников помех;
выбор качественной кабельной продукции;
использование симметричных проводных линий связи на основе витой пары.
При проектировании системы видеонаблюдения и выборе ее составных частей рекомендуется чаще обращаться за технической помощью к производителям видеооборудования. Специалисты помогут Вам выбрать из всего многообразия приборы оптимальные для Вашей конкретной задачи. Не забывайте, что качество системы закладывается именно на этапе ее проектирования. В техническом проекте системы видеонаблюдения должно быть предусмотрено дополнительное оборудование, обеспечивающее качество передачи изображения. В противном случае ошибки Вам гарантированы. К сожалению, в обычной практике выбор в пользу того или другого оборудования основывается часто не на технических характеристиках, а только на цене. При выборе оборудования помните: «Скупой платит дважды».

По материалам статей А. Киселькова и Е. Кочеткова (http://www.sinf.ru/).

[Vladimir]

Исходя из опыта построения различных разветвленных ТВ систем с протяженными линиями связи и неоднократно сталкиваясь с множеством различных искажений и помех, вносимых в видеосигнал , особенно при внедрении ТВ систем на промышленных объектах, мы пришли к выводу, что при построении видеотрактов ТВ систем необходимым ( а часто – обязательным) звеном являются устройства , компенсирующие искажения и помехи, возникающие в линии связи при передаче видео сигнала от ТВ камеры до приемных устройств (мультиплексор, квадратор, DVR, монитор).



Ниже приведена полезная информация о влиянии искажений в спектре видеосигналов на разрешающую способность ТВ комплекса в целом.

РАЗРЕШАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ВИДЕОСИСТЕМЫ

Потребителям нередко навязывается мнение, что совсем не обязательно передавать видеосигнал в полном спектре, а качество видеосистемы можно оценивать просто по экрану монитора, удовлетворяясь при этом "приемлемым изображением". Что же принять в качестве критерия "разумной достаточности" на этапе утверждения технического задания, при проектировании видеосистемы и сдаче ее заказчику?
Обычно на первое место ставится согласование параметров основных устройств системы - видеокамеры, устройств обработки видеосигнала и видеомонитора. Какой способ передачи видеосигнала при этом использовать, иногда даже не обсуждается. Под системой в целом понимают перечень основных устройств, забывая об аппаратуре передачи, соединяющую эти устройства воедино. Какими бы хорошими параметрами не обладала видеокамера, для полной их реализации на мониторе, необходим соответствующий канал передачи видеосигнала. Недооценка глубокой проработки этого элемента системы говорит о том, что о видеосигнале многие проектировщики и специалисты по монтажу судят, в худшем случае, по изображению на мониторе, а в лучшем случае по временному представлению сигнала, - осциллограмме. Главное, на что хочется обратить внимание, что при передаче видеосигнала передаются "не просто импульсы", а по сути дела "спектр" со всем многообразием его составляющих, занимающих строго определенный диапазон частот. Задача выбора системы передачи сводится к тому, чтобы предотвратить искажение спектра видеосигнала в процессе передачи.
Любое преобразование информации, а также передача ее по каналу связи всегда сопровождается определенными потерями. В видеосистеме существуют три вида потерь информации: пространственные, градационные и временные.
Временные потери связаны со снижением частоты кадров.
Градационные потери определяются уменьшением числа уровней различимых перепадов яркости (полутонов), на которых основана распознаваемость деталей объектов.
Пространственные потери информации связаны с уменьшением амплитуд отдельных гармонических составляющих, из которых складывается исходное изображение, и зависят от формы переходной характеристики. С ними неразрывно связана разрешающая способность системы. Разрешающая способность является важнейшим параметром видеосистемы, характеризующим ее способность раздельно воспроизводить мелкие детали. От разрешающей способности зависит четкость изображения, являющаяся показателем его качества. Разрешающая способность системы определяется максимальной пространственной частотой, которую обеспечивают все звенья видеосистемы: объектив, ПЗС-матрица, видеотракт ТВ камеры, тракт передачи видеосигналов и кинескоп монитора.
 Вертикальная (поперечная) разрешающаяся способность ограничивается числом горизонтальных строк разложения. Для существующего стандарта при числе строк Z=625, число активных строк Za=575, чему соответствует максимальное вертикальное разрешение, равное 430 твл.    При реальном практическом наблюдении следует ограничиться для вертикального разрешения 400 твл.
В реальных условиях, если известен характер объекта, можно при проектировании системы заранее определить условия обнаружения или опознавания мелких деталей изображения по числу линий. Экспериментально установленное число различимых элементов, приходящихся на вертикальный размер обнаруживаемой детали, следующее:
лицо человека может быть узнано - при 30 различимых элементов.
автомобиль в движении - при 3.
автомобиль в неподвижном состоянии - при 8.
Общие рекомендации:
обнаружение объекта требует примерно 2-3 твл, приходящихся на его минимальный размер;
различение - 8 твл;
опознавание - 12,8 твл.
Таким образом, чем крупнее деталь, тем меньшая разрешающая способность системы требуется для ее обнаружения или опознавания.
Горизонтальная (продольная) разрешающая способность определяется количеством вертикальных линий, которое можно наблюдать на экране монитора. При известном разрешении видеокамеры и монитора, горизонтальное разрешение телевизионной системы зависит от АЧХ устройств передачи видеосигнала. Если задаются определенным, достаточно высоким разрешением видеосистемы, то недостаточно установить видеокамеру и монитор соответствующего разрешения. Нужно подумать и о том, как сохранить высокое разрешение видеокамеры при передаче видеосигнала по линиям связи.
Принимая во внимание формат телевизионного кадра 4:3 (отношение ширины к высоте), и то, что вертикальное разрешение на практике равно 400 твл, а максимальное - 430 твл, определим максимальное число вертикальных линий -горизонтальное разрешение в телевизионных линиях (твл). 430x4/3 = 573 твл.
Горизонтальное разрешение видеосистемы, имеющей в своем составе видеокамеру высокого разрешения 570 твл, может быть ухудшено за счет потерь высокочастотных составляющих спектра видеосигнала, внесенных несовершенной системой передачи. Практически, чтобы увидеть 570 твл на испытательной таблице, необходима полоса пропускания устройства передачи не менее 7МГц. Другое дело, что такое разрешение не всегда требуется.
Далее приведем практические данные для требуемой полосы частот в зависимости от заданного разрешения.
При полосе пропускания системы передачи видеосигнала с максимальной граничной частотой 3 МГц будет обеспечено на выходе около 240 твл.
Устройство передачи с максимальной граничной частотой 4 МГц обеспечит передачу - 320 твл.
Устройство передачи с максимальной граничной частотой 5 МГц обеспечит передачу - 400 твл.
Устройство передачи с максимальной граничной частотой 6 МГц обеспечит передачу - 480 твл.
Устройство передачи с максимальной граничной частотой 7 МГц обеспечит передачу - 570твл.
Известно, что в формировании фронтов и спадов импульсов особую роль играют гармоники высшего порядка, несмотря на то, что их амплитуда оказывается значительно ниже амплитуд первых гармоник. Вот почему в аппаратуре передачи видеосигналов должна обеспечиваться достаточно равномерная амплитудно-частотная характеристика по всему спектру частот от 50 Гц до б МГц для стандартного разрешения и до 7 МГц - для высокого. Неравномерность АЧХ не должна превышать ±1 дБ, чтобы устройство передачи не оказывало заметного влияния на спектр видеосигнала и не снижало его качество.
Для оценки требуемой полосы частот можно использовать следующие практические соотношения:
черно-белое изображение с разрешением 380твл - допустима полоса пропускания до 5 МГц;
цветное изображение с разрешением 380 твл – необходима полоса пропускания до б МГц;
черно-белое изображение с разрешением 480 твл - необходима полоса пропускания до б МГц.
       Для формирования деталей и мелких элементов видеоизображения необходимы все частотные составляющие вплоть до 6МГц, несмотря на то, что их амплитуды малы по сравнению с амплитудами основных гармоник.
ВЫВОДЫ:
-Независимо от выбора способа передачи аналогового видеосигнала необходимо использовать такие устройства передачи, которые обеспечивают требуемую коррекцию частотных искажений, вносимых кабельной линией, в полосе видеосигнала, по меньшей мере, от 50 Гц до 6 МГц.

-При использовании для передачи видеосигнала коаксиального кабеля  необходимо учитывать его характеристику затухания  уже на расстояниях со  100 - 200 метров. Кабель RG-59 B/U имеет на частотах видеосигнала затухание 3,6 дБ/100 м. На трассе в 200 метров видеосигнал на высоких частотах получит затухание 7,2 дБ, что приведет к снижению амплитуд наиболее высокочастотных гармоник видеосигнала, к потере информации о мелких деталях изображения и снижению разрешающей способности. Изображение на экране монитора будет казаться размытым и при просмотре обстановки создастся впечатление, что это следствие плохой фокусировки объектива видеокамеры.

-Максимальное расстояние передачи видеосигнала по коаксиальному кабелю зависит от целевой задачи видео контроля и определяется исходя из допустимого затухания видеосигнала в кабеле. Для обеспечения задач обнаружения допустимое затухание - б дБ. Для обеспечения возможности идентификации требуется более высокое качество, при этом допустимое затухание не должно превышать 3 дБ.

-Скомпенсировать частотные искажения в коаксиальном кабеле можно, используя на приемной стороне видео усилитель-корректор (ВУК).

-При длине кабельной трассы свыше 300-400 метров, экономически более целесообразно использовать аппаратуру передачи видеосигнала по витой паре. Это позволит одновременно решить вопрос как повышения помехозащищенности канала передачи видеосигнала, так и улучшения

-Оценить качество системы передачи видеосигнала на этапе проектирования можно по сквозной амплитудно-частотной характеристике устройства передачи. Сквозная АЧХ с "нулевыми" частотными искажениями (d = ± 0 дБ) является идеальной.

-"Нулевая" сквозная АЧХ свидетельствует о том, что "какой видеосигнал пришел на вход системы передачи, таким он и будет на выходе системы передачи". При этом имеет место точная передача всех частотных составляющих спектра видеосигнала. Идеальное изделие при передаче видеосигнала производит коррекцию искажений на всех частотах ровно настолько, насколько на каждой из этих частот вносит затухание кабель. В зависимости от дальности допустимой является неравномерность AЧХ d = ± l,5...2,0 дБ.

-Чем больший запас по затуханию имеет устройство передачи, тем большее число раз можно организовать ретрансляцию видеосигнала с целью увеличения общей дальности передачи. Это наиболее актуально при построении видеосистем для охраны периметров объектов.

-В вещательном телевидении стандарт PAL ограничивает видеосигнал полосой 5 МГц. Это вынужденная мера частотной совместимости при многопрограммном вещании. В системах замкнутого телевидения для обеспечения высокой разрешающей способности по горизонтали, в пределах 570 твл, для передачи необходимо устройство с полосой пропускания до 7 МГц.

[Vladimir]

В настоящее время в индустрии безопасности отсутствует серьезный метрологический контроль, что приводит к снижению качества продукции, к недооценке достойных товаров и порой порождает бесплодные споры, а это, в свою очередь, ведет к нервным заболеваниям и расслоению общества.

Поэтому следует всячески приветствовать инициативу компаний, которые своими силами пытаются проводить испытания существующего на рынке охранного оборудования. Например, на сайте компании "ЭВС" в разделе "Тест-драйв" публикуются результаты испытаний различных приборов; меня, в частности, заинтересовало оборудование для передачи видеосигналов по кабелю витой пары.

Однако прежде, чем обсуждать результаты испытаний, я бы хотел коротенько рассказать об этих устройствах тем, кто мало знаком с этим оборудованием (и не читал главу "Устройства передачи видеосигналов" в книге "Введение в охранное телевидение").

Чуть-чуть истории вопроса

Если бы лет пятнадцать назад кто-то осмелился сказать, что видеосигналы можно передавать по кабелю витой пары, такого смельчака ученые мужи наверняка "закидали бы шайками". Есть разработанная теория, Россия – вообще родина радиотехники, а тут какая-то витая пара, чуть ли не "полёвка"…

Но за границей, в царстве желтого дьявола, видать, наших учебников не читали, но вовремя смекнули, что кабель витой пары несколько дешевле коаксиального, а с точки зрения помехоустойчивости ненамного хуже оптоволокна. Поэтому и стали разрабатывать для него специальное оборудование.

Как сделать?

Самое простое решение – высокочастотные трансформаторы: на передающей стороне с помощью трансформатора осуществляется переход от несимметричного коаксиального кабеля к симметричному (относительно земли) кабелю витой пары, на приемной стороне еще один трансформатор для обратного перехода, дешево и мило. И питание не требуется. Только вот качество… Ну, если на очень небольшие расстояния, то почему бы и нет?

Борьба за качество

Чтобы витая пара была реальной альтернативой тому же коаксиальному кабелю, необходимо, чтобы при прохождении по кабелю видеосигнал претерпевал минимальные искажения.

Затухание, вносимое кабелем, достаточно просто скомпенсировать с помощью специального усилителя. Но проблема в том, что затухание ведь не равномерно в полосе частот, а стало быть, усилитель должен иметь амплитудно-частотную характеристику (АЧХ), обратную АЧХ кабеля. Вот это и есть главное требование к рассматриваемому оборудованию (переход от несимметричного сигнала к симметричному тривиален).

Решение проблемы

Итак, существует некая система, состоящая из передатчика, отрезка кабеля витой пары и приемника; на входе и выходе ее должен быть стандартный видеосигнал размахом 1 В на нагрузке 75 Ом.

В зависимости от типа кабеля витой пары и его длины меняются вносимые им искажения, которые и должны быть скомпенсированы. Иначе говоря, в комплекте приемник-передатчик должны быть заложены переменные элементы, осуществляющие компенсацию частотных искажений для конкретной реализации видеосистемы.

Чем больше переменных элементов (чем выше порядок фильтра для компенсации искажений), тем точнее можно осуществить подстройку. Однако, чем больше подстроечных радиоэлементов (переменные резисторы, переключатели, перемычки), тем менее технологичной является система. Действительно, надо либо заранее осуществлять настройку под конкретную длину и тип кабеля (как раньше под заказ делала компания "Тахион"), либо прямо на объекте по рации связываться (Вася на передающей стороне, а Коля на приемной, у видеомонитора: "давай еще чуть-чуть!").

(Хорошо бы, если бы кто-то сделал подобное устройство адаптивным к параметрам и длине кабеля витой пары, то есть самонастраиваемым. Скажете "фантастика"? Так ли?)

Подводный камень

И вот тут есть некая проблема, которая не видна невооруженным глазом (в буквальном смысле слова). Дело в том, что для качественной компенсации частотных искажений корректирующие фильтры должны быть как на приемной, так и на передающей стороне. На передающей стороне должны вноситься так называемые предискажения, то есть заранее подниматься те частоты, которые будут завалены в процессе передачи по кабелю.

А как проявляются высокочастотные предискажения во временной области (простите, только для тех, кто это подзабыл)? В виде пиков напряжения на фронтах прямоугольных импульсов.

А что такое резкие переходы от черного к белому на изображении? Это и есть те самые прямоугольные импульсы.

Что мы видим на экране?

Когда эти прямоугольные импульсы имеют хорошие фронты, на изображении видны четкие границы. Когда фронты завалены, появляются "тянучки" на белом (например, вправо от черного прямоугольника). Когда на фронтах существует колебательные процессы (так называемый "звон"), на изображении появляются повторы. Когда на фронтах появляются пики напряжения, на изображении видна "окантовка". Когда завалены низкие частоты (например, недостаточна емкость разделительного конденсатора), черный прямоугольник перестает быть таковым – появляется изменение яркости от черного к серому (велик "срез" вершины прямоугольного импульса).

Говорю об этом так подробно, чтобы стало ясно, что настройка подобных устройств требует определенного навыка, с тем, чтобы по экрану видеомонитора или осциллографа найти оптимальное положение регулировок между "недокомпенсацией" и "перекомпенсацией".

Возвращаясь к высокочастотным предискажениям

Итак, мы хотим получить на экране черные прямоугольники с четкими краями, и для компенсации завала верхних частот на передающей стороне вводим высокочастотные предискажения, которые проявляются в виде пиков на фронтах (как на выходе дифференцирующей цепочки).

Чем больше длина кабеля, тем больше завал верхних частот, тем больше должны быть предискажения, и тем больше будет размах пиков на фронтах импульсов. Вот он где, этот подводный камень – динамический диапазон передатчика должен быть таковым, чтобы эти пики не срезались! Потому-то все качественные системы передачи видеосигналов по кабелю витой имеют питающее напряжение (или встроенный преобразователь питающего напряжения) не менее 20 В (напомним, при выходном видеосигнале всего 1 В)!

Кстати, немаловажной характеристикой устройств является и степень подавления помех по цепи того самого питания.

Полоса пропускания

Позволю здесь процитировать самого себя (опять же из книги "Введение в охранное телевидение"):

Ориентировочное значение необходимой для передачи видеосигнала верхней граничной полосы тракта (МГц) может быть получено делением значения разрешающей способности (ТВЛ) на число 80. Например, если требуется разрешающая способность 420 ТВЛ, то полоса пропускания должна быть: 420 : 80 = 5,25 (МГц).

Для цветных видеосистем обязательным условием является передача спектра видеосигналов вблизи поднесущей цветности PAL (4,43 МГц). Отметим, что абсолютное большинство цветных охранных видеосистем, эксплуатирующихся в России, работает в стандарте PAL. Как правило, ширина полосы пропускания тракта видеосигнала в этих системах составляет около 5 МГц.

Что касается результирующей разрешающей способности всей видеосистемы, то на ее значение оказывают влияние параметры всех входящих в систему элементов: видеокамер, объективов, усилителей, устройств обработки видеосигналов, видеомониторов, устройств видеозаписи, кабелей. При этом общая разрешающая способность будет хуже худшей разрешающей способности входящих в видеосистему элементов. К примеру, если видеокамера, имеющая разрешающую способность 420 ТВЛ, кабелем соединена с видеомонитором, у которого разрешающая способность 800 ТВЛ, то результирующая разрешающая способность может быть, например, 390 ТВЛ или 350 ТВЛ, но никак не будет равна 420 ТВЛ.

К сожалению, в настоящее время отсутствует методика, позволяющая аналитически рассчитать результирующую разрешающую способность видеосистемы по значениям разрешающих способностей входящих в нее элементов.

Для комплекта устройств передачи видеосигнала по витой паре результирующим параметром являются ширина полосы пропускания и неравномерность АЧХ в этой полосе частот. Мне непонятно, как можно для этих устройств писать, например, "420 ТВЛ" – это же не характеристика четырехполюсника! Если следовать подобной логике, то и для видеоусилителей можно было бы писать, например, "380 ТВЛ".

Дополнительные особенности

При использовании многопарных кабелей может проявляться проникновение видеосигналов в соседние каналы, что является следствием неидеальной симметрии схем. Для компенсации подобных недостатков устройства должны содержать регулировки симметрии сигналов. Кроме того, следует иметь ввиду, что проникновение из канала в канал будет значительнее, если в одном многопарном кабеле используются витые пары для передачи видеосигналов в противоположных направлениях – уровни сигналов значительно разнятся.

Необходимой функцией рассматриваемых устройств является также наличие грозозащиты. Полезной является и функция защиты по выходу от короткого замыкания.

Немаловажным является вариант конструктивного исполнения (в виде платы, в корпусе, в многоплатном крейте, в термокожухе).

Ю.М. Гедсберг