视频监控工程中的各种干扰及抗干扰措施-

1、视频传输工程中的电磁干扰及抗干扰措施干扰是监控工程中的"常客",也是令人讨厌,令人烦恼的"不速之客".让干扰不再打扰,应该是监控行业朋友们的共同心声和奋斗目标之一. 一,干扰到底是怎样形成的? 1工程中的干扰我们可以概括分成3 类: A源干扰:视频信号源内部,包括电源产生的干扰视频源信号中已经包含干扰; B终端干扰: 终端设备, 包括设备电源产生的干扰它能对输入的无干扰视频信号加入新的干扰; C传输干扰:传输过程中通过传输线缆引入的干扰,主要是电磁波干扰,包括地电位干扰类. 源干扰和终端干扰, 尽管工程中也常遇到, 但都属于设备本身问题, 不属于工程抗干

2、扰范畴. 本文涉及的只是第三类视频传输工程中的电磁干扰. 2实验室研究成果提出了如下观点: 同轴干扰不是从屏蔽层缝隙中漏进去的, 无缝隙的"编网铝箔编网铝箔"四屏蔽电缆,仍有传输干扰,就是最好的实践验证. 同轴干扰基本上是电磁感应电流在电缆屏蔽层纵向"阻抗"上产生的感应电动势, 通过两端匹配负载对视频信号产生干扰信号的;所以才有短电缆,高编电缆干扰小的实践; 非屏蔽双绞线平衡传输原理,使它具有一定的抗共模干扰能力,但它的不平衡结构(电阻误差5%/100 米,线对之间的耦合,高衰减和高失真特性 ,使它的实际抗干扰能力与某些"抗超强干扰"

3、的宣传远不是一回事.屏蔽双绞线的大量应用,就应该有个起码的判断了. 2005 年实验室又提出了"防,避,抗,补"的工程抗干扰"四大基本要领". 二,视频传输工程抗干扰的"防,避,抗,补""四大基本要领" 1"防":对干扰设防,把干扰"拒之门外".常见的有效措施有: 给传输线缆一个屏蔽电磁干扰的环境, 这是最基本, 最有效的防止干扰"入侵"的手段. 将传输线缆穿镀锌铁管,走镀锌铁皮线槽,深埋地下布线等,这对于包括变电站超高压环境下安全传输视频信号都是有效的.

4、不足之处是成本较高,不能架空布线,施工较麻烦; 双绝缘双屏蔽抗干扰同轴电缆是抗干扰技术的一项自有知识产权的新成果,其原理与穿铁管基本相同.外层是干扰屏蔽层,提供内部无干扰的传输环境,内屏蔽层是同轴传输回路的实际信号地,干扰在外屏蔽层上产生感应电动势,通过接"大地"屏蔽干扰,内外屏蔽层绝缘,使干扰感应电动势与视频信号传输回路绝缘,有效防止了干扰的"入侵".优点是布线简单方便,成本低,在不能准确判断是否会有干扰的情况下,基本可以实现"防干扰盲目布线". 在工程设计和施工中,设防首先是应该考虑的. 2"避":避开干扰,另

5、选一条"路",改变源信号传输方式. 属于这一类的技术有:光缆传输(包括模拟调制解调和数字调制解调技术 ,射频,微波,数字变换等各种传输方式都属于"信息调制和变换"方式,或"频分方式",它能有效避开源信号传输中0-6M 频率范围的直接干扰;这种方式抗干扰很有效.目前也有一些不肯介绍原理的产品,如采用编码和向上移动信号频带的方法等,大概也属于这一类产品.采用"避" 的技术,工程中还应考虑两个问题:一是成本和复杂度的提高,二是变换损失失真和信噪比的降低,不要一个矛盾掩盖另一个矛盾. 3"抗":视频信号

6、传输过程中,如果干扰已经"混"进视频信号中,使信噪比(指信号/ 干扰比严重降低,必须采用抗干扰设备抑制干扰信号幅度,提高信噪比.目前主要技术措施有: 传输变压器抑制50/100Hz 低频干扰有一定效果,但局限性较大,通用性较差,应用面还较少; "斩波"技术,原理上是吸收或衰减干扰信号频率分量.问题是难以应付工程中千变万化的干扰频率,对于谐波分量丰富的干扰(如变频电机干扰抑制能力较差,值得注意的是这种办法在吸收干扰的同时,也吸收掉一部分有用信号,造成新的失真; 视频预放大提高"信号/干扰"比(信噪比技术:原理是:线路干扰大小是不会再变的

7、,可以在线路前端,先把摄像机视频信号大幅度提升,从而提高了整个传输过程中的"信号/干扰"比(信噪比 ,在传输末端再恢复视频源信号特性,达到抑制干扰的目的.理论上, 实践上这种抗干扰技术都应该是可行的,有效的.问题是具体技术实现起来有一定难度,市场上有一种这类产品,确实有一定的抗干扰效果.但没考虑线缆传输失真,放大失真问题, 没有真正解决视频信号的有效恢复问题,图像传输质量没有真正解决. 实验室在长期研究加权放大和抗干扰技术的基础上,于2005 年初成功的推出了含有两项专利技术的新产品"加权抗干扰器".它同时具有抑制干扰和视频恢复双重功能,可有效抑制从50

8、Hz 到10MHz 的广谱干扰,加权技术的成功应用,使频率越高抗干扰能力越强, 进一步提高了高频干扰的抑制能力, 并继承了加权视频放大专利技术高质量的视频恢复功能. 4"补":补偿电缆传输和信号变换造成的视频信号传输损失,恢复视频源信号特性.电缆越长,产生干扰的概率越大,干扰幅度也越高.从视频传输角度考虑,在抗干扰的同时,必须考虑信号衰减和失真问题.线缆引起的衰减,失真和抗干扰设备引起的附加衰减和失真, 只有有效的补偿措施才能算真正的,有效的视频传输设备. 三,据实际情况选择适用的抗干扰措施工程上解决干扰的问题也是一个系统工程问题,"防,避,抗,补"四大

9、基本要领是从不同的技术侧面采取的不同措施,掌握了它们的原理,性能和使用方法,在工程中灵活运用, 才能立于不败之地. 视频基带的抗干扰传输技术分析视频信号传输方式,可以分成两大类:第一类为视频基带直接传输方式简称"基带传输",第二类为视频基带变换传输方式简称"变换传输"."基带传输"包括:同轴视频基带传输方式(不平衡传输和双绞线视频基带传输方式(平衡传输 .其特征是传输的信号带宽仍然是视频基带信号06M 的原信号带宽."变换传输"包括:射频(CA TV,一线通, 共缆,视频拓展器等类型 ,微波,光缆,数字及"

10、;复合变换"传输方式(两种以上的组合方式 .其特征是变换后的传输信号带宽变为调制载波的频道带宽.如调幅射频频道带宽为68M,调频微波为1827M 等等. 本文集中探讨"基带传输"方式,也就是常见的同轴与双绞线传输方式.围绕视频抗干扰传输这个现实问题,分析"频率加权"技术的作用,和对产品性能的影响.2000 年加权视频放大专利技术问世, 推动了同轴传输视频恢复技术产品的发展和应用, 加权抗干扰专利技术又进一步推动了抗干扰传输技术产品的发展, 包括同轴抗干扰传输和双绞线抗干扰传输技术与产品的技术进步.这里提出"视频基带的抗干扰传输技术&q

11、uot;的概念,可能更有利于更全面深入的了解"基带传输"技术的应用和产品的性能. (一"频率失真"与"频率加权"技术解释 1.视频信号在同轴和双绞线传输中,最基本的技术问题就是"频率失真".下图照片是实测线缆本身的频率失真特性: 左图: 距离测试信号特性, 0 06M 扫频测试信号; 中图: SYV75-5 电缆1000 米的衰减和频率失真特性;右图为超 5 类双绞线900 米的衰减和频率失真特性; 照片可以更好的给出一个定性形象的印象,准确的测试数据,过去已多次给出,这里从略. 2.线缆"频率失真&qu

12、ot;的特点是:低频衰减最小,频率越高衰减越严重;组成视频信号的各种频率分量之间的相对比例关系:左图扫频测试信号高低频幅度比例为1:1,经过电缆的传输后,发生了重大改变:传输后高低频比例少于1,频率越高比例越少线缆的这种与频率有关的衰减特性, 这就叫"频率失真" 线缆越长, 频率失真越严重, 电缆长度加倍, 衰减的db 数加倍;比较中图和右图,可以明显看出:双绞线固有的频率失真要比同轴电缆大得多,大约430 米超 5 类双绞线和1000 米SYV75-5 电缆的衰减和频率失真相当.应该了解这是国标线缆固有的特性,不是"劣质"电缆,这一点在选择传输线缆类型

13、时,要特别注意,应做到心中有数; 3. 基带传输设备的基本作用是提供一定的放大增益,补偿线缆的传输衰减.显然,要补偿频率失真,传输设备的"补偿特性"应该与电缆的频率失真特性相反,互补,才能实现视频信号特性的真正恢复. 4.补偿特性应该是:传输设备的增益必须具有"频率越高增益越大"的基本特点这就是"频率加权"的基本概念.上面实测的线缆频率失真特性,都是国产合格国标电缆的固有特性,显然,用这类线缆传输视频信号,传输设备应该具有"频率加权"特性,才能实现"全补偿"的视频恢复目的. 5.线缆越长,频率失

14、真越严重,电缆长度加倍,衰减的db 数加倍.工程中电缆长度是随机的,这就要求传输设备提供的频率加权补偿性能也应该是可变的,对于任意长度电缆, 都能够提供出与电缆频率失真特性相适应的"完善的互补特性",这既是技术实现的要点,也是技术难点.不同产品性能和水平的差异也就出自这里. 对于市场上五花八门的产品和真假难辨的宣传, 应该如何把握?首先应当深入了解它们的应用性能. (二传输产品的四大应用性能之一:视频恢复性能1 视频传输都是要实现"视频传输视频"的全过程, 源头是"视频", 结果还是"视频". 不管是视频传输产品,

15、还是视频抗干扰(器产品,都应该具有合格的视频传输特性.考察视频传输产品, 首先就是它具有什么样的"视频恢复性能"即视频失真度的技术性能指标或者说依据什么视频传输通道技术标准. 2不管什么传输方式,视频失真度技术标准应该是基本一样的.宏观的看,不应该有哪种方式传输的质量好,哪种方式传输的质量不好的区别.具体的看,就存在不同厂家依据和贯彻的"标准"是什么?是客观技术标准,还是"主观感觉标准"? 3恢复到什么程度?传输产品的视频恢复性能,应该是以客观技术标准作依据的,这就是视频失真度技术标准.视频失真,包括线性失真和非线性失真,有亮度信号失

16、真和色度信号失真,还有亮度和色度信号相对关系的技术指标等等.在诸多技术指标中,最基本的应该是恢复的"幅频特性".因为它不仅是多数线性失真度指标能否合格的基础和前提条件,也是在很大程度上决定其他非线性失真度指标是否具有实际意义的先决条件. 例如, 色亮增益差和色亮延迟差失真,如果"幅频特性"不好,它们就不可能合格,只有"幅频特性"好了,它们才可能合格;再如,非线性失真的微分增益DG 和微分相位DP:信号经过1000 米长电缆传输后, "幅频特性"严重失真超标, 图像已严重失真, 变坏, 但此时的DG, 一般还是&qu

17、ot;合DP格的",这种DG,DP的所谓"合格"已经没有任何实际意义了;进一步说,当用传输设备把"幅频特性"恢复好后,DG,DP 却不一定能合格了,这就是信号处理电路的水平问题了.公认的"幅频特性"是:06M 频带内"-3db"具体含义如下图所示,0.5 5M 范围内±0.75db;也有执行06M 范围±1.5db 的"3db"标准的. 4在我国历史上,还没有承认过任何"主观感觉"的视频传输"标准",但在安防行业产品里,这类&

18、quot;主观感觉"的视频产品却到处可见.下图为某些号称"可以和光端机媲美"的双绞线传输器在给出的最大传输距离上的视频恢复特性.所谓"媲美",是没有技术基础的. 5EIE 品牌产品贯彻的视频恢复特性EIE 品牌的视频传输产品,包括同轴类和双绞线类基带传输产品,其视频恢复特性依据的"技术标准",都是以"-3db"幅频特性为代表的一系列技术指标作基础生产的.所以,在产品标称传输距离内都可以实现完全补偿的视频恢复特性. 下图为一种基本传输型双绞线传输产品,在UTP 双绞线1000,900,600,300 米不同

19、距离上的视频恢复特性照片:可以看出,只有600 米时低频略有一些过补偿,但也在允许误差之内.46M 的高端,全程都没有欠补偿缺陷,这是确保传输质量的技术基础;产品采用全程连续可调的频率加权控制,可以对标称距离内的任意长度电缆实现精密全补偿;EIE 品牌产品抗干扰型双绞线传输产品标称传输距离已经做到1400 米和1800 米; 6最大传输距离的定义 1.最大传输距离LMAX 是建立在上述视频恢复特性和图像质量标准原则下的最大距离. 目前EIE 品牌产品实现的技术水平如下: 同轴75-5 电缆基带传输产品: 前端传输电缆直接连接摄像机输出,只用后端视频恢复设备:LMAX 2000 米; 前后双端分

20、别采用加权传输和加权视频恢复设备:LMAX3000 米; UTP 超 5 类平衡(双绞线基带传输产品: 基本传输型加权平衡传输器:LMAX 1000 米;抗干扰传输型加权平衡传输器:LMAX 1400 米; 远程抗干扰传输型加权平衡传输器:LMAX1800 米; 2.上面提到的某些号称"可以和光端机媲美"的双绞线传输器就是典型的"主观感觉"产品,它的标称最大传输距离1500 米,上文那个照片就是这类产品的代表特性;按照技术标准,它的最大传输距离一般要打3050%以上的折扣,其实际补偿特性还需仔细考察. 3.某些双绞线传输器厂家宣传说:多级串联可以达到2,

21、3 公里以上距离.单级传输特性都有严重缺陷,多级串联传输,频率特性是多级幅度相乘关系,即频率特性各点db 数的相加关系,结果会怎么样?信噪比又会怎样?显然,这是毫无依据的虚假误导宣传. 4.安防市场上,还有一类同轴抗干扰器,采用幅度压制干扰原理,前端提升视频信号幅度, 后端采用固定电阻分压器, 或可调电阻分压器, 号称传输距离可以做到几百米到 1 公里. 这类产品的视频恢复性能,是电缆的频率失真,加上产品固有的频率失真,比单电缆传输特性还要差,这是因为它不具备"频率加权视频恢复性能",虽然有一定的"抗干扰效果",但不属于传输类产品. 对于各种视频传输产品

22、,包括抗干扰器类产品,了解和掌握它们的"视频恢复性能",是第一位的. 之二:抗干扰性能同轴传输属于"封闭电磁场"传输类型,信号电磁场被封闭在屏蔽层内部传输,与外界没有电磁交换关系,同轴电缆这种"屏蔽内外电磁场"性能,决定了电缆本身具效措施保护设备的安全. 3.通用"防雷器"也有以上功能,但很难做到"防护电路的设计应与传输设备具体电路结构相匹配",对于没有"防护电路"的产品,采用"防雷器",只能做到"比不采用访雷器好", 对于已经具备&q

23、uot;防护电路"的传输产品,再采用防雷器就有些多此一举了,甚至还会影响"防护电路"的有效性.特别是一些误导宣传,错误的引导工程设计到处"接大地",引入复杂的地电位环路干扰这叫花钱买干扰. 4.视频传输设备应该远离避雷针,建筑物防雷系统设备和接地点.视频传输设备应该在这些"接雷"设备"大保护伞"之下隔离运行. (三真假干扰问题抗干扰器可以抑制干扰,并恢复视频特性实现"视频信号的抗干扰传输". 有了"抗干扰器"是否就能解决工程中的所有干扰呢?不是! 有了"抗

24、干扰器"是否就可以随便设计传输系统了呢?不可以! 为什么有的工程的干扰, 用了各种抗干扰器还是解决不了呢?这里面, 就有个真假干扰问题. 真干扰:仅指传输线作为"接收天线"收到的空间电磁干扰信号,这类干扰,加权抗干扰器一般可以有效解决. 假干扰:包括设备故障引起的"干扰现象",系统设计和施工缺陷和接地不合理等"故障" 因素引起的"干扰现象", 供电系统设计配套不合理, 使电网传导干扰直接进入主机系统等"故障" 引起的"干扰现象",统称为"故障类干扰&quo

25、t;,简称假干扰. 假干扰, 总体看来属于"主观因素"或"主观责任"造成的. 如摄像机输出信号中就有干扰, 这虽然是设备"故障",但也属于"主观责任",只要主动排除"故障设备"(电源或摄像机就可以解决.企图使用抗干扰设备来解决这类干扰,显然是又犯了一个"主观错误".再如,系统设计施工,引入了严重的地电位环路"干扰现象",轻的,用抗干扰器也可以"掩盖干扰", 重一些的用抗干扰器有部分效果,但当电网发生开路,短路或三相电严重失衡故障时,可以

26、瞬间烧毁抗干扰器,摄像机,采集卡,甚至可能成片的烧毁设备.所以"地电位环路"是监控系统"严重的安全隐患".应该从主观上提高设计施工水平,总结施工经验入手解决. 这里需要明确两个概念:"监控系统的抗干扰设计"概念与"用抗干扰设备实现抗干扰传输"的概念. 1.监控系统的抗干扰设计,这是监控系统设计的新概念.抗干扰设计的出发点应该是尽可能避免出现"故障类"的假干扰现象.这是主观方面的任务和责任,也是工程能力和水平的体现; 2.用抗干扰视频恢复设备实现抗干扰传输,用以解决"真干扰".

27、但不能也不应该企图用抗干扰器帮你排"故障". 3.合理的"监控系统抗干扰设计"是实现"抗干扰传输"的前提和保证条件; 二者互相补充, 不是替代关系. 监控系统常见的图像干扰及其解决方法 1. 木纹状的干扰这种干扰的出现,轻微时不会淹没正常图像,而严重时图像就无法观看了(甚至破坏同步.这种故障现象产生的原因较多也较复杂.大致有如下几种原因: (1视频传输线的质量不好,特别是屏蔽性能差(屏蔽网不是质量很好的铜线网,或屏蔽网过稀而起不到屏蔽作用 .与此同时,这类视频线的线电阻过大,因而造成信号产生较大衰减也是加重故障的原因.此外,这类视频线

28、的特性阻抗不是75 以及参数超出规定也是产生故障的原因之一.由于产生上述的干扰现象不一定就是视频线不良而产生的故障, 因此这种故障原因在判断时要准确和慎重. 只有当排除了其它可能后, 才能从视频线不良的角度去考虑.若真是电缆质量问题,最好的办法当然是把所有的这种电缆全部换掉,换成符合要求的电缆,这是彻底解决问题的最好办法. (2由于供电系统的电源不"洁净"而引起的.这里所指的电源不"洁净",是指在正常的电源(50 周的正弦波上叠加有干扰信号.而这种电源上的干扰信号,多来自本电网中使用可控硅的设备.特别是大电流,高电压的可控硅设备,对电网的污染非常严重,这

29、就导致了同一电网中的电源不"洁净".比如本电网中有大功率可控硅调频调速装置,可控硅整流装置,可控硅交直流变换装置等等,都会对电源产生污染. 这种情况的解决方法比较简单, 只要对整个系统采用净化电源或在线UPS 供电就基本上可以得到解决. (3系统附近有很强的干扰源.这可以通过调查和了解而加以判断.如果属于这种原因,解决的办法是加强摄像机的屏蔽,以及对视频电缆线的管道进行接地处理等. 2. 较深较乱的大面积网纹干扰严重时图像全部被破坏, 形不成图像和同步信号, 这种故障是由于视频电缆线的芯线与屏蔽网短路,断路造成的.这种情况多出现在BNC 接头或其它类型的视频接头上.即这种故

30、障现象出现时, 往往不会是整个系统的各路信号均出问题, 而仅仅出现在那些接头不好的 路数上.只要认真逐个检查这些接头,就可以解决. 3. 若干条间距相等的竖条干扰 干扰信号的频率基本上是行频的整数倍,这是由于视频传输线 的特性阻抗不是 75 而 导致阻抗失配造成的. 也可以说, 产生这种干扰现象是由视频电缆 的特性阻抗和分布参数都 不符合要求综合引起的.解决的方法一般靠"始端串接电阻"或"终 端并接电阻"的方法去解 决.另外,值得注意的是,在视频传输距离很短时(一般为 150 米以 内 ,使用上述阻抗失 配和分布参数过大的视频电缆不一定会出现上述的干扰现

31、象. 解决上 述问题的根本办法是在 选购视频电缆时,一定要保证质量.必要时应对电缆进行抽样检测. 4. 由传输线引入的空间辐射干扰 这种干扰现象的产生,多数是因为在传输系统,系统前端或中 心控制室附近有较强的, 频率较高的空间辐射源. 这种情况的解决办法一个是在系统建立时, 应对周边环境有所了解, 尽量设法避开或远离辐射源; 另一个办法是当无法避开辐射源时, 对前端及中心设备加强屏 蔽,对传输线的管路采用钢管并良好接地. 监控系统常见的图像干 扰及其解决方法 1. 木纹状的干扰 这种干扰的出现,轻微时不会淹没正常图像,而严重时图 像就无法观看了(甚至破坏同 步.这种故障现象产生的原因较多也较复杂.大致有如下几种 原因: (1视频传输线的质量不好,特别是屏蔽性能差(屏蔽网不是质量很好的铜线网,或 屏蔽 网过稀而起不到屏蔽作用 .与此同时,这类视频线的线电阻过大,因而造成信号产生 较大衰 减也是加重故障的原因.此外,这类视频线的特性阻抗不是 75 以及参数超出规定 也是产生 故障的原因之一.由于产生上述的干扰现象不一定就是视频线不良而产生的故障, 因此这种 故障原因在判断时要准确和慎重. 只有当排除了