(068)204 50 24 
(066)142 09 08
Устройства передачи видеосигнала по витой паре.
Эффективность построения любого системного решения, как известно, определяется отношением цена/качество. Как оптимизировать этот параметр для системы передачи видеосигнала и сделать правильный выбор среди множества предложений рынка? Всегда ли дорогостоящее оборудование гарантирует высокое качество изображения на выходе? С другой стороны, чем может обернуться экономия средств при построении даже простых систем? Если не задавать эти вопросы перед началом проекта на этапе оценки его рентабельности, не ознакомиться с эксплуатационными условиями и не учесть факторы, влияющие на надежность системы, то решение задачи может оказаться слишком дорогим.
Козырь И.Н., Воронов И.Н.
Эффективность построения любого системного решения, как известно, определяется отношением цена/качество. Как оптимизировать этот параметр для системы передачи видеосигнала и сделать правильный выбор среди множества предложений рынка? Всегда ли дорогостоящее оборудование гарантирует высокое качество изображения на выходе? С другой стороны, чем может обернуться экономия средств при построении даже простых систем? Если не задавать эти вопросы перед началом проекта на этапе оценки его рентабельности, не ознакомиться с эксплуатационными условиями и не учесть факторы, влияющие на надежность системы, то решение задачи может оказаться слишком дорогим.
В общем случае задачу о передаче видеосигнала можно сформулировать следующим образом: требуется обеспечить передачу видеоинформации от источника через линию связи к приемнику с минимальными искажениями, не ухудшающими качество изображения, за приемлемую цену. Решение такой задачи предполагает комплексный подход, т.к. нужно проанализировать все частные составляющие в общем системном решении. А именно, если рассмотреть тракт прохождения видеосигнала от входа до выхода, то это - источник, физическая среда передачи с согласующими преобразователями (усилителями-корректорами) и приемник. Неидеальность их характеристик и подверженность внешним воздействиям приводит к потере качества изображения и дает право говорить о цене вопроса по эффективности всей системы.
Рис.1 Схема передачи видеосигнала (И - источник, УК - усилитель-корректор, П - приемник)
Характер искажений сигнала зависит от природы их происхождения. К таким относятся: линейные и нелинейные искажения приемо-передающих устройств и среды распространения, собственные шумы электронных схем, а также помехи, вносимые в тракт передачи извне. Любые из них могут стать причиной ухудшения изображения и поэтому должны быть изучены перед началом построения системы. Следует только отметить, что каждый тип искажений есть функция многих параметров, и, в определенных условиях, вкладом одних можно пренебречь по сравнению с вкладом других. Так при малых дальностях можно использовать только кабель без дополнительных электронных устройств. Однако, длина неискаженной передачи в этом случае составит десятки метров и будет непосредственно зависеть от потерь в кабеле, напрямую связанных с качеством кабеля и его ценой. При увеличении расстояния транслирования видеосигнала неидеальность линии передачи может быть скомпенсирована корректирующими усилителями. Такие устройства выравнивают амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) всей линии передачи, компенсируют активные потери, а также выполняют согласование между источником и приемником сигнала для устранения отражений.
На первый взгляд, используя стандартный коаксиальный кабель RG-6, можно достичь приемлемого качества изображения при расстояниях до 150 м без компенсации неравномерности АЧХ (-4 дБ на верхней частоте спектра видеосигнала) с помощью дополнительных устройств. Однако, на практике, даже такая незначительная длина линии не гарантирует передачу неискаженного сигнала в условиях существования внешних помех. Нельзя забывать, что коаксиальный кабель является несимметричной линией передачи! В передаче видеосигнала участвуют как центральная жила, так и его оплетка (экран). Экран коаксиального кабеля открыт для воздействия внешнего электромагнитного излучения (ЭМИ) и обладает ненулевым сопротивлением (рис.1, а). В нем может наводиться электродвижущая сила (ЭДС) помехи (Uпомехи = U2 - U1), которая суммируется с полезным сигналом на входе приемника. Такая помеха в зависимости от интенсивности способна "испортить изображение" даже при малой длине коаксиального кабеля, начиная с 50 м. Помехи от различных источников излучения (промышленного оборудования, компьютерных систем и оргтехники, бытовых приборов, мобильных и радиотелефонов, зарядных устройств), попадая в полосу передаваемого сигнала, разрушают структуру видеокадра. К тому же, ни медная оплетка, ни алюминиевая фольга не способны противостоять низкочастотным синфазным помехам (например, наводка частотой 50 Гц от силовых питающих кабелей, проложенных в непосредственной близости). Воздействие такой помехи на экране монитора выражается в виде медленно перемещающихся горизонтальных полос или даже срыва строчной синхронизации в нескольких местах кадра. Некачественная оплетка кабеля, неправильная разделка ее в разъемах, низкое качество последних и плохой контакт увеличивают сопротивление экрана коаксиального кабеля и усугубляют ситуацию.
Одновременное заземление коаксиального кабеля в нескольких точках видеотракта (со стороны источника и потребителя сигнала) вызывает возникновение "земляных петель" (рис.1, б). Блуждающие паразитные токи в образовавшихся земляных контурах способны не только исказить видеосигнал, но и вывести из строя дорогостоящее оборудование.
В итоге, стремясь сэкономить любой ценой и используя лобовое решение с коаксиальным кабелем, инсталлятор может неожиданно столкнуться с невозможностью обеспечения качественной передачи изображения по указанным выше причинам. Борьба с последствиями такого необдуманного подхода может потребовать непредвиденных ранее затрат (гальванической развязки, вспомогательной фильтрации, перепрокладки кабеля), потери времени и средств на изменение конфигурации системы.
Разумной альтернативой, менее подверженной указанным выше недостаткам, является использование в качестве линии передачи кабеля витой пары (ВП). О его преимуществах уже упоминалось нами в статье [1]. Главными из них являются: симметричность ВП как линии передачи и многопарность кабеля (несколько отдельных пар в одном кабеле). Первое позволяет эффективно подавлять синфазные помехи, второе - получать реальную экономию при передаче нескольких видеосигналов в одном кабеле. Для получения приемлемых результатов на малых дальностях подходят практически любые ВП, начиная с категории 2 и выше. Однако при увеличении расстояния передачи, как и в случае коаксиального кабеля, сильно сказывается зависимость потерь на высоких частотах от категории ВП. Наилучшими характеристиками обладает кабель категорий 5е, 6 и ТППэп. Последний имеет наиболее плоскую АЧХ и является предпочтительным для передачи видеосигнала на расстояния свыше 1500 м.
В настоящее время для передачи видеосигнала по ВП на большие расстояния предлагается достаточно широкий спектр усилителей-корректоров самых различных производителей. Критерий их выбора - материал для отдельной статьи. Тем не менее, позволим себе отметить важнейшие характеристики, на которые на наш взгляд следует обратить внимание:
- Полоса пропускания при заданной неравномерности АЧХ. Определяет не только максимальную разрешающую способность (количество ТВЛ), но и точность передачи цвета. Регулировки коррекции и усиления должны максимально упростить процедуру выравнивания суммарной АЧХ тракта. В усилителях с трехполосными регулировками (НЧ, СЧ, ВЧ) этот процесс затруднен из-за необходимости осуществлять все три подстройки, и не позволяет полностью скомпенсировать АЧХ во всем спектре видеосигнала.
- Наличие балансировки линии связи. Служит для уменьшения уровня синфазных помех, особенно при многопарной передаче.
- Наличие встроенной системы защиты от наведенных высоких напряжений (грозозащита). Поскольку все реже и реже встречаются объекты с гарантированно низким уровнем помех, экономия на системе защиты может в самый неподходящий момент вывести приемо-передающий тракт из строя. Защита, приобретаемая отдельно, требует не только дополнительных расходов и места, но и способна уменьшить полосу пропускания усилителя за счет паразитных параметров.
- Диапазон питающих напряжений и защита от подачи питания обратной полярности. Делает усилитель более универсальным и упрощает его монтаж.
- Конструктивное и климатическое исполнение. Широкий температурный режим работы элементной базы позволяет использовать устройства вне помещений. Наличие корпуса, всех необходимых для подключения разъемов и монтажных отверстий, облегчающих крепление, упростит подключение и эксплуатацию.
- Цена. Стремление сэкономить не должно идти в ущерб электрическим характеристикам и функциональности.
Простая арифметика показывает, что выигрыш в цене ВП перед коаксиальным кабелем сказывается уже при использовании двух каналов передачи (два видеосигнала по двум парам). Цена кабеля MOLEX UTP Cat 5e (4 пары) - около 0.2 $/м, коаксиала RG-6 - 0.15 $/м. Цены на усилители-корректоры примерно равны для обоих типов кабелей. Таким образом, экономия при передаче одиночного видеосигнала по коаксиальному кабелю по сравнению с ВП составит около 5 $ на каждых 100 м. Передача двух сигналов по кабелю ВП уже выгоднее коаксиального варианта на 10 $ на каждых 100 м. Если задействовать все пары четырехпарного кабеля ВП, то вариант с коаксиалом проигрывает 40 $ на каждых 100 м. Передавая одновременно десять сигналов по кабелю ТППэп 10х2х0.4 (цена на Украине около 0.4 $/м) экономия составит 110 $ на каждых 100 м. Учитывая более высокую помехозащищенность ВП, становится понятным рост ее популярности в области видеонаблюдения и вытеснение ею коаксиального кабеля.
Анализ спроса показывает, что необходимость в передаче видеоинформации на расстояния до 300 м составляет более половины всех потребностей рынка. Поэтому, идя на встречу пожеланиям заказчиков, компанией "ЭФ ЭФ" был анонсирован комплект усилителей ТВИСТ-МИНИ как решение эконом-класса. Максимальная рабочая дальность данного устройства определяется типом кабеля и достигает 400 м. ТВИСТ-МИНИ состоит из пассивного передатчика и активного приемника (усилителя-корректора). Прибор оснащен встроенной системой защиты от импульсных помех. Несмотря на малые габариты и невысокую стоимость ТВИСТ-МИНИ обеспечивает качественную передачу цветного изображения в режиме высокого разрешения до 300 м по кабелю MOLEX Cat 5e и аналогичным.
Линейка комплектов ТВИСТ-10 и ТВИСТ-20 (с рабочими дальностями до 1 и 2 км соответственно) в ближайшее время пополнится приборами ТВИСТ-10+ и ТВИСТ-20+ со встроенным индикатором видеосигнала и дополнительным видеовыходом (опционально возможна установка второго BNC разъема).
К числу новинок можно также отнести VIP-ВИДЕОПРОБНИК, который позволяет определить наличие видеосигнала без осциллографа. При непосредственном подключении к линии передачи он способен распознать видеосигнал (0.7-2 В) и индицировать его присутствие при помощи светодиода. Автономное батарейное питание и малые габариты создают дополнительное удобство в использовании. Поскольку первопричиной поиска ложной неисправности есть отсутствие видеосигнала в тракте, VIP-ВИДЕОПРОБНИК способен облегчить решение проблем при инсталляции и эксплуатации видеопередающей системы.
Козырь И.Н., Воронов И.Н. Видеосигнал по витой паре - лучше, дальше, дешевле! // Бизнес и Безопасность. № 1/2006 (51). C. 50-51.