网络数据双绞线应用于安防视频传输系统之探讨

■ 文/广州宇洪科技股份有限公司 汤代兵

网络数据双绞线应用于安防视频传输系统之探讨

■ 文/广州宇洪科技股份有限公司 汤代兵

在现代智能化的音视频传输系统中，安防视频传输往往是其中的一个子系统，且具有非常重要的地位。在传统的设计和施工中，往往将网络布线与安防视频监控布线分开考虑。这样做通常是由于使用的传输介质差异，使人们无法将它们很好地统一到一起。但是随着在建筑物内安防视频图像采集点和其他传感器等布控点的不断增加，同轴电缆等线缆布线数量增多会占用大量的管道资源，而且布线难度很大，在布线较长时还会引起图像质量的下降。随着传输距离的增加，采取传统同轴电缆为主的解决方案在许多方面已经不能满足施工和应用的需求，因此需要一种新的电线电缆及其相关解决方案取而代之。在这种情况下，双绞线高清音视频系统已经被业界人士逐步应用于实际工程系统中，并取得了较好的效果。例如，该系统在高速公路视频监控系统中发挥了重要的作用，之前高速公路中大多使用同轴电缆的传输方式，但目前多区域的高速公路均采用了双绞线传输并取得了良好的效果。

双绞线 音视频传输 视频监控 布线

1 引言

HD-MDI是一种全新的基于双绞线的高清音视频传输系统，HD通常是指物理分辩率达到720P以上的格式称之为高清；MDI是一种双绞线连接方式，其提供终端摄像机到中继或DVR等设备物理的电路连接。

当前业界新的布线技术的出发点就是力求将网络布线与安防布线尽量统一到一个平台上，减少布线的难度和造价。这种布线技术应用到网络布线中，通常采用网络布线广泛使用的非屏蔽电缆(如CAT5E)来传输图像信号，同时利用非屏蔽电缆中的空余线对为摄像机供电。为了实现这种技术，需要配套使用两种关键的设备：即双绞线视频传输设备和远程供电器。

双绞线是综合布线工程中最常用的一种传输介质，该技术已广泛应用于图像传输中，在标清模拟监控系统传输中已有多年应用实践。双绞线由两根具有绝缘保护层的铜导线组成的，在制作过程中把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起，这种结构由于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，因此可降低信号干扰的程度。双绞线能有效地抑制共模干扰，即使在强干扰环境下，双绞线也能传送较好的图像信号。例如楼宇的电梯、设备房等处都会存在很强的干扰，处于闹市区的建筑物也会受到来自周围环境的各种干扰，双绞线的强抗干扰能力通常比同轴电缆既有更大的优势。

笔者认为，双绞线高清音视频系统可以广泛的应用于交通干线、楼宇建筑等多个领域的安全防范系统有线传输。

2 双绞线传输视频图像应解决的问题

视频图像的传输目前依赖有线介质的居多，导线又分金属导线和非金属导线（光纤）两类。双绞线（UTP）属于HD-MDI线系统内主要的线缆。最初是作为数字网络信号传输使用的，所以大家了解它主要从组建网络方面开始的。目前通过采用先进的技术和专用芯片，已经能够在双绞线上传输高质量的视频图像信号。

众所周知视频线（SYV）特性阻抗为75Ω，属于单线不平衡传输方式，而双绞线（UTP）特性阻抗为100Ω，属于双线平衡传输方式。目前所有摄像机输出的视频图像特性阻抗为75Ω，在视频线内部传输是不需要处理的，而为了在不同阻抗的线缆里传输时，就需要进行阻抗匹配了，这里就需要使用电流互感元器件对线缆阻抗进行转换了，说的简单点就是将线缆阻抗变成一样，利于信号直接在内部传输，那这一类的产品就是无源传输器的雏形了。

无源就是不需要给其供电，对信号不作任何处理。所以无源传输视频信号的距离通常只能在300m以内。

如果要让视频信号传输的距离更远，就需要对信号进行一定的处理。具体做法是在信号源将信号进行电子放大，让信号在较高的幅度上沿相同的衰减坡度传输得更远。双绞线传输的视频信号为模拟基带信号，属于高频信号（5MHz—6MHz）的范畴。实践证明，用75—5视频线传输视频图像在200m左右就有衰减（3dB—4dB）达不到图像质量的验收要求，此时典型的办法就是使用信号放大器或更换更粗的线缆，使用一级信号放大器通常可以延长传输距离500m。而双绞线传输器在一对线缆中即可传输1200m左右，其优势是很显著的。并且其信号衰减可以控制在1.5dB左右。

接收器在接收到信号后，使用加权补偿的方法对信号衰减的部分进行增益还原，恢复成原来的信号，这一类的传输器需要供电才能工作，有效传输距离在1200m到1500m之间。

3 双绞线传输视频图像的优点

3.1 图像质量好，传输距离较远

双绞线在很多工业控制系统中和干扰较大的场所以及远距离传输中都有使用。目前，在许多的安防高清视频监控的传输系统中使用了双绞线对。它具有抗干扰能力强、传输距离远、布线容易、节省空间、价格低廉等等优点。

3.2 信号抗干扰能力好

双绞线作为网络数字信号传输的主要介质，其具备很好的抗干扰性，尤其抑制共模干扰（线缆相对于地系统的环路干扰）能力超好，双线互绞可以有效滤除线缆上感生出的干扰电流。再者，双绞线传输器处理的信号属于差分信号，其传输时与地系统没有实质的关系，所以基本不会受到地电流的影响。双绞线传输器在处理信号时同时使用了一些特殊元件和电路，有效过滤干扰电流和杂散电流，相较于视频线传输抗干扰性要好得多。

3.3 传输多种信号

正常传输视频图像只需要一对线缆，另外的三对线缆可以同时传输音频信号、控制信号和低压电源信号。其系统结构简单，外形美观，同时具备极高的性价比。

4 双绞线生产品质控制

上文论述了双绞线在视频传输中的应用，但是这些都必须建立在对双绞线品质控制的基础上。鉴于目前国内生产双绞线的厂家有很多，但是相关的标准还不是很完善，一些厂家在这方面的质量也存在一些问题，使得其在视频传输中没有得到广泛的应用，因此对于各个厂家的产品品质提出了较高的要求。下面主要介绍双绞线的几个重要电性能指标及其改善措施。

4.1 串音问题

串音引起的误码是影响通信距离的主要因素之一。根据串音产生的机理，它与对绞节距、线对间节距(成缆节距)及各线对的节距比有关。

改善措施：

1）设计不同绝缘线径，使相领线对间特性阻抗不完全匹配，串音会相对减少，保证绝缘单线的均匀性和对称性，即依图纸要求绝缘外径及导体外径在公差范围内波动，以此来尽可能降低线对间电容不平衡是提高线对抗干扰能力的基础。

2）在条件允许情况下,加大线对间的距离，两线对间距离越大，串音越小, 十字骨架材料使用HDPE，增加其强度，厚度需要大于0.4mm, 近端串音衰减及等电平远端串音较好。

3）采用优化的节距设计是提高串音防卫度的有力措施，通常节距可选择在11mm-18mm之间。

4）近端串音衰减及等电平远端串音衰减与节距倒数差成正比例关系。节距倒数差越大，近端串音及等电平远端串音衰减越大。（相邻线对节距倒数差＞0.012以上，效果才较好）

5）采用线对屏蔽技术，但此种方法因电磁波的反射，需要适当增加绝缘外径，使用时也需要带屏蔽的接插件。

4.2 衰减问题

衰减是决定局域网设计和信号在电缆中传输距离的主要因素。而导体和绝缘的类型以及几何尺寸是影响网络线缆衰减的主要因素。

改善措施：

1）在允许公差范围内，增加绝缘厚度, 增加绝缘厚度带来的负面效是使电缆阻抗变大。

2）采用物理发泡绝缘降低介质损耗。(通常在生产七类线时使用)

3）在公差允许范围内，增加导体外径，同时注意各工序张力，防止导体被拉伸使外径变小，从而影响导体截面积。

4）各工序生产时注意芯线绝缘层构造不能有变形，刮伤等现象。

4.3 结构回波损耗问题

结构回波损耗是指沿线路发射的信号遇到阻抗不均匀时被反射,通过以下措施可以改善回波损耗。

改善措施：

1）严格控制导体和绝缘外径的波动。

2）严格控制导体、绝缘的不圆度。

3）严格控制绝缘偏心。

4）绝缘颜色。

5）导体附着力及伸长率。

6）严格控制绞对工序。

4.4 关于延迟和延迟差的问题

传输延迟和延迟差异是由一些局域网标准制定的标准，测量在最坏情况下100米信道结构特性，来保证信号正确无误地传输。

改善措施：影响延迟差异特性的因素包括材质的选择，比如较小的绝缘材料相对介电常数，物理设计，比如线对捻入率的差异等。

总之，生产品质保证是源于对生产过程细节的关注，特别是材料的稳定性及结构尺寸有效性，设备的稳定性，工艺参数实施的有效性等等，都是厂家在过程检验中所必须确认的重点。只有对这些细节进行监控确认，确保过程有效，才能生产出合格的双绞线产品。

5 结语

综上所述，基于双绞线的高清音视频系统是一种近年来新兴的传输手段，与传统的同轴线缆相比具有传输距离远、抗干扰能力强、成本低、可传输多种信号等众多优势，从而降低了音视频传输的门槛，在安防行业中有着巨大的潜在市场。但是，我们也应该看清其在应用中还存在一些需要进一步解决的问题，尤其是在生产过程中应严格贯彻相关国家标准和行业标准，同时持续完善企业标准，保证工序的完整性，以确保产品质量及其使用效果。