Передача видеосигнала по витой паре
Способ передачи видео по витой паре имеет ряд серьёзных преимуществ перед классическим способом передачи видеосигнала по коаксиальному кабелю:
- низкая стоимость кабеля;
- упрощение монтажа линии;
- высокая устойчивость к помехам;
- возможность передачи большого количества сигналов по одному многопарному кабелю;
- возможность объединенить в одном многопарном кабеле видеосигнал по витой паре и питание.
К недостаткам следует отнести необходимость использования устройств для преобразования сигналов из несимметричного в симметричный и обратно. Но и этот недостаток имеет значение только для случая "короткой линии" менее 200..300 м, так как при большей длине линии даже в случае использования коаксиального кабеля необходимо использовать устройства частотной коррекции. Конечно, можно использовать более качественный кабель, но тогда резко увеличивается цена линии и сложность монтажа.
В состав комплекта устройств для передачи видео, как правило, входит симметрирующий усилитель (передатчик по витой паре) и дифференциальный усилитель витой пары с частотной коррекцией (приемник) (см. рис.1). Передатчик осуществляет усиление и формирование прямого +V и инверсного -V видеосигнала. Приемник видеосигнала по витой паре вычитает инверсный сигнал из прямого, усиливает сигнал и осуществляет частотную коррекцию. На выходе приемника формируется стандартный видеосигнал. Принцип "симметричной передачи" позволяет получить более высокую устойчивость системы к воздействию помех. Если рассмотреть сигналы на входе приемника с учетом воздействия помехи Un получим:
прямой сигнал (+V + Un); инверсный сигнал (-V + Un)
(+V + Un) - (-V + Un) = 2V
При вычитании сигналов напряжение помехи Un полностью подавляется:
На практике составляющие помехи могут иметь разную величину на проводах линии, поэтому полезно ввести в усилитель витой пары настройку подавления помехи, выравнивающую их. Таким образом можно добиться подавления помехи на величину 60 дБ и выше. Благодаря этому появляется возможность передавать сигнал по дешевым неэкранированным линиям связи, или передавать несколько сигналов в одном многопарном кабеле. В случае передачи сигналов по отдельным линиям допустимо использование не витых пар, например ТРП или ШВВП и т.п., хотя витая пара обеспечивает лучшую помехозащищенность.
Так как в дешевых симметричных линиях используются провода и кабели, не предназначенные для передачи видеосигнала, то требуется коррекция их частотной характеристики в полосе видеосигнала (3 Гц - 6 МГц). Чаще всего используются кабели типа ТПП и провода ТРП, П-274 (полевка), которые предназначены для передачи телефонных сигналов и их характеристика нормируется для частот до ~10 КГц. Из-за высокого затухания в верхней части спектра видеосигнала, необходимость в частотной коррекции возникает при длине линии более 60..100 м в зависимости от требуемого разрешения. Регулировка частотной характеристики может осуществляться ступенчато при помощи переключателей или перемычек (джамперов), или плавно подстроечными резисторами и т.п.
Ступени регулировки, как правило, привязываются к длине линии. Так как величина затухания и форма частотной характеристики для вышеупомянутых кабелей не нормируются в интересующей нас области спектра, то реальные характеристики могут значительно отличаться от заранее определенных. Кроме того, форма частотной характеристики у различных типов кабелей разная, и при значительной длине линии нерегулируемые ступенчатые настройки могут оказаться неприемлемы для реально используемого кабеля. Исследования, проведенные для наиболее распространенных реальных линий, показали, что удовлетворительную ступенчатую коррекцию удаётся получить при длине линий не более 500..600 м ступенями не более 200 м.
Более удобной и универсальной является плавная регулировка частотной характеристики с использованием нескольких полос регулировки (подобно эквалайзеру). Это позволяет настраивать устройство на различную длину линий, с разными формами частотной характеристики. 2-х полосная регулировка обеспечивает качественную коррекцию на расстояния порядка 1000 м (при разрешении ~450 тв.л.). При длине линий до 2000 м необходима 3-х полосная коррекция для более точной настройки формы частотной характеристики. Вариантом решения является комбинация ступенчатой и плавной регулировок.
Так как видеосигнал, проходя по линии, затухает на всех частотах своего спектра, то необходима и общая регулировка усиления. Она полезна и для выравнивания уровней сигналов с разных камер.
Для качественной передачи видеосигнала требуется согласование волнового сопротивления линии и устройств комплекта передачи. Следует отметить, что небольшое рассогласование до 30% не приводит к значительному искажению сигнала. Рассогласование волновых сопротивлений приводит к появлению на экране сдвинутых вправо контуров контрастных объектов, а также к искажению формы синхроимпульсов, наиболее заметно этот эффект проявляется при длине линий 100..500 м.
Для того чтобы обойтись при настройке без генератора ТВ сигнала, рекомендуется использовать в качестве тестового сигнала кадровые и строчные синхроимпульсы реального видеосигнала на объекте наблюдения. Синхроимпульсы имеют стандартную форму и амплитуду. С их помощью при настройке можно точно установить как амплитуду сигнала, так и степень необходимой частотной коррекции.
Для настройки передатчика по витой паре рекомендуется использовать осциллограф. Настройка по изображению на мониторе не может быть точной и допустима только при небольшой длине линии - не более 600 м для кабеля ТПП.
Использование осциллографа обязательно при значительной длине линии. При наличии достаточного опыта можно осуществить приемлемую коррекцию средних и высоких частот по изображению на мониторе. Но без наблюдения формы кадровых синхроимпульсов невозможно правильно настроить коррекцию нижних частот, так как искажения в этой части спектра почти не заметны на изображении. Однако они могут приводить к неожиданным срывам кадровой синхронизации мониторов, причем моменты возникновения срывов будут зависеть от "картинки" объекта, условий освещенности и т.п.
Подавление помех рекомендуется контролировать по изображению на мониторе - так достигается лучший результат.
Все вышеизложенные соображения являются результатом практических исследований и анализа эксплуатации передатчиков по витой паре на реальных объектах.
Немного об истории передачи видео по витой паре
Иногда приходится слышать, как та или иная современная компания объявляет себя "родоначальницей" принципа передачи видео.
Для прояснения этого вопроса хочется сообщить известную нам информацию: еще в 80-е годы прошлого века новгородское НПО "ВОЛНА" серийно использовало принцип передачи видеосигнала при производстве ПТУ (промышленных телевизионных установок). При настройке аппаратуры использовались эквиваленты витой пары. Комплектация была другой, но принцип уже был известен.
Так что тот, кто пытается убедить Вас в том, что именно он "изобрел" принцип передачи видео по витой паре, либо пытается ввести Вас в заблуждение, либо заблуждается сам...