安防系统中视频信号处理

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复合视频信号，定义为包括亮度和色度的单路模拟信号，也即从全电视信号中分离出伴音后的视频信号，这时的色度信号还是间插在亮度信号的高端。
　　复合视频信号也称为基带视频信号或RCA视频信号，它使用NTSC电视信号传送图像数据。复合视频信号包含色度（色彩和饱和度）和亮度信息，并与声画同步信息、消隐信号脉冲一起组成单信号。在快速扫描NTSC电视中，高频（VHF）和超高频（UHF）载波通过复合视频信号进行振幅调制。这会产生一个6MHZ带宽的信号。某些闭路电视系统在短距同轴电缆中传输复合视频信号。有些DVD播放器和盒式磁带录像机（VCR），通过屏蔽电缆插座，即RCA连接器，调节复合视频信号的输入和输出。在复合视频信号中，色度和亮度之间的信号干扰是不可避免的，信号越弱干扰越严重。
　　在用录像带、VCD机等与监视器连接时，只使用一个视频信号（video），这个信号就是复合信号。复合信号就是由分量信号YUV进一步转换得到的。
监控系统中，视频信号的传输是整个系统非常重要的一环，也是广大工程商挺挠头的一件事，随着工程中监控设备价格的透明性和工程商竞争的加剧，信号传输部分的费用越来越受到大家的重视；目前，在监控系统中最常用的传输介质是同轴电缆、双绞线、光纤等方式，对于不同场合、不同的传输距离，怎样能保证传输质量、降低费用，根据多年的工程经验，在这里我们作一些介绍供参考。
一、 同轴电缆传输
（一）通过同轴电缆传输视频基带信号
    视频基带信号也就是通常讲的视频信号，它的带宽是0-6MHZ，一般来讲，信号频率越高，衰减越大，一般设计时只需考虑保证高频信号的幅度就能满足系统的要求，视频信号在5.8MHZ的衰减如下：SYV75-3 96编国标视频电缆衰减30dB/1000米, SYV75-5 96编国标视频电缆衰减19dB/1000米,，SYV75-7 96编国标视频电缆衰减13dB/1000米；如对图象质量要求很高，周围无干扰的情况下，75-3电缆只能传输100米，75-5传输160米，75-7传输230米；实际应用中，存在一些不确定的因素，如选择的摄像机不同、周围环境的干扰等，一般来讲，75-3电缆可以传输 150米、75-5可以传输300米、75-7可以传输500米；对于传输更远距离，可以采用视频放大器（视频恢复器）等设备，对信号进行放大和补偿，可以传输2-3公里；另外，通过一根同轴电缆还 可以实现视频信号和控制信号的共同传输，即同轴视控传输技术，下面简单介绍一下该技术：
    在监控系统中，需要传输的信号主要有两种，一个是图像信号，另一个是控制信号。其中视频信号的流向是从前端的摄像机流向控制中心；而控制信号则是从控制中心流向前端的摄像机（包括镜头）、云台等受控对像；并且，流向前端的控制信号，一般又是通过设置在前端的解码器解码后再去控制摄像机和云台等受控对像的。同轴视控传输技术是利用一根视频电缆便可同时传输来自摄象机的视频信号以及对云台、镜头的控制功能，这种传输方式节省材料和成本、施工方便、维修简单化，在系统扩展和改造时更具灵活性；同轴视控实现方法有两类：
    一是采用频率分割，即把控制信号调制在与视频信号不同的频率范围内，然后同视频信号复合在一起传送，再在现场做解调将两者区分开；由于采用频率分割技术，为了完全分割两个不同的频率，需要使用带通滤波器、带通陷波器和低通滤波器、低通陷波器，这样就影响了视频信号的传输效果；由于需将控制信号调制在视频信号频率的上方，频率越高，衰减越大，这样传输距离受到限制；另外方法是采用双调制的方式，将视频信号和控制信号调制在不同的频率点，和有线电视的原理一样，再在前、后端解调。
    二是利用视频信号场消隐期间来传送控制信号，类似于电视图文传送；将控制信号直接插入视频信号的消隐期，视频信号中的消隐期部分在监视器上不显示，故对图像显示不会产生干扰，不影响图像的传输质量，通过前端视频信号的预放大和接收端信号的加权放大，可以大大延伸视频信号的传输距离，如采用75-5的视频电缆，可以实现2000米、75-7电缆实现3500米、75-9电缆5000米的视频传输和反向控制。
（二）通过同轴电缆传输射频信号
    视频信号是指将视频信号调制到一定的频率上进行传输，也就是采用有线电视的传输方式，通常所讲的“一线通”、“共缆传输”、“宽频传输”等就是采用的此技术。
    采用该技术特别适合于监控点较多和相对集中、距离较远的系统，采用该系统优点是布线简单，抗干扰能力强，但调试相对麻烦，因为是一根电缆传输多路信号，而且有的还要经过放大器放大，如果调试不好就会产生相互干扰（交调）；另外，可靠性相对于光缆、视频电缆稍差，因为共缆系统是以串联为主，接头多，特别是靠近机房的部分，如果出问题将影响前面所有的信号（视频直传方案是一对一，一根电缆出问题只会影响一路信号）。所以采用该方案时，一定要将系统详细的设备位置图给有关“共缆传输”设备的厂家帮助设计系统传输方案，另外你需要配备1台场强仪。
二、 光纤传输
    用光缆代替同轴电缆进行视频信号的传输，给电视监控系统增加了高质量、远距离传输的有力条件。其传输特性和多功能是同轴电缆线所无法比拟的。先进的传输手段、稳定的性能、高的可靠性和多功能的信息交换网络还可为以后的信息高速公路奠定良好的基础；
（一）、光缆传输的优缺点：
    1、传输距离长，现在单模光纤每公里衰减可做到0.2dB～0.4dB以下，是同轴电缆每公里损耗的1% 。
    2、传输容量大，通过一根光纤可传输几十路以上的信号。如果采用多芯光缆，则容量成倍增长。这样，用几根光纤就完全可以满足相当长时间内对传输容量的要求。
    3、传输质量高，由于光纤传输不像同轴电缆那样需要相当多的中继放大器，因而没有噪声和非线性失真叠加。加上光纤系统的抗干扰性能强，基本上不受外界温度变化的影响，从而保证了传输信号的质量。
    4、抗干扰性能好，光纤传输不受电磁干扰，适合应用于有强电磁干扰和电磁辐射的环境中。
    5、主要缺点是造价较高，施工的技术难度较大。
（二）单/多模光纤光端机的选用
    1、目前常用的光纤按模式分有两大类：多模光纤和单模光纤
多模光缆用于视频图像传输时，只能满足最远3～5km左右的传输距离，并且对视
频光端机的带宽（针对模拟调制）和传输速率（针对数字式）有较大的限制，一般适用于短距、小容量、简单应用的场合。单模光缆由于有着优异的特性和低廉的价格已经成为当前光通信传输的主流，但其设备价格比多模光端机高。
    2、视频监控光端机在技术实现上分为模拟调制的光端机和数字非压缩编码光端机两大类。模拟光端机采用的是基带视频信号直接光强度调制（简称AM）或脉冲频率调制（PFM）技术。数字光端机主要指的是非压缩编码视频光端机，严格意义上说，是一种采用数字传输方式的视频光端机，输入和输出仍然是标准模拟视频信号。
    模拟光端机发展至今已有十年以上的历史，已经是比较成熟的产品，从稳定性和可维护性上说，模拟设备在温度漂移特性，老化特性和长期工作稳定性上是显然不如数字设备。单从价格上说，目前在1～2路视频光端机上模拟的价格仍然有优势，但在4路以上视频光端机上模拟和数字的差别已经几乎没有了，如果要求需要在视频传输的同时，还要传输音频、低速数据、高速以太网数据等多业务，模拟设备就无法与数字设备比拟了。
三、 视频信号的干扰及解决
（一）干扰的产生
    1、前端电源的干扰：电梯的变频电机，工厂的大功率电机，变电站等。
    2、传输过程的干扰：主要是电磁波干扰，如广播电台、电信基站等，还有电缆损坏引起的干扰及地电位差干扰等。
    3、终端设备干扰：主要是设备电源产生的干扰和连接引起的干扰。
（二）干扰信号的产生原因
按照干扰的来源不同，可分为三个来源：
1、前端设备引起的干扰：前端摄像机的供电电源的干扰，摄像机本身质量问题引起的干扰，判断方法是直接在前端接监视器观察，如果是电源引起的干扰可以通过更换电源、采用开关电源供电、在220V交流回路中加交流滤波器等办法解决。
2、终端设备干扰：主要是监控室的供电、设备本身产生的干扰、接地引起的干扰、设备与设备连接引起的干扰等，简单判断方法是在监控室直接连接摄像机观察。
 3、传输过程的干扰：主要是传输电缆损坏引起的干扰、电磁辐射干扰和地线干扰(地电位差)等三种，对于传输电缆可以通过更换电缆或增加抗干扰设备解决；
（三）信号传输过程中电磁辐射干扰和地电位差干扰的形成和解决办法。
电磁辐射干扰产生的原因与消除的方法
1.1 传输线消除外部电磁干扰的原理
同轴电缆是采用屏蔽的方法抵御电磁干扰的。同轴电缆由外导体和内导体组成，在内外导体之间有绝缘材料作为填充料。外导体通常是由铜丝编织而成的网，它对外界电磁干扰具有良好的屏蔽作用。内导体处于外导体的严密防护下，因此，同轴电缆具有良好的抗干扰能力。
1.2 强电磁辐射对线路的干扰与消除
如上所述，传输线具有抵御外部电磁干扰的能力，可有效的传输信号。但是，当干扰源过强，就会对图像信号产生干扰。这些强电磁干扰主要有以下两种：第一，附近有强电磁辐射源。第二，布线设计不当，强电线路对传输线产生的干扰。
强电磁辐射源通由有大功率电台或有电磁辐射的电器设备产生。强电磁辐射产生的干扰在图像上的表现是网状波纹干扰。对于此种干扰，可采取以下方法消除干扰。第一，尽可能避开干扰源，系统设备和线路要与辐射源离开一定距离。第二，选择屏蔽性能好的电缆。同轴电缆的外屏蔽网的编织密度直接影响到电缆的抗干扰性能，编织密度越大，抗干扰能力越强。第三，增加抗干扰设备。
由布线产生的干扰，主要原因是传输电缆与强电线路长距离近尺寸平行布线，相互产生电磁耦合。同轴电缆的抗干扰能力在低频段较低，而强电干扰成分主要是50赫交流电及其谐波，因此对同轴电缆的威胁较大。因此，要避免信号线与强电线路长距离近尺寸平行布线。强电线路与信号传输线应分线槽敷设，且线槽间保持一定的距离；当然，传输电缆与强电线路短距离平行敷线是不会产生较大干扰的。在系统的两端和设备机柜里，难免出现强电线路与信号线短距离平行布线的情况，这是不会产生较大干扰的。
2. 地电位差干扰产生的原因与消除的方法
地电位差干扰是系统经常出现的干扰，产生地电位差干扰的原因，是由于系统中存在两个以上互相冲突的地，地与地之间存在一定的电压差，该电压通过信号电缆的外屏蔽网形成干扰电流，形成对图像的干扰。地电流的主要成分是50赫交流电及电器设备产生的干扰脉冲，在图像上的表现是水平黑色条纹，扭曲，搀杂有水平杂波，而且有可能沿垂直方向缓慢移动。解决办法是：第一，将前端设备与地隔离，但要避免可能发生的雷击或电击的危险。第二、采用具有隔离功能的抗干扰设备，如抗干扰器、视频隔离器等。
（四）常用抗干扰器的原理及干扰问题的解决
视频放大原理
将摄像机输出的视频信号直接进行放大，再在终端进行压缩，在压缩视频信号的同时，也将干扰信号进行压缩，使视频信号达到可以接受的程度；从上述原理可以看出，在前端视频信号放大的越高，抗干扰效果越好；采用该原理的抗干扰器对传输中的电磁场干扰有很好的效果，但如果干扰比较重的话，干扰信号的残留比较大，用户不一定能接受。
移频原理
视频信号的频率是0-6Mhz，当干扰频率落在该频率范围内时，在图像中将产生干扰，移频的原理是将摄像机的输出的视频信号直接进行频率变换，移到高频，避开干扰频率，再在接收端变换成0-6兆赫兹的标准视频信号，其实该原理就是有线电视的调制解调原理；采用该抗干扰器可以有效的抗各种干扰，无残留，由于采取了前后端隔离的办法可以有效的抗地电位差的干扰；起抗干扰效果取决于设备的质量（调制、解调中信号的还原质量如何），另外还有干扰频率是否落在调制后的频率范围内。
抗干扰器的选用
4.1系统中干扰情况非常复杂，干扰现象也五花八门，一般来讲，如果出现象网纹干扰等，选用这二种抗干扰器都可以解决问题；
4.2 对于视频线较细，传输距离远引起的网纹干扰，（一般建议75-3视频缆传输距离不超过300米，75-5视频缆传输距离不超过500米），可以选择放大原理的抗干扰器，既可以抗干扰有可以提高图像质量；当然选用移频原理的也可以，但需要咨询生产厂家，看能不能满足你的传输距离要求。
4.3 由于视频电缆的损坏引起的干扰，更换电缆是最好的办法，如实在更换不了，如果干扰为雪花或网纹干扰，可以选择放大原理的饿抗干扰器，如果干扰现象中出现图象扭曲、干扰条上下滚动，可以选择移频原理抗干扰器。
4.4 电梯干扰的解决：电梯干扰一般有二种干扰源，一种是电梯机房内的动力设备，如变频器、电机、吊箱内的照明、风扇等引起的电磁场干扰，另一种是主要吊箱与监控机房之间存在地电位差干扰；一般选用移频原理的抗干扰器，如选用放大原理的抗干扰器，要求吊箱内的监控设备（如摄象机、摄象机电源、摄象机的输出接头和视频电缆的屏蔽网）必须与吊箱隔离。

广州明控智能科技有限公司
技术部
2011-7-21