Статья  
 

Оценка дальности трансляции видеосигнала по симметричной двухпроводной линии

Видеоконтроль удалённых объектов потребовал разработки эффективных устройств передачи изображения по проводным линиям. На сегодня имеется большое количество предложений подобных устройств, что требует иметь качественную методику сравнения предлагаемых параметров по дальности трансляции с реально достижимой.
Достаточно много работ на эту тему опубликовали на своих сайтах две фирмы производители: "Защита информации", сайт - http://www.sinf.ru/, и "Техника систем видео наблюдения" (VTS), сайт -  http://www.v-t-s.ru/. Однако анализ этих публикаций показал, что они носят популярно познавательный характер. Приводятся справочные данные, какие-то свои внутренние испытания своих же изделий, без предоставления методик их проведения. Публикации не предлагают никаких конкретных решений по оценке эффективности устройств данного класса, включая и собственные рекламируемые изделия.
Первоначально предлагаем простую, но достаточно точную методику определения длины симметричной линии. Для этого требуется лишь один измерительный прибор - омметр (тестер) и знание погонного омического сопротивления линии. Как правило, для трансляции видеосигнала используется либо многопарный телефонный кабель с медными жилами типа ТПП (ГОСТ Р51311-99), либо так называемая «витая пара» (.UTP Cable) Погонное сопротивление линии определяется диаметром токопроводящей жилы.  По ГОСТ Р51311-99 сопротивление жилы кабеля в зависимости от ее диаметра нормировано следующим образом:

Диаметр медной жилы,
мм

Сопротивление одной жилы
постоянному току, Ом/км

0,7

45±3

0,64 

55±3

0,5

 90±6

0,4

139±9

  Погонное сопротивление линии будет в два раза больше сопротивления жилы и составит для:
- ТПП-0.7 - 90 Ом/км;
- ТПП-0.64 - 110 Ом/км;
- ТПП-0.5 - 180 Ом/км
- ТПП-0.4 - 278 Ом/км.
Для витой пары UTP погонное сопротивление постоянному току равно 188 Ом/км.

Схема измерения длины линии будет иметь вид, показанный на  Рисунке1.

 На одном конце линии требуется произвести «закоротку» известной пары. На втором конце линии подключить эту пару к омметру и зафиксировать показания в Омах. При известном диаметре жилы, длина линии определяется как: показания омметра/погонное сопротивление. Например, омметр показал 258 Ом, а диаметр жилы  составляет 0.5 мм. Тогда длина линии будет равна 258 Ом/180 (Ом/км) = 1.433 км
Далее рассмотрим основную методику оценки дальности передачи тем или иным приёмо-передатчиком.
Известно, что спектр видеосигнала занимает достаточно широкую область частот: основная энергия сигнала чёрно-белого изображения сосредоточена в полосе от 50 Гц до 3 МГц, цветного изображения от 50 Гц до 6 МГц. На передачу широкополосных сигналов будут оказывать существенное влияние  реактивные параметры линии, такие как погонная емкость и индуктивность, которые определяются конструктивными особенностями симметричной линии. Рабочая емкость кабеля ТПП имеет величину 45±5 нФ/км, индуктивность- около 0,5 мГн/км. Симметричная линия представляет собой дисперсионную линию для передачи сигнала в частотной области. Это значит, что на одной и той же длине линии сигналы различных частот спектра видеосигнала распространяются с различной скоростью и испытывают различное затухание, что приводит к искажениям формы исходного сигнала.
На рисунке 2 представлены частотные зависимости затухания сигнала чёрно-белого изображения для кабеля ТПП-0.5, нагруженного на сопротивление 100 Ом и длин линий 1 км, 2 км, 3.5 км. Зависимости просчитаны с учетом влияния на параметры линии передачи эффекта близости и скин-эффекта 
На рисунке 3 представлены аналогичные зависимости для кабеля ТПП-0.5 для цветного видеоизображения и длин  1 км, 1,5 км, 2 км.
Оценить дальность передачи видеосигнала можно по зависимости коэффициента передачи тракта: передатчик (нагруженный на линию) – приемник (подключенный к линии и нагруженный на устройство индикации или записи передаваемого изображения) от частоты и длины линии. Эта зависимость показывает, на какую дальность рассчитан данный комплекс приемо-передающей аппаратуры при заданных значениях полосы пропускания и неравномерности частотной характеристики. Если такая зависимость не приводится, то, по крайней мере, в описании необходимо указать значение коэффициента передачи сквозного тракта от входа передатчика до выхода приемника (без учета потерь в линии) на некоторых частотах из диапазона передаваемого сигнала. Эти данные могут быть сопоставлены со справочными данными по затуханию сигналов в передающих линиях.

 

Тогда, находя на рис.2 или рис.3 значение этого параметра, достоверно определяется реальная, а не рекламируемая, дальность передачи того или иного видеоизображения. Накладывая на графики рис.2 значения коэффициента усиления сквозного тракта для изделий М24/1 и М24-1-24В, убеждаемся, что дальность трансляции чёрно-белого изображения соответствует заявленной.
Если этот параметр в техническом описании отсутствует, проблематично оценить, соответствует ли данное изделие заявленной дальности передачи сигнала.
Это особенно наглядно проявляется во всех рекламируемых изделиях фирм "Защита информации" и VTS. На их сайтах представлено большое количество моделей видеопередатчиков, но не на один из них не приводится указанный выше параметр, что означает невозможность оценки реальной дальности трансляции видеосигнала.
Второй очень важной величиной, которая так же должна быть отражена в техописании -  "Размах выходного напряжения передатчика".  Этот параметр напрямую влияет на соотношение сигнал/шум (с/ш) на выходе приемника и, соответственно, на качество видеоизображения. По требованиям ГОСТа, это соотношение на выходе приёмного устройства должно быть не менее +20 дБ.
Даже если первый параметр будет соответствовать по усилению заданной дальности, а второй указанный параметр не обеспечивает требуемое соотношение с/ш, получить качественное изображение не удастся. Это отношение можно улучшить лишь уменьшением длины линии.

Подобного параметра - с/ш  для изделий выше названных фирм так же нет в их описаниях, размещённых на сайтах.
Важным параметром является подавление синфазной помехи на некоторых участках спектра. Так, фирма VTS указывает значение этого параметра в диапазоне 30 Гц - 10 МГц, равное минус 53 дБ. Однако вряд ли это значение является достоверным, скорее всего оно является паспортным значением применяемой микросхемы, причём только лишь для ограниченного значения коэффициента усиления данной марки микросхемы.
Выше указанные фирмы беспощадно эксплуатируют такой параметр, как грозозащита. Так, на сайте фирмы VTS подробно и популярно даны разъяснения, как осуществляется подавление внешних помех. Однако нет ни слова, каким образом осуществляется "грозозащита" их изделий встроенной схемой и каковы основные параметры этого узла: время срабатывания; максимальное напряжение, кВ; максимальный ток, А; вносимое затухание.
Отсутствие сведений по этим параметрам настораживает, вызывая обоснованное  недоверие к эффективности рекламируемой грозозащиты.
Нашим Госзаказчиком были проведены испытания изделия М24-1-24В, текст протокола которых приводится ниже. В силу конфиденциальности, из Протокола удалена информация о ведомственной принадлежности Заказчика.
                                                                                              

 

                                                                                                       УТВЕРЖДАЮ
       
                                                                                 Начальник Управления ……….
                                                                                 ……… по Владимирской области
                                                                                 ………………………     (подпись)
                                                                                                "24" июля 2004 г.

                                                           ПРОТОКОЛ
                                        испытаний изделия М24-1-24В.
1.   Объект  испытаний.
Приемопередатчик видеосигнала по двухпроводной линии связи, одноканальный, М24-1-24В
2.   Цель испытания.
Проверка разработанного ООО «Вихрь» приемопередатчика видеосигнала на соответствие заявленному назначению путем опытной эксплуатации в каналах передачи информации, используемых в Управлении ………….. по Владимирской области, и оценка возможности применения изделия на длинных кабельных линиях связи при сохранении приемлемого качества изображения.
3.   Место и время проведения испытаний.
Управление ………………по Владимирской области, май-июнь 2004 года.
4. Назначение и тактико-технические характеристики изделия М24-1-24В.
      Дальность трансляции видеосигнала по паре
       магистрального телефонного кабеля
       с медной жилой Ø 0,4мм                                                               от 1500 до 2500 м
     Полоса частот принимаемого сигнала                                          10 Гц …3 МГц
     Передатчик:
Сопротивление видеовхода                                                                75 Ом
Амплитуда входного видеосигнала                                                     1±0,1 В
Выход передатчика                                                                              симметричный
Выходное сопротивление                                                                    100 Ом
Размах выходного видеосигнала
на нагрузке 100 Ом                                                                              12±0,5 В
 Типовой потребляемый ток по
цепи питания 24В                                                                                 55 мА
 Габаритные размеры                                                                           70х50х22 мм
Приемник:
Вход приемника                                                                                    симметричный
Входное сопротивление                                                                       100 Ом
 Подавление синфазной помехи
- на частоте 1 кГц                                                                                 не менее 45 дБ
- на частоте 1 МГц                                                                                не менее 25 дБ  
 Потребляемый ток по цепи питания 12В                                            не более 20 мА
 Габаритные размеры                                                                            79х50х22 мм

5.   Методика проведения испытаний.
5.1. Для опытной эксплуатации изделия были выбраны 2 контрольные линии. Характеристики линий приведены в Таблице 1.
Таблица 1.
      Характеристики контрольных линий.

 

Условное обозначение линии

Тип контрольного кабеля

Длина линии, км

Тип видеокамеры

Сопротивление шлейфа контрольной линии, Ом

1

ТППэПз 30x2x0,5

 3,4

 №1 SК1004СР №2 КРС190

 600

2

ТППэПз 50x2x0,5

 2,5

№1  КРС190
 №2 КРС190

  440

 

Кабельная линия №1 проложена в 2002 г и имеет сопротивление изоляции не менее 50 МОм, а  сопротивление изоляции относительно «земли» не менее 100 МОм.
Общая протяженность основного кабеля - 3400м.
Количество муфт на основном кабеле - 3.
Протяженность линии от источника сигнала №1 (видеокамера SК1004СР) до видеопередатчика - 196 м. Данная линия состоит из нескольких участков (3 муфты) различных кабелей.
Источник сигнала №2 (видеокамера КРС190+передатчик) подключался непосредственно на видеопередатчик.
Кабельная линия №2 проложена в 2001 г и имеет сопротивление изоляции не менее 50 МОм, а сопротивление изоляции относительно «земли» не менее 100 МОм.
Общая протяженность основного кабеля - 2500м.
Количество муфт на основном кабеле - 6.
Протяженность линии от источника сигнала №1 (видеокамера КРС190) до видеопередатчика - 50 м. Данная линия состоит из нескольких участков (2 муфты) различных кабелей.
Источник сигнала №2 (видеокамера КРС190) подключатся непосредственно на видеопередатчик.
5.2. Схема включения - рекомендованная предприятием изготовителем. Предварительно проводились испытания в лабораторных условиях с использованием имитатора линии (2,5 км), входящего в комплект поставки. Сопротивление имитатора - 400 Ом.
5.3. В качестве регистраторов видеосигнала использован монитор - 12" В/W ССТV MONITOR. (Тайвань) и пишущий видеоплеер LG L227.
5.4.       Проводилось  оценка     качества полученного  изображения.  Критерии оценки качества: четкость, контрастность устойчивость синхронизации, отсутствие видимых помех (по десятибалльной шкале).
6.   Результаты испытаний.
В ходе лабораторных испытаний влияния имитатора линии на качество изображения не обнаружено.
На линии № 1:
- источник сигнала №1
четкость - 3, контрастность - 3, синхронизация -5, помехи - 4.
- источник сигнала №2
четкость - 4, контрастность - 5, синхронизация -6, помехи - 4.
На линии № 2:
      - источник сигнала №1
       четкость - 5, контрастность - 7, синхронизация -7, помехи - 6.
    - источник сигнала №2
     четкость - 8, контрастность - 8, синхронизация -9, помехи - 8.
Качество изображения при работе на линии №2 - хорошее при использовании обоих источников видеосигнала. На линии №1 качество изображения удовлетворительное с ухудшением четкости изображения при использовании источника сигнала №1.
Наилучшее возможное качество изображения легко выставляется переключателем дальности. При испытаниях на данных линиях устойчивое изображение достигалось при установке в положения «ОN» переключателей 4-6. Чем меньше номер включенного переключателя, тем сильнее проявление помехи в виде мелкой ряби и «снега» при одновременном увеличении четкости и контрастности.
На аудиоинформации, передающейся по этому же кабелю, помехи и наводки со стороны изделия М24-1-24В отсутствуют.
В течение испытаний и во время пробной эксплуатации (1 месяц) в круглосуточном режиме изделия М24-1-24В отказов и сбоев в работе не произошло.


                                                           ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Опытная эксплуатация одноканального приемопередатчика видеосигнала по двухпроводной линии связи М24-1-24В, разработанного ООО "Вихрь", показала следующее:
Изделие, в целом, соответствует заявленному назначению и обеспечивает передачу видеосигнала от черно-белой видеокамеры к удаленному видеорегистратору по выделенной симметричной двухпроводной линии с медной жилой 0,5 мм и длиной до 3400 м, что превышает заявленный производителем предел (3200 м).
В каналах контроля, включающих в себя видеокамеру, передатчик, линию, приемник, регистратор, обеспечивается трансляция информации в соответствии с требованиями, предъявляемыми в подразделениях …… (с приемлемыми четкостью, контрастностью, яркостью, разборчивостью деталей) при длине линии до 2500 м (с ухудшением четкости - до 3400 м). При наличии промежуточной линии между видеокамерой и передатчиком изделия качество изображения ухудшается пропорционально увеличению ее (промежуточной линии) длины.
Изделие имеет малые габариты, способствующие его скрытой установке, и минимальное  количество   регулировок,    что    облегчает   эксплуатацию   изделия М24-1-24В персоналом с невысокой квалификацией.  К недостаткам можно отнести:
а) срыв синхронизации при прямом подключении к некоторыми типами мониторов (например, Panasonic ВТ-S 1000Y);
б) отсутствие возможности дистанционного выключения видеокамеры, что необходимо при работе с удаленными, стационарно оборудованными объектами.

                                                      РЕКОМЕНДАЦИИ
                            по результатам испытаний изделия М24-1-24В.
Разработанный ООО "Вихрь" приемопередатчик, одноканальный, М24-1-24В может быть рекомендован к использованию в подразделениях ……………. для передачи видеосигнала от черно-белой видеокамеры к удаленному видеорегистратору по выделенной симметричной двухпроводной линии.

                                 И.о. начальника отдела ТО   (подпись)

По результатам испытаний, в максимально не благоприятных для изделия условиях, нарушенных заданными по ВИНС.463332.002 ТУ, получен  удовлетворительный результат. Изделие было включено в Госпоставки на 2005 год.
Таким образом, приведённая методика позволяет просто и с высокой достоверность оценить основной параметр - дальность передачи видеосигнала, любой предлагаемой модели изделия данного класса.
За консультации по возникающим вопросам обращаться по адресу: nsv@tomsk.ru.

[на главную]    

Copyright© 2005 by Nikolay S. Vernigorov
http://vikhr.ru/
Перепечатка и распространение материалов автора разрешается с обязательной ссылкой на авторство и сайт ООО "Вихрь

 
Rambler's Top100 Рейтинг@Mail.ru