Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Ця стаття являє собою короткий огляд існуючих методів передачі відеозображення по протяжним лініям зв’язку різного роду і орієнтована в першу чергу на фахівців-практиків у галузі систем відеоспостереження – проектувальників і інсталяторів.
Передача відеосигналу на великі відстані – це непроста технічна задача: реалізація призначення ліній зв’язку нерідко відбувається на відкритому просторі у важких кліматичних умовах і складному електромагнітному середовищі. Таким чином, найменша неврахована деталь може привести до неправильного технічного рішення при виборі способу передачі відеосигналу.
Першочерговою умовою для ефективного функціонування ліній зв’язку є забезпечення передачі відеозображення з мінімальними спотвореннями. Повний відеосигнал займає досить широку смугу частот у діапазоні від 25 Гц до 6,5 МГц, що накладає на лінію передачі відеозображення спеціальні вимоги. Основною характеристикою апаратури передачі відеоданих є нерівномірність її амплітудно-частотної характеристики (АЧХ) у зазначеній смузі частот. Нерівномірність АЧХ-трактів передачі відеосигналу повинна бути мінімальною, оскільки вона призводить до втрати візуальної інформації. Ще однією важливою вимогою, що пред’являється до ліній зв’язку (особливо на великих відстанях), є їх перешкодозахищеність і стійкість до зовнішніх впливів. Особливої уваги заслуговує наявність захищеності лінії від несанкціонованого перехоплення і “злому” (передача хибної) візуальної інформації.
При проектуванні системи відеоспостереження необхідно враховувати наступні фактори:
• кількість і особливості маршруту трас ліній зв’язку;
• протяжність ліній передачі;
• електромагнітну обстановку об’єкта (рівень індустріальних перешкод, частоту виникнення гроз);
• необхідність передачі інших сигналів разом з відеосигналом в одному магістральному кабелі;
• кліматичні умови;
• організацію живлення периферійного обладнання;
• розмір бюджету проекту.
При побудові системи відеонагляду на етапі проектування необхідно приймати до уваги не тільки структуру системи і взаємозв’язок її елементів, але і можливість подальшого технічного обслуговування, відновлення і модернізації та нарощування ліній передачі і системи в цілому.
Несиметрична лінія передачі відеосигналу, або радіочастотний коаксіальний кабель
Несиметрична лінія (радіочастотний коаксіальний кабель) найчастіше застосовується для низькочастотної передачі відеосигналу на невеликі (до 300 м) відстані і характеризується високим коефіцієнтом частотно-залежного згасання відеосигналу. Коефіцієнт згасання залежить від марки коаксіального кабелю і вказується в його паспорті. Чим більше діаметр ізоляції і жили кабелю, тим менше його коефіцієнт затухання, а отже, і втрати відеоданих. При великій довжині кабелю спотворення відеосигналу може досягти таких величин, які будуть призводити до втрати відеоінформації. Частково компенсувати подібні втрати можна за рахунок установки на передавальному кінці лінії коригуючого підсилювача. Деякі дорогі моделі відеокамер випускаються з уже вбудованим коректором. При роботі на довгій несиметричній лінії (коаксіальний кабель) слід застосовувати відеокамери з яскраво вираженою апертурною корекцією і завищеним розмахом відеосигналу (більше 1 В). Ряд фірм встановлюють на своїх камерах перемикач вибору необхідного розмаху відеосигналу. Несиметричні лінії передачі по високій частоті отримали широке поширення в мережах кабельного телебачення, де відеосигнали кількох телевізійних програм передаються одночасно по своїх роздільних радіоканалах. Однак коефіцієнт згасання в коаксіальному кабелі на радіочастотах ще вище, що вимагає встановлення ретрансляторів через кожні 50-100 м. Несиметричні лінії передачі мають низьку перешкодозахищеність, і це обмежує їх застосування в умовах високого рівня індустріальних та атмосферних перешкод. В результаті наведення напруг в лінії передачі на зображенні можуть з’явитися різного роду смуги, муари і спотворення, боротьба з якими досить складна і передбачає дотримання певних правил заземлення, встановлення пристроїв гальванічної розв’язки, підсилювачів-коректорів і високу кваліфікацію персоналу. Дана проблема часто з’являється при збільшенні кількості відеокамер на об’єкті в разі їх живлення від одного джерела, коли в результаті електричних з’єднань утворюються контури загального проводу.
Таким чином основні недоліки несиметричних ліній передачі відео можна звести до наступних:
• велика величина коефіцієнта згасання в лінії;
• низька перешкодозахищеність;
• висока питома вартість кабелю;
• складність правильного заземлення.
Перераховані вище недоліки несиметричних ліній накладають обмеження на їх застосування в складній електромагнітній обстановці при передачі відеосигналу на великі відстані, що змушує шукати альтернативні методи передачі відеоданих.
Симетрична лінія, або вита пара
Симетрична лінія, або вита пара, застосовується для низькочастотної передачі відеосигналу на відстані довжиною до 2 км і характеризується тим, що перешкоди, які з’являються в її провідниках взаємно знищуються. Конструктивно подібний кабель являє собою два провідники, звитих по довжині для збільшення перешкодозахищеності і симетричності даної лінії. Одним з переваг такої лінії передачі є можливість використання вже наявних трас, прокладених для інших цілей, наприклад для телефонії.
Даний метод, однак, вимагає застосування спеціальної апаратури передачі відеосигналу, що складається з передавального і приймального пристроїв, які здійснюють передачу відеосигналу, його підсилення і корекцію для компенсації втрат в лінії.
Передавальне обладнання за своїми характеристиками і призначенням можна розділити на наступні групи:
• побудоване на пасивному пристрої, що встановлюється на передавальній стороні з дальністю передачі відеосигналу до 500 м;
• активне, з розмахом вихідної напруги до 3 В і дальністю передачі до 1000 м;
• активне, з розмахом вихідної напруги до 18 В і дальністю передачі до 2000 м.
На практиці в якості витої пари зазвичай використовують звичайний телефонний кабель екранований марки ТПП в поліетиленовій ізоляції з кількістю кручених пар від 5 до 100. Цей кабель відрізняється підвищеною стійкістю до ультрафіолетового випромінювання (сонячного світла), відносно низьким коефіцієнтом загасання і дальністю передачі до 2000м.
Рисунок 1 – Апаратура для передачі чорно-білого і кольорового відеосигналу в реальному часі на відстань до 1,8 км (для чорно-білого) і до 1,5 км (для кольорового) зображення (для магістрального кабелю ТПП)
Широко застосовується і 4-парний комп’ютерний кабель FTP 5-ї категорії 24 AWG. Коефіцієнт згасання у нього більше, ніж в кабелі ТПП, через більшу міжпровідникову ємність, а дальність передачі відеосигналу менше – до 1000м. У польових умовах для відеоспостереження використовують і однопарний кабель військового призначення, серед фахівців відомий як “польовий” або “полівка”. Лише в самому крайньому випадку допускається використання телефонного двожильного кабелю типу “локшина”, але жоден виробник передавального обладнання не дає жодних гарантій якості переданого зображення.
Слід враховувати також і той факт, що чорно-біле зображення менш критичне до втрат високочастотних складових відеосигналу, ніж кольорове. При передачі чорно-білого зображення такі втрати призводять до зменшення його чіткості, а при передачі кольорового – до перекручення чи повної втрати кольору. Основною характеристикою устаткування передачі відеоданих є нерівномірність його АЧХ в смузі частот, яку займає відеосигнал: на всіх частотах спектру сигнал, що передається не повинен зазнати ніяких змін. Коефіцієнт згасання у витій парі різний для різних частот і залежить від довжини лінії і від індивідуальних характеристик кабелю (хвильовий і активний опір кабелю, міжпровідникова ємність), тому для кожного конкретного випадку потрібно налаштування апаратури. Зі збільшенням довжини лінії передачі вплив цих характеристик зростає, що позначається на якості переданого зображення. Так, через неузгодженість вихідного опору передавача і вхідного опору приймача з хвильовим опором кабелю можливо відображення сигналу в лінії, що веде до появи повторів на екрані монітора. Зазвичай передавальне обладнання розробляється під певну марку кабелю, яка вказується в паспорті даного обладнання. Це пов’язано з тим, що неможливо передбачити всіх можливих варіантів частотної і амплітудної корекції для різних типів кабелів. Перехід з одного типу кабелю на інший вимагає обов’язкової перебудови коригувальних ланок.
До особливостей застосування витої пари слід віднести наступні:
• необхідність виділення на відеосигнал окремої пари від кожного джерела;
• необхідність дотримання напрямку передачі відеосигналу – не рекомендується передача відео в обох напрямках по одному магістрального кабелю через можливість перехресних перешкод.
Особливу увагу фахівцям слід приділяти попередженню виникнення в лінії небезпечних наведених напруг різної природи (атмосферні розряди, наведення від потужних силових трас та ін.) Проблеми подібного роду властиві у всіх лініях передачі і вирішуються шляхом проведення комплексу технічних заходів.
Оптоволоконні лінії передачі відеозображення
Для передачі відеосигналу на відстані, довжина яких перевищує 2000 м, необхідно застосовувати інші методи передачі відеоданих. Одним з можливих способів є передача відеозображення по оптоволоконній лінії зв’язку (ОВЛС), яка в даний час все частіше застосовується в системах відеоспостереження.
Серед очевидних переваг ОВЛС перед розглянутими вище лініями передачі можна виділити такі:
• низькі втрати сигналу, що при хорошій якості відеозображення забезпечує його передачу на великі відстані;
• висока пропускна здатність;
• багатоканальність;
• можливість одночасної передачі сигналів різного призначення;
• нечутливість до електромагнітних перешкод і, як наслідок, висока захищеність від наведень і перешкод;
• підвищений рівень безпеки.
Оптоволокно являє собою прозорі волокна, які проводять світло з мінімальними втратами завдяки високому ступеню внутрішнього відбиття оболонки. Конструктивно оптоволокно складається з ядра, оптичної оболонки і захисної оболонки (зазвичай броня), розрахованої як на механічні навантаження, так і на роботу в екстремальних умовах. ОВЛС буває одномодове – з однією траєкторією розповсюдження світла по ядру оптоволокна, і багатомодове – з кількома траєкторіями розповсюдження. Багатомодове обумовлює “наростання” фазового (тимчасового) зсуву відеосигналу, що проходить по різним модам (променям) і, відповідно до втрати і спотворення сигналу. Одномодове оптоволокно характеризується меншими втратами сигналу і забезпечує передачу сигналів на десятки кілометрів, багатомодове – зазвичай на відстані довжиною до 3-5 км. Проте обладнання для передачі сигналу по одномодовому ОВЛС складніше і дорожче у зв’язку з необхідністю застосування напівпровідникового лазера в якості випромінювача. ОВЛС може забезпечувати передачу сигналу на відстані довжиною до декількох десятків кілометрів без необхідності використання проміжних підсилювачів. Оптоволоконна лінія передачі відеосигналу складається з передавача, приймача і волокна, що їх з’єднує. Передавач і приймач виконують функції модулятора і демодулятора відповідно, перетворюючи відеосигнал в оптичне випромінювання і назад.
Передавальна апаратура припускає різні варіанти реалізації її призначення. Найпростіший варіант – низькочастотна аналогова передача одного відеосигналу. Більш універсальний варіант – одночасна передача по одній ОВЛС відеосигналу, каналу звуку і сигналів управління телеметрії з інтерфейсом RS-485 або іншим, що дозволяє здійснювати відеоспостереження за допомогою віддаленої камери з поворотним пристроєм. Існують і більш складні комплекси передачі потоків даних по ОВЛС, в тому числі і для передачі відеосигналу в цифровому вигляді. Для ОВЛС характерні захищеність від наведених напруг і перешкод і відсутність випромінювання за межі оболонки (що гарантує захист від перехоплення сигналу). Оптоволокно є діелектриком і не може взаємодіяти з електричними і магнітними полями, тому немає необхідності забезпечувати для нього гальванічну розв’язку або проводити певні заходи по боротьбі з наведеними напругою і перешкодами.
У зв’язку з порівняно високою вартістю ОВЛС їх застосування для передачі відеозображення в системах відеоспостереження виправдано при великих відстанях, при підвищених вимогах до якості сигналу і його захищеності. Однак при передачі сигналу на відстані довжиною більше 3-5 км необхідний перехід на одномодові ОВЛС, що призводить до збільшення вартості передавального обладнання.
Рисунок 2 – Апаратура для передачі аудіо, відео та сигналів управління (RS-485) по одному багатомодовому оптоволокну
Рисунок 3 – Апаратура для передачі чорно-білого і кольорового відеосигналу по багатомодовому оптичному волокну на відстань до 5 км
Рисунок 4 – Апаратура для передачі даних (1 канал) по багатомодовому оптичному волокну на відстань до 5 км
Ethernet і цифрові канали зв’язку
На сьогоднішній день передача відеозображення по цифрових каналах зв’язку є, мабуть, однією з х технологій, що розвивається досить швидкими темпами. Це пояснюється в першу чергу тим, що постійно знижується вартість і підвищується якість переданого зображення за рахунок зростання продуктивності обладнання та вдосконалення методів стиснення відеоданих. Використання існуючих комп’ютерних мереж при організації відеоспостереження дає значний економічний ефект на територіально розподілених об’єктах і в багатокористувацьких системах, коли відеоконтроль необхідно вести з віддалених один від одного робочих місць.
Ядром такої системи зазвичай є відеосервер – комп’ютер з платами відеовведення або плати відеореєстрації, на входи яких підключаються від однієї до декількох відеокамер. Відеосервер проводить запис, обробку та компресію відеозображення, запис його в архів і передачу по мережі стиснутої інформації відеоклієнтам. Обробка відео полягає в поліпшенні якості зображення (корекція яскравості, контрасту та чіткості та ін) з можливістю детекції руху, запису звукового супроводу і т.д. Відеосигнали з відеокамер можуть передаватися на вхід відеосервера одним з розглянутих вище способів.
Клієнтом сервера може бути будь-який комп’ютер, підключений до комп’ютерної мережі і грає роль поста спостереження. Основними завданнями віддаленого відеоспостереження по цифрових каналах зв’язку є наступні:
• отримання архіву якісного відеозображення у вигляді статичних картинок або “живого” відео;
• спостереження поточних подій;
• управління пристроями спостереження.
Перспективи розвитку
Для підвищення якості цифрового відео, на наш погляд, необхідний перехід від аналогових відеокамер з чергуванням рядків до цифрових камер і камер високої чіткості з прогресивною розгорткою. Для одержання віддаленого відеозображення в цифровому вигляді в режимі реального часу найбільш перспективне використання бездротових Інтернет-каналів через супутники зв’язку і каналів стільникового зв’язку, а також провідних ліній електромережі.