CCTV监控信号的传输基本知识1.docx

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CCTV监控信号的传输基本知识1

CCTV监控信号的传输基本知识

   电视监控系统的前端设备与中心端设备通过传输系统建立联系，该系统一方面将前端摄像机、监听头、报警探测器或数据传感器捕获的视音频信号及各种控测数据传往中心端；另一方面将中心端的各种控制指令传往前端多功能解码器等受控对象。

因此，传输系统应该是双方向的。

在大多数的情况下，传输系统都是通过不同的单方向传输介质来实现的，例如，用同轴电缆传输按多工（Multiplexing）方式处理的视音频及控制信号。

直接电缆传输是最基本的传输方式。

在局域性质的闭路电视监控系统中，由前端设备到中心控制室的距离通常都是在1km以内，因而从前端设备到中心控制室之间一般都是直接通过电缆连接，其中由摄像机输出的视频信号采用同轴电缆连接，由监听头输出的音频信号采用2芯屏蔽线连接，由报警探测器输出的是开路或短路的开关量信号，可通过普通（非屏蔽）2芯线连接（报警探测器还需+12V的电源，因此一般用4芯线，其中电源2芯、信号2芯，但在特殊应用场合也可以将电源地线与触点的一端相连，因而用3芯线即可），而由中心控制主机发出的控制指令则通过2芯屏蔽双绞线与前端解码器连接。

图1示出了从前端到中心端所需的各种电缆，其中视、音频信号电缆为一对一连接，报警传感或其他数据传感一般采用一对一连直接进入系统主机，而对于有些系统，报警传感器也可以一对一地连接到前端解码器或报警接口箱并通过解码器或报警接口箱的通信总线连接到系统主机，这种连接方式取决于系统主机的报警信号响应方式，它显然可以有效节省汇总在中心控制室的线缆的数量。

而传输控制指令的通信线采用总线式连接，即各解码器或报警接口箱就近接入通信总线，只需一根通信线在中心控制室汇总即可。

另外，由前端解码器到云台及电动镜头之间还需采用较短的多芯电缆连接，其中全方位云台及电动镜头的多芯控制电缆（如10芯电缆）需要从前端一直引到中心控制室内的云台镜头控制器上。

由图1可见，在中心控制室处汇总的线缆数量还是相当多的。

1、视频电缆及连接器

视频电缆选用75Ω的同轴电缆，通常使用的电缆型号为SYV—75—3和SYV—75—5。

它们对视频信号的无中继传输距离一般为300~500m，当传输距离更长时，可相应选用SYV—75—7、SYV—75—9或SYV—75—12的粗同轴电缆（在实际工程中，粗缆的无中继传输距离可达1km以上），当然也可考虑使用视频放大器。

一般来说，传输距离越长则信号的衰减越大，频率越高则信号的衰减也越大，但线径粗则信号衰减越小。

当长距离无中继传输时，由于视频信号的高频成分被过多的衰减而使图像变模糊（表现为图像中物体边缘不清晰，分辨率下降），而当视频信号的同频头被衰减得不足以被监视器等视频设备捕捉到，图像便不能稳定地显示了。

视频信号实际所能传输的距离与同轴电缆的质量及所用的摄像机及监视器均有关。

当摄像机输出电阻、同轴电缆特性阻抗、监视器输入电阻这3个量不能完全匹配时，就会在同轴电缆中造成回波反射（驻波反射），因而长距离传输时会使图像出现重影及波纹，甚至使图像跳动（因同步头被衰减或回波反射都可能使图像产生跳动！

）。

因此，在实际工程中，尽可能一根电缆一贯到底，中间不留接头，因为中间接头很容易改变接点处的特必阻抗，还会引入插入损耗。

以某一电视监控系统的布线为例，其仓库周界边线长应达400m，由几个远端摄像机到主控室的距离达到了800~1100m的范围（因防火因素，线缆不能从仓库中心穿过，只能沿围墙布设），本工程事先定制了SYV—75—7和SYV—75—9两种超长电缆（配上线滚轴），实际施工时是开着汽车沿周界进行布线（同时以总线方式布设了通信控制电缆及电源线），每一根都直接引到了主控室，没有使用视频放大器，也得到了较好的图像质量。

   视频同轴电缆的结构如图2所示，其中外导体用铜丝编织而成。

不同质量的视频电缆其编织层的密度（所用的细铜丝的根数）是不一样的，如80编、96编、120编，有的电缆编数少，但在编织层外增加了一层铝箔。

在电路中，其外导体接地，内导体（铜芯线）接信号端，内、外导体之间填充有绝缘介质，这样，传输的电磁能便被限制在内、外导体之间了，避免了辐射损耗和外界杂散信号的干扰。

当导线中有电流通过时，会使导线发热，说明导线消耗了有功功率，它具有一定电阻；又由于导线间绝缘不完全而存在漏电流，即导线之间处处有一定电导；当导线中有电流流过时，导线周围就会有磁场产生，所以导线还有一定的电感；导线与导线间的电位差将使其形成电场，使得导线间存在一定的电容。

上述这些分布在电路布线及其结构中的参数统称为“分布参数”，它使得线路中任一点都呈现出己定的阻抗，这个阻抗即被称为特性阻抗。

因此，特性阻抗的大小完全取决于电缆的结构。

根据电波在传输线中的传播规律：

当传输线终端负载阻抗等于特性阻抗时，传输线传播的能量将全部被负载吸收，此时电源输出的功率最大，即阻抗匹配状态。

广播电视标准规定传输线缆的特性阻抗及设备终端阻抗为75Ω。

电缆的线径越粗则衰减越小，越适合于长距离传输。

但在实际应用中可能会遇到这样的情况，即：

虽然在长距离传输中（如超过500m）直接使用电缆连接也可以得到稳定的图像，但因高频衰减会使图像的细节损失过多，分辨率下降，画面有些朦胧感。

另外，高频损失还会影响到彩色的重现。

在这种情况下就需要使用视频放大器，并通过放大器的高频补偿功能增强图像的轮廓（细节），使图像变得清晰、明快。

另外，选用粗同轴电缆并配用视频放大器虽然可能有效延长视频信号的传输距离，但是当传输距离远远超过1km时，单纯地靠增加视频放大器的数量便不那么奏效了。

这是因为随着距离的增加及放大器数量的增多，视频信号经多次放大后，其叠加的噪声也同样经过了多次放大，而噪声叠加的结果使得噪声电平与视频信号电平几乎处在了同一个数量级上，此时，人们在监视器屏幕上看到的视频图像可能是在一片杂乱的背景噪声（噪点）中，甚至被背景噪声（噪点）所淹没。

在这种情况下，只好采用光纤传输或微波传输。

视频电缆与设备的连接通常为BNC连接器（俗称Q9接头及座），个别设备也有选用RCA连接器（即莲花插头及座），还有些系统选用射频传输常用的F头（有螺纹可旋紧）。

当接头与座的规格不一致时，可以用转换器进行转换，如BNC→RCA转换器或RCA→BNC转换器。

顺便指出，在大中型电子配件市场上，无论是不同规格的转换还是“公”↔“母”头的转换，几乎所有形式的转换器都可以找到。

2、音频、通信及控制电缆

音频、通信及控制电缆都是非同轴电缆，其中音频及通信电缆为2芯线而控制电缆为10芯线。

显然，它们传输的信号内容不同，但电缆的类型却可以是相同的。

特别是：

音频及通信电缆通常可选为同样的2芯屏蔽电缆。

在非干扰环境下，也可选为非屏蔽双绞线，如在综合布线中常用的5类双绞线（4对8芯）。

A、音频电缆及连接器

音频电缆通常选用2芯屏蔽线，虽然普通2芯线也可以传输音频，但长距离传输时易引入干扰噪声。

在一般应用场合下，屏蔽层仅用于防止干扰，并于中心控制室内的系统主机处单端接地，但在某些应用场合，也可用于信号传输，如用于立体声传输时的公共地线（2芯线分别对应于立体声的两个声道）。

常用的音频电缆有RVVP—2/0.3或RVVP—2/0.5。

很多工程单位在承接诸如超市或宾馆、写字楼等电视监控工程项目的同时可能还会兼做公共广播（背景音乐）工程，也需要布设音频电缆。

但公共广播系统的声音传输方式采用的是高压（120V）定压方式传输，其音频电缆采用总线式布线，因此这与监控系统中用于将监听头的音频信号传到中控室的点对点式布线方式截然不同。

由于采用了高压小电源传输，因此采用非屏蔽的2芯电缆即可，如RVV—2/0.5等。

音频电缆与设备的连接通常为RCA连接器，专业音频设备通常采用卡侬连接器，个别设备也有选用普通6.5mm或3.5mm的杰克插头/座的。

公共广播系统的音频电缆则一般不需要专门的连接器，而是直接将电缆连接到音箱或功放设备的接线柱上。

B、通信电缆

通信电缆指的是接于系统主与解码器之间的2芯电缆，可以选用普通的2芯护套线，但一般来说，带有屏蔽层的比绞两芯线抗干扰性能要好些，更适合于强干扰环境下的远距离传输。

可选用的通信线如RVVP—2/0.15或RVVP—2/0.3等。

选择通信电缆的基本原则是距离越长，线径越粗。

例如：

RS—485通信规定的基本通信距离是1200m，但在实际工程中选用RVV—2/1.5的护套线，可以将通信扩展到2000m以上。

当通信线过长时，需使用RS-485通信中继器。

将控制信号放大整形。

否则，长距离通信控制指令便不能被解码器稳定地接收或根本不能接收。

C、控制电缆

控制电缆通常指的是用于控制云台及电动3可变镜头的多芯电缆，它一端连接于控制器或解码器的云台、电动镜头控制接线端，另一端则直接接到云台、电动镜头的相应端子上。

由于控制电缆提供的是直流或交流电压，而且一般距离很短（有时还不支1m），基本上不存在干扰问题，因此不需要使用屏蔽线。

常用的控制电缆大多采用6芯电缆或10芯电缆，如RVV—6/0.2、RVV—10/0.12等。

其中6芯电缆分别接于云台的上、下、左、右、自动、公共6个接线端。

10芯电缆除了接云台的6个接线端外还包括电动镜头的变倍、聚焦、光圈、公共4个接线端。

在电视监控系统中，从摄像机到解码器的空间距离比较短（通常都是在几米范围内），因此从解码器到云台及电动镜头之间的控制电缆一般不作特别要求；而由控制器到云台及电动镜头的距离少则几十米，多则几百米，在这样的监控系统中，对控制电缆就需有一定的要求，即线径要粗。

这是因为导线的直流电阻与导线的截面积平方成反比，而控制信号经长距离导线传输时会因其导线电阻（几~几十欧姆甚至更高）而产生压降，线径越细或传输距离越长则导线电阻越大，控制信号压降越大，以至于控制信号到达云台或电动镜头时不能驱动负载电动机动作。

这种现象对于低电压控制信号尤为明显，如对于交流24V驱动的云台及直流6~12V驱动的电动镜头，可能会出现云台经常被“卡”住而起动不了（特别是在大转矩情况下），电动镜头动作极慢或干脆不动作。

其原因如图3所示。

由图可见，由于控制电流I会在导线电阻R上产生压降，因此控制器输出电压减去该压降后才是加在云台或电动镜头上的实际电压（注意：

100mA的电流在10Ω电阻上就可产生1V的压降）。

因此，控制信号的长距离传输必须用粗线径的导线，如选用RVV—10/0.5或RVV—10/0.75等。

3、电源线

电视监控系统中的电源线一般都是单独布设，在监控室安置总开关，以对整个监控系统直接控制。

一般情况下，电源是线是按交流220V布线，在摄像机端再经适配器转换成直流12V，这样做的好处是可以采用总线式布线且不需很粗的线，当然在防火安全方面要符合规范（穿钢管或阻燃PVC管），并与信号线离开一定距离。

有些小系统也可采用12V直接供电的方式，即在监控室内用一个大功率的直流稳压电源对整个系统供电。

在这种情况下，电源线就需要选用线径较粗的线，且距离不能太长，否则就不能使系统正常工作。

这是因为供电电源的功率一定时，电压越低则电流越大，而大电源在较小的线路电阻上也能产生较大的压降（参见图6-3），使摄像机电源端口的实际电压值达不到要求的值。

在这种情况下，摄像机的图像要么抖动、无彩色，要么干脆无图像，此时在摄像机加载（即不断开摄像机电源）的前提下测量一下其电源端口处的电压值就可以发现问题所在（此时的电压值可能只有10V左右）。

很多工程公司在初次进行采用直流12V电源直接供电的电视监控制系统的调试时都遇到过类似的问题。

在这种情况下，如果不方便改为交流220V供电，而且也不方便改为交流220V供电，而且不方便更换粗线时，就需要采用可调直流电源将供电电压提升到13~14V，以保障摄像机端口处的工作电压达到12V。

但是应该说明的是，这种做法并不是规范的做法，而仅仅是一种补救措施。

特别是，当各摄像机距中心控制室的距离差别较大时，可能会损坏近处原己正常工作的摄像机，因为该摄像机到控制室的电源线的长度较短（导线电阻较小），不会产生太多的压降，而这种做法会使其电源端口电压升高到13~14V。

遇到这种情况，只能采用多个电源分别供电，即近距离用标准电压供电、远距离用稍高的电压供电。

综合布线系统防雷设计中如何防感应雷

   分析感应雷产生的原因，应采取的方法，即：

均衡系统电位，逐级分别泄流，加强屏蔽。

　　我们知道雷电入侵电器设备的形式有两种：

直击雷和感应雷。

雷电直接击中线路并经过电器设备入地的雷击过电流称为直击雷；由雷闪电流产生的强大电磁场变化与导体感应出的过电压，过电流形成的雷击称为感应雷。

　　目前，在智能大楼防雷系统设计上，是执行的国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057－94，设计由避雷网（带），避雷针或混合组成的接闪器，立柱基础的钢筋网与钢屋架，屋面板钢筋等构成一个整体，避雷网通过全部立柱基础的钢筋作为接地体，将强大的雷电流入大地。

计算机系统安置在建筑物内，受建筑物防雷系统保护，直击雷击中计算机网络系统的可能性非常小，计算机设备抗直击雷能力很低，防护设备非常昂贵，通常不必安装防护直击雷的设备，而计算机网络必须防感应雷。

　　感应雷可由静电感应产生，也可由电磁感应产生，形成感应雷电压的机率很高，对建筑物内的低压电子设备威胁巨大，计算机网络系统及电话程控交换机的防雷工作重点是防止感应雷入侵。

入侵计算机系统的雷电过电压过电流主要有以下三个途径：

　　1.由交流电220V电源供电线路入侵

　　计算机系统的电源由电力线路输入室内，电力线路可能遭受直击雷和感应雷。

直击雷击中高压电力线路，经过变压器耦合到220伏低压，入侵计算机供电设备；另外低压线路也可能被直击雷击中或感应雷过电压。

在220伏电源线上出现的雷电过电压平均可达10000伏，对计算机网络系统可造成毁灭性打击。

　　2.由计算机通信线路入侵

　　可分为三种情况：

（1）当地面突出物遭直击雷打击时，强雷电压将邻近土壤击穿，雷电流直接入侵到电缆外皮，进而击穿外皮，使高压入侵线路。

（2）雷云对地面放电时，在线路上感应出上千伏的过电压，击坏与线路相连的电器设备，通过设备连线侵入通信线路。

这种入侵沿通信线路传播，涉及面广，危害范围大。

（3）若通过一条多芯电缆连接不同来源的导线或者多条电缆平行铺设时，当某一导线被雷电击中时，会在相邻的导线感应出过电压，击坏低压电子设备。

　　3.地电位反击电压通过接地体入侵

　　雷击时强大的雷电流经过引下线和接地体泄入大地，在接地体附近放射型的电位分布，若有连接电子设备的其他接地体靠近时，即产生高压地电位反击，入侵电压可高达数万伏。

建筑物防直击雷的避雷引入了强大的雷电流通过引下线入地，在附近空间产生强大的电磁场变化，会在相邻的导线（包括电源线和信号线）上感应击雷电过电压，因此建筑物避雷系统不但不能保护计算机，反而可能引入了雷电。

计算机网络系统等设备的集成电线芯片耐压能力很弱，通常在100伏以下，因此必须建立多层次的计算机防雷系统，层层防护，确保计算机特别是计算机网络系统的安全。

　　在防雷系统设计中，目前通常作法是下面两点

　　1.建立联合接地系统，形成等电位防雷体系

　　将建筑物的基础钢筋，梁柱钢筋，金属框架，建筑物防雷引下线等连接起来，形成闭合良好接地的法拉第笼，将建筑物各部分的交流工作地，安全保护地，直流工作地，防雷接地与建筑物法拉第笼良好连接，避免接地线之间存在电位差，消除感应过电压产生的原因。

　　2.电源系统防雷

　　在高压端各相安装防雷装置作为第一级保护，在低压侧安装阀门式防雷装置作为第二级保护，在楼层配电箱安装电源避雷箱作为第三级保护。

　　还应设计综合布线系统防雷

　　综合布线系统包括六个子系统：

工作区子系统，水平支干线子系统，管理子系统，垂直主干子系统，设备子系统和建筑群主干子系统。

　　1.工作区子系统

　　它就是工作区（各个办公室）内终端设备连接到信息插座之间的设备组成。

每个五类数据点含一个RJ45插座，三类语音点含一个RJ45插座。

连接计算机网络的数据点，在管理子系统中已经采取了保护措施，一般不需要加装防雷设施；若需要利用调制解调器通过语音点连接计算机，由于语音线路与外线连接，有必要安装信号避雷器，作为末级防雷措施。

　　2.水平子系统

　　它是布置在同一楼层上，一端接在信息插座上，另一端接在层配线间的跳线架上，连接管理子系统至工作区的电缆，要求铺设在金属桥架或金属线管内。

与联合接地系统相连的金属桥架和金属管线充当了屏蔽层，两端或连接到网络设备或连接到垂直干线，不必再加装防雷设施。

　　3.管理区子系统

　　放置电信布线系统设备，包括水平和主干布线系统的机械终端和交换线路，管理区子系统的数据部分安装在一个19英寸的机柜中，材料包括五类配线架，光纤配线架，绕线环，标签等，采用双绞线作为垂直主干线，需要在机柜中安装计算机网络防雷器，作为计算机网络第二级防雷措施，防护由于引下线泄放雷电流而形成的电磁场突变产生的感应雷；语音部分采用BLX安装架固定在墙面，罩上防尘盖，材料包括25对接线板，绕线环和标签等，管理区子系统需要装信号避雷器，作为通信线路第二级防雷措施。

　　4.垂直干线子系统

　　通常它是由主设备间（如计算机房，程控交换机房）至各层管理间，采用大对数的电缆馈线或光缆，两端分别端接在设备间和管理间的跳线架上，为建筑物提供干线电缆路由。

　　语音主干线按照程控交换机和电信系统的标准和做法，采用三类非屏蔽大对数双绞电缆，已在管理区子系统安装了信号避雷器，一般不需要再装防雷设备。

　　数据传输主干线采用大对数双绞电缆，已在管理区子系统安装了信号避雷器，一般不需要再安装防雷设备。

　　采用光纤作为数据传输主干线，可满足FDDI，ATM，快速以太网，光纤以太网的传输要求，用光纤作为计算机网络主干线绝对避免了由于引下线泄放雷电流而形成的电磁场突变产生的感应雷，是最好的防雷措施。

　　5.设备间子系统

　　它是整个布线系统的中心、单元，所有楼层的资料都由光纤和电缆传送至此。

通常此系统安装在计算机主机房，程控交换机房内。

通常分为语音管理和数据管理两部分。

　　语音设备管理区子系统，连接大楼外各种线路，主要处理电话，X25，DDN进线等，经与垂直干线子系统跳接后，连通各语音管理子系统。

安装通信避雷柜（保安配线柜），连接进出大楼的通信线路，覆盖了进出大楼所有通信线，大对数通信电缆必须埋地铺设，防护由于进出、大楼的通信线路引入的感应雷。

　　数据设备管理子系统，与大楼计算机房在同层，方便操作和管理，是计算机网络中心，采用光纤作为计算机网络主干线，绝对避免了雷电影响，是最好的防雷措施；若采用大对数双绞电缆作为数据传输主干缆，需要在机柜中安装计算机网络防雷器，作为计算机网络第一级防雷措施。

　　6.建筑群子系统

　　它是将多个建筑物的数据通信信号连接成一体的布线系统。

采用光纤作为建筑物间网络连接介质，不需要安装避雷器，甚至可以架空铺设，若采用电缆，必须埋地铺设。

进入建筑物内铺设时，电缆必须单独敷设在弱电金属桥架或弱电金属管线内，金属桥架和金属管线与联合接地系统良好相连，充当导线的屏蔽层，不能共用强电金属桥架或强电金属管线。

强电金属桥架及金属管线与弱电金属桥架及管线平行敷设时，净距离不小于20厘米。

　　进出建筑物的通信线，不能通过架空线进出大楼，必须通过埋地敷设，并且需要加装金属护套或屏蔽层。

　　随着计算机运用的普及，计算机网络防雷系统是保证建筑物（特别是高层建筑物）内计算机系统可靠运行的基本措施，在建筑物设计施工特别是综合布线系统设计施工时，应得到高度重视。

图解摄像机4大关键参数

信噪比

就是摄像机抵抗影像干扰的能力，信噪比越大约好。

目前主流摄像机的信噪比是52DB，最大的可以到60DB

超宽动态

超宽动态是在非常强烈的对比下让摄像机看到影像的特色。

具有280:

1的超宽动态范围，比传统摄像机只具有的3:

1动态范围超出了90倍。

自然光线排列成从120,000Lux到星光夜里的0.00035Lux。

当摄像机从室内看窗户外面，室内照度为100Lux，而外面风景的照度可能是10,000Lux，对比就是10,000/100=100:

1。

这个对比人眼能很容易地看到，因为人眼能处理1000:

1的对比度，然而传统的闭路监控摄像机处理它会有很大的问题，传统摄像机只有3:

1的对比性能，它只能选择使用1/60秒的电子快门来取得室内目标的正确曝光，但是室外的影像会被清除掉（全白）；或者换种方法摄像机选择1/6000秒取得室外影像完美的曝光，但是室内的影像会被清除（全黑）。

这是一个自从摄像机被发明以来就一直长期存在的缺陷。

背光补偿

背光补偿提供在非常强的背景光线前面目标的理想的曝光。

一个不具有背光补偿的普通摄像机，当一个主要目标后面的非常亮的背景或一个点光源是不可避免的，摄像机将取得所有近来光线的平均值并决定曝光的等级，这并不是一个好的方法，因为当快门速度增加的时候，光圈会被关闭导致主要目标变得太黑而不被看见。

为了克服这个问题，一种称为背光补偿的方法通过加权的区域理论被广泛使用在多数摄像机上。

影像首先被分割成7块或6个区域（两个区域是重复的），每个区域都可以独立加权计算曝光等级，例如中间部分就可以加到其余区块的9倍，因此一个在画面中间位置的目标可以被看得非常清晰，因为曝光主要是参照中间区域的光线等级进行计算。

然而有一个非常大的缺陷，如果主要目标从中闲移动到画面的上下左右位置，目标会变得非常黑，因为现在它不被区别开来已经不被加权。

解决上面问题的唯一方法就是智能化摄像机，当主要目标移动时相应的加权区域立刻随之移动，这个技术称为超级背光补偿。

数字讯号处理器首先将影像分割成320X240（76,800）个极微小的区域，每个区域都在不停地扫描寻找主要目标和过度曝光的像素，这些过度曝光的点将首先从计算方案中移除，剩下的灰度等级区域将用来计算曝光的等级。

人工智能增强搜索主要目标并给以适当的加权等级以更深层调整到完美的曝光等级。

用户会惊奇地发现数字讯号处理器是如此的快，不管主要目标移动到画面中的任意位置，曝光等级总是能直接跟进并取得清晰的影像。

无色滚动

白热灯泡能提供稳定的光线，而日光灯的光线由于交流电的强度和色彩以8.3ms的速度在变换而波动。

传统摄像机计算出白平衡需要100~150ms（0.1~0.15），比交流电慢了8.5ms，因此永远不能赶上。

对当前影像通过8次循环周期才能清楚地产生色滚动。

现在的摄像机配有20百万次超快数字讯号处理器，比传统数字讯号处理器快了200倍，可以仅仅使用3ms就计算出白平衡，因此可以做到完全没有色滚动现象。