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音视频信号的传输

音视频信号的传输. 演讲：李桂华. 前言. CCTV 系统的前端设备与后端系统通过线缆、传输设备等连接起来。 一方面将前端摄像机、监听器、报警探测器等传感器不知道音视频信号、各种探测数据传输到中心系统；另一方面将中心的控制指令传送到前端的解码器，因此传输是双向的。 绝大多数情况，传输介质不是单一的，例如使用同轴电缆传输视频信号、使用 2 芯屏蔽线传输反向控制信号. 1.1 直接电缆传输. 直接电缆传输是最基本的传输方式： 摄像机输出视频信号由同轴电缆传输； 监听器输出的音频信号由 2 芯屏蔽线传送；

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音视频信号的传输

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  1. 音视频信号的传输 演讲：李桂华

  2. 前言 • CCTV系统的前端设备与后端系统通过线缆、传输设备等连接起来。 • 一方面将前端摄像机、监听器、报警探测器等传感器不知道音视频信号、各种探测数据传输到中心系统；另一方面将中心的控制指令传送到前端的解码器，因此传输是双向的。 • 绝大多数情况，传输介质不是单一的，例如使用同轴电缆传输视频信号、使用2芯屏蔽线传输反向控制信号

  3. 1.1 直接电缆传输 • 直接电缆传输是最基本的传输方式： • 摄像机输出视频信号由同轴电缆传输； • 监听器输出的音频信号由2芯屏蔽线传送； • 报警探测器输出开关量信号由普通（非屏蔽）2芯线传输，如果需要兼顾报警探测器供电，则需要4芯线，增加的2芯输送+12V电压 • 控制中心发出的指令通过2芯线（推荐2芯屏蔽线）传送至解码器。 多条视频电缆 通信电缆 多条音频电缆

  4. 1.1.1 视频电缆及连接器 • 视频电缆选用75Ω的同轴电缆，一般使用电缆型号：SYV-75-3、SYV-75-5，无中继器的传输距离300-500米； • 也可以选用SYV-75-7、SYV-75-9、SYV-75-12的粗同轴电缆，无中继器传输距离1km以上；

  5. 1.1.1 视频电缆及连接器 • 传输距离越长则信号衰减越大；同轴电缆线径越细则信号衰减越大；视频信号的频率越高则衰减越大； • 高频部分的衰减表现：图像中物体的边缘不清晰，分辨率下降；如果视频同步信号衰减到不能被监视器捕捉时，图像就不稳定了

  6. 1.1.1 视频电缆及连接器 • 当摄像机输出阻抗、同轴电缆特性阻抗、监视器输入阻抗这3个量不匹配时，就会在同轴电缆中造成回波反射（或称：驻波反射），经过长距离传输图像出现重影及波纹，甚至图像跳动。

  7. 1.1.1 视频电缆及连接器 • 视频电缆如下图所示： • 外导体用铜线编织而成，不同质量的视频线的编织密度不同，如80编、96编、120编（即细铜丝的根数）。有的电缆编数少，但在编织层外增加一层铝箔。 • 在CCTV电路中外导体接地、内导体（铜芯线）接信号端。 • 内、外导体之间填充绝缘介质，因此传输的电磁能被限制在内、外导体之间，避免了辐射损耗和外界杂散信号干扰。

  8. 1.1.1 视频电缆及连接器 • 导线中有电流经过时，会使导线发热，说明产生了功耗； • 导线中有电流经过时，导线周围产生了磁场，所以导线是电感性的 • 导线与导线之间的电位差形成了电场，使导线之间存在电容性； • 以上特点使线路中的任意一点都有阻抗，被称为“特性阻抗”，阻抗的大小由电缆结构决定。 同轴电缆必须符合国标GB12269-90

  9. 1.1.1 视频电缆及连接器 同轴电缆系列的特性参数

  10. 1.1.1 视频电缆及连接器 • 由上表得出结论：电缆线径越粗，衰减越小，越适合长距离传输。 • 实际工程中，超过500米直接使用电缆连接，也能够得到稳定的图像，但是高频衰减会损失图像的细节、分辨率下降，画面有朦胧感。 • 使用视频放大器，通过高频补偿增强图像的轮廓（即细节），图像变得清晰、明亮。 • 当传输距离超过1000米时，即使使用粗电缆、视频放大器，图像的噪声也会很大，在这种情况下，只能使用光纤传输、或微波传输。 LTC5231/90； LTC5234/90 视频放大器 BNC接头

  11. 1.1.2 音频、通信及控制电缆 • 音频电缆及连接器 音频电缆通常使用2芯屏蔽线； 虽然普通2芯线也能传输音频信号，但是长距离传输容易引入干扰噪声。 不同于PA（公共广播系统）的声音传输，PA采用120V高压、定压传输方式，采用总线方式布线，可以使用普通2芯线，如RVV-2/0.5 音频连接器： RCA连接器、卡侬连接器、普通的6.5mm/3.5mm杰克插头/座。 卡侬插头 BNC转RCA插头 杰克3.5mm插头 RCA插头

  12. 1.1.2 音频、通信及控制电缆 • 通信电缆指连接系统主机与解码器之间的2芯电缆， 可以选用普通2芯护套线； 选择屏蔽2芯线的抗干扰性好； 传输距离越长，要求线径越粗； RS-485信号的基本通信距离1200米，使用RVV-2/1.5护套线可以达到2千米 传输距离超长，需要使用RS-485通信中继器。 使用24AWG铜芯双绞电话电缆（线 径为0.51mm），线间旁路电容为 52.5PF/M，终端负载电阻为100欧 时;当数据信 号速率降低到90Kbit/S以 下时，假定最大允许的信号损失为6dBV时， 则电缆长度被限制在1200M 在实际CCTV系统中传输速率更低：4.8Kbit/S、9.6Kbit/S、19.2Kbit/S，所以 RS-485信号传输距离更远。 如果采用19AWG电缆（线径为0.91mm）则电缆长 度将可以增加； 若采用28AWG 电缆（线径为0.32mm）则电缆 长度只能减少;

  13. 1.1.2 音频、通信及控制电缆 • 控制电缆 • 控制电缆指用于控制云台、电动变焦镜的多芯电缆，其一端连接在解码器，另一端连接云台、镜头。 • 由于距离较短，不需要屏蔽 • 大多采用6芯电缆、10芯电缆

  14. 1.1.2 音频、通信及控制电缆 • 电源线 CCTV 系统的电源线一般单独布设，在监控室安置开关， 电源线按电压分类：220V交流线缆、12-24V 交流线缆、12直流线缆

  15. 1.1.3 利用双绞线传输视频 • 在CCTV系统中常利用双绞线传输视频信号，优点如下： • 减少布线，可以利用建筑内已有综合布线的双绞线缆 • 采用平衡传输视频，抗干扰能力增强 • 可以传输距离增加 • 全动态黑白、彩色视频 • 使用NV-213A或/NV-213A-M视频收/发器和UTP电缆，最远可传输1千米 • 与有源组件和UTP5类电缆（仅限NTSC）一起使用，最远传输2.4千米。 • 使用UTP2类、3类电缆最远传输1.6千米 • 出色的抗干扰性能 • 内置瞬变保护和接地抑制功能 • 内置瞬变保护和接地断开功能 • 清晰度、亮度控制 • 电源和信号活动LED指示灯 NV-653T/NV-652R视频收/发器

  16. 1.1.3 利用双绞线传输视频 双绞线介绍： • 双绞线采用了一对互相绝缘的金属导线互相绞合的方式来抵御一部分外界电磁波干 • 扰。把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起，可以降低信号干扰的程度，每 • 一根导线在传输中辐射的电波会被另一根线上发出的电波抵消。“双绞线”的名字由 • 此而来。 • 双绞线一般由两根22-26号绝缘铜导线相互缠绕而成，实际使用时，双绞线是由多 • 对双绞线一起包在一个绝缘电缆套管里的。典型的双绞线有四对的。 • 不同线对具有不同的扭绞长度，一般扭绞长度在38.1cm至14cm内，按逆时针方向 • 扭绞。相临线对的扭绞长度在12.7cm以上，一般扭线的越密其抗干扰能力就越强， • 与其他传输介质相比，双绞线在传输距离，信道宽度和数据传输速度等方面均受到 • 一定限制，但价格较为低廉。

  17. 1.1.3 利用双绞线传输视频 双绞线介绍： 双绞线常见的有3类线，5类线和超5类线，以及最新的6类线，前者线径细而后者 线径粗，型号如下： 1）一类线：主要用于传输语音（一类标准主要用于八十年代初之前的电话线缆） 不同于数据传输。 2）二类线：传输频率为1MHZ，用于语音传输和最高传输速率4Mbps的数据传输 常见于使用4MBPS规范令牌传递协议的旧的令牌网。 3）三类线：指目前在ANSI和EIA/TIA568标准中指定的电缆，该电缆的传输频率 16MHz，用于语音传输及最高传输速率为10Mbps的数据传输主要用 于10BASE--T。 4）四类线： 该类电缆的传输频率为20MHz，用于语音传输和最高传输速率 16Mbps的数据传输主要用于基于令牌的局域网和 10BASE- T/100BASE-T。

  18. 1.1.3 利用双绞线传输视频 双绞线介绍： 5）五类线：该类电缆增加了绕线密度，外套一种高质量的绝缘材料，传输率为 100MHz，用于语音传输和最高传输速率为10Mbps的数据传输，主 要用于100BASE-T和10BASE-T网络。这是最常用的以太网电缆。6）超五类线：超5类具有衰减小，串扰少，并且具有更高的衰减与串扰的比值 (ACR)和信噪比(Structural Return Loss)、更小的时延误差，性 能得到很大提高。超5类线主要用于千兆位以太网（1000Mbps） 7）六类线：该类电缆的传输频率为1MHz～250MHz，六类布线系统在200MHz 时综合衰减串扰比（PS-ACR）应该有较大的余量，它提供2倍于超 五类的带宽。

  19. 1.1.3 利用双绞线传输视频 双绞线介绍： 目前，双绞线可分为非屏蔽双绞线（UTP=UNSHILDED  TWISTED  PAIR）和屏蔽 双绞线（STP=SHIELDED  TWISTED  PAIR）。屏蔽双绞线电缆的外层由铝铂包裹 以减小辐射，但并不能完全消除辐射，屏蔽双绞线价格相对较高，安装时要比非屏 蔽双绞线电缆困难。 在双绞线产品家族中，主要的品牌有如下几个： 1）安普2）西蒙3）朗讯4）丽特 5）IBM

  20. 1.1.3 利用双绞线传输视频 双绞线介绍：

  21. 1.2 射频及微波传输 • 射频（RF，Radio Frequency）指信号经过调制后的高频，一般为数十至数百兆赫兹； • 微波是频率更高的电磁波，达到数千兆赫兹以上 1.2.1 射频传输 视频 视频 混 合 器 分 配 器 解调器 调制器 音频 音频 射频电缆 视频 视频 调制器 解调器 音频 音频 • 调制器输出多个射频频道，每个频道带宽8MHz； • 混合器以频分复用（FDM）的方式将各频道混合在一起，由一条同轴电缆传输； • 分配器将FDM方式的射频信号分为多路， • 每一路调制出基带视频、音频信号

  22. 1.2.1 射频传输 • 在CCTV系统由两种情况使用射频传输： • 在低频强干扰环境下的传输； • 多路音/视频的长距离传输 在电厂、电站的CCTV系统常常因系统接地等环节处理不好，导致传输的图像受 到低频干扰，又称工频干扰，指50Hz及其谐波对图像的干扰，监视器出现干扰 纹、或滚动、或雪花飞舞。将摄像机的视频信号调制到VHF、或UHF频段再进行 传输，就可以有效地抑制干扰。

  23. 1.2.2 微波传输 • 微波传输属于开路传输，监控点到控制中心不需要电缆，传输距离长达百公里以上。 • 因为频率高，发射天线都使用增高益的螺旋定向天线或抛物面天线。 • 在CCTV系统中，可以尽量利用微波传输的频道资源，用一对微波发射/接收装置传输多路视频信号。MMDS-微波多址传送系统。 • 微波发射是单方向的，所以需要为CCTV系统设置一套指令发射/接收系统，即监控中心配置控制指令发射机，在各个摄像机端都配置指令接收机，对于接收到源自监控中心的控制指令进行译码，随后输出云台、镜头控制电压。由于控制中心到前端是一点对多点的微波发射，所以中心使用鞭状全向发射天线。 鞭状全向天线 螺旋定向天线 微波抛物面天线

  24. 1.2.2 微波传输：实际应用

  25. 1.3 光纤传输 • 光纤传输的特点： • 衰减小 • 频带宽 • 不受电磁干扰 • 重量轻 • 保密性好

  26. 不同材料的光纤的衰减特性 1.3.1 光纤与光缆 dB/Km RG/U 174 1000 RG/U 59 Coax 12 50 5 Attenuation of Fibre cable MHz 0 5 10 50 200 1000

  27. 历史 1.3 光纤传输 • 光纤发展史 • 使用单一波长的光 • 850 nm - ideal for LED’s • 衰减率高 • 使用两种波长的光 • 850 nm • 近距离使用 • 衰减率高 • 1300nm • 低衰减率 • 长的传输距离

  28. “light pipe” 什么是光纤？ 1.3.1 光纤与光缆 • 光纤是将光以最小的衰减从一端传送到另一端的透明玻璃、或塑料纤维。 基本光学原理: 一个透明的由玻璃或塑料制作的细小的纤维都可以用来传输光，但是不同的材料光的衰减率不一样。

  29. Core • Cladding • Coating/Buffer 光缆结构 1.3.1 光纤与光缆 什么是光纤？ • 核心 • 一根光纤 • 覆盖层 • 包含在一根光纤外面 • 表层 • 保护内部的光纤

  30. 1.3.1 光纤与光缆 什么是光纤？ • 核心 • 将信号、数据从发射端传输到接受端。 • 由玻璃或者塑料制作，直径通常在微米数量级。 • 一条光缆可以包含很多的光纤。 • 光纤直径通常为50, 62.5, 100 微米。

  31. 1.3.1 光纤与光缆 什么是光 纤？ • 覆盖层 • 根据光的全反射原理，当光从折射率高的媒质入射到折射率低的媒质，当入射角大于临界值时，会发生光的全反射。 • 因此，核心层的材料的折射率应该大于覆盖层的材料折射率。 • 表层 • 主要起保护作用

  32. 1.3.1 光纤与光缆 什么是光 纤？ • 加固纤维 • 起加固作用 • 可以使用凯夫拉纤维、金属丝、橡胶等材料

  33. 1.3.1 光纤与光缆 光纤尺寸：主要两个参数，1.芯线尺寸；2.包层尺寸 • 多模 • Core 62,5 微米 • 工业应用 • Core 50 微米 • 旧的标准 • 单模 • Core 9 微米 125μm 62.5μm 9μm 125μm 人头发的直径 覆盖层直径125微米，是目前的国际标准。 85 um

  34. 图例 1.3.1 光纤与光缆 光纤尺寸

  35. 1.3.1 光纤与光缆 光纤类型：根据光的传播路径不同，光纤分为单模光纤、多模光纤 • 单模光纤 • 衰减少(Optical Budget) • 1300 nm = 0,42 dB/km • 1550 nm = 0,22 dB/km • 带宽范围宽 (100.000 MHz by 1300 nm) • 应用: 长途电话、有线电视、电视监控系统等 单模：一根光纤里只有1束光通过

  36. 1.3.1 光纤与光缆 光纤类型 • 多模 • 衰减率比单模高 • 850 nm = 2.5 dB/km • 1300 nm = 0.7 dB/km • 带宽范围小(500 MHz by 850 nm) • 应用: 门禁、电视监控系统等 多模：一根光纤里通过多束光

  37. 1.3.1 光纤与光缆 光 缆 • 光纤裸纤很脆弱，虽然有保护层，还是不适合长距离户外架设。所以光纤都是包在高抗拉强度的外套内以光缆的形式出现。 • 光缆有两个基本类别：户外松管型、室内紧包缓冲型 第二保护罩 初级防护套 芯 包层 紧包缓冲光缆示意图 光纤 松管光缆示意图

  38. 1.3.1 光纤与光缆 光缆 抗拉钢丝 宽松缓冲管 一束光纤 可伸缩加金属保护层 内套 防咬铠甲 外套 多光纤户外光缆示意图

  39. 1.3.1 光纤与光缆 光缆 光缆在室外架空安装

  40. 1.3.1 光纤与光缆 光缆、光纤连接器 光缆与光发射机、光接收机连接时，必须使用连接器，如下图所示： 为了保证光纤连接器的光芯能够与光发射机/接收机的接口座内的光芯平滑无缝连接， 必须对光纤连接器的光芯截面进行磨光处理，尽可能减少光纤连接点处的插入损耗， 必须使用专用的光纤连接磨光机处理光芯截面。

  41. 1.3.1 光纤与光缆 光缆、光纤连接器

  42. 1.3.1 光纤与光缆 光缆、光纤连接器 • 光缆的接头需要借助溶接机对每一根光纤进行溶接；衰减最小：0.1-0.2dB； • 要求不高的场合，可以使用机械接头；衰减为：0.2-0.5dB； • 在与机架连接时，使用接头套管；衰减最大：0.5-1dB；

  43. 1.3.2 光纤传输的特点 • 宽带宽 光纤传输的带宽达到1GHz以上，可以利用一条光纤传输几十路、几百路射频信号，可以在一条光纤上实现双向传输。 • 低衰减 光纤传输的衰减很小，例如：62.5/125μm的多模光纤，波长850nm，衰减为：3.0dB/km；波长1300nm，衰减为：1.0dB/km。 例如： 9/125μm的单模光纤，波长1300，衰减为： 0.4dB/km；波长1550nm，衰减为： 0.3dB/km。 长距离传送视频信号，光纤远优于同轴电缆。

  44. 1.3.2 光纤传输的特点 3.不受电磁波干扰 这是光纤传输的一大优点， 其次，由于光纤采用玻璃、塑料材质，不导电，可以防雷击。 4.不会产生火花 由于信号在光纤中以光传输，不会像一般电缆因短路、接触不良产生火 花，所以光纤适合油库、弹药库、化工厂等场所。 5.其他 光纤重量轻，对比同轴电缆优势明显。 其次，光纤传输无电磁辐射，保密性比同轴电缆好

  45. 1.3.3 光纤传输设备与光纤通信 • 光纤传输设备指光发射机/光接收机（简称光端机）、波分复用器（WDM）等 信号1 信号1 850nm发射器 850nm接收器 信号2 信号2 波分复用的原理示意图 1300nm接收器 1300nm发射器

  46. 1.3.3 光纤传输设备与光纤通信 • 完成光电转换的方式有两种：调幅、调频 • 调幅：输出光的强度随着输入视频信号的变化而变化； • 调频：输出光脉冲的频率随着输入视频信号的变化而变化；

  47. 光端机：LTC4600 en 4700 系列光端机模块 1.3.3 光纤传输设备与光纤通信 • 视频 • 850 nm (1 通道 和 4 通道) • 1300 nm (1 通道) • 数据 • 850nm (Bi-phase, RS232 and RS485) • 1300 nm (Bi-phase, RS232 and RS485) • Video (850 nm) and Bi-phase (1300 nm) • Video (850 nm) and RS485 (1300 nm) Overal werkt Hirschmann

  48. 光端机：LTC4600 en 4700 系列光端机模块 1.3.3 光纤传输设备与光纤通信 • /00 模块适用于19英寸标准机架安装 • /50 模块包含单独的电源模块 • 每1个通道的模块需要1个插槽。 • 特别情况 : 4个通道的模块需要 2个插槽 Overal werkt Hirschmann

  49. 1.3.3 光纤传输设备与光纤通信 光端机：LTC4600 en 4700 serie19” 机架 • 19” Rack Unit (LTC4637/50) • 包含电源模块 230Vac, 50Hz. • 带空白的档板 (LTC4600/00) • 最多 14个插槽 Overal werkt Hirschmann

  50. 光纤连接头 1.3.3 光纤传输设备与光纤通信

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