上海敏达：谈安防视频工程的问题与解决

　　电梯图像的网纹干扰源是什么？是怎样形成干扰回路的？
 
　　安防的视频监控系统很多采集电梯内的图像。但在电梯运行时，图像有网纹干扰，有的太严重至使无法看清图像内容。
 
　　那么这干扰是怎么形成的？是电源干扰？是电梯辐射？
 
　　其实是系统两端地电位差所至，如图，电梯动力电是三相电源，由于三相各负载轻重不同，形成中线地电位在电梯运行时相对于弱电槽的地；相对于安监控制室的地；相对于其它电梯机房的地都有一定的电位差。这电位差在变频电梯系统中呈现高频脉冲电压。而我们的视频电缆部分与电梯线缆一起走，部分与弱电槽一起走，部分与其它线缆一起走，最终汇于控制室。线间容抗在高频脉冲下变小，这就给电梯中线地有一个放电回路，至使图像中产生网纹干扰。

　　电梯图像的网纹干扰抑制手段种种
 
　　一、阻断干扰回路：
 
　　由于网纹干扰是系统两端的高频电位差所至。只要隔断或减弱放电回路，就可以有效地抑制干扰。
 
　　我们曾经做过一个试验：视频线从电梯内放到电梯机房。用监视器现场观看图像，无任何干扰。将视频线从电梯机房放到控制室。电梯机房装一个摄像机，在控制室看图像也无干扰。但是只要这二根视频线的网线相碰，在那里看都有干扰。
 
　　所以隔断是很有效的手段。其方法首推当然是光缆传输。其次在放视频线时两个地系统中间放置一对无线视频传输设备（由于这类设备比较易受其它干扰，建议放在一起），来阻断干扰网络。当然这条件是两个地系统能分得开的。再者在这中间放置一个高频扼流设备（即磁性块上绕视频线的那种）来阻断外界的高频回路。

　　二、用调节器制解调器避开干扰：
 
　　图像的网纹干扰毕竟是1兆左右的频率。只要通过高频调制器，后解调滤波，可以滤除外来的干扰。当然这调制解调器有好坏的问题。譬如滤波的带宽是很讲究的。另外调制的频率也不能落到干扰频率的倍频上。
 
　　三、 信号先放大，后压缩抑制干扰：
 
　　在摄像机旁加一个放大器，将视频信号尽量放大，在机房监视端将信号压缩还原。由于干扰没有放大，而同样随信号一起压缩，干扰信号就缩小了。所以放大视频信号最好倍数要大，一般可达5至10VPP，但这抗干扰系统设备一定要符合75Ω匹配，不然传输中可能出现其它种干扰。
 
　　四、平衡传输抗干扰：
 
　　将摄像机输出的不平衡信号转换成平衡信号用于5类双绞线传输，后端再转换成不平衡输出。但这转换器也有局限性，用无源设备高频损失较大，用有源补偿，干扰电压大于共模电压时，可能出现黑白干扰点。
 
　　综上述各方法各有利弊，大都设备也不是万使万灵的。要综合现场，针对主要干扰根源灵活组合运用。
 
　　用双绞线传输图像的问题
 
　　图像原是用视频电缆不平衡传输的，因为其传输要求宽带。不平衡传输高频损耗小，但抗干扰不及双绞线缆。随着5A双绞线的兴起，也有不少将视频信号转换成平衡后，用双绞传输。据称5A线可以带宽做到上百兆，这是误导。因为5A线是传脉冲数据信号的带宽，其系统幅度要求低，而视频信号是模拟信号，幅频要求很高。所以双绞线在视频信号上的带宽还是不及视频线，但前者抗干扰能力要比后者强，还是可用之。
 
　　但使用时要注意几个指标：一般平衡与不平衡转换器有两种：有电源和无电源设备。无源的由于不能高频补偿，长距离传输图像时，高频损失比较厉害。有源的可以高频补偿，但由于电源电压特定，抗共模干抗有限。所以此种设备并非是完善的视频传输方案，可以有选择而用之。
 
　　图像为抗干扰用调制解调节器方法可能产生的问题
 
　　首先此方法传输的电缆应该是射频电缆，否则长距离可能有重影。其次，调制频率需避开干扰源的倍频频率。还有最大问题是，现在市场上有便宜的解调节器。为了易捕获信号，滤波带宽做得很宽，干扰的倍频也进去了，抗干扰效果很差。另外，输入输出阻抗又被忽略，使得图像质量很差。所以用调制解调传图像是抗干扰及单线传多路图像的一种选择。但一定得选取可靠设备和合理选用线缆。
 
　　图像为抗干扰用放大设备现有的问题与解决
 
　　由于图像在传输前端信号放大了，后端还原后，图像信号不变。但传输中的干扰信号确是压缩了。从而起到了抗干扰作用。若将高频进一步提升，也可以做到高频补偿效果。但现在很多此类设备放大不够，干扰也就压缩不大。有的设备后端无源，75Ω匹配不考虑，这就背离了视频传输原则了。所以建议用前端放大10V以上，后端是有源压缩，附合75Ω匹配传输的设备。
 
　　电缆特性阻抗是指什么？
 
　　一般电缆都有特性阻抗指标。比如50Ω；75Ω；100Ω等等。这是怎么定的呢？是用什么方式测出这阻抗的呢？

　　通俗语讲任何一根通信线缆在特定的频率中，输出端接上特定的负载，在输入端呈纯阻抗。这纯阻抗就是这线缆的特性阻抗。
 
　　通信线缆可以等效成若干组电感串接，若干组电容并接。由于物理结构差异，感抗与容抗各不同。但输出端接入负载阻抗后，在特定频率下，从输出端向前推，每段都可等效呈纯阻抗。这样此频率的信号在传输中无电流﹑电压相位差。

　　所以特性阻抗不但与线缆的物理结构有关，而且与负载阻抗有关，与信号频率有关。
 
　　由此结论：不同特性阻抗的电缆不能通用。就是同阻抗，比如同是75Ω，低频的视频电缆与高频的射频电缆也是不能通用的，因为频率点不同，等效的阻抗会差异。
 
　　闭路电视系统传输75Ω匹配的要求与方法。
 
　　闭路电视系统图像传输一般都是用特性阻抗为75Ω的视频线缆。所以要求输入、输出设备都具有75Ω阻抗。
 
　　系统只有匹配了，信号就无反射无重影。这有相当多的论述。这里不展开了。这里叙述系统连接要素：
 
　　一个输出阻抗75Ω的设备只能连接一个输入阻抗为75Ω的输入设备。若要多输入设备联接，或加接视频分配器，或多个输入前设备都变成高阻，最终输入设备阻抗为75Ω，并且要串挂，保证输入输出都是75Ω，系统才为佳。
 
　　这里要指出，现在国内有很多设备输出都为射极跟随电路，无75Ω输出阻抗，在长距离传输视频信号中是违背视频传输原理的。不但可能产生重影，信号也无1VPP可言，最终各图像亮暗不同，图像质量下降。至使叠加字符抖动。
 
　　图像系统设备输入输出指标为1VPP（75Ω）的内在机理。
 
　　摄像机输出的视频幅度在不加负载时2VPP，即同步信号是0.6V，信号亮度最大1.4V.。由于其有75Ω输出阻抗，在接了输入阻抗为75Ω负载设备后，输入电压为1VPP，即同步信号是0.3V，信号亮度最大0.7V。若输入设备是中间环接。必须2倍放大后，加接输出电阻，呈75Ω输出阻抗，传输给下一级设备。譬如视频分配器。输入端有75Ω电阻与前级设备匹配，再2倍带宽放大，成0输出阻抗，再分别加接若干路输出75Ω电阻，形成多个输出点。
 
　　电梯图像系统对视频线的要求及敷线原则
 
　　视频线传输图像是不平衡传输。若遇外强电场干扰时，屏蔽网线和芯线可能同时感应到外干扰电场，但大小有差异，这差值就产生图像上的干扰。
 
　　如果外屏蔽网线绝对密，外干扰电场穿不透（所谓集肤效应），芯线不感应外电场干扰，视频回路中也就没有外加差值，便无干扰产生。因为电场干扰在走网线时是高电压微电流，对芯线产生的磁场是微弱的。

　　但是屏蔽网线不可能绝对密，差值便产生，就有了干扰。视频网线越稀松越容易受干扰。
 
　　另外有的视频线网线很松，但里面有一层铝薄，据说也抗干扰。其实我们认为是误导。
 
　　因为达到集肤效应与导线材质、通过频率有关。铝相对铜导电率差很多，我们的视频又比有线电视频率底很多。用铝薄，视频范围内的干扰达不到集肤，将穿透到芯线，还是形成干扰电压差。所以铝隔视频的干扰效果是很差的。
 
　　综上述，电梯图像系统用的视频电缆屏蔽网线必须高密度，越密越好，这也产生了一个问题：网线密了以后线缆硬度增加，不利作为电梯内线缆运行。所以要求网线不但要密，而且单线丝要求细为上乘。
 
　　电梯视频线不但对网线有要求。为了柔软，芯线也必须是多芯的，可以抗来回折动。但是中间绝缘层不能用发泡塑料。因为线缆不断折动时﹑或绑札时，可能网线头碰到芯线而产生短路。
 
　　电梯视频电缆在电梯内敷设原则要求；尽量蔽开或尽少与电梯系统的联接耦合。也就是说视频线经过电梯机房再走弱电槽至监控室是最大的下策。不但多用了线，降低了高频质量，而且更易接受干扰。因为电梯运行电缆下半部是运动的，上半部是不动的。视频电缆下半部份只能跟随电梯电缆走，视频电缆上半部没必要跟电梯电缆走，完全可以从中间穿出就走弱电槽，或在井道内避开电梯线缆系统，往下走至井道底下穿出，直接进监控制室（一般监控制室在底楼）。
 
　　我们有过一个试验：视频线走电梯机房干扰是100%的话，中间穿出是50%干扰，底下走是25%干抗。干扰大为减轻，如果加上其它手段，可以基本驱除干扰。
 
　　有人可能问电梯井壁那么厚，怎么打洞走线？其实井壁上有很多建筑收缩孔，很容易捅穿。
 
　　视频线与电梯电缆绑扎的方法
 
　　安监系统为得到电梯内图像，一般都会产生视频敷线问题。视频电缆与电梯电缆绑扎不好，将会产生易断或拉坏电梯电缆等故障。所以有的提出视频电缆加钢丝，组成电梯专用电缆。但这价贵，而大都有视频网线编织问题，抗干扰不理想。能否有好方法，视频线与电梯电缆一起绑托后不易断线，不影响电梯正常运行呢？
 
　　回答肯定能。首先视频电缆要选取电梯专用视频线，前面有过描述。再者在电梯电缆绑扎前必须将视频电缆垂直荡直，消去转圈应力。绑扎时不能只用一根扎带将两电缆一起绑，必须用两扎带套环各绑各电缆。目的是加大磨擦系数。不然视频电缆会日久拉长而折断。但视频电缆又是不能每一段都扎紧的，这会引起运动时拱线，而钩上电梯，进而拉断电缆。所以视频电缆2－1.5米之间要扎紧，不至于吊重拉长，这之间相隔40公分左右用小圈套住，不至于与电梯电缆分离。但在电梯桥箱底部５－６米都需要扎紧，不至于日后拉长的视频电缆缩小转弯半径而折线。这样敷线一般可保2至3年以上的平安。

　　双屏蔽视频线缆在工程上的连接
 
　　双屏蔽视频线是指两层网线互相独立绝缘的，外层可以作屏蔽干扰用。
 
　　其芯线与内屏蔽网线连接摄像机，外网线前端不能接任何系统设备，至监控室统一并接至弱电接地排。这样若走线中有干扰源，大部分干扰是高电压弱电流从外网线走掉了。若前端接了系统，干扰在外层网线上产生强电流，会产生干扰磁场影响内层导线。如果前端不接系统而外层网线不进终端监控室，外干扰不能构成放电加路，等于是一个极板对内层导线，不起屏蔽作用。当然，外层网线前后端与内层网线都连接等于是用了单网线电缆。
 
　　电梯内安装摄像机位置探讨
 
　　电梯内图像是了解人员动态最有效的地方之一。位置的设置是取得最佳效果的条件。摄像机安装的位置也由装后方（看电梯门），进步为装前方（看电梯内）。早期设计电梯摄像机都安装在电梯后面。因为那时摄像机是电子管的，摄影像机要20多厘米长，加上镜头达30多厘米。另外镜头若用广角的，鱼眼镜图像变形很大。摄像机装在前面看不到电梯内全景，退而装后面，监看电梯门口人员进出情况。但是人员进电梯后一般都是转身对着门，长时间只能监看后脑。随着CCD摄像机的进步，体积与长度大为缩小。广角镜也不变形了。装在前面也可以长时间观看全电梯里人员的正面。所以有关部门规定电梯摄像机要求安装在电梯进口左右两侧。
 
　　现在有的安防工程把摄像机还是设计在后面，是受早期方式的先入为主影响，应该改变观念。有的说装后面不是可以观看到电梯的楼层运行，很好吗。我们以为这是本末倒置。电梯图像是监看人员流动的安防措施，绝对该监看人员的正面。而楼层运行情况该由电梯楼层叠加器去达到要求。
 
　　电梯内安装了摄像机，为什么还要增加视频楼层显示器这设备
 
　　我们说电梯内有图像是安防的需要，而安防功能对图像来说最后回放比实时监看重要得多。如果在电梯图像上叠加了电梯运行的实时动态情况，不但当时一目了然，事后查阅当时图像也比较能掌握当时人员进出楼层的动向。
 
　　有种理论说电梯方不是有楼层显示器吗。即在控制室或有灯牌显示﹑或有电脑显示。我们说这只是电梯监控楼显，不能取代安防监控楼显。因为后者是叠加在图像上的楼显，对监看、录放都有效，是很有用的安防设备。
 
　　图像系统为什么要求统一同步？
 
　　闭路电视系统的同步是指要求场起始同步。其好处是在多监示器看不同图像时，由于同时亮暗，不会有闪烁；图像切换时不会有跳跃感；用录像机录图像，两图像切换点可以连续。现在用硬盘录像机后，相对同步的要求是弱了些，但有些用各个视频监示器看多路硬盘图像时，也有闪烁感，这也是由于不是同时亮暗所至。
 
　　影响图像质量的多种现象及原因
 
　　1、 50HZ滚道：
 
　　即有二根黑白宽带上下滚动，原因可能多种。
 
　　首先可能前后端都接地了，因为两地之间可能有电压50HZ的电流，与芯线间产生干扰压差。加在图像里，亮度等随50HZ变化。因为50HZ频率又与摄像机场信号不同步，所以产生滚道。
 
　　其次电源线缆与网线若构成回路。电源又是交流50HZ的，网线也就有电流，便产生上述现象。最常见的现在很多摄像机电源DC12V、AC24V共用，其内部开关电源又不隔直，与图像系统有电阻。这样多个摄像机共用一组24V电源时，由于网线在终端共地，电源线与网线构成电流回路产生50HZ滚道。
 
　　当然交流摄像机电压太低﹑直流摄像机电源有交流成份也会有这现象。
 
　　2、网纹干扰
 
　　除了架空长距离布线会有广播干扰外，大都是走线系统遭受了变频电机影响，图像是斜网绞干扰，比照电梯图像干扰抑制方式处理。
 
　　3、图像扭曲
 
　　大多是图像左上角产生。这是系统环节太多，而各设备隔直电容又小，串接后更小，形成图像同步起始幅值随亮度变化。同步信号不在一条直线上，便产生显示扭曲。解决方法只能减少系统环节，或加大设备隔直电容，或增加钳位电路。
 
　　4、图像抖动
 
　　这图像大多是视频信号不是1VPP，或大或小。有些差的监视器，不能有效捕获场同步所至
 
　　5、字符抖动
 
　　一般字符发生器是判别视频同步信号后，在指定位置叠加字符信号。由于没有锁相环电路，一旦图像信号不好，同步捕获缺损，计数出错，字符抖动。
 
　　所以字符发生器的同步分离电路好坏是很关键的。
 
　　6、清晰度下降
 
　　这大多是传输线缆的损耗所至。有的视频设备质量差也会形成这现象。一般需要增加高频补偿设备。当然差的摄像机线数低也是一种原因。用示波器观察色同步信号的幅度是判别传输线缆的损耗这一指标的有效方法，色同步应该是0.3V幅度如果0.2V以下一定清晰度差。

　　7、有重影
 
　　这就是传输系统不匹配所至。
 
　　闭路电视工程电源配备的探讨
 
　　摄像机是要供电才能工作的。我们基本上不主张现场供电。因为现场电源断掉概率很大，因而此类无图像故障去排除太费人工了。要控制中心统一供电，就得注意电源线的压降问题。因为摄影像设备用电，必定产生电流，长距离传输线阻是必须要考虑的。电流乘以线阻便是电源线的压降。我们一般主张电源线与视频线一起走弱电槽，供电一定是低压，这压降一大，电压就达不到摄像所需指标，使图像质量下降。尤其一线多机用12V直流，前后压降差异太大，很难统筹。这里介绍一个补救方法，控制室送出16-18V交流电压至现场，经整流稳压后供摄像机，这样可以达到一定的效果。
 
　　如果一线多机用24V交流电，不但有压降大电压不够，可能有的摄像机图像会出现滚道问题（前面有过述说），这最好一个摄像机独用一个变压器。当然有另一办法：在摄像机旁加接24V的1:1小变压器隔离解决。若电压压降太大就要用提升小变压器了。
 
　　小区弱电设备易受雷击损坏原因
 
　　现在小区实施安防工程越来越普及。但随之而来的雷击损坏故障大为增加。
 
　　为什么小区楼宇都有避雷装置，弱电设备还会易受雷击呢？
 
　　原因是各楼宇是有自身避雷装置，但楼与楼之间没有建筑规范必须由铜排连成统一放电回路。当一个楼遭雷后，相对其它楼的地电压瞬间高数万倍。而我们弱电敷线一般也没有很好的屏蔽统一接地管路。高电压也就由我们弱电线路放电形成强大的涌电流，从而打坏弱电设备。所以我们要求弱电管线路做好跨接，用统一接地的铁管路来穿线。
 
　有种现象：如果小区周边有一幢高楼，比小区的楼高得多，而且那里的弱电与小区弱电无关，那这小区弱电就不易受雷击，这因为大楼遭雷瞬间高电压无法放电至小区弱电系统。
 
　　关于周界防范摄影像机配用镜头的考虑
 
　　图像周界防范一般来说要求观察狭长范围。观察较长直线范围内图像，目前选用镜头有两种配置：1、用16毫米镜头2、用50毫米左右镜头。
 
　　用16毫米镜头的理论是：1、用的是常规镜头。2、用超长焦镜头，摄像机附近人物将超出满屏
3、用16毫米镜头相对50毫米镜头能见度要高，即清晰度高，因为空气中有水汽。

　　用50毫米左右镜头的理论是：1、用超长焦镜头远距离观察人物大小相等，短焦镜头远距离人物很小。2、用超长焦镜头，摄像机是观察远距离处，近距离由其他摄像机补，譬如对着看等。3、关于清晰度问题，相对用短焦镜头观看远距离人物将很小来说还是更可取。
我们认为长焦镜头用于周界防范更可取，摄像机可与报警设备等距。一旦有人物入侵报警，图像有效范围内人物大小相等，便于观察记录。

 
　　带云台功能的摄像机在安防工程中运用的利弊
 
　　很多使用方要求在设计工程中多用带云台功能的摄影像设备，实际这是个认识误区！
虽然云台摄像机可以360°监看全场，但是在某特定时间内只能监看一方，或一点，其它方向是盲点，不可能点面全面顾及。另外此类摄像机一般变焦镜头不是很广角，在小范围区域内监观场景调节面不大，有很大的局限。所以有很多场合，二三个固定摄像机监观一区域比一个带云台的摄像机更合理。后者的效用在大区域，大广场本来有一定的固定摄像机，但有时需要拉近看某细节时，或跟踪时有用。
 
　　要系统地掌握众多人员对像的流动方向，全靠带云台，变焦摄像机是不可能的。作为系统用数个带云台变焦像机无防，但太多是没必要的。

　　安防系统布局及对摄像机的要求
 
　　设计一个安防系统，我们认为如果所需要防范的区域，任何人，任何时间进出﹑去向，不但能实时捕捉，而且都能有效地在录入图像，从回放里找到，并且在这整个系统里能找到某对象的至少一幅正面清晰图像。就达到了这安防系统的设计要求。
 
　　整个系统没必要要求每图像都要看清人员对象脸部。有的譬如电梯内﹑大门进出口要抓细节，有的譬如走廊、大厅等只要求影子走向即可。所以不能都用质量很差的摄像机，也没必要都用高级的摄像机，作为系统合理统筹选用摄像机及布局是很重要的。
 
　　电梯图像监控为什么要用楼层显示叠加器
 
　　安全防范在图像监控上要求：1.实时监看。2.录像备查。实时监看电梯方位也可以由其它手段得知。而录像里要得知当时电梯方位，就必需要有叠加在当时图像里的楼层信息。
 
　　主要功能：
　　1． 显示位置可以任意设定。
　　2． 电梯地点的定义最多可以八个汉字。
　　3． 楼层最多可以定义100个单元。
　　4． 以上定义都由用户开放软件设定。
　　5． 字符大小、显示亮度可调；任何亮度情况下字符都可见。
　　6． 10V-28V交直流二用。功耗低。
　　7． 断电，图像仍可通过。
　　8． 本楼显适用任何电梯。
　　9． 安装调试简便、快速。
　　10.  显示位置可以远程控制。
 
　　重要申明：
 
　　本楼显保证视频通带，不产生任何干扰，也不受电梯干扰。若系统有干扰，本公司提供抗干扰器，或提供解决全方案。
 
　　目前其它楼层显示叠加器功能上的主要问题：
 
　　1．因为电梯楼层序列定义不同，譬如：13层，14层没有；2层后增加技术层2M层；首层是G层；有地下3层4层等，供应商只能特定加工。
　　2．   因为电梯位置定义有特定要求，一般楼层显示叠加器提供有限拨号或干脆无定义。
　　3．   显示字符位置不能满足特定要求，是固定的。有时与其它设备字符位置有冲突。
　　4．   因为由于楼层显示叠加器故障，中断图像监录。
　　5．   图像质量较差时，字符抖动。
　　6．  系统要求抗干扰敷线条件下，楼层显示叠加器不能全适应任何电梯安装。