淺析雙絞線在視頻聯網中的應用

摘要本文從對雙絞線傳輸視頻信號的分析，設計了雙絞線視頻收發器，實現了視頻信號的1.2公里遠傳，為智能小區實現完整意義的視頻聯網提供了可行的傳輸方案，并給出了實際的傳輸效果圖。

關鍵詞視頻聯網雙絞線視頻信號

中圖分類號:TP393文獻標識碼:A

近幾年來，隨著經濟的迅速發展以及計算機的普及和信息產業的發展，使人們對于居住環境的要求不斷提高，也將“智能化”引入了住宅小區和家庭建設中。而如今，住宅小區建設正呈現大型規模化、高端智能化的發展趨勢，因此，就產生了大型的視頻聯網對講系統。而在視頻聯網系統中實現視頻信號的遠傳即成為首要解決的問題。目前視頻信號傳輸可以分為同軸基帶傳輸、雙絞線基帶傳輸、射頻傳輸、光纜傳輸、數字(網絡)傳輸等幾種方式。多數采用的是同軸基帶傳輸，它適用于短距離傳輸，但成本較高，遠距離傳輸時頻率失真嚴重，而考慮到成本及傳輸距離等問題，本設計選用雙絞線基帶傳輸方式，實現了視頻信號的1.2公里遠傳。

1 雙絞線傳輸視頻圖像信號時作為傳輸線的分析

1.1視頻信號的頻帶寬度

(1)攝像頭直接輸出的信號就是視頻信號，也稱圖像信號。它的最低頻率是很低的，嚴格說是從零頻開始，即從直流起算。直流電平的高低與圖像的亮暗程度有直接關系，因而圖像的最低頻率應該從零頻開始，見圖1。

(2)視頻信號的最高頻率及頻帶寬度。視頻信號的最高頻率與圖像的細微程度有關，也與圖像的清晰度有關。

根據我國電視標準規定:每秒鐘要傳送25幅圖像，每幅圖像為625掃描行，每幅的回掃行為50，幅型寬高比為4:3，則25幅的總象素為(即每秒掃得的象素數為):44.110425=11.03106個

以相鄰兩個黑白象素所形成的信號為一個周期，則每秒鐘信號的變化(頻率)為:=11.031062=5.52MHz≈6MHz

1.2雙絞線與平行線傳輸的差異

在傳輸視頻圖像信號中使用的傳輸線一般都采用均勻傳輸線。所謂均勻傳輸線是指傳輸線的幾何尺寸、相對位置、導體材料以及周圍媒質特性沿電磁波傳輸方向不改變的傳輸線，沿線的參數是均勻分布的。一般情況下均勻傳輸線單位長度上有4個分布參數:分布電阻，分布電導，分布電感和分布電容，雙絞線與平行線傳輸的結構如圖2，分布參數如下:

其分布電感、分布電容、分布電阻和分布電導如下():

平行線傳輸的/為9.5(SBYD型)到11.3(SBVD型)，兩根導線的相對位置不變，而雙絞線的/比較小，一般在0.5～1.5，兩根導線的相對位置一直在改變(絞合纏繞)。由于兩線纏繞得較緊，所以兩線間的距離可以假設為恒定的。

1.3雙絞線作為傳輸線時的等效電路

以上列出了分布參數，有了分布參數的概念，可以將傳輸線分割成許多微分段()，這樣每一個微分段可看作集中參數電路，其集中參數分別為，，和，其等效電路是無限多個€%夾屯緄募讀ㄍ?)。

1.4雙絞線傳輸方式的技術要點

視頻雙絞線基帶傳輸是用5類以上的雙絞線，利用平衡傳輸和差分放大原理。雙絞線傳輸方式的技術要點是:

(1)視頻雙絞線基帶傳輸:雙絞線是特性阻抗為100€%R的平衡傳輸方式。目前，絕大多數攝像頭和顯示模組都是單極性、75€%R匹配連接的，所以采用雙絞線傳輸方式時，必須在前后端進行“單-雙”(平衡——不平衡)轉換和電纜特性阻抗75—100€%R匹配轉換;這就是說視頻雙絞線基帶傳輸，兩端必須有轉換設備。

(2)與同軸電纜“束縛場”傳輸原理不同，雙絞線傳輸的信號電磁場是“空間開放場”，利用兩條線傳輸的信號相等方向相反，產生的空間電磁場互相“抵消”的原理傳輸信號，采用平衡差分放大原理提高共模抑制比，抑制外部干擾的。

2 雙絞線傳輸設備的設計

雙絞線具有抗干擾能力強、傳輸距離遠、布線容易、價格低廉等許多優點。雙絞線對信號也存在著較大的衰減，視頻信號如果直接在雙絞線內傳輸，也會衰減很大，所以視頻信號在雙絞線上要實現遠距離傳輸，必須進行放大和補償，雙絞線視頻傳輸設備就是完成這種功能的。加上一對雙絞線視頻收發設備后，可以將圖像傳輸到1至2km。

從以上對雙絞線分布參數的分析，在雙絞線視頻傳輸系統中，只要盡量保證平衡傳輸的條件，就能使線纜分布電抗趨于零，且能較好地抑制共模信號。

此方案的基本框圖見圖5，發送端由兩部分組成，分別是單端到雙端轉換的電路和驅動電路。

接收端也由兩部分組成，分別是雙端到單端的轉換電路和放大電路。

2.1雙絞線視頻發送電路

圖6為發送電路原理圖，它由兩部分組成。第一部分由EL2280構成，它的作用是把攝像頭過來的單端非平衡信號轉換成雙端平衡信號(即差分信號)輸出，此時放大器的增益為1。其中EL2280(A)是對輸入信號進行跟隨放大，EL2280(B)是反向放大;第二部分由EL1501構成，它的作用是對EL2280得到的差分信號進行放大，供雙絞線傳輸。其中由R6進行放大增益的調節。在實際調試過程中，R6選擇了10K電位器，當傳輸距離達到1.2km時，阻止近似為1.3K。R4、R5是前后級匹配電阻，阻值為75歐。R9、R10為與雙絞線匹配電阻，阻值為56歐。

2.2雙絞線視頻接收電路

圖7為接收電路原理圖，它由兩部分構成。第一部分由EL2142構成，它的作用是把雙絞線傳輸的雙端平衡信號轉換成單端非平衡信號輸出，此時放大器增益為1;第二部分由AD818構成，它的作用是對EL2142得到的單端信號進行放大，傳給顯示模組。其中由R19進行放大增益調節，在實際調試過程中，R19選擇了10K電位器，它可以根據實際距離，調整電位器，以達到不同距離增益不同的目的。R12、R13為輸入匹配電阻，R16起到前后級匹配作用，R20是輸出匹配電阻。

3 實驗結果

實際中由于測量條件有限，對圖像質量的評判只采取了人眼觀察的方法，并比較了原始圖像，1.2km電纜直接傳輸的圖像及采用雙絞線收發設備后傳輸1.2km的圖像效果及波形，如圖8、圖9、圖10所示。

由圖可以看出，經1.2km雙絞線傳輸，并由視頻切換放大系統放大后，在顯示模組上得到的圖像與原始圖像比較，信號雖有部分衰減，且圖像上有可察覺的干擾和損傷，但并不令人討厭，對于視頻聯網系統來說，可以接受。圖像質量可達到《圖像5級損傷制評分分級》的四級標準。