电视监控系统的信号传输方式及传输用部件...

本章将阐述电视监控系统中某些常用的、具体的信号传输方式并讨论与传输系统有关的一些问题，同时，结合对各种传输方式的讨论，还将介绍一些有关的传输用部件。

在电视监控系统中，主要的信号有两种，一个是电视信号，另一个是控制信号。其中电视信号的流向是从系统前端的摄像机流向电视监控系统的控制中心；而控制信号则是从控制中心流向前端的摄像机（包括镜头）、云台等受控对像。并且，流向前端的控制信号，一般又是通过设置在前端的解码器解码后再去控制摄像机和云台等受控对像的。在带有防盗报警的电视监控系统中，还有报警信号的传送以及控制中心对前端报警探测器的控制信号（如布防、撤防等控制信号）的传送。其中报警信号的流向是从前端的报警探测器指向控制中心；而由控制中心对报警探测器发出的控制信号则是由控制中心指向报警探测器。如果从带有防盗报警功能的整个电视监控系统来说，系统的整个报警信号的传递方向则是从报警探测器起始，传向控制中心的报警主机，再由报警主机通过报警信号接口箱传向电视监控的主机，再由这个主机发出控制信号控制摄像机及云台的动作，然后再由摄像机将图像传送回控制中心，从而完成报警与电视监控的联动运行。由于上述的报警和控制信号大多采用开关信号的直接控制或是采用RS-232接口通信的控制方式，有关书籍和资料介绍的较多，所以这里就不做详细地讨论了。在本章中，将主要对电视信号的传输加以详细地论述。

在电视监控系统中，电视信号的传输，主要指的是从前端摄像机至监控中心之间的传输。电视信号在传输系统中的流向是由前端摄像机指向控制中心，而不是像有线电视网那样电视信号由有线电视台流向各用户的电视机终端。从这个角度上讲，也可以说电视监控系统图像信号的流向正好与有线电视网的电视信号流向相反，因此，也就导致了电视监控系统在电视信号的传输上有许多特殊性而与有线电视网不同或不能完全相似。鉴于上述原因，我们在讨论和研究电视监控系统的电视信号传输时，除了有些传送方式（如射频有线传输）与有线电视网信号的传送在理论上、计算方法上相类似之外，其它许多传送方式需要专门去讨论和研究。

在电视监控系统中，传输方式的确定，主要根据是传输距离的远近、摄像机的多少以及其他方面的有关要求。一般来说，当各摄像机的安装位置离监控中心较近时（几百米以内），多采用视频基带传送方式；当各摄像机的位置距离监控中心较远时，往往采用射频有线传输或光纤传输方式；当距离更远且不需要传送标准动态实时图像时，也可以采用窄带电视用电话线路传输。在实际应用上，由于光纤传输系统造价较高，故真正采用光纤传输的电视监控系统并不多。但随着技术的发展和若干设备、器件质量的提高和价格的降低，射频传输、光纤传输、微波传输、网络传输等传输方式也将会在远距离传输时陆续采用，因而本章对这些远距离传输方式也将较具体的加以介绍。

视频基带传输方式

视频基带传输方式，是指从摄像机至控制台之间传输的电视图像信号，完全是视频信号。视频传输方式的优点是传输系统简单；在一定距离范围内，失真小；附加噪声低（系统信噪比高）；不必增加诸如调制器、解调器等附加设备。缺点是传输距离不能太远；一根电缆（视频同轴电缆）只能传送一路电视信号等等。但是，由于电视监控系统一般来说摄像机与控制台之间的距离都不是太远，所以在电视监控系统中采用视频传输是最常用的传输方式。

视频传输方式的原理框图如图20-１所示。

图20-1 视频传输方式原理框图

在图20-１中，传输线采用的是同轴电缆，其型号为SYV-75-5（国产）。其中75表示该种电缆的特性阻抗为75Ω。５表示电缆的线径。如果传输距离较远些时，为了减小传输线路对信号的衰减量，还可以用SYV-75-7或SYV-75-9的电缆线。由于在视频传输系统中，摄像机的输出阻抗为75Ω不平衡方式，而控制台及监视器的输入阻抗也为75Ω不平衡方式，故为了整个系统的阻抗匹配，其传输线也必须采用75Ω的特性阻抗。如果在系统中出现了阻抗不匹配的情况，信号就会失真。有时由于阻抗不匹配可能会产生寄生振荡（特别是会产生以视频图像信号的行同步头为基频的高次谐波振荡），这将严重影响图像的质量。有时，虽然从表面上看传输线用的是75Ω特性阻抗的同轴电缆，但由于电缆质量不符合标准或其他原因，仍会产生失配现像导致图像质量的下降。在传输距离较远时（几百米以上）这种情况更易发生。因而，在实际工程中，根据传输过程中出现的失配情况，往往需要在摄像机的输出端串接几十欧姆的电阻后再接至电缆线上，或在控制台或监视器上并联75Ω电阻以满足匹配的要求。如图20-2所示。总之，由于阻抗不匹配而产生的图像质量下降问题，在较远距离的视频传输方式下是特别需要注意的。

图20-2 为解决阻抗失配而加入电阻

远距离视频传输方式

在上一节我们讨论了视频基带传输方式的一般情况。下面我们将讨论较远距离的视频传输方式。

在电视监控系统中，有时摄像机的位置距离监控中心较远，甚至距离在几公里以上。在这种较远距离的情况下，有时采用光纤传输方式或射频传输方式。但是由于光纤传输或射频传输的造价均较高，不一定非要采用光纤或射频传输方式。特别是在较远距离的位置上摄像机的数量较多，其摄像机所处的位置又比较集中的情况下，仍然考虑用视频传输的方式就会显得适用些。但是，由于视频信号在远距离传输时除带来信号的衰减外，更主要的是会产生幅频及相频两方面的失真，因此研究解决较远距离情况下的视频传输就是一个很重要的课题。

20.3.1 视频平衡传输系统

目前，解决远距离视频传输的一种比较好的办法是采用“视频平衡传输”方式。这种传输方式的原理框图如图20-3所示。

图中，摄像机输出的视频全电视信号经发射机转换为一正一负的差分信号，该信号经普通双绞线（或电话线）传输至监控中心的接收机，由接收机重新合成为标准的全电视信号再送入控制台中的视频切换器或其他设备。图中的中继器是为更远距离传输时使用的一种传输设备。当这种传输方式不加中继器时，黑白电视信号最远可传输2000米；彩色电视信号最远可传输1500米。加中继器时最远可传输20公里（仅为传送黑白电视信号时）。

图20-3 视频平衡传输系统框图

这种传输方式之所以可行的主要原理是，由于把摄像机输出的全电视信号由发射机变为一正一负的差分信号，因而在传输中产生的幅频及相频失真，经远距离传输后再合成时就会将失真抵消掉；在传输中产生的其它噪声信号及干扰信号也因一正一负的原因，在合成时被抵消掉。也正因如此，传输线采用普通双绞线即可满足要求，这无疑减少了传输系统的造价（与电缆相比）。特别是当传输距离很远时，所用的发射机及接收机的价格比远距离电缆线的价格要低得多，所以该方式比较适合远距离视频传输的方式。

现将这种传输方式中所使用的发射机及接收机的技术指标介绍如下：

１．视频发射机

最大输入电平：2VP-P全电视信号

标准输入电平：1VP-P全电视信号

输入阻抗：75Ω不平衡

平衡输出电平：0VP-P～4VP-P可调(或-3V～+3V)

不平衡输出电平：0VP-P～1VP-P

平衡输出电阻：120Ω

不平衡输出电阻：75Ω

频响：10HZ～10MHZ±3dB

3MHZ时2.0dB

4MHZ时2.6dB

5MHZ时8.0dB

信噪比：＞54dB

电源：AC 180V～250V50HZ

尺寸：298mm×196mm×67mm

功耗≤3.5W

工作环境温度：≤-10℃～+50℃

工作环境湿度：≤70%

2．视频接收机

最大输入电平：4VP-P全电视信号（或-2V～+2V）

标准输入电平：2VP-P全电视信号（或-1V～+1V）

输入阻抗：60Ω～160Ω可调

输出电平：1VP-P可调±6dB

频响：10HZ～5MHZ±3dB

黑白电视信号：2000m，5.0MHZ 2500m，2.5MHZ

彩色电视信号：1500m（高频予加重）

钳位：平均值

频率补偿：低频1kHZ～0.5MHZ，0dB～20dB

中频0.5MHZ～2MHZ，0dB～40dB

高频2MHZ～5MHZ，0 dB～60dB

尺寸298mm×190mm×67mm

工作环境温度：-10～+50℃

工作环境湿度：≤70%

如果在这种传输方式下，传输距离大于2000m（黑白电视信号）或1500m（彩色电视信号）时，可加设中继器。中继器可向供应视频发射机及接收机的厂商订购。订购时务必说明传输距离，以便生产厂制作时有所根据，才能在使用时满足要求。当传送彩色电视信号超过1500m的距离时，用上述发射机、接收机及中继器，效果将会变差，这时可选用类似的进口专用设备，并仍可用双绞线（电话线）传送，最大距离可达20km以上。

远端切换方式

在视频传输的方式下，如果在距离监控中心较远的某个同一方向相对集中较多台摄像机时，也可以采取“远端切换方式”。所谓“远端切换方式”，就是把原来在控制台上进行的切换（视频信号切换及控制信号切换）移到远端摄像机群附近的地方进行。这样做的好处是可以大大减少传输线路的数量。如果该监控系统控制信号是采用总线传送，并且由终端解码器解出控制命令，则只进行远端的视频切换即可。现将远端切换方式的基本原理和具体实施方法叙述如下：

1．基本原理

在电视监控系统中，控制中心对传送进来的各路摄像机的图像信号一般都不是用与摄像机相同数量的监视器一一对应的显示。而是按一定的比例，用几台监视器轮流切换（自动或手动）显示各路摄像机的图像信号。特别是当进入控制台的图像信号路数很多时更是如此。例如，用一台监视器轮流显示四台摄像机的图像信号，即所谓的“四选一”切换显示方式。一般来说，应根据视频信号路数的多少以及对监视对像的要求，选择监视器对摄像机的比例数。常用的有“四选一”、“八选一”等方案。既如此，对远距离的多路视频信号就不必同时都传送至监控中心的控制台里再进行按比例的切换，而是只要按“四选一”、“八选一”等比例分成组，在同一时刻只传送每组中的一路信号即可。根据这一思路，把“视频切换器”安置在靠近远端摄像机群附近的地方，由控制中心送出切换控制信号，使其控制设置在远端的“视频切换器”进行切换，即可达到远端切换的目的。这样，只传输切换后的信号，所用线路的数量就大大减少了。同样，线路上的放大、补偿等设备或部件也就相应地减少了。从而大幅度地降低了成本。减少后的线路数可由下式计算：

Q= +X （20-1）

式中，Q为减少后实际用的线路数；

m为远端的摄像机个数；

n为选用的切换比例数（如“四选一”切换，则n＝4）；

x为控制中心记录用的录像机台数，也称为录像专用线路数目。

从式（20-1）可以看出，远端切换方式使传输线减少了好几倍。式中ｘ值，由控制中心控制台上的录像机台数决定。增加这样的录像专用线路的目的是，当某台摄像机所监视的场所发生意外情况时（如匪警、火警等），可将这台摄像机的信号由这种专用线路传送，使录像机可以一直记录所发生的情况，且控制中心也可同时进行跟踪监视，而其他摄像机的信号仍由切换后所使用的传输线路轮流切换传送和显示，不会产生线路被占用而影响正常传送的问题。远端视频切换分式见图20-4。

图20-4 远端视频切换方式

2．远端视频切换器

远端视频切换器可以选用成品切换器，如16路输入、8路输出的矩阵编码型切换器，也可自行设计制作。选用成品视频切换器时，由于通常这种产品多做成16路输入、8路输出的定型产品，所以如果超过16路视频信号输入时，可用二台或再增加台数进行组合使用。组合使用时，要向供应厂商订购组合连接的专用设备。当然，如果能订购如32路入、16路出等更加符合要求的切换主机，就更好了。

如果自行设计，根据输入信号的路数及输出信号的路数来确定切换器的电路。图20-5给出了一种32路输入，10路输出（其中2路为录像机专用线路）的远端切换器的原理图。

当使用定型产品的切换器时，应配套购买相对应的操作键盘。该操作键盘安装在监控中心的控制台上，可以遥控远端切换器的图像信号切换，并可通过终端解码器遥控远端的各摄像机及云台的动作。当远端切换器距离监控中心超过1500m时，应考虑在一定的距离上加装放大器以放大和补偿操作键盘传向远端切换器的编码控制信号。

当使用自行设计的远端切换器时，对远端切换器进行图像信号切换的切换控制信号也是来自监控中心控制台上的编码控制信号。如果控制台上采用的是定型生产的操作键盘，则应在该键盘上引出用于切换的编码控制信号，并使之与自行设计的远端切换器的切换要求相对应；如果不是采用定型生产的操作键盘，就应在控制台上给出与远端切换器相应的编码控制信号。当距离较远时，也应考虑在线路上加装放大和补偿装置。在用定型生产的操作键盘控制自制的远端切换器时，要注意编码控制信号的一致性，比如接口的对应，串行码与并行码的转换等等。

3．远端切换后输出信号的放大问题

在远端经切换后再输出的视频图像信号，因为要经过较远的距离才能到达监控中心的控制台，所以视频图像信号一般会产生较大的衰减。为保证信号的信噪比要求以及使图像信号到达控制台时能满足控制台对输入信号幅度的要求（1VP-P～1.2VP-P），最好在远端切换器的视频输出端就把该信号加以放大，并对信号频率的高端部分（2MHZ～6MHZ）进行预加重。根据实践经验，每一路放大器的输出幅度在2VP-P～6VP-P之间可调为宜。这种视频放大器的具体电路及性能指标可参考本章第七节所介绍的视频分配放大器。在那里介绍的这种放大器，可以满足对远端切换器输出信号放大的要求。有关远端切换方式请参看本书第三十章 典型工程实例介绍之（三）。

这里请注意的是，超过2000m以上的距离时，这种“远端切换方式”只适合传送黑白电视信号。某远凋切换器的原理图见图20-5。

图20-5 某远端切换器的原理图(实例)

图像信号的射频传输方式

在电视监控系统中，当传输距离很远又同时传送多路图像信号时，有时也采用射频传输方式。也就是将视频图像信号经调制器调制到某一射频频道上进行传送。射频传输方式的主要优点是：

(1) 传输距离可以很远；

(2) 传输过程中产生的微分增益（DG）和微分相位（DP）较小，因而失真小，较适合远距离传送彩色图像信号；

(3) 一条传输线（同轴电缆、特性阻抗75Ω）可以同时传送多路射频图像信号。

(4) 可有效地克服传输中引入的0MHZ～6MHZ范围内的干扰和地环路造成的工频干扰等现像。

其缺点是：需增加调制器、混合器、线路宽带放大器、解调器等传输部件，而这些传输部件会带来不同程度的信号失真，并且会产生交扰调制与相互调制等干扰信号；同时，当远端的摄像机不在同一方向时（即相对分散时），也需多条传输线将各路射频信号传送至某一相对集中地点后，再经混合器混合后用一条电缆线传送至控制中心。以上这些会使传输系统的造价升高。另外，在某些广播电视信号较强的地区还可能会与广播电视信号或有线电视台的信号产生互相干扰等（应避开当地广播电视的频道，即不能选用当地广播电视频道用于传输电视监控的图像信号）。

尽管射频传输方式有以上缺点，但在某些远距离，特别是在远距离的同一方向上集中有多台摄像机时，射频传输方式仍是一种可供选择使用的传输方式。并且，从目前已完成的一些工程实例看，效果相当不错。甚至当传输距离较远，且有多台前端摄像机时，其工程造价比用视频基带传输方式还要低得多，而且这种射频传输方式无论对黑白电视信号，还是彩色电视信号都是适应的。射频传输方式的组成框图如图20-6所示。

图20-6 射频传输方式的组成框图

现就射频传输的有关技术问题和传输用部件分述如下：

1．调制器

调制器是将视频图像信号变为射频图像信号的设备。调制器的输入端为摄像机输出的视频图像信号；调制器的输出端则输出已调制的射频图像信号。如果采用邻频传送方式，每个邻频调制器所占频带宽度为8MHZ。这样，在某一个频段范围内（例如在UHF频段内），可以传送几十路的射频图像信号。目前定型生产的调制器，其主要技术指标如下：

(1) 输入：1VP-P全电视信号

(2) 输出：105dB射频图像信号

(3) 频带宽度：8MHZ

(4) 边带：残留边带或限制边带

2．混合器

混合器的作用是将调制在不同频道上的各路电视信号经混合器混合成一路信号，再用一根射频同轴电缆传送至控制中心。混合器有多个信号的输入端，有一个混合后的输出端。混合器的基本原理是，让不同频道的射频图像信号合并在同一条电缆上传送时，不会产生互相干扰，也不会某一路信号反串到其它信号上。混合器一般均为无源器件，由与各频道相对应的LC网络组成。它的主要技术指标有：

1 输入路数：2、4、6、8、10、12等。

2 输入频道号：例如有6路输入端，各路的频道号分别是1频道、3频道、4频道、5频道、7频道、8频道等。

3 反向隔离度：该指标是反映当在输出端输入一个信号时，在输入端测试时有多大衰减的物理量，以衡量输出端反串回输入端的情况，此值越大越好，表示输出端信号很难反串回输入端。一般此值为65dB以上。

4 正向衰减量：此指标反映输入端输入的信号在输出端输出时，有多大的衰减。此值越小越好。一般为3 dB～6dB。不同频道的信号，此值会有一些差别。

5 相互隔离度：此指标反映在输入端输入的各频道信号之间隔离的程度（不能互相干扰的程度），此值越大越好。一般为60dB。

为了适应在一根射频电缆传输的沿途，有一些摄像机的射频图像信号也需加入这根电缆中进行传输，还可以用“定向耦合器”代替混合器将该路信号混合至传输电缆上。使用“定向耦合器”的方便之处在于随时随地都可以将分布在传输电缆沿途的摄像机输出的、并经调制后的图像信号送入该电缆线上，而不必将各摄像机的信号集中在混合器输入端后，再送入电缆线中。这种方式的构成框图如图20-7所示。

图20-7 用定向耦合器将信号送入传输电缆中

定向耦合器也是一种无源器件，不必使用电源。它是按摄像机经调制器给出的某一特定频道来选用相应的定向耦合器。从这点上说，定向耦合器就像把混合器拆开来用一样，即将混合器中的每一路输入及混合电路单独拿出来使用。采用定向耦合器的方式时，必须要注意某一个特定频道的定向耦合器，必须对应该频道的射频输入信号，并且在同一根传输电缆上，所使用的定向耦合器的频道号不能相同。另外，在用定向耦合器将信号插入传输电缆中时，还要注意插入的该路射频信号电平与插入点传输电缆中原已有的其他各频道的射频信号电平保持基本一致。

目前，在工程的实际应用中，也有将分配器或分支器反向使用（对于拟插入频道的图像信号流向来说）作为定向耦合器。由于这类分配器或分支器大部分都是宽带的，所以对于拟插入的图像信号所选用的频道号没什么太大的影响，也就是，这时基本上不用考虑该路图像是采用哪一频道号。

3．干线放大器

干线放大器使用在传输距离较远的情况下。一般来说，在传输多路射频信号的干线电缆上，如果传输电平低于80dBmv以下时，就应加上一级干线放大器。

干线放大器的主要技术指标有：

(1) 增益：一般为20dB

(2) 频带宽度：有VHF频段、UHF频段、VHF与UHF频段、宽频带等。（视传输信号的频道而定）

(3) 噪声系数：≤1.2

(4) 最大允许输入电平：≤80dBmV

在使用干线放大器时，在尽可能的情况下，干线上所用的放大器数量越少越好。因为每增加一级放大器，产生的相互调制和交扰调制就会更大一些。这也是采用射频传输的缺点之一。

4．分波器

分波器的作用是将由电缆传输来的多路射频信号一一分开，再送入对应的解调器中解调出对应的视频信号。采用分波器的好处是，从电缆送入解调器的射频信号，因为已经过分波器的分波，故产生互相干扰的机会更小，从而提高图像质量。分波器实际上往往是把混合器反过来用，即把同前端所用的同样的混合器反过来用。将混合器的原输出端作为分波器使用时的输入端，而混合器的原输入端作为分波器使用时的输出端。在一般情况下，也可不使用分波器，而直接将多路射频信号送入解调器，由解调器本身进行选频。

5．解调器

解调器的作用是将来自传输干线上的各路射频电视信号解调还原为视频全电视信号，然后再将这些信号送入总控制台中。每个解调器应对应一路射频电视信号，因而解调器也要与相对应的频道一致才行。目前，定型产品中也有将若干路的解调器制作在一个设备里，输入端只需将干线电缆接入，在输出端上再分别输出各路视频电视信号。

解调器的主要技术指标有：

(1) 输入电平：一般为56dBmv～80dBmv（射频电视信号）

(2) 输出电平：1VP-P～1.2VP-P（视频全电视信号）

(3) 频道号：单一频道或多频道?

以上所述的几种传输用部件是射频传输中的主要部件。其中的调制器、干线放大器、解调器均为有源部件，因而还应考虑其电源的要求。

射频传输从理论上讲，可以传输的距离相当远，而不会产生大的相位失真。但由于在传输干线上不能无限制地加入放大器，所以事实上传输距离也是有一定限度的。这主要是因为干线上加入的放大器越多，产生的交扰调制和相互调制就越大，也就是自身产生的干扰噪声越大；另外在综合解决放大与噪声等问题上，还将会发现在插入一定数量的放大器之后，放大器产生的实际增益作用已非常小。一般来说，在一条传输干线上能插入10多个放大器（每级放大器增益为20dB）就已经不错了。所以在考虑传输距离这一问题时，应注意到这一点。有关上述问题的理论分析与计算以及射频传输各种部件的电路原理，请参考电子工业出版社出版的《闭路电视系统工程技术》一书(作者：殷德军等)。

为了能使射频信号传输的尽量远一些，在远距离的情况下，宁可采用损耗小的传输电缆（例如SYV-75-12或SYV-75-9的同轴电缆），而少用放大器。目前国产的SYV-75-9同轴电缆，已可做到每百米损耗在3dB以下（频率为200 MHZ时），而SYV-75-12的同轴电缆，其损耗更小。还有一点需再次指出，在采用射频方式时，一定要避开当地电视台无线发送的各电视频道（即在系统中，不能使用这些当地无线发送的频道），以免造成相互干扰。另外，每条传输线上，传输图像信号的的频道数量不宜过多，一般在10个频道左右为宜。

光缆传输方式

用光缆代替同轴电缆进行电视信号的传输，给电视监控系统增加了高质量、远距离传输的有力条件。其传输特性和多功能是同轴电缆线所无法比拟的。先进的传输手段、稳定的性能、高的可靠性和多功能的信息交换网络还可为以后的信息高速公路奠定良好的基础。

20.5.1 光缆传输的优缺点

1．传输距离长

现在单模光纤在波长1.31mｍ或1.55mｍ时光速的低损耗窗口，每公里衰减可做到0.2dB～0.4dB以下，是同轴电缆每公里损耗的1% 。因此，模拟光纤多路电视传输系统可实现20km无中断传输。这个距离基本上能满足超远距离的电视监控系统。同轴电缆由于衰减大，用它组成的传输网，干线放大器之间的距离一般为427m～610m，即每公里需要增加1至2个干线放大器。因此，一般需要远程供电，这无疑增加了系统的复杂性和降低了系统的可靠性。即使在这种限制下，在干线传输中最多可串接20个放大器，因而电缆系统最长只能传输10km左右(采用SYV-75-12电缆)。再长将会由于中继放大器的噪声和失真的累加，使信号达不到规定的标准。

2．传输容量大

目前，国外最先进的光纤多路电视传输系统传输的频率范围已由40MHZ～550MHZ扩展到40MHZ～862MHZ。通过一根光纤可传输几十路以上的电视信号。如果采用多芯光缆，则容量成倍增长。这样，用几根光纤就完全可以满足相当长时间内对传输容量的要求。目前，国内进口的光端机设备，一芯单模光纤可传送几十路电视信号。

3．传输质量高

由于光纤传输不像同轴电缆那样需要相当多的中继放大器，因而没有噪声和非线性失真叠加。另外，光频噪声以及光纤传输系统的非线性失真很小，因而光纤多路电视传输系统的传输信号载噪比、交调、互调等性能指标都较高。加上光纤系统的抗干扰性能强，基本上不受外界温度变化的影响，从而保证了传输信号的质量。

4．保密性能好

由于光纤多路电视传输系统的保密性好，传输信号不易窃取，因此便于保密系统使用。同时，光纤传输不受电磁干扰，适合应用于有强电磁干扰和电磁辐射的环境中。

5，敷设方便

由于光缆具有细而轻、拐弯半径小、抗腐蚀、不怕潮、温度系数小、不怕雷击等优点，所以为光缆的敷设工程带来了很大的方便。

光缆电视系统，虽然具有上述的优点，但也存在一些特有的问题。一是为了普及应用光缆传输，需要再降低光缆及光端机的成本；二是合理有效地解决光缆的接口技术和器件，如光合波器、光分波器、电子式光开关、光衰减器及光隔离器以及寻求极好的光接头处理手段。此外，为建立全新的光缆电视系统，对相干光源的获取、光信号多路传输、光信号直接放大、光信号外差式接收及光缆分支等技术的研究还有待进一步提高。总之，用光缆作干线传输的系统，其容量大、能双向传输、系统指标好、安全可靠性高。主要缺点是建网的造价较高，施工的技术难度较大，但它能适应长距离的大系统干线使用。

光缆传输系统

1．光缆传输的形式

光缆传输有三种形式：

(1) 调频（FM）光缆传输

它可传输多频道高质量信号，传输距离远。如美国吉尔德公司的RF-700型FM光缆传输系统，一根光纤可传输16路电视信号，传输距离达40km 。

(2) 数字光缆传输

这种系统无中继噪声积累，无任何交互调失真，在极长的距离上有很好的图像质量。但一根光纤只能传输6路～8路电视信号。数字光缆传输技术的进一步发展尚需开展数字压缩技术的研究。

(3) 多路调幅（AM）光缆传输

它是一种残留边带调幅光缆传输系统（VSB-AM）。目前，一般AM光纤可传输40多个频道，且性能／价格比高，发展很快，目前已广泛应用在有线电视系统中。同样，也是电视监控系统的一种很好的传输模式。下面将重点讨论与VSB-AM光缆传输系统有关的问题。

2．光缆的结构

光缆是由石英纤芯、石英包层和尼龙覆盖层组成。图20-8表示了单芯光缆的断面结构。

图20-8 单芯光缆与传输模式

纤芯与包层的光折射率不同。光几乎以与纤芯和包层界面相平行的角度射入，经界面全反射，沿纤芯传播，在多次反射中，光的损失很少。衡量光纤的重要性能指标有损耗和带宽特性。石英材料的光吸收损耗很低，一般都低于1dB／km。而制造低损耗光纤是发展光缆传输系统的关键之一。光纤的损耗主要来自三个方面。一是来自端面反射和界面反射产生的损耗。二是结构缺陷损耗，如因材料不均匀不连续造成的散射或因尺寸变化和弯曲所造成的泄漏。这部分损耗与光的波长有关，对0.8mｍ～1.8mｍ的光，损耗为1dB/km～2dB/km。三是材料本身的损耗。它包括杂质离子形成的吸收和分子热运动造成的散射。另外，带宽是表征光缆传输的性能。按光传输的模式，光纤分为单模和多模两类。在多模传输时，由于不同模式的光沿线传输的速度不同，会产生相位差，导致传输失真，因而使其传输频带受限。对单模传输，光在芯线直径仅有5mｍ内传输，伴随着不断地界面全反射，这对单模式的光，不会产生失真。所以频带极宽，在有线电视传输系统中得到广泛的应用。

3．光源与光调制

用于光缆的光源，目前以发光二极管（LED）和激光二极管（LD）为主。发光二极管是用半导体PN结把电信号转换成光的注入型场致发光器件。因为它具有电流-光输出特性良好的线性和寿命长的优点，加之器件本身制造和使用都比较方便，可以满足光缆传输光源的实用要求。其输出功率约数毫瓦，频响可达100MHZ。激光二极管也是半导体器件，由PN结构成。其平行侧面沿晶体的天然晶面（解理面）被抛光，在正向偏置下，注入电流超过阈值后就从一侧解理面发射具有相干性的激光。激光二极管的输出功率可达5mw～10mw，寿命数十年，响应速度为GHZ的数量级，故在系统中得到普遍的应用。发光二极管和激光二极管都可用激励源直接进行强度调制（IM），使光载波的强度随模拟信号连续变化。

4．光接收

接收光缆传输的信号有外差检测和直接检测两种方式。所谓外差检测是将光信号与机内激光混频，取出差频信号经放大、解调恢复原始信号。这种方式，目前还存在缺乏实用化技术，难以应用。直接检测是用检光器件把光信号转换成电信号，进而解出原始信号。这种方式现已广泛应用于光缆传输的接收系统中。目前广泛应用的光接收器件是PIN光电二极管。

5．光缆干线传输的工作原理

现已成熟并大力发展的调幅-残留边带（VSB-AM）光缆传输系统如图20-9所示。

图20-9 光缆干线传输工作原理图

由图20-9看出，该光纤传输系统主要由光发射机、传输光缆和光接收机组成。光发射机的核心器件是激光二极管（LD），由前端来的射频信号对激光管的发光强度直接进行调制。目前ＡＭ光发射机一般采用分布反馈式（DFB）激光器。这是一种单模工作激光器，具有良好的噪声性能、线性和互调性能。因此，可用多频道ＡＭ组合信号直接调制。ＡＭ光缆系统中均使用单模光缆做传输媒介，其传输损耗非常小。光接收机一般采用光电二极管（PIN-PD）作为光电转换器件。它有较好的灵敏度和较高的接收电平，输入光功率范围在0dBmV～10dBmV之间。整个AM光缆干线传输的带宽目前可做到1GHZ。

当前，在光缆传输中，对激光二极管进行模拟强度调制主要的技术难点有：一是LD的光功率-电流（P-I）特性曲线存在一定的非线性，这将使传输的多路电视信号之间产生交调、互调等非线性干扰。为此，要在光发射电路中采用非线性补偿措施来减小交调和互调。二是激光二极管的P-I特性曲线的阈值及斜率随温度的变化和老化而发生变化，从而使静态工作点发生变化，偏离线性区的中点，使系统工作不稳定。为此，在光发射机中采用了自动温度控制（ATC）和自动功率控制（APC）等措施，使静态工作点跟踪P-I特性曲线的变化，始终处于P-I特性曲线中的线性区中点，而不受温度和使用时间的限制，从而使系统稳定工作。三是由于光纤的散射，以及光源与光纤之间、光纤与光纤之间的接头处的反射，使耦合进入光纤里的光有一部分反射回到光源，使光源工作不稳定，光源的相对强度噪声增加。为此，在光路中要采取一系列措施，尽量减小反射光的影响，使系统传输信号的载噪比（C/N）达到规定的标准。图20-10为对由光发射机和光接收机组成的光端机进行技术处理后的结构方框图。

图20-10 光端机的电路结构方框图

光发射机中，输入混合射频电视信号经预失真电路的非线性处理后，由调制电路对半导体激光器（LD）进行强度调制，将电信号变成光信号，并经光缆活动连接器输出到光缆线路中去。功率控制电路、温度控制电路、保护电路及工作点控制电路保证了输出端有恒定的光功率。在光接收机中，光信号经光缆接口进入光电检波器将光信号变成电信号，电信号经低噪声放大补偿校正、主放大及输出匹配电路后输出。其中补偿校正电路用于校正激光器及光检波器引起的非线性失真。

20.5.3 光缆模拟射频多路电视信号传输系统的典型应用

该应用是利用射频多频道电视信号直接调制单模激光器。不加中继放大、均衡等处理，经低损耗一根单模光纤长距离传送到光检波器。经检波器直接恢复多频道电视射频信号，再经对应各射频信号的解调器、解调出视频全电视信号。其典型的框图如图20-11所示。

图20-11中的AM光缆传输系统是先将各摄像机的视频信号分别调制到对应的射频频道上，经混合后再去调制光发射端机，光发射端机输出光调信号送入光缆中。经光缆传输后，由光接收端机解调出射频信号，再经射频解调器解调出对应摄像机的视频全电视信号。

图20-11 光缆模拟射频多路电视系统方框图

20.5.4 商品化的光端机

目前，已将制作成商品化的光端机直接用在工程中。这种光端机分为“光发射端机”和“光接收端机”两种。光发射端机的输入端有视频信号的输入接口（通常采用BNC接头），有1路、2路、4路、8路等数量的输入路数；它一般还有一个数字信号接口，输出由系统的控制中心通过光纤传送来的控制信号。该控制信号通常即为给前端解码器的控制信号。也就是前端的控制信号均通过同一条光纤传送。有些光发射端机还有视音频输入接口。而光接收端机则有对应的视音频输出接口，直接输出1路、2路、4路、8路等视音频信号，并有一个输入控制信号的输入接口,与光发射端机的控制信号输出接口相对应。这种光端机使用起来非常方便。其构成的传输系统如图20-12所示。

图20-12用光端机构成的图像传输与控制系统

20.5.5 光纤多路电视传输系统的主要技术指标

光频指标、射频指标和国产与进口光端机的主要性能对照分别列入表20-1、表20-2和表20-3。

表20-1 光频特性指标

激光器	工作波长	1.3mm
	输出功率	1.0mW
检波器	工作波长	1.0mm～1.6mm
	检波效率	0.5mA/mW
允许线路损耗		≤10dB
适用光缆线路	衰减	<0.5dB/km
	色散	<4ps/nm·km

表20-3 国产与国外光端机的性能对照

项 目	BYO-1(国产)	BYO-2（国产）	ORTEL(美国)
激光器类型	F-PLD	DFB-LD+光隔离器	DFB-LD+光隔离器
工作波长	1310nm±10nm	1310nm±10nm	1310nm±10nm
发射光功率	0.5mW	4mW	40mW～800mW
频率范围	40MHz～550MHz	40 MHz～550MHz	40 MHz～800MHz
载噪比	47dB	52dB	54dB
传输路数	10km,10路	10km,40路	10km,40路～50路
	20km,5路	20km,30路	20km,30路～40路

电话电缆传输方式

20.6.1 概述

电话电缆传输方式在这里是指利用平衡电缆对的传送方式。在我国，以往所利用的传送媒体是传统的同轴电缆。随着技术的进步，近几年光缆的利用越来越普及。当然，这两种传送媒体在不同的系统中都能较好地解决图像信号的传送问题。特别是光缆传送技术还在不断地向前发展和完善，并已经勾画出了电视信号传送的美好前景。但另一方面利用现有的技术，开发出更多的传输方式也应成为电视与电视监控技术工作者不懈追求的目标。在利用电话线传送视频信号的研究方面，我国已有多年历史，有的厂家并已经生产出了这样的设备。但是就其技术水平及应用领域都还未形成具有竞争力的传输方式，并且这种应用都还限制在单位或企业内部的电视信号的传输上。在利用电话电缆传送视频信号的技术方面早在上个世纪70年代国外某些国家就已经商品化了。由于这种传输方式在远距离、低成本方面的优越性能，已被广泛地应用于高速公路的交通监视系统以及各大宾馆、饭店之间的视频服务网中。传输所使用的平衡电缆对及其它各种设备都由电报电话公司负责经营与管理。也就是说，使工业电视系统摆脱了自成体系独立运行的模式。由于传输系统的社会化，因而在投资、管理及利用效率等诸方面都有十分突出的优点，并大大促进了工业电视在各个领域的应用。

这种传送方式的优越性如下：

1.传送距离最远可达60km。

2.由于线路是对称平衡的，所以不易受到低频杂波的干扰。

3.利用现有的电话电缆，并可根据时分法对电缆进行多路复用，提高电缆的使用效率，降低运行费用。

仅就以上几点优越性，就足以使电视技术工作者投入力量尽快开发出具有我国特色的电话电缆传送视频信号的系统。

20.6.2 基本系统的组成

电话电缆传输系统框图如图20-13所示。这是系统构成的基本形式，根据不同的实际要求，将图中各设备进行组合，就能构成满足各种应用需要的系统。

图20-13 电话电缆传输基本系统框图

图中各设备的作用及性能如下：

1．发送中继设备

它是将摄像机输出的1VP-P全电视信号放大到3VP-P后，再经视频变压器将75Ω不平衡信号变成满足平衡电缆对所要求的110Ω（或140Ω）的平衡信号，送入平衡电缆对中。

为了对线路中的设备进行自动增益控制及报警，系统中还专门设置了5MHZ的导频信号。按照规定，这一导频信号输出电平为-5dBmV。如果该信号由于各种原因产生大于±5dB以上的电平变化时，电路就开始报警。

2．接收中继设备

该设备设置在监视器端，它对送来的视频信号进行幅度、相位、波形的全面均衡。该设备又由幅度均衡、可变均衡、相位均衡以及稳定输出等四部分电路所组成。因为在电缆中的信号是以110Ω（或140Ω）的阻抗及平衡方式传送的，所以要先用视频变压器将它又变成原来的75Ω不平衡信号。

(1) 相位均衡：经以上变换后的信号，首先经相位均衡电路进行相位均衡。其均衡特性为，对4.5MHZ的信号分7档进行，每档均衡量为100ns，因此共均衡700ns；而对于3.5MHZ的信号也分为7档，每档均衡量为30ns。总共均衡量为210ns。这样总共可校正15个中继段上所累积的相位变化。

(2) 幅度均衡与可变均衡：因为在线路中设有多级中继器，而各中继器的增益、频响以及多段中继所累积的均衡不完善的特性，再由幅度均衡与可变均衡电路进行统一的组合均衡。

(3) 稳定输出电路：经以上均衡后的信号再送入输出电路，由于该电路具有自动增益控制功能及箝位功能，因此能使经相位及幅度均衡后的视频信号变成稳定的视频信号送给监视器。同时由于箝位电路的使用，消除了由于低频干扰及视频变压器所引起的失真，并可具有直流分量恢复的功能。

在短距离传输的系统中，可以直接采用视频变压器将信号送入电缆，然后又经视频变压器还原成监视器所需的视频信号。而对2km～3km以内的距离，则可将发送中继设备及接收中继设备接入线路两端即可。

地沟型中继设备

该设备分为带AGC和不带AGC两种类型。带AGC型的中继设备在埋地电缆区间，大约每三个中继点加一个。它能将5MHZ点不平坦度为±6dB的电平变动自动压缩到1/10。这种设备分为单系统、双系统和四系统三种，采用密封结构。这两种中继设备都是对视频信号进行频率及相位均衡，像接力一样，将均衡后的信号又传给它后面的中继设备。

4．均衡中继设备

由于它放在室内，所以也称室内型中继设备，一般设在电话局内。当中继站超过10个时，就要设置该设备。它可对因多次中继造成的累计失真（幅度、相位、波形）进行全面的均衡。该设备中带有AGC电路。

无论是哪种中继设备，都要有导频信号以便监视设备输出电平的变化，只要导频信号相对于中继器负5dB的输出电平有±5dB～6dB的变化时，即会发出报警信号。

5．遥测设备

它能根据报警信号，测试线路的环路阻抗，并指示出故障点的位置。

6．电源

它的作用是对各地沟型中继设备（室外）进行远方恒流供电。每个中继设备约需150mA电流，这种电源能为3～4个中继设备提供所需的电源。

图20-14是插入式中继系统的组成框图。当线路中各摄像机需拉开一定距离设置时，可应用插入式中继系统将多路摄像机信号经顺序切换后进行传送。在这里“插入中继设备”属于自带电源的室内设备，其最多插入数为3个。该系统的传送距离由电缆的特性及中继设备的数量所决定。

图20-14 插入式中继系统的组成

电话电缆传送方式，在远距离传输方面，特别是在城市交通电视监控与指挥管理系统中，将会有广泛地应用前景。

视频分配放大器

视频分配放大器，是视频基带传输方式中常用的一种信号传输用部件。顾名思义，视频分配放大器的功能和作用有两个，一个是对视频信号进行分配（即将同一个视频信号分成几路）；另一个是对视频信号进行放大。在视频分配放大器中，实质上是先放大后分配。这里的放大概念虽然通常是指在电压幅度上及功率上均进行放大，但在某一设备中（例如控制台上）安装的视频分配放大器由于其对视频的分配是主要目的，所以往往只进行功率放大，而在电压幅度上进行放大则是次要的。也就是说，视频分配放大器所应用的位置和作用不同，在其电路结构和功能上是有区别的。一般说来，主要用于分配目的的视频分配放大器应侧重于功率放大，而对于远距离视频基带传输时视频信号的发送端所用的视频分配放大器，则应侧重于电压幅度的放大。本书介绍一种视频分配放大器，它既可用于分配，也可用于电压幅度的放大，供读者参考。这里需要说明的是，为了便于读者了解视频分配放大器的基本原理，故以分立元件组成的电路加以介绍，在目前实际的产品中，大部分视频分配放大器已采用集成电路来实现。

视频分配放大器是一种线路输出放大器，因而多采用射极输出器或单端推挽电路。特别是单端推挽电路具有输出电压幅度大、失真小，且与75Ω线路易于匹配等特点，所以视频分配放大器经常采用单端推挽式电路或它的变形。

图20-15是它的电路举例。图（a）的电路称为并联调节式发射极输出电路；图（b）是使用NPN晶体管和PNP晶体管的图（a）的变形电路，图（c）是两级串联式放大器；图（d）是以集-射倒相激励的发射极输出器和共发射极放大器。这几种电路都可以根据电路参数的选择方法使这些电路按推挽方式工作。这里应当注意的是：图（a）、图（b）电路和图（c）、图（d）电路信号的极性是相反的。

图20-15 视频分配放大器输出级的电路分析

现在着重介绍一下并联调节式电路的工作原理。

图20-16所示电路是一并联调节式输出电路的等效电路（实际电路如图20-17所示）。BG1与BG2为并联调节管。输入信号VS加到BG1基极上，VS为整个视频分配放大器电路中前一级输出信号，RL为负载。

当输入信号电压VS升高时，BG1电流icl增大（相当于iel增大），A点电位下降，通过电容C1耦合（传导）到BG2基极，使BG2电流ic2减小。显然，BG1的iel增大与BG 2的ie 2的减小，都将反应在外接负载RL上。VS下降时，电流变化情况相反，但也反应在RL上。这样在输入信号VS的作用下，BG1与BG 2的电流随VS的变化情况将反应在RL上，也即把VS的变化传导到RL上去了。但都得到了功率放大。为使失真减小，BG1与BG2的性能参数等应尽量一样。在图20-17中，用一稳压二极管代替图20-16中的电容C1来传导由VS的变化引起的A点电位变化。这样做的道理是稳压二极管既可以准确地把A 点电位的变化传导到BG 2的基极上去（因稳压二极管自己的压降始终保持不变，所以A点电位一有变化就会精确地反映到BG2的基极上），又可以为BG2基极提供一偏置电流以使BG2工作（因为C1只能传导电位的变化，而不能提供偏置电流，所以BG2也就不能工作，将处于截止状态）。

图20-16 等效电路 图20-17 实际电路

现在我们用视频分配放大器作为例子，具体叙述一个输出阻抗可以与75Ω同轴电缆相匹配，具有三个75Ω输出端的视频分配放大器。

取整个电路电压增益为15dB。为了也能用于彩色系统，取环路反馈量为20dB，所以，无反馈时的增益应为20dB＋15dB＋6dB＝41dB，其中6dB是输出匹配电阻的损耗。为要得到这样大小的增益，用一级放大电路是困难的，因此用两级电路，每级平均分担20dB的电压增益。

输出级晶体管的负载为（75Ω+75Ω）/3=50Ω。如果闭路电视系统视频传输线路的平均图像传送电平为1VP-P，那么对于这样的负载，将平均图像电平可能有的变动估计在内，需要大约为3VP-P×2=6VP-P的输出电压。考虑到富裕量取输出电压为8VP-P。所以需要在无信号时大约为（8V／50Ω）/2=80mA，最大时则大约160mA的电流流过晶体管。从减小失真方面来考虑，应采用推挽电路，此时每一个管的电流为40mA即可。每一管的电压为4V×2＝8V。考虑到管压降等的富裕量应有10伏，所以取集电极电源电压为20V是适当的。

此时，PC＝40mA×10V＝400mw。取环境温度为50℃，换算成75℃时Pcmax=400mw／0.8=500mA。故应有满足Pcmax=500 mA的晶体管作末级输出。

由于输出级负载低，IC的变化大，所以hfe变化大，失真大和输入阻抗小等。从这些方面考虑，部分负反馈应当取大些，但这样的结果，电压增益将会很低。所以恰当的形式是应在前两级放大器之后接输出级。从信号的极性方面考虑，输出电路决定采用图20-15（a）的并联调节推挽放大器。其具体电路如图20-18所示。

由于BG3的输入阻抗小，直接与BG1连接增益会不够，所以接入BG2作为射极输出器。BG2的集电极电阻值，可适当调整以满足要求。该电阻的功率应大于1W。为了使负反馈稳定，BG3的负载电阻取低些为300Ω，以提高截止值。

偏流电阻的损耗大约有2分贝，这一部分由BG1承担。BG1发射极接一个1kΩ电阻，是为了减小温度变化而引起直流工作点的变化。BG1的增益大约为23dB，BG2为零分贝，BG3的增益为20dB，输出匹配电阻损耗6dB，因此合计增益为35dB。

现在若加20dB的负反馈，整个电路将成为15dB分贝的放大器。末级输出阻抗为10Ω～20Ω左右，由于负反馈作用将成为1Ω～2Ω。将75Ω电阻与它串联就能在线路输出中得到很好的匹配。

图20-18 视频分配放大器电原理图

在图20-18中，W1可用来调节输出电压的幅度。该电路共可提供15dB的电压增益，调试时可按下述步骤进行：

(1) BG1、BG2、BG3可选用小功率（Pcmax=100mw左右）高频开关管（如3DK7）。BG4、BG5按前述计算要求选定。

(2) 各晶体管的静态工作点（均指集电极电流IC值）为

BG1——2.5mA～3mA

BG2——3mA～4mA

BG3——4.5mA～5.5mA

BG4、BG5——50mA左右。

(3) BG1静态工作点由W2来决定。调W2使BG1集电极电流为2.5mA～3mA，此时BG2的发射极电压应为10V。如调不到10V，应改变R1（3.3k）的值来调整。使得BG1的集电极电流IC约为2.5mA～3mA，而BG5的集电极电压为10V。

(4) 用BT-5扫频仪（0MHZ～20MHZ）从该电路的输入端输入扫频信号，把电路的输出信号加至扫频仪的输入端，并把W1调整到输出电压最高位置。这时，改变C1的值可改变特性曲线峰起的位置和程度，从而满足图20-19所示的整个电路的频率特性曲线要求。

图20-18所示的电路，对于一般的视频传输系统已能满足作为视频分配放大器的要求。它既可以作为“前端视频分配放大器”或“中间视频分配放大器”来使用，也可以作为终端“视频分配放大器”来使用。在使用时，可根据实际情况需要，按此电路适当改变静态工作点、电源电压及所用末级输出管的型号来达到改变电压的输出幅度及输出功率。

成品视频分配放大器的主要指标如下：

(1) 输入电平与输出电平：输入电平一般为0.8VP-P至1VP-P，输出电平为1VP-P至4VP-P，有些作为远距离传输的还要更高。

图20-19 频率特性曲线

(2) DG、DP：DG≤5%，DP≤5°。

(3) 供电方式：交流220V，或直流12V、24V。

(4) 如果是多路图像输入且分别分配放大并输出的、集成为一块电路板，成为一个机箱的分配放大器，其各路图像输入/输出的隔离度应>60dB。

图怎么拷不上来....