一、同轴电缆视频传输

    视频电缆的图像传输在某种意义上可以看作为视频设备间的直接连接。它不需要或只需要很少的附加设备，在一定范围内可获得较好和稳定的图像质量，接续和维护方便，是目前大多数视频监控系统所采用的图像信号传输方式，它所利用的传输介质是同轴电缆。专门用于图像传输的同轴电缆又称视频电缆。

    （一）同轴电缆的结构与等效电路
    1．同轴电缆的结构如图3－34所示。

    同轴电缆由4个部分组成，它们的基本结构和功能分别是：
    （1）中心导体，是电信号传输的基本信道，由一根圆柱型铜导体或多根铜导线绞合而成。
    （2）屏蔽层，是与中心导体同心的环状导体（同轴电缆就是从这个同心结构得名），由细铜线编织而成，它的作用如同一个波导，将电信号约束在一个封闭的空间中传播。同时，阻止外界电信号串入中心导体。屏蔽层还有加强电缆机械强度的作用。
    （3）绝缘介质，它充满屏蔽层与中心导体之间，形成一个不导电的空间。视频电缆的绝缘介质主要采用聚氯乙烯或聚四氟乙烯。我们知道，空气是最好的绝缘介质，因此，采用发泡介质（物理或化学发泡聚乙烯）和空心结构可构成类似空气介质的同轴电缆。绝缘介质还起到保证中心导体和屏蔽层之间的几何关系、防止电缆变形的作用。在很大程度上决定电缆的传输损耗和带宽。
    （4）防护层，电缆被覆的塑胶材料，它保护电缆不被锈蚀和磨损。专用电缆还有附加的外保护层（铅皮），既加强电缆的机械强度，又提高抗干扰性。

    2．同轴电缆的各部分都应是均匀（同心、直径均匀、密度均匀）的，这样才能为电信号提供一个光滑的信道，保证电缆具有均匀的特性阻抗。同轴电缆等效电路如图3－35所示。

    可以认为：电缆的每一段中心导体对于交流信号相当于一个小电感，本身还有一定的电阻；每一段中心导体与屏蔽层之间等效于一个小电容，其电容量决定于两者间距离和绝缘介质的介电常数，而介质损耗相当于电导的存在。因此，用图中的电路来等效同轴电缆。每一节电路可以等效一单位长度的电缆，整个电缆相当于许多节电路的串接。以这个等效电路对同轴电缆进行分析，有以下基本结论：

    对低频信号而言，同轴电缆可视为一集中参数电路。可以认为电路上任一点上的电压和电流是一致的，是随信号源的变化同时变化的，它们只有幅度衰减，没有相位的失真。

    对于高频信号，情况就不同了。由于能量在电抗元件上积累、释放所需要的时间会大于信号源的变化，就会造成电缆上各点的电压、电流参数不仅与时间有关，还与几何位置有关。就是说电缆表现为分布参数电路。

    显然，信号的低频与高频是相对的概念，由电缆长度与电信号频率的相对关系而定。当信号波长大于电缆长度时，可认为是低频信号，这时电缆表现为集中参数电路，俗称短线；反之，则视为分布参数电路，称长线。例如，市电的频率为50HZ，其波长为6 000km，那末，几百 km的同轴电缆对于它也是短线，而带宽6MHz的视频信号，它的高频分量的波长为50m，100m的同轴电缆对于它就是长线。从这个例子可以看出：一定长度的同轴电缆对于视频信号的低频分量和高频分量将呈现不同的特性，这种差异是随着频率的升高逐渐过渡的，它导致电缆对视频信号的高、低频分量的损耗不同，产生的相移也不同。这就是同轴电缆传输宽带信号具有局限性的本质
所在。

    （二）同轴电缆基本参数和特性

    从同轴电缆有等效电路可以推导出它两个基本参数：

    1．传输常数γ

式中安部α力衰减常数，表示电磁波在单位长度电缆中衰减值。虚部β为相位常数，表示电磁波在单位长度电缆中的相位变化值。衰减常数主要由R和C决定，显然，电缆中心导体的直径越大、R越小，绝缘介质的绝缘性能越好G越小，电缆对传输信号的损耗越小。厂家产品说明书给出的传输特性曲线，主要是描述损耗的，从特性曲线中也可能看出损耗与电缆规格（反映电缆的粗细、中心导体的直径）的关系。

    2．特性阻抗Zo，又称波阻抗，它是信号频率的函数。可按下式计算：

    通常电缆标识的特性阻抗是高频时的值，实际电缆的特征阻抗是由电缆的几何尺寸和材料的特性所决定，可按下式近似求出：

式中：E为绝缘介质的介电常数；
      D为屏蔽层和直径；
      d为中心导体的直径。。
    同轴电缆的特性阻抗是一个很重要的参数，它影响系统的匹配性，对于传输系统，匹配的阻抗可以保证能量分的传送，同时信号在接口端不产生反射，因而波形的失真很小。这一点对于图像系统很重要，由于阻抗不匹配造成的重影会严重地降低图像质量。为了防止这一问题，国家标准规定了视频设备视频信号的输入阻抗与输出阻抗均为75Ω，所以视频电缆的特性阻抗也是为75Ω，而通信系统所用同轴电缆的特性阻抗为50Ω。

    （三）同轴电缆的主要干扰及抑制措施

    同轴电缆传送视频信号的干扰主要来自外部，表现为噪声的增加，S／N的下降和图像稳定性的下降。因为系统基本上是无源，自身不产生噪声。同时视频信号的频带很宽也易于受外来信号的干扰。同轴电缆所受干扰主要有：

    1．高频干扰，又称射频干扰。实际应用的同轴电缆总会有架空的部件，如同天线一样。高频电磁波就会在电缆的长轴方向上产生感生电压，这个感生电压通过信号源的内阻和电缆中心导体与屏蔽层之间的电容在中心导体上形成干扰电流。有时电缆与摄像机的连接会破坏摄像机的屏蔽状态，导致干扰信号直接进人视频信号源。这些是产生高频干扰的主要原因。高频干扰源主要有广播、电缆和摄像机附近的射频设备及可能产生电火花的设备。所有高于图像行频的干扰信号都属于高频干扰，其中几百kHZ到几MHZ的容易被人眼觉察，对图像质量的影响较大。它们在图像上的表现是倾斜或交叉的网纹，从图像上的网纹条数可以推算出来高频干扰信号的频率，由此可找出干扰源。

    高频干扰是很难抑制的，主要的方法是作好屏蔽：将前端设备（摄像机、镜头）的公共地连接好，且不要与本地的地线送接。如必要可采用附加屏蔽的电缆，附加屏蔽不要与电缆的屏蔽层共地。如有条件电缆尽可能走管。干扰产生后可采用专门的陷波电路，减小干扰的影响。

    2．低频干扰。低频干扰相对高频干扰，是低于图像行频的干扰。它对图像的干扰主要是对同步的影响。低频干扰在画面表现为背景亮度的变化，轻微的干扰不易觉察，严重的干扰可能会破坏图像的同步，使图像扭动或跳动。如果视频设备（如可监视器）具有精位功能，一定程度上会消除这种干扰。

    电源干扰基本上来自于工频、电源的频率，而地电位差是主要原因。通常人们都是把大地作为系统的参考点，认为它处处都有等电位的。其实不然，不同地点之间会存在着很大的电位差。这主要是由于各地之间用电量的不同和供电系统相间不平衡所致。如果同轴电缆传输系统的屏蔽层的两端都在本地接地，地电位差就会在屏蔽上产生一个地电流，地电流通过信号源的内阻串入视频信号，形成干扰信号。

    通过对产生低频的原因的分析，可以看到：消除地电流干扰的方法就是切断地电流的回路。采用单端接地或隔离变压器都是可行的方法。这就是为什么前面讲前端设备屏蔽的地最好不要与本地大地连接的原因。

    同轴电缆传输还会有一些失真出现，特别是高频分量损失过大后引起的图像分辨率不够的问题，以及<