双绞线在视频监控系统中的实际应用

    一、概述

    在现代智能建筑的弱电系统中，安防系统具有非常重要的地位。在传统的设计和施工中，往往将网络布线与安防监控布线分开考虑，由于使用的介质差异使人们无法将它们很好地统一到一起。但是在大厦的安防监控点不断增加的情况下，较为粗硬的同轴电缆布线数量增多会占用大量的管道资源，而且布线难度很大，况且在布线的长度过大时还会引起图像质量的下降。

    与普通公路相比，作为一种特殊建筑的高速公路，具有线型好、设计标准高、交通流量大、行车速度快等特点。然而，如不采用先进的管理措施，在交通量大、气候恶劣的情况下，极易发生交通事故和交通阻塞。为此，在一些车流量非常大的高速公路上部署全程的监控系统就是必不可少了。这些监控系统可实施交通流量和交通运行监视，对关键点进行气象检测，对关键路段实施交通适时控制，及时发现各种异常情况并采取应急措施，保证高速公路高速、安全、经济地运营管理。

    随着高速公路管理要求的不断提高，收费管理、数据通信、图像监控已经是现代化高速公路建设中必不可少的一个部分。图像监控系统主要由以网络视频服务器为核心，以及摄像机、云台、解码器、等设备组成。摄像机设置于收费通道、收费亭、重要路段口，可监视车型，减少车辆检测方面的设备、可以监视收费员的工作情况。监控软件可将收费数据和日期时间叠加显示在放行车辆图像上，并录像存档，这样既可作实时监控或有选择地审查可疑的操作人员，实现对收费作业图像信息化的监督管理，并能够对违章作弊的行为提供凭证。监控软件还可以同时显示多个收费通道、收费亭、重要路段口的画面，并在同一时间录下相关的多个图像。

    但是基于笔者多年的布线从业经历，我认识到，随着距离的延伸，传统布线中的主角----同轴电缆越来越不能满足施工和应用的需求。新的布线技术的出发点就是将网络布线与安防布线尽量统一到一个平台上，减少布线的难度和造价。在这种布线技术中采用网络布线中广泛使用的非屏蔽电缆(如5类缆)来传输图像信号，同时利用非屏蔽电缆中的空余线对为是摄像机供电。为实现这种技术需要使用两种关键的设备：双绞线视频传输设备和远程供电器。 

    二、双绞线传输视频信号的基本原理

    视频信号要在双绞线内传输要解决两个问题：阻抗匹配和衰减补偿。 

    标准视频信号接口一般是75Ω、非平衡方式，而双绞线传输时是100Ω、平衡方式，这样用双绞线传输视频信号就要设法解决75Ω←→100Ω 以及非平衡←→平衡的转换问题。有两种方法可以完成这种转换：一种是采用传输变压器的无源方式，它无须供电，但是会对信号有一定损失，驱动能力有限;另外一种是采用有源方式，通过宽带放大器和专用芯片，不仅可以完成阻抗和平衡方式的转换，而且可以提供较强的驱动和对图像信号的放大补偿，缺点是需要供电才能工作。

    另外，视频信号是一种高频宽带信号，带宽达到6MHz，如果直接在双绞线内传输，信号的幅度会受到较大的衰减，在监视器上表现为图像的色彩变淡以及亮度变暗。因此，视频信号在双绞线上要传输较远距离必须进行放大和补偿，以保证图像质量。

    三、双绞线与双绞线传输图像的优点

    1、双绞线简介

    双绞线，Twisted Pair wire，是综合布线工程中最常用的一种传输介质。双绞线由两根具有绝缘保护层的铜导线组成。把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起,可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。双绞线一般由两根22～26号绝缘铜导线相互缠绕而成。如果把一对或多对双绞线放在一个绝缘套管中便成了双绞线电缆。在双绞线电缆(也称双扭线电缆)内,不同线对具有不同的扭绞长度,一般地说,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。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。

    双绞线可以分为屏蔽双绞线(STP)与非屏蔽双绞线(UTP)两大类。

    另外双绞线又分别有3类、4类、5类、超5类甚至6类等多种。3类双绞线的速率为10Mb/S，5类双绞线的速率可达100Mb/S，超5类更可达155Mb/s以上，只能有五类或超五类才能上100Base-TX。屏蔽双绞线因为电缆的外层有一层铝泊包裹用以减小辐射，制作比较麻烦，再加上价线较非屏蔽双绞线贵，所以我们在10Base-T或100Base-TX网络中常用的是非屏蔽5类和超5类双绞线。
    2、双绞线传输图像的优点

    双绞线在很多工业控制需要中和干扰较大的场所以及远距离传输中都有使用，应用广泛的局域网也是使用了双绞线对，它具有抗干扰能力强、传输距离远、布线容易、节省空间、价格低廉等等优点。目前通过采用先进的技术和专用芯片，已经能够在双绞线上传输高质量的图像信号。

    ◆布线方便，线缆利用率高

    智能建筑内广泛铺设的非屏蔽双绞线任取一对就可以传送一路视频信号，由于一根5类缆内有4个双绞线对，因此可以传输4路视频图像，这对于监控点多、需要密集布线的建筑来说，无疑大大减轻了布线施工的难度。另外4对双绞线中的1对传送视频信号，其余的还可以传输音频信号、控制信号、电源等，提供了电缆的利用率，避免了各种信号单独布线带来的麻烦，减少了工程造价，克服了同轴电缆布线困难、占用管道资源多的缺点，使综合布线的种类更趋统一化。

    ◆抗干扰能力强

    双绞线能有效地抑制共模干扰，即使在强干扰环境下，双绞线也能传送极好的图像信号。例如楼宇的电梯、设备房等处都会存在很强的干扰，处于闹市区的建筑物也会受到来自周围环境的各种干扰，双绞线的强抗干扰能力比同轴电缆既有更大的优势。

    ◆可靠性高、使用方便

    利用双绞线传输视频信号，在前端要接入专用发射机，在控制中心要接入专用接收机。这种双绞线传输设备价格便宜，使用简单，工作稳定。

    ◆总体造价降低

    超5类非屏蔽电缆在目前的智能楼宇综合布线中被广泛使用，其价格比同轴电缆要低，随着超5类缆在通信中的大量应用，价格还会进一步下降，因此使用双绞线的经济性和便利性更为突出。

    ◆实时传输，即时监控

    双绞线传送的图像信号采用的是模拟信号技术，保证了监控系统的实时性，在控制室可以实时监控现场的图像。

    四、远程供电器

    在智能建筑安防工程中，摄像机的供电是必须考虑的。摄像机数量的增加使供电线路变得复杂。如果能结合网络布线将摄像机的供电和图像信号传输一起进行考虑，则大大节省了布线资源、提高效率。另外如果在已经布线完毕的大厦中增加新的监控点，对摄像机的供电就更加困难。

    远程供电器可以通过RJ45接口利用5类缆内的空余双绞线对为摄像机提供一、二百米以内的直流供电，使摄像机的供电与图像信号可以同在一根5类缆中传输，解决了摄像机集中远程供电的问题。

    针对监控系统现时的需求，结合综合布线系统发展的趋势，许多综合布线产品生产商家，诸如康普COMMSCOPE、西蒙SIEMON、日海SILK综合布线系列产品等都依托自身强大的技术优势，开发出一系列适合用于监控系统的产品来迎接监控系统双绞线时代的到来，相信在不久的将来综合布线系统将不再只服务于传统的语音和数据网络系统，它将越来越占据弱电系统中传输媒介的重要位置。