工程中構建一個VGA信號傳輸、分配系統時,長距離傳輸是一個常見問題。 由于信號傳輸距離較遠,傳輸系統的參數及周圍電磁環境對信號質量產生的影響不容忽視,常見到的現象表現為:圖像模糊、變暗、 拖尾和重影,以及圖像顯示不穩定(如:跳動或黑屏等)等,以上現象產生的原因不同,解決的方法不同。我們將其分為四大類:
造成模糊拖尾和變暗現象的原因從原理上可分為兩部分,一是信號在傳輸過程中的幅頻特性既帶寬不夠而引起的模糊和變暗;二是傳輸過程中的群延時特性造成的拖尾現象。幅頻特性,簡言之就是不同頻率分量與幅度衰減之間的關系,以1024*768分辨率為例,一般認為其帶寬在90~120MHz之間,所以我們關心100米100MHz的衰減情況。就矩陣切換器和分配器而言,本身均帶有一定的提升和驅動能力,滿足信號傳輸不是問題,但考慮到接插件的損耗,此部分的提升和驅動能力在傳輸系統設計和分析時不予考慮。目前造成模糊、變暗、拖尾現象的問題主要集中在傳輸的電纜上,因為傳輸中使用的電纜,就幅頻特性而言,其衰減呈反對數型。(如下圖中1曲線)
即頻率越高衰減越大,具體指標祥見下表
SYV-75-2 | SYV-75-3 | SYV-75-1 | |
1MHZ/100米 | -3dB | -2.2dB | -1.2dB |
100MHZ/100米 | -22dB | -15dB | -10dB |
200MHZ/100米 | -38dB | -24dB | -15dB |
外徑尺寸 | 15mm | 22mm |
由于各頻率分變量的衰減,所以造成圖像變暗(亮度不夠)和模糊,為改善該種情況,應使傳輸設備的特性曲線呈對數型,如上圖中的2曲線。但在電路實踐中不可能達到這種理想狀態,一般呈拋物線型如上圖中的3曲線。合成的結果呈如上圖中的4曲線。我們一般關心合成后的整形帶寬,如:安科特的長線驅動器(ANT-BT200)。可保證每100m線路傳輸帶寬為80~120MHz ,能夠明顯地改善變暗、模糊等情況,確保其高頻分量的傳輸與顯示。也有一些其它品牌的驅動器,由于設計及各種原因,其帶寬較窄,在30~50 MHz左右,這樣雖有提升改善,但并未解決根本問題。
群延時特性(Group Delay)是指:信號傳輸過程中,由于分布參數的存在,傳輸系統的特性參數不是純阻的,而是由電阻、電容、電感組成的網絡,因此不同的頻率分量在同一介質傳輸時,到達的時間不同或有相位差,具體數學模型及分析這里不作詳細論述,就其產生的實際結果而言。 這種群延時特性會造成信號波形的后延,即造成拖尾。如圖2-1。在傳輸設備中,要解決群延時問題,就要對傳輸系統進行預加重,即預失真,如圖2-2,合成后的波形將有明顯改善,如圖2-3。不同的電纜和不同的傳輸距離其幅頻特性和群延時特性不同,應根據不同情況進行調整。根據我們的研究,傳輸系統幅頻特性越好,其群延時特性也越好。即一般而言的線越粗衰減和拖尾就越小。
在無補償情況下,60HZ 1024*768分辨率的RGBHV信號(100MHZ)理論上用SYV-75-3的電纜傳輸僅僅為20米,SYV-75-5-1的電纜也只能傳輸30多米。但在工程實踐中多數工程商和用戶認為-6dB帶內損耗傳輸的圖像可以接受,-9dB帶內損耗傳輸的圖像能夠容忍,但群延時特性則必須進行延時預加重調整,以解決拖尾問題。
安科特公司專門研制和生產了用于補償電纜幅頻特性和群延時特性的長線驅動補償器(ANT-BT200),以解決工程中對信號遠距離傳輸的問題,一般認為,3+2或3+4電纜,距離應控制在20 m左右,75-5電纜應控制再50m左右,如大于此距離,就應用長線驅動器進行補償。因工程中使用的電纜規格型號不同,其直流阻抗、等效阻抗、分布電容、電感等參數不同,因此,必須對不同的情況進行補償,理論上講,通過對電容、電感和電阻的調整可以解決,但實際應用中,電容、電感的可調范圍較小,而且要對R、G、B三路信號同時調整,且調整量要一致,因此要想實現連續可調難度很大,目前多采用預先設計好的網絡進行迭加,即進行分檔調整而不采用連續調整,但必須是可調整的,如果采用固定電路進行一定的補償,不可能符合現場的不同情況,不應稱為長線驅動器。該長線驅動補償設備根據不同規格電纜的衰減特性及電纜的不同長度,仿真電纜的反對數曲線特性,進行了分檔位的增益補償和群延時調整,該設備(ANT-BT200)補償最多達16級(每級約15米),調整后傳輸系統帶寬可達80~120MHz。
光纖是為了解決遠距離的視頻信號傳輸而使用的。由于光纖整體傳輸系統價格太高,光纖鋪設、連接需要專門設備,并且安裝調試困難,故障難找,損壞不易維修等缺陷,對于2公里以內近距離視頻傳輸而言,光纖并不是一個很好的選擇。
尋求一種經濟、傳輸質量高、傳輸距離遠的解決方案十分必要。北京安科特科技有限公司根據這種情況,結合國外近年的視頻音頻計算機VGA傳輸的發展趨勢,較早開發出雙絞線視頻音頻數據及計算機VGA信號傳輸設備(ANT-BT201),可以將雙絞線應用于監控傳輸系統中。
安科特ANT-BT201視頻信號長距離傳輸設備可以在五類非屏蔽雙絞線上傳輸一路高質量的RGBHV、RGBS或RGsB信號,或多路復合視頻信號,最遠可達1000英尺(約305米),同時實現一個雙工串口通路。
隨著電腦網絡的普及,網絡成為新一代中控的資源和信號平臺,具有成本輕、布線容易、兼容性好等特點。并且網絡雙絞線(UTP Cable)傳輸送視頻信號已經被廣泛使用。安科特科技研發出VGA信號雙絞線傳輸收發器“ANT-BT201”,采用數字方式,對VGA信號進行編碼、壓縮和傳輸, 在接收端收到后,再進行解碼和輸出,并直接輸出到投影機,完成VGA信號由雙絞線的傳輸過程。
對于視頻信號而言,帶寬達到6MHz,如果直接在雙絞線內傳輸,也會衰減很大,因此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,雙絞線傳輸設備就是完成這種功能。加上一對雙絞線收發設備后,可以同時將三路圖象傳輸到1500m遠,傳輸圖象的質量可以與光端機媲美。雙絞線和雙絞線傳輸設備價格都很便宜,并且施工方便,不但沒有增加系統造價,反而在距離增加時其造價與同軸電纜相比下降了許多。所以,監控系統中使用雙絞線進行傳輸具有明顯的優勢。
由于在雙絞線收發器中采用了先進的處理技術,極好地補償了雙絞線對視頻信號幅度的衰減以及不同頻率間的衰減差,保持了原始圖象的亮度和色彩以及實時性,在傳輸距離達到1km或更遠時,圖象信號基本無失真。
布線方便、線纜利用率高。樓宇大廈內廣泛鋪設的5類非屏蔽雙絞線中任取一對就可以傳送一路視頻信號,無須另外布線;即使是重新布線,5類電纜也比同軸電纜及光纖容易的多。一根5類電纜內有4對雙絞線,如果使用一對線傳送視頻信號,另外的幾對線還可以用來傳輸音頻信號、控制信號、或其它信號;若全部用來傳送視頻,可傳送3路視頻 ,提高了線纜利用率,同時避免了各種信號單獨布線帶來的麻煩,減少了工程造價。
抗干擾能力強。雙絞線能有效抑制共模干擾,即使在強干擾環境下,雙絞線也能傳送極好的圖象信號。而且,使用一根纜內的幾對雙絞線分別傳送不同的信號,相互之間不會發生干擾。
可靠性高、使用方便。安科特的雙絞線傳輸設備帶有多級防外界沖擊措施,并且按工業級設計,使用起來也很簡單,無需專業知識,也無太多的操作,一次安裝,長期穩定工作。
價格便宜,取材方便。由于使用的是目前廣泛使用的5類非屏蔽雙絞線,購買容易,而且價格也很便宜,給工程應用帶來極大的方便。國外大量使用雙絞線傳輸設備來傳輸視頻音頻數據及計算機VGA信號,給國內的雙絞線傳輸設備的應用帶來了廣闊的前景。