Полезная информация:

• Расчет дальности беспроводных систем видеонаблюдения

• Расчет и подбор оборудования для систем видеонаблюдения

• Принцип передачи сигнала по двухпроводной линии связи

• Методика настройки оборудования передачи видеосигнала по витой паре

• Электрические характеристики кабеля марки ТПП

• Линейное усиление видеосигнала

• Условия оптимальной работы оборудования передачи видеосигнала по проводным линиям связи

• Выбор поворотного устройства

• Фильтры для двухпроводной линии связи с портами серии «RS 485»

• Фильтр для видеосигнала «УЗТВ-ВИДЕО»

• Беспроводные модули «RS-485-RF»

• Система передачи видеосигнала «ВИДЕО-2400»

• Системы беспроводного видеонаблюдения

• Основные принципы установки и настройки видеосистем охраны, наблюдения

• Радиочастотные ретрансляторы

• Влияние длинной линии связи с применением радиочастотных кабелей на передаваемый по ним видеосигнал от удаленной видеокамеры

• Пассивные передатчики видеосигнала

1.   Некоторые аспекты применения аналоговых видеокамер высокой четкости ADH; DH-CVI; HD-TVI. Преимущества и недостатки автоматической компенсации затухания сигнала в длинной линии связи видеорегистратором.

Видеооборудование (видеокамера + видеорегистратор) форматов видеосигнала AHD, HD-TVI, HD-CVI позволяет их применение при достаточно длинной линии связи с применением стандартного кабеля типа RG-6 -  длиной до 500 метров. Скорее всего, приемник видеосигнала оценивает один или несколько служебных сигналов в передаваемом видеоизображении и по их изменению от стандартных значений «вычисляет» степень затухания поступающего видеосигнала. Приемник условно «определяет» длину линии связи и производит как бы коррекцию АЧХ принятого видеосигнала, компенсируя затухания в линии связи. На экране видеомонитора можно наблюдать видеоизображение достаточно близкое по качеству тому, что передается от удаленной видеокамеры. На сайтах производителей таких видеокамер есть малозаметная запись – «допускается длина кабеля до 500 метров при малом уровне шума». При этом значения понятия «малый уровень шумов» не указывается. Но чем больше зашумленность линии связи от внешних электромагнитных воздействий, тем хуже такая система будет работать по восстановлению входящего видеосигнала и выдаваемое видеоизображение на мониторе видеорегистратора по качеству будет все больше и больше отличаться от того видеоизображения, которое поступает от видеокамеры в линию связи. Если линия связи проложена в таких условиях, в которых на нее воздействуют внешние электромагнитные помехи, то для получения качественного видеоизображения на экране видеомонитора и близкого к тому, что выдает сама видеокамера, общую длину линии связи необходимо уменьшать. Однако, сравнить на объекте видеонаблюдения видеоизображение одновременно с выхода видеокамеры и при длине кабеля 1 метр на одном мониторе и видеоизображение с этой же видеокамеры на мониторе видеорегистратора при длине кабеля связи, например, 300 метров и при этом оба видеомонитора должны стоять рядом -  такое сравнение на реальном объекте видеонаблюдения практически невозможно. Можно приборами измерить наведенный уровень шума в линии связи, но и эта оценка будет дорогостоящей и одномоментной – сегодня такое значение уровня шума, а завтра этот уровень шума может и измениться. В результате восстановленный приемной схемой видеорегистратора входной видеосигнал при длинной линии связи будет постоянно иметь изменения параметра SNR = Сигнал/Шум. И если выходной параметр SNR видеокамеры имеет, например, SNR = 55 дБ, то восстановленный видеосигнал в любом случае будет иметь этот параметр более низким. И он будет уменьшаться с увеличением как длинны линии связи, так и из-за влияния внешних помех на длинную линию связи.

Например, в 500 метровом радиочастотном кабеле RG-6, сам кабель ограничивает полосу пропускания по уровню -3дБ с верхней граничной частотой всего 1 МГц. Кабель RG-6/500 метров внесет затухание на частоте 10 МГц -9,5 дБ, а на граничной частоте сигнала Full HD 28 МГц внесет затухание уже -18дБ. При восстановлении исходного видеосигнала приемная часть видеорегистратора производит подъем АЧХ (пусть и в цифровом виде) ровно настолько, на сколько линия связи ослабила ВЧ – составляющие входного видеосигнала на разных его частотах. Но поскольку в линии связи есть наведенные помехи – наведенный шум, то и схема восстановления ровно на сколько она поднимает АЧХ спектра входного видеосигнала на разных частотах, ровно настолько поднимет и уровень наведенных шумов в восстановленном видеосигнале. И тут все зависит именно от этого уровня наведенных шумов в линии связи для параметра SNR восстановленного видеорегистратором видеосигнала. А параметр SNR достаточно «тесно» связан с разрешающей способностью видеосигнала.  

Стандартное значение полной амплитуды видеосигнала равно 1,0 В (p-t-p), где значение сигнала от «0» до 0,7 В занимает сам уровень аналогового видеосигнала, а значение от «0» до -0,3 В – занимают уровни синхроимпульсов. Если видеокамера имеет значение параметра SNR = 58 дБ, то при значении видеосигнала по «уровню белого» и равного амплитуде 0,7 В, уровень амплитуды собственных шумов видеокамеры будет равен 0,8 мВ. Это и дает отношение сигнал/шум = 58 дБ. Минимальный уровень изменения значения самого аналогового видеосигнала (от пиксела к пикселу) и без заметного влияния на это изменения от шумового напряжения, будет напряжение которое должно быть минимум на 10 дБ больше по амплитуде, чем амплитуда уровня шума. Фактически мы можем отождествлять мелкие предметы на видеоизображении, которые могут соответствовать изменению аналогового сигнала одного пиксела от другого на значения 0,8 мВ х 3,5 = 2,8…3 мВ. Более мелкие значения изменения аналогового видеосигнала уже будут очень сильно маскироваться шумовыми сигналами. Это и определяет в той или иной мере разрешение аналогового видеосигнала.

 При использовании длинной линии связи без дополнительных устройств коррекции АЧХ линии связи, видеооборудование, например AHD, производит автоматическую компенсацию затухания ВЧ составляющих видеосигнала в длинной линии связи. Схема видеорегистратора оценивает в поступающем на ее вход видеосигнале изменения, как пример, синхроимпульсов, вызванных частотными затуханиями в линии связи. И по их изменению схема оценивает или вычисляет затухание сигнала в линии связи и производит в цифровом виде как бы подъем АЧХ входного видеосигнала во всей ширине его спектра. Таким образом происходит восстановление входного видеосигнала. Но даже при идеальных условиях, восстановление никогда не будет на 100%, если даже длина линии связи всего 1 метр. Это связано с преобразованием входного аналогового видеосигнала в цифровой. В реальных условиях происходит следующее. Для ПРИМЕРА, возьмем длину линии РК кабеля RG-6 равную 500 метрам, видеокамеру с параметром SNR=58 дБ. Вносимое линией связи затухание ВЧ составляющих видеосигнала на частоте 5 МГц составит -6,5 дБ, на частоте 10 МГц затухание составит уже -9,5 дБ, на частоте 28 МГц затухание составит -18 дБ. Следовательно, схема видеорегистратора для восстановления исходного видеосигнала должна обеспечить коррекцию АЧХ в области этих частот на уровень +6,5 дБ, +9,5 дБ и +18 дБ соответственно. Для простоты, в этом примере остановимся только на области частот в районе 10 МГц. Схема восстановления должна обеспечить подъем ВЧ составляющих входного видеосигнала в этой области частот спектра входного видеосигнала на уровень + 10 дБ. Это значит, что уровень входных ВЧ составляющих видеосигнала схема восстановления должна увеличить в 3,5 раза (в области частот 5 МГц – увеличение уровня в 2 раза, на частотах 28 МГц – увеличение уровня (амплитуды) сигналов в 8 раз). Для примера будем считать, что для восстановления входного видеосигнала в полосе частот от 1 МГц до 28 МГц средний уровень подъема ВЧ составляющих входного видеосигнала равен +10 дБ (по амплитуде подъем напряжения ВЧ составляющих в 3,5 раза). Допустим, что длинная линия связи не имеет наведенных шумов. В этом случае восстановление видеосигнала может быть и на 95 или 98 % от того видеосигнала, который поступает в эту линию связи от видеокамеры и отношение SNR в восстановленном видеосигнале будет соизмеримо с тем значением SNR, которое есть на выходе видеокамеры. Это означает, что изменение самого видеосигнала на значения 2,8 – 3 мВ от пиксела к пикселу будет отображать изменения в видеоизображении, т.е. отображать мелкие предметы на экране видеомонитора и характеризовать четкость видеоизображения. Но длинная линия связи и воздействующие на нее электромагнитные помехи (трансформаторы, переключатели мощностей, излучение радио и телестанций, излучение сотовой связи, импульсных преобразователей напряжения и т.д.) создают в линии связи шумовой фон или просто паразитный шум. И уровень этого паразитного шума зависит и от маршрута прокладки линии связи, и от места прокладки и от окружающих источников электромагнитных наводок. И если для ПРИМЕРА допустить, что амплитуда уровня шумов равна всего 1 мВ, то при подъеме АЧХ входного видеосигнала схемой восстановления на +10 дБ (в 3,5 раза), то уровень по амплитуде шумов автоматически увеличивается в 3,5 раза и становиться уже равным не 1 мВ, а 3,5 мВ. Общий уровень амплитуды шума в восстановленном видеосигнале уже будет равен корень квадратный из 0,8*0,8 + 3,5*3,5 = 3,59 мВ. Восстановленный видеосигнал имеет амплитуду «уровня белого» равную 0,7 В. И уже отношение сигнал/шум в восстановленном видеосигнале будет равен не 58 дБ, а всего 45 дБ. И если уровень изменения видеосигнала на выходе видеокамеры в 3 мВ (+10 дБ от уровня шумов при SNR=58 дБ) отображался на видеомониторе в изображении мелких деталей, то в восстановленном видеосигнале уровень видеосигнала в отображении мелких деталей будет уже соизмерим с изменением амплитуды видеосигнала мелких деталей при изменении амплитуды видеосигнала на -+12,5 мВ и разрешающая способность восстановленного видеосигнала будет ниже потому, что изменения уровня видеосигнала -+3 мВ уже будут маскироваться уровнем шумового напряжения 3,59 мВ. При уровне наведенных шумов и равным по амплитуде 0,3 мВ – уровень SNR восстановленного сигнала будет равен 52 дБ, при уровне наведенного шума с амплитудой 0,5 мВ – SNR восстановленного видеосигнала будет 51 дБ, при уровне наведенного шума по амплитуде равной 0,8 мВ – SNR восстановленного видеосигнала будет равен 47 дБ.

Уже появились видеокамеры высокой четкости с параметром SNR=80 дБ. Уровень по амплитуде собственных шумов такой видеокамеры не превышает значения 0,06 мВ. Изменение напряжения видеосигнала на значение 0,2 мВ (+10 дБ над уровнем шумов) будет характеризовать мелкие детали видеоизображения. И если при значении SNR = 58 дБ минимальное изменение уровня видеосигнала, характеризующее мелкие детали видеоизображения было порядка 3 мВ, то в этой видеокамере это минимальное изменение напряжение видеосигнала уже равно 0,2 мВ. Но это значение параметра SNR самой видеокамеры. При длинной линии связи значение уровня наведенных паразитных шумов в самой линии связи остается неизменным. И можно сказать, что четкость изображения в общем случае будет зависеть от уровня паразитных шумов, наведенных на длинную линию связи и уже значение собственных шумов в видеосигнале играет значительно меньшую роль. И если использовать в системе видеонаблюдения видеокамеру с параметром SNR=80 дБ, а наведенный уровень шума в кабеле (берем как пример - по всему спектру видеосигнала составит 0,5 мВ – как в нашем примере и уровень подъема АЧХ составляет в среднем + 10 дБ), то общий параметр отношения сигнал/шум восстановленного видеосигнала будет порядка 51 дБ вместо 80 дБ, который имеет видеосигнал на выходе видеокамеры. И в этом конкретном примере, применение видеокамеры с SNR=80 дБ не целесообразно и можно использовать видеокамеру с параметром SNR=52 дБ.

Но все приведенное выше – всего лишь пример для общего понимания процессов и ни чего более. Реально шумовой фон или шумовая наводка паразитного напряжения в линии связи и в полосе до 30 – 50 МГц будет значительно меньшая и может составлять 0,1 мВ и менее. Ее уровень в линии связи зависит от источников электромагнитных помех и полосы частот в которой эти помехи имеют максимальную мощность и их расположение вблизи этой линии связи. Но если учесть, что линии связи прокладываются по столбам освещения, в кабельных каналах рядом с силовыми кабелями, внутри зданий с расположенными рядом силовыми щитками и т.д., то в той или иной линии связи уровень шумовой наводки может быть разным. При подъеме АЧХ входного видеосигнала аналоговым способом до входа на видеорегистратор или «подъеме» АЧХ входного видеосигнала цифровым способом при восстановлении его видеорегистратором происходит подъем ВЧ составляющих входного видеосигнала с разными уровнями подъема амплитуды ВЧ составляющих входного видеосигнала в разных частотных полосах ширины его спектра. И наведенный шум в линии связи имеет разную амплитуду (мощность) в зависимости от той или иной полосы частот, тут надо учитывать и собственные шумы видеорегистратора, приведенные ко входу и многое-многое другое. А формат видеоизображения, как пример, 1920 х 1080p, как на выходе видеокамеры, так и на мониторе видеорегистратора остается неизменным, а разрешающая способность получаемого на видеомониторе видеорегистратора видеосигнала снижается. 

Можно отметить только следующее:

- чем длинней линия связи, тем больше в ней паразитных шумов от внешних источников электромагнитных излучений;

- наведенные в длинной линии связи паразитные шумы могут меняться по своей мощности в зависимости от времени суток и природных явлений;

- наведенные в линии связи паразитные шумы зависят от места расположения системы видеонаблюдения;

- при не использовании устройств компенсации затухания сигнала в линии связи на передающей стороне, при восстановлении видеосигнала на приемной стороне тем или иным способом восстановления, происходит достаточно сильное ухудшение параметра SNR видеосигнала на входе видеорегистратора или в самом видеорегистраторе в схеме восстановления.

- параметр SNR является одним из важнейших параметров в определении четкости видеоизображения. Не правильно считать форматы видеоизображения, как пример 1920 х 1080P, или 1600 х 800p и т.д., за параметр четкости видеоизображения или за параметр разрешающей способности видеоизображения в отрыве от параметра SNR на входе видеомонитора или видеорегистратора. И видеокамера с форматом 1920 х 1080P и SNR=52 дБ будет иметь разрешающую способность хуже, чем видеокамера с форматом 1920 х 1080p и SNR=58 дБ.

- чем выше у видеокамер HD значение параметра SNR, тем большие затухания в длинной линии связи должна компенсировать аппаратура подъема-коррекции АЧХ, устанавливаемая около видеокамеры.  

- при выборе видеокамеры высокого разрешения необходимо учитывать и их параметр SNR. И если написано, что SNR>52 дБ, то это может означать, что реальный параметр SNR может быть равен и 53 и 54 дБ и не более.

- видеоизображение на мониторе видеорегистратора с форматом 1920 х 1080p при значительных шумах наведенных в линии связи не говорит о том, что данное видеоизображение является видеосигналом высокой четкости, которую выдает видеокамера на своем выходе.

- при выборе видеорегистратора необходимо знать его параметр SNR приведенного ко входу и этот параметр не должен быть меньше, чем параметр SNR самой видеокамеры.

2. Наши рекомендации при проектировании систем видеонаблюдения.

При проектировании систем видеонаблюдения с применением указанного выше оборудования с компенсацией затухания сигнала в линии связи, целесообразно условно разбивать длину линии связи на две составляющих. От общей длины линии связи (кабель RG-6) вычесть 250 – 300 метров, а в оставшейся длине линии связи посчитать величину затухания в ней передаваемого сигнала и на передающем конце линии связи установить усилитель-корректор АЧХ, позволяющий компенсировать расчетное затухание. Тем самым, компенсация затухания видеосигнала в длинной линии связи будет производиться как приемной аппаратурой системой видеонаблюдения (схемой видеорегистратора), так и усилителем-корректором на передающем конце линии связи. Но лучше всего использовать устройства коррекции АЧХ линии связи по всей ее длине на передающей стороне около видеокамеры. В этом случае видеосигнал на мониторе видеорегистратора будет максимально близким по своим параметрам к видеосигналу с выхода видеокамеры.

При применении в качестве линии связи кабеля типа UTP-5E, необходимо учесть следующее - кабель UTP-5E имеет затухание ВЧ составляющий передаваемого по нему видеосигнала примерно в 2,8 – 3,4 раза (по дБ) больше, чем кабель RG-6. Если кабель RG-6 вносит затухание на частоте 10 МГц порядка -1,9 дБ/100м, то кабель UTP-5E вносит затухание на этой же частоте уже -6,5 дБ/100 м. И при длине кабеля RG-6 в 500 метров вносимое им затухание на частоте 10 МГц составит -9,5 дБ, то при этой же длине линии связи UTP-5E внесенное им затухание уже составит -32,5 дБ. Применение пассивных передатчиков и приемников видеосигнала по витой паре внесет дополнительное затухание. И если не учитывать АЧХ пассивного передатчика и приемника, то внесенное ими затухание будет равно -3 дБ. Это связано с тем, что коэффициент передачи их составляет не 1, а примерно 0,8. Общий коэффициент передачи пассивных приемника и передатчика составит 0,8 х 0,8 = 0,64. Следовательно, при длине линии связи 500 метров кабеля UTP-5E внесенное затухание на частоте 10 МГц увеличится с -32,5 дБ до -35,5 дБ в лучшем случае. Необходимо учитывать и то, что четырех парном кабеле UTP при передаче четырех видеоизображений по нему, в витой паре будут наводиться и паразитные шумы от соседних пар кабеля и спектр этих наведенных шумов лежит в полосе спектра передаваемого сигнала. Поэтому максимальная длина линии связи с пассивными приемниками и передатчиками видеосигнала и для нормального коррекции поступающего на вход видеорегистратора видеосигнала не превышает длину в 70 - 100 метров. Но если учесть, что влияние внешних помех на передаваемый видеосигнал по неэкранированному кабелю UTP-5E будет значительно большим, чем влияние помех на передаваемый видеосигнал по радиочастотному кабелю RG-6, то максимальная длина линии связи с кабелем UTP-5E с пассивными приемником и передатчиком будет еще меньшей. Поэтому, при применении в качестве линии связи кабеля UTP целесообразно применение активных приемников и передатчиков видеосигнала по «витой паре». Рассчитывать уровень подъема АЧХ активными приемниками и передатчиками необходимо при следующем условии условного разделения такой линии связи на две составляющие.  Затухание в линии связи и ее длине равной 70-100 метрам будет производиться схемой видеорегистратора, а затухание, вносимое остальной длинной линии связи, должно компенсироваться подъемом АЧХ активного приемника и передатчика видеосигнала на уровень вносимого затухания. Если длина линии связи по кабелю UTP-5E составляет 500 метров, то минимальная компенсация затухания активным приемников и передатчиков должна компенсировать затухание сигнала в 400 - 430 метрах этого кабеля.       

Подъем АЧХ в усилителях-корректорах при работе на коаксиальный кабель, а так же и активных передатчиков и приемников видеосигнала по кабелю UTP, должен производиться по уровню затухания верхней граничной частоте передаваемого по линии связи сигнала. Если верхняя граничная частота видеосигнала равна 14 МГц, а уровень затухания в линии связи на этой частоте равен -15 дБ, то и оборудование с коррекцией АЧХ должно обеспечить подъем на данной частоте ВЧ составляющий видеосигнала на уровень +15 дБ.

3.  Ориентировочная связь между разрешением в ТВЛ и мегапикселов. Ширина частотного спектра современных видеокамер.

Современные аналоговые видеокамеры используют форматы аналогового видеосигнала, которые можно определить, как стандарт PAL, 960 H, так и стандарты аналогового видеосигнала высокого разрешения AHD; HD-CVI; HD-TVI.   Считается, что высокое разрешение видеосигнала начинается от 700 – 800 ТВЛ. В системах аналогового видеонаблюдение уже как то принято считать разрешающую способность видеокамер стандарта PAL в ТВЛ, а в новых видеокамерах разрешение видеосигнала оценивается уже в мегапикселах. Существует и некий условный перевод параметра разрешения видеосигнала, выраженного в ТВЛ в мегапикселы. Эти два параметра достаточно сложно сравнивать абсолютно точно, но можно привести примерную таблицу соответствия. Принято считать, что можно приблизительно определить соответствие разрешения видеокамер с форматом, например, 1920 х 1080 p, если умножать число элементов строки на коэффициент 0,75. На сколько верно такое определение – достаточно спорный вопрос. Но в этом случае можно получить следующую условную таблицу:

Новые стандарты аналогового видеосигнала высокого разрешения несколько отличаются от стандартного видеосигнала формата PAL. Например видеосигнал формата AHD имеет примерно такие же параметры и конфигурацию как и видеосигнал в форматах PAL. Основным отличием является наличие покадровой прогрессивной развертки сигнала, т.е. в одном из стандартов видеокамер AHD передаются полные кадры со скоростью 25 к/с. Количество элементов отображения по вертикали увеличено до 720 строк с 1280 точками в каждой, увеличена длительность самого кадра до 40 mc.

С увеличением разрешающей способности аналогового видеосигнала, разумеется, увеличилась ширина его спектра. Ориентировочная ширина спектра аналоговых видеосигналов в зависимости от стандарта (или формата) приведены в таблице ниже.

Ширина спектра аналоговых видеосигналов для различных стандартов взяты из открытых источников и статей в Интернет для проведения ориентировочных расчетов. 

Разброс параметра верхнего значения ширины спектра видеосигнала обусловлен некоторым динамическим разбросом, который зависит от и от скорости движения объектов наблюдения в тот или иной момент времени.   

Применяемые в системах аналогового видеонаблюдения линии связи, как правило, состоят или из радиочастотного кабеля типа РК 75-… или из кабеля класса «витая пара» и UTP-5E в частности. Каждый кабель в линии связи имеет свойства ослаблять передаваемой по нему сигнал и на разных частотах спектра передаваемого по нему сигналу каждый кабель вносит свое затухание. В таблице ниже приведены технические параметры тех или иных радиочастотных кабелей по затуханию.

Параметры затухания сигнала в радиочастотном кабеле для передачи видеоизображения.

Параметры затухания сигнала в кабелях «витая пара» КВПЭфВП-5Е; КВП-5Е; КВПЭф-5Е; Неэкранированный кабель UTP-5E

Для работы системы видеонаблюдения с той разрешающей способностью, которая оговорена в технических характеристиках видеокамеры, необходимо чтобы видеосигнал передавался от видеокамеры на вход видеорегистратора без искажений и потерь. Для выполнения этого условия необходимо, что бы та или иная линия связи не вносила искажений в АЧХ передаваемого по ней сигнала. Это возможно только в том случае, если полоса линии связи будет равной или большей, чем ширина спектра передаваемого по ней аналогового видеосигнала, а коэффициент передачи равен 1. Ширина полосы линии связи или ширина спектра сигнала определяется по затуханию крайних частот по уровню -3дБ. И если полоса всей линии связи равна 14 МГц, а ширина спектра передаваемого по ней сигнала так же равна 14 МГц, то только в этом случае можно сказать о том, что по данной линии передается этот аналоговый сигнал без искажений или без потерь.

Сужение полосы спектра в линии связи будет резко влиять на параметр разрешающей способности передаваемого по этой линии связи видеосигнала. Если передача сигнала от видеокамеры идет по коаксиальному кабелю типа РК 75-3,7-33, а видеосигнал имеет формат, как пример, 960-H 700 ТВЛ, то максимальная длина такой линии связи будет (без применения дополнительного оборудования) не более 120 метров, а при применении кабеля RG-6, максимальная длина линии связи может достигать 250 метров. Сам кабель RG-6 длиной 250 метров «работает» как фильтр ФНЧ и ограничит полосу пропускания в 9 МГц по уровню -3дБ. А если передавать этот же сигнал по кабелю UTP (без каких-либо дополнительных устройств, напрямую), то максимальная длина линии связи ориентировочно составит всего 35 – 50 метров.    

Исходя из выше сказанного, можно сформировать основные выводы:

а) Чем выше параметр разрешения у видеокамеры – тем шире спектр выходного видеосигнала. Линия связи должна иметь полосу пропускания не уже ширины спектра передаваемого по ней сигнала.

б) Для видеокамер форматов PAL и «960 H» в линиях связи необходимо ставить усилители-корректоры позволяющие компенсировать затухание линии связи с расчетом затухания во всей ее длине.

в) Для форматов AHD, HD-TVI, HD-CVI устанавливать видео-корректоры АЧХ, позволяющих компенсировать затухания видеосигнала в линии связи. При этом можно условно разбить линию связи на две длины. Например, при общей длине линии связи в 700 метров установить видео-корректор АЧХ с возможностью компенсации затухания сигнала в линии связи длиной 400 метров, а считать, что в оставшейся длине линии связи в 300 метров затухание сигнала будет компенсироваться самим видеорегистратором. А при длине линии связи в 500 метров, можно поставить усилитель-корректор АЧХ, который позволяет компенсировать затухание видеосигнала в кабеле длиной 300 метров и считать, что в линии связи 200 метров видеосигнал будет компенсироваться видеорегистратором. Такое «разбивание» длины линии связи чисто условно и, в этом случае, качество видеоизображения на видеомониторе видеорегистратора будет зависеть от уровня паразитных шумов в линии связи. Для кабеля UTP-5E можно условно считать, что компенсация затухания в линии связи компенсируется самим видеорегистратором в длине линии связи 100 – 130 метров при низком уровне наведенного паразитного шума в линии связи.

г) Для защиты линии связи UTP от внешних электромагнитных помех и уменьшения паразитных шумов в линии связи желательно применение кабеля UTP-5E в экранированном варианте.

д) Система видеонаблюдения может решать разные задачи – от общего видеонаблюдения за объектом охраны, до работы программного обеспечения по опознаванию или идентификации. В связи с этим, вся система видеонаблюдения должна обеспечивать разрешающую способность записываемого и хранимого видеосигнала, позволяющую решать те или иные задачи. Оборудования в системах видеонаблюдения должно обеспечивать трансляцию видеосигнала от видеокамер до видеорегистраторов без потерь в качестве принимаемого видеосигнала.

4.  Выбор кабеля связи для систем аналогового видеонаблюдения.

При выборе радиочастотного кабеля в качестве линии связи необходимо сразу понимать:

- от каждой установленной на объекте видеонаблюдения видеокамеры придется прокладывать индивидуальный радиочастотный кабель до видеорегистратора или видеомонитора. Объединить поступающие видеосигналы в один радиочастотный кабель от расположенных рядом видеокамер не представляется возможным, если не применять оборудование частотного уплотнения, что достаточно дорого для качественной передачи сигналов.

-  при длинных линиях связи необходимо применение видеоусилителей, позволяющих компенсировать частотные затухания сигнала в линии связи.

- стоимость радиочастотных кабелей связи будет существенно большей, чем стоимость кабеля класса UTP-5E, способного передавать несколько видеосигналов в одном кабеле.

- затухание ВЧ составляющих в радиочастотном кабеле ниже, чем в кабелях класса UTP, следовательно подъем АЧХ на граничных частотах спектра видеосигнала в общем случае потребуется меньший, чем при тех же условиях в кабеле UTP.

- видеоусилители-корректоры АЧХ несколько дешевле, чем хорошие активные приемники и передатчики видеосигнала по кабелю класса UTP.

          При выборе в качестве линии связи кабель класса UTP можно отметить следующее:

- по одному кабелю связи типа UTP-5E (четыре пары) можно передавать видеоизображение сразу от четырех удаленных видеокамер. Следовательно, от нескольких видеокамер, расположенных примерно в одном месте, можно протянуть свои пары до общего многопарного кабеля и уже по нему передавать на видеорегистратор изображение от них. В этом случае используется всего один длинный кабель связи.

- затухание сигналов на граничных частотах спектра видеосигнала будет большим, чем при аналогичных расстояниях по длине по отношению к радиочастотному кабелю. Это влечет за собой приемники и передатчики видеосигнала с возможностью большего подъема АЧХ на граничных частотах спектра видеосигнала в передатчиках и приемниках видеосигнала по витой паре, чем в видео усилителях–корректорах АЧХ для радиочастотного кабеля при равных условиях и длине линии связи.

- помехозащищенность в такой системе от внешних наводок на линию связи будет несколько лучше, чем при применении радиочастотных кабелей связи. Это связано с тем, что подавления активным приемником видеосигнала от кабеля UTP синфазных помех обеспечивается на уровень не менее -60…-90 дБ. Экран радиочастотного кабеля обеспечивает помехозащищенность сигнала от наведенной помехи в зависимости от плотности экранирующей оплетки кабеля по уровню -45…-60 дБ.

5.   Общие положения о видеокамерах объекта видеонаблюдения.

Для расширения диапазона рабочих освещенностей телевизионных камер в      них устанавливают объективы с автоматической регулировкой диафрагмы (АРД).  При использовании таких объективов, можно получить диапазон рабочих освещенностей от 0,01 люкс до 100000 люкс и даже шире, то есть, обеспечить работу камеры и днем и ночью. В видеокамерах применяются так называемые “асферические” объективы с минимальным относительным отверстием, достигающим 0,75. Однако, с точки зрения разрешающей способности, при использовании АРД объективов возникает ряд неприятных моментов:

• Глубина модуляции сигнала на высоких пространственных частотах в АРД объективах зависит от значения диафрагмы, и при полностью открытой диафрагме может уменьшаться в 10 и более раз.
• Глубина резкости (диапазон расстояний, в пределах которых обеспечивается заданная четкость изображения) еще в большей степени зависит от величины диафрагмы, и при полностью открытой диафрагме минимальна.
• Светорассеяние в объективе также зависит от значения диафрагмы и становится максимальным при полностью открытой диафрагме.

Следовательно, разрешающая способность и контраст изображения телекамеры с АРД объективом значительно ухудшаются в вечернее, и особенно ночное время, когда диафрагма объектива полностью открыта.

Помимо общего ухудшения четкости, ночью происходит и дополнительная расфокусировка разноудаленных объектов, изображения, которые днем были четко сфокусированными. Расфокусировка происходит не только из-за уменьшения глубины резкости при полностью открытой диафрагме, но и из-за изменения спектрального состава источника освещения (Солнце или искусственное освещение). Особенно сильная расфокусировка происходит ночью при использовании ИК прожекторов. Из этого следуют два правила, которые нужно соблюдать при установке камер с АРД объективами:

- Фокусировать камеры с АРД объективами нужно обязательно в темное время суток, когда диафрагма объектива полностью открыта (глубина резкости минимальна), и включено соответствующее искусственное освещение.

- В камерах с АРД объективами обязательно нужно отключать встроенную систему электронного затвора, иначе, диафрагма объектива будет полностью открыта не только ночью, но и днем с вытекающими из этого потерями разрешающей способности и глубины резкости. Можно сказать следующее:

1. Реальная разрешающая способность камеры в телевизионной системе меньше расчетной по следующим причинам:

a.      Из-за потери разрешающей способности в объективах. Особенно заметна потеря четкости в “асферических” АРД объективах при полностью открытой диафрагме, когда глубина модуляции сигнала на частоте разрешения и глубина резкости уменьшаются в 10 и более раз. Максимальные потери возникают на краях изображения. Потери четкости возникают также из-за дрожания воздушных потоков перед камерой и от естественного загрязнения стекол объективов.

b.      Из-за маскирующего влияния шума в темное время суток, а также из-за изменение фокусировки объектива при использовании искусственного освещения со спектральной характеристикой, отличающейся от естественного.

c.      Из-за завала высоких частот видеосигнала в соединительных кабелях и разъемах.

d.      Из-за потери разрешающей способности в других блоках телевизионной системы, в первую очередь в мультиплексорах, видео разветвителях сигнала и цифровых видеорегистраторах при преобразовании сигнала из аналогового в цифровой.

2. Суммарное ухудшение разрешающей способности телевизионных камер в охранных телевизионных системах может уменьшаться по сравнению с расчетным до 2-х раз днем до 3 – 5 раз и более, ночью.
3. При построении охранных систем необходимо учитывать возможные потери разрешающей способности телевизионных камер и принимать дополнительные меры по усилению охраны объекта. Способ повышения надежности системы состоит в установке дополнительных телевизионных камер и охранных датчиков в наиболее сложных местах наблюдения, а также в обеспечении более интенсивного, а главное более распределенного и равномерного искусственного освещения в ночное время.

6.      Проектирование и настройка оборудования систем аналогового видеонаблюдения.

3.1. Необходимо достаточно четко понимать -  какая система видеонаблюдения     необходима заказчику, потому что системы видеонаблюдения условно можно разбить на следующие градации:

- Система общего обзора территории объекта;

- Система видеонаблюдения для контроля и обнаружения объекта в заданном секторе обзора;

- Система видеонаблюдения с возможностью распознавания объекта наблюдения;

- Система видеонаблюдения с возможностью идентификации объекта. И если взять две одинаковые видеокамеры по своим параметрам, то максимальные расстояния между установленной видеокамерой и объектом видеонаблюдения для функций «Контроль и обнаружение», «Распознавание объекта» и «Идентификация объекта» будут разные.  По этому, при выборе той или иной видеокамеры, ее оптики необходимо понимать задачи, которые ставятся заказчиком перед системой видеонаблюдения.

3.2.           Необходимо выбрать видеорегистратор с теми функциями и ПО, которые будут позволять заказчику решать те или иные задачи.

3.3.           Произвести расчет по длинам линий связи и уровню затухания в них спектра видеосигнала от каждой установленной видеокамеры до видеорегистратора и просчитать стоимость оборудования линий связи как с применением радиочастотного кабеля, так и с применением «витой пары» по требуемым затратам и выбрать оптимальный вариант.

3.4.           Поскольку система видеонаблюдения аналоговая, то при применении радиочастотных кабелей связи, усилители видеосигнала, которые будут производить как усиление общего уровня видеосигнала, так и коррекцию АЧХ для компенсации затуханий в линии связи, желательно производить их установку около видеокамеры. Это позволит сохранить отношение параметра видеокамеры Сигнал/Шум, которое заявлено производителем видеокамеры. При установке видеоусилителя около видеорегистратора повлияет на ухудшение значения этого параметра поскольку при коррекции (компенсацией) усилителем АЧХ наряду с усилением полезного сигнала ровно на такой же коэффициент будут усиливаться и шумы самой линии связи на этих частотах. Регулировкой общего усиления сигнала в усилителе необходимо добиться стандартного уровня видеосигнала на входе видеорегистратора в 1 В (1,4… 1,5 В p-t-p) по осциллографу. На усилителе видеосигнала надо установить переключатель или плавный регулятор подъема ВЧ – составляющих видеосигнала по максимальной четкости видеоизображения на мониторе видеорегистратора при слабой освещенности объекта видеонаблюдения. При применении в качестве линий связи приемника и передатчика сигнала по «витой паре», необходимо установить уровень подъема ВЧ составляющей видеосигнала (общий суммарный подъем АЧХ – передатчик + приемник) на граничной верхней его частоте равным значению затухания этой граничной частоты в линии связи, но не более +3дБ. Желательно, что бы установленный подъем ВЧ на передатчике, был большим, чем установленный на приемнике видеосигнала от линии «витая пара». При применении приемника видеосигнала со встроенной системой АРУ подстройку уровня входного сигнала на видеорегистратор производить не требуется. При применении приемника видеосигнала без схемы АРУ, необходимо плавным регулятором настроить общий уровень видеосигнала, поступающего на вход видеорегистратора, равным стандартному значению 1 В (1,4 …1,5 В p-t-p) по осциллографу.

3.5.           При настройке выходного уровня видеосигнала на входе видеомонитора или видеорегистратора по осциллографу лучше всего производить настройку по значению напряжения строчных синхроимпульсов. Это связано с тем, что общий размах напряжения видеосигнала зависит от освещенности объекта видеонаблюдения в данный момент времени. Значение напряжения синхроимпульсов не зависит от освещенности объекта. Для этого можно черной крышкой закрыть объектив видеокамеры и достаточно легко произвести настройку амплитуды строчных синхроимпульсов, которая должна находиться в пределах от -0,4 до -0,5 В по осциллографу. В этом случае можно считать, что К усиления тракта передачи равен 1.  

3.6.            Необходимо учесть, что при грозовых разрядах на длинную линию связи воздействуют электромагнитные волны, которые могут вызвать паразитные напряжения как в линии связи, так и в проводах питающего напряжения удаленных видеокамер. Необходимо подобрать устройства грозозащиты для проектируемой системы видеонаблюдения. Грозозащита может быть индивидуальная, т.е. защита сигнальных входов – выходов оборудования, а может быть и комплексной, которая производит одновременную защиту выхода видеокамеры, питания видеокамеры и входов управления видеокамеры по RS-485

3.7.           Необходимо учитывать, что радиочастотный кабель обеспечивает защиту передаваемого по ней сигнала в зависимости от его оплетки по уровню -35 … - 45 дБ. Есть радиочастотные кабели с несколькими слоями оплетки, которые обеспечивают ослабление паразитной электромагнитной наводки по уровню выше, чем -45 дБ. Но такие радиочастотные кабели и имеют большую стоимость. При применении в качестве линии связи кабель типа UTP и активных приемников, уровень защиты передаваемого по этой линии связи сигнала обеспечивается на уровне порядка -60…-80 дБ. Это связано с тем, что приемник видеосигнала содержит операционный усилитель который обеспечивает подавление синфазных помех на этот уровень. Считается, что на провода линии «витая пара» внешняя помеха воздействует одинаково и возникающее паразитное напряжение в проводе «А» и проводе «В» одинаковы по напряжению и одинаково по фазе. Входной операционный усилитель в приемнике производит операцию вычитания сигнала поступающего на его вход «В» из сигнала, поступающего на его вход «А».  Получается (+Uсигн. + U помехи) – (-Uсигн. +Uпомехи) = +Uсигн. +Uпомехи + Uсигн. – Uпомехи = 2 Uсигн. Таким образом в приемнике видеосигнала по витой паре происходит автоматическое подавление синфазной помехи по уровню от -60 дБ до уровня -80 дБ. Разумеется, это справедливо для идеальных условий наложения помехи. В реальных условиях подавление наведенной помехи будет хуже на 10 – 15 дБ. Но даже при этом, подавление помехи активным приемником гораздо выше, чем пассивным приемником у которого показатель подавления помехи (подавление синфазной помехи трансформатором) всего -6… - 10 дБ.   

Линейные усилители-корректоры АЧХ для передачи по коаксиальным линиям связи аналогового видеосигнала высокой четкости.  http://www.v-t-s.ru/videoysil.htm

Приемники и передатчики с коррекцией АЧХ видеосигнала высокого разрешения и его передачи по кабелю UTP на большие расстояния. http://www.v-t-s.ru/vitaia.htm)

Устройства грозозащиты (молниязащиты) для видеокамер и видеооборудования  http://www.v-t-s.ru/grozo.htm

Защита IP видеокамер и сетевого оборудования, защита видеокамер с системой PoE.   http://www.v-t-s.ru/grozo_ip.htm