监控系统抗干扰技术探讨及方法

        闭路电视监控系统（ CCTV）在建筑工程中的应用越来越多，由于建筑物内的电气环境比较复杂，容易形成各种干扰源，如果施工过程中未采取恰当的防范措施，各种干扰就会通过传输线缆进入闭路电视监控系统，造成视频图像质量下降、系统控制失灵、运行不稳定等现像。因此研究闭路电视监控干扰源的性质、了解对闭路电视监控系统的影响方式，以便采取措施解决干扰问题对提高闭路监控系统工程质量，确保系统的稳定运行非常有益。

首先探讨干扰的来源及影响方式 

       闭路电视监控系统中传输信号的类型主要有两类：一类是模拟视频信号，传输路径由摄像机到矩阵，从矩阵再到显示器或录像机；一类是数字 信号包括矩阵与摄像机之间的控制信息传输，矩阵中计算机部分的数字信号。一般设备成为干扰源的可能性很小，因此干扰主要通过信号传输路径进入系统。闭路电视监控系统的信号传输路径是，能通过视频电缆和传输控制信号的双绞线耦合进系统的干扰有：各种高频噪声比如大电感负载启停， 接地电位不等引入的工频干扰，平衡传输线路失衡使抑噪能力下降将共频干扰转成了差模干扰，传输线上阻抗不匹配造成信号的反射使信号传输质量下降，静电放电沿传输线进入设备造成接口芯片损伤或损坏。具体表现如下：

　  由于阻抗不匹配造成的影响在视频图像上表现为重影。在信号传输线上会将在脉冲序列的前后沿形成震荡。震荡的存在使高低电平间的阈值差变小，当震荡的幅值再大或有其他干扰引入时就无法正确分辨出脉冲电平值，导致通信时间变长或通信中断。接地和屏蔽不好会导致传输线抑制外部电磁*力的下降，体现在视频图像就是雪花噪点、网纹干扰以及横纹滚动等；在信号传输线上形成尖峰干扰，造成通信错误。平衡传输线路失衡 也会在信号传输线上形成尖峰干扰。静电放电除了会造成设备损坏外，还会影响存储器内的数据，使设备出现些莫名其妙的错误。

其次抗干扰的方法探讨

　　从干扰源的分析了解到并没有特别的干扰源，消除或者减少上述干扰的理论探讨也有许多，如何针对闭路电视监控工程解决干扰问题，很少有文献涉及，下面就闭路电视监控工种中常见的干扰及解决方法进行些探讨。

1 数字信号传输中的抗干扰措施

　　 在弱电系统工程中数字信号的传输通常指长线传输，常见的方式有：通过调制、解调方法在电力线或视频线上传输数字信号；通过工业标准的通信网络进行传输，比如 RS422、RS845、RS485；自行开发的自动式传输。三者相较，常见的还是RS422、RS485,因此重点讨论RS485数字通信抗干扰方法。

S485总线是采用差分平衡电气接口，具有较强的抗电磁*力，但在实际工程RS485总线并未达到人们期望的效果。问题往往出现在以下几个方面：*网络拓扑不合理，未按照总线型网络拓扑布线，成为事宜上的星型拓扑；传输线与接收和发送端设备连接不正确，削弱了平衡线的抗*力；第三公用双绞线，未进一步采取抗干扰措施，比如采用屏蔽双绞线。虽然在造成干扰的方式上有所不同但在干扰的表现形式上只有两种：一种是反射增加了信号畸变程度；一种是外部的干扰由于平衡条件被破坏，共模干扰变成了串模信号进入传输线。

　　 关于信号反射。根据电磁理论，减少长线上信号反射的*途径是阻抗匹配，若通信风格拓扑为总线型，阻抗匹配比较容易实现，但若是星型网 络拓扑，根据工程经验则可按图 1方式进行匹配，在发送端串上与传输线特征阻抗相同的电阻RO，在接收端按图所示进行连接，其中R1＞R2，R＝（R1＊ R２）／（Ｒ１＋Ｒ２）＝Ｒ０。在发送Ｒ０一般是驱动门输出内阻的５倍以上，可以得到较高的发送电平，接收的匹配阻抗是经５伏电源形成的，在阻抗匹配的同时减少了吸收功耗，这样既减少了的射，又不会因为增加了匹配电阻吸收过多的信号功率，信号的电平阈值差变小。

　　 双绞线作为ＲＳ４８５传输一对电磁感应噪声有较强的抑制能力，但对静电感应引起噪声的抑制能力较差，因此ＲＳ４８５传输线应选用屏蔽双 绞线。双绞线的屏蔽层要正确接地，这里讲的 “地”应是驱动总线逻辑门的“地”，而非“机壳地”、“保护地”，但在许多实际设备上往往没有给出 接地连接端，所以在这种情况下就需要引一条线将屏蔽与驱动逻辑门集成电路的地相连。

2 视频信号的干扰

　　 视频信号的干扰在图像上表现为地花点和５０ＨＺ横纹滚动，对于雪花点干扰是由于传输线上信号衰减以及耦合了高频干扰所致，这种干扰比较容易消除，在摄像机与控制矩阵之间合理位置增加一个视频放大器，将信号的售噪比提高，或者改变视频电缆的路径避开高频干扰源，高频干扰的问题可基本上得到解决。较难解决的是５０ＨＺ横纹滚动及进一步加高频干扰的情况，比如电梯轿厢内摄像机的输出图像。为了抑制上述干扰，首先分析一 下造成上述问题的原因。

　　 摄像机要求的供电电源一般有三种：直流１２Ｖ、交流２４Ｖ或２２０Ｖ，大多数工程应用中不从电梯轿厢的供电电源上取，而是另外布设供电电源给摄像机供电，摄像机输出图像经过一条软性的视频电缆从井道的上方或下方送出，视频电缆和供电电缆与轿厢的动力线捆绑在一起，当电梯运行时牵引电机运行产生的电磁场沿照明动力线传播，显然会影响摄像机供电电缆和视频电缆，当视频电缆的屏蔽层不够严密时，高频干扰就经视频电缆传回监视器。而对于５０ＨＺ的横纹滚动根据电磁学理论知道视频电缆的屏蔽层可*消除５０ＨＺ工频干扰。由此可以推断这部分干扰不是通过视频电缆耦合过来，而是来自电源线和不合理的视频线联结。

　　 对于图像中的高频干扰，因它的频带仍在８ＭＨＺ以内，采用空隙率为５０％左右的屏蔽网可基本消防高频干扰，但要达到５０％的空隙率屏蔽网根数需每个波长长度有６０根以上，这样高的密度又会使电缆的柔韧性下降，比较好的方法是采用带有双层屏蔽的视频电缆。

　　 视频电缆屏蔽层是接地的，如果视频信号 “地”与显示器的“地”相对“电网地”的电位不同，即如图３所示两处接地点相对电网“地”的电压差不同，那么通过电源在摄像机与显示器之间形成电源回路，这样５０ＨＺ的工频干扰进入显示器中，从图中的电气联接可以看出消除５０ＨＺ工频干扰 方法有两种，一是想办法使各处的“地”电位与“电网地”的电位差*相同，或者切断形成地环流的路径。由于工程环境比较复杂，使各处“地”*等电位比较困难，只能通过加大摄像机供电线缆的线径，尽可能降低地回路的电阻。或者采用切断地环流回路的方法，在摄像机或显示器端有一端不接地，通常在显示器端不接供电电源的地，这样虽不能*消除干扰但可大减少５０ＨＺ的干扰。　　从上面的分析中看到，如果电源线上耦合上高频噪声，即使视频电缆的屏蔽电缆的屏蔽再好，也会将噪声送至显示器，因此摄像机的供电电源线 也要屏蔽，上述措施需要在工程设计和施工时就要全面考虑才能实现，若到了系统调试时发现干扰存在可采用调制和解调的方法将噪声滤除，在摄像机端设一调制器将视频信号搬移到几十兆赫兹的频度段上，在显示器端设一低通滤波器将低于８ＮＨＺ的信号全部滤除，再经过解调将视频图像还原。

3 监控系统的供电方式

　　 监控系统的供电方式只有两种：一种是集中供电方式即电源都引自一处，另一种是分布式供电，摄像机在安装位置附近取电源，从抗干扰效果的角度讲，集中供电方式更好一些，可以基本消除各处参考电位不等的情况。

zui后监控系统中干扰主要体现在数字通信通讯线和视频图像的干扰上，解决干扰的关键在于工程开始施工时就要全盘考虑上抗干扰措施，这样才能从根 本上解决干扰问题，而不要等到工程后期再采取亡羊补牢的措施 。

        监控系统的抗干扰方法

工程抗干扰四大基本要领—— 一防，二避，三抗，四补

　一防：

“防”：对干扰设防，把干扰“拒之门外”。常见的有效措施：

A） 传输线缆，穿镀锌铁管，走镀锌铁皮线槽，深埋地下布线等，给传输线缆一个屏蔽电磁干扰的环境，这是zui基本zui有效的防止干扰“入侵”的手段，包括变电站超高压环境下的安全传输，都是有效的。不足之处是成本较高，不能架空布线，施工较麻烦；
B） eie双绝缘双屏蔽抗干扰同轴电缆，是抗干扰技术的一项自有知识产权的新成果，其原理与穿铁管基本相同，外层是干扰屏蔽层，提供内部无干扰的传输环境，内屏蔽层是同轴传输回路的实际信号地，干扰在外屏蔽层上产生感应电动势，通过接“大地”屏蔽干扰，内外屏蔽层绝缘，使干扰感应电动势与视频信号传输回路绝缘，有效防止了干扰的“入侵”。优点是布线简单方便，成本低，在不能准确判断是否会有干扰的情况下，基本可以实现“防干扰盲目布线”；
C） 工程设计和施工中，设防首先是应该考虑的；

　二避：

“避”：避开干扰 ，另选一条 “路”，改变源信号传输方式，属于这异类的技术有：光缆传输（模拟调制解调和数字调制解调技术），射频，微波，数字变换等各种传输方式，都属于“信息调制和变换”方式，或“频分方式”，它能有效避开源信号传输中，0-6M频率范围的直接干扰；这种方式抗干扰很有效。目前也有一些不肯介绍原理的产品，如采用编码和向上移动信号频带的方法等，大概也属于这一类产品。采用“避”的技术，工程中还应考虑两个问题：一是成本和复杂度的提高，二是变换损失——失真和信噪比的降低，不要一个矛盾掩盖另一个矛盾；

　三抗：

“抗”：视频信号传输过程中，如果干扰已经“混”进视频信号中，使信噪比（指信号/干扰比）严重降低，必须采用抗干扰设备，抑制干扰信号幅度，提高信噪比。目前主要技术措施有：

A） 传输变压器抑制50/100Hz低频干扰：有一定效果，但局限性较大，通用性较差，应用面还较少；
B） “斩波”技术，原理上是吸收或衰减干扰信号频率分量。问题是难以应付工程中千变万化的干扰频率，对于谐波分量丰富的干扰（如变频电机干扰）抑制能力较差，值得注意的是这种办法在吸收干扰的同时，也吸收掉一部分有用信号，造成新的失真；
C） 视频预放大提高“信号/干扰”比（信噪比）技术：原理是：线路干扰大小是不会再变的，可以在线路前端，先把摄像机视频信号大幅度提升，从而提高了整个传输过程中的“信号/干扰”比（信噪比），在传输末端再恢复视频源信号特性，达到抑制干扰的目的。理论上实践上这种抗干扰技术都应该是可行的，有效的。问题是具体技术实现起来有一定难度，市场上有一种这类产品，确实有一定的抗干扰效果。但没考虑线缆传输失真、放大失真问题，没有真正解决视频信号的有效回复问题，图像传输质量没有真正解决。
D） eie实验室在长期研究加权放大和抗干扰技术的基础上，于2005年初成功的推出了含有两项技术的新产品——“加权抗干扰器”，他同时具有抑制干扰和视频恢复双重功能，可有效抑制从50Hz到10MHz的广谱干扰，加权技术的成功应用，使频率越高抗*力越强，进一步提高了高频干扰的抑制能力，并继承了加权视频放大技术高质量的视频恢复功能

　四补：

　　抗干扰是提高图像质量的措施之一，还要同时考虑到补偿传输线缆和设备引入的衰减和失真，恢复视频信号原有特性，确保图像质量。　“加权抗干扰器”和“视频恢复主机”，都具有图像质量控制恢复功能。

　　抗干扰四大基本要领，是从不同的技术侧面采取的不同措施，掌握了它们的原理、性能和使用方法，在工程中灵活运用，才能立于不败之地。

关于抗干扰四大基本要领，这种提法还只是个人意见，不一定确切。目的是对工程抗干扰技术措施的认识和选择，力求探讨出一种清晰明了概念和要领。不再茫然，不再无所适从，不再为误导宣传所左右，做出更多、更高水平的样板工程。

解决干扰，判断干扰部位——事半功倍

　　干扰部位]——指干扰产生在“前、中、后”哪个大部位。排除干扰，切忌眉毛胡子*，分清部位，缩小范围，对症下药，事半功倍。

前——摄像机系统，包括摄像机电源部分——用监视器直接观察视频信号，用直流小监视器观察可避免交流电路干扰影响；
中——传输线路部分，电缆，电缆头和电缆中间接点质量；用加权抗干扰器“有效，无效”可以准确判断；
后——指传输末端设备（分配器、分割器、矩阵、硬盘录像机等相关相联设备），末端供电系统和接地线路引入的干扰；用12V电池供电的摄像机信号，直接送给末端设备判断；

　　不同部位的干扰解决的方法不同：只有中间传输部分的干扰，属于常见的“环境电磁干扰”，用各类视频抗干扰器解决，一般都有一定的效果。选择抗干扰器原则是：抗干扰带宽是否够？残余干扰程度（干扰抑制能力）大小？是否具有传输补偿（衰减和失真）能力？

如果是前端和后端设备干扰，用加权抗干扰器的结果都应该是“无效或效果不明显”；这类干扰包括两种：一是设备故障和问题，包括摄像机本身问题、电源问题、电压降低问题，后端设备、电源、板卡本身问题等，解决办法是查找和排除设备故障；第二种干扰属于 “传导干扰”：包括监控设备之间通过连线和电源线相互耦合的干扰，监控设备通过供电系统、接地系统传导引入的各种干扰；排除这类干扰，有一定难度，更主要的是因为“想不到”，总结和交流的实践经验也很少；

　　有关工程抗干扰四大基本要领，将抽空写点分析材料，供大家讨论或参考：

谈“防”——选择高编电缆属于“四大基本要领”中的“设防措施”吗？

　　高编电缆——习惯上一般指96编以上的同轴电缆叫高编电缆，高编电缆一般大都是多层结构；

不能说对干扰没有“防范意识”，不少人设计初期，就是出于“抗干扰”的目的，选用高编电缆，甚至认为高编电缆是抗干扰电缆。这里谈几点看法，共朋友们参考，讨论。

1） 和低编电缆（如64）比较，高编电缆（如128）屏蔽层的低频电阻小，干扰感应电流形成的感应电动势也要小，所以对视频形成的干扰信号也要低，从这一点上讲，高编电缆抑制低频干扰的能力要高于低编电缆。
“抑制低频干扰的能力”高多少？有没有一个数量级的概念？——有。假定：用相同长度的两根同型号电缆，128编电缆屏蔽层的直流电阻是64编电缆的1/2，可以大致估计，抑制低频干扰的能力zui多高6db;举例说，低编电缆如果形成的干扰信号幅度是100mv,那128编电缆形成的干扰信号幅度大约是50mv以上；
2） 对于0-6M频带内的高频干扰来说，“屏蔽层的高频电阻（阻抗），高低编电缆是一样的”这是高频“趋肤效应”的结果，对于正常视频信号的传输衰减——高低编电缆是一样的，对于高频干扰信号“高低编电缆的抑制能力也是一样的”。
3） 上述“低频和高频”的分界线是多少？试验测试的研究结果是200-300KHz左右；在0-6M视频带宽范围内，高编电缆有一定优势的低频范围只占4.17%，而体现相同特性的高频部分占95.83%；
4） 了解上述结果，考虑到高低编电缆的价格，工程中就应该考虑“投入产出比”了；
5） 所以，选用高编电缆，如果说属于“防”，显然防的范围太小，如果说属于“抗”，显然抗的能力又太低。