视频传输电缆的技术

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1. 电缆的类型<br>
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　　电缆由于应用在很多不同的环境，以致在外形上看起来由很大的区别。但不论任何的电缆类型，它们都是作为信号传输的一种导体。这些不同类型的电缆，在传输不同信号的质量表现也有区别，除了部分特殊的应用，目前应用于音视频传输的电缆大致以单根导线、双绞线、同轴线和光纤为主。<br><br>
　　1.1. 单根导线<br>
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　　单根导线是电缆最基本的一种类型（如电线），它由一条或一组在被塑料保护层包围的导线组成，这种电缆普遍用于传输低频的信号，比如电源、音频、计算机的ID码。<br>
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　　1.2. 双绞线<br>
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　　双绞线是一个通用的称呼，导线的数量和绞合的类型并没有限制，但在电缆的结构上只有两种类型：带屏蔽网的双绞线（STP：Shielded Twisted Pair）和不带屏蔽网的双绞线（UTP：Uunshielded Twisted Pair），如下图：<br>
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双绞线普遍在电信、互联网、专业音响中普遍应用，这种电缆由两条或两条以上独立的、互相绝缘的线缆连续绞合组成，被互相绞合的其中两条电缆称为组，传输阻抗一般为100_，单根导线的直径规格在20 AWG（美国线缆标准：0.91mm）到 24 AWG（0.61mm）之间。<br><br>
　　双绞线是一种比较廉价的电缆，每一组导线具备同等的抗干扰能力，可以有效抑制外界的电磁干扰（EMI），也有效屏蔽了传输信号对外界的电磁干扰。<br>
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　　UTP电缆最普遍应用在电信传输和计算机网络环境，根据绞合的类型不同分为五类、超五类和六类电缆，一般可以达到100 Mbps（每秒100百万位）的传输率。STP电缆在导线组的外围增加了一层编织金属网或锡箔，更有利于提高信号抑制外界无线电电波的冲击。STP电缆的每个连接头的金属外壳都必须保持与屏蔽网的良好接触。<br>
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　　1.3. 同轴电缆<br>
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　　同轴电缆（Coaxial）是一种由两个导体组成的合成物，如下图：<br>
同轴电缆的中心导线用于传输信号，金属屏蔽网起了两个作用：一是作为信号的公共地线为信号提供电流回路，二是作为信号的屏蔽网，抑制电磁噪音对信号的干扰。中心导线与屏蔽网介于半发泡的聚丙烯绝缘层之间，绝缘层决定了电缆的传输特性，而且有效保护了中间的导线。<br><br>
　　同轴电缆被广泛应用于音视频或射频的传输，传输阻抗一般为75_，已经成为视频的标准阻抗（早期也会利用50_阻抗特性进行视频传输）。优质标准的同轴电缆一般比双绞线的价格更昂贵，因为同轴电缆可靠的物理特性，能够提供优良的音视频表现。信号的频率、分辨率以及电缆的有效传输距离在音视频系统中起了决定作用。<br>
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1.4. 光纤<br>
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　　光纤电缆（Optic Cable）信号长距离传输的最好选择，光纤传输是一种基于光电转换取代电子传输的技术手段。光纤传输的简易原理是：模拟电信号传给光发射机，经信号缓冲电路和驱动电路，将输入的电压信号转变成电流信号，驱动发光管或者激光器。这样，输入的电信号转换为光信号，通过精确光对准和引导，耦合进入光纤。光信号经光纤传输后，在接收端光信号被一个波长相配的光电二极管转换成原来的电子源，经低噪声线性放大器放大后再输出。下图是Communication Fiberlink?3140光纤收发器在电脑信号远距离传输和应用的典型示意图：<br>
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光纤信号传输避免了传统电缆传输的许多缺点，具备很多电缆传输无法比拟的优点：<br>
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　　优异的抗电磁干扰：长距离电缆传输中，电缆自身就是一根巨大的天线，会拾取周围空间存在的电磁波信号，特别是在显示系统更为突出，这类干扰信号在图像显示中表现出无法消除的颗粒噪音，光纤电缆的核心是玻璃，而且传输的是光信号，不容易受外界电磁波的干扰。<br>
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　　光信号在光缆中的传输示意图<br>
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很小的体积：大多数的光纤与人体的头发一般粗细。<br>
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　　很低的衰减：因为光纤传输是依靠玻璃导管完成，不存在信号因为电缆电阻、容抗引起的大幅度衰减，光纤极大的提高了传输的带宽能力和传输距离。<br>
光纤的高度安全：光纤传输的信号内容不容易被窃听。<br><br>
　　虽然光纤似乎是信号传输的终极方法，但也有一些不利点：<br>
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　　较高的价格：光缆、发射器、接收器价格昂贵。<br>
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　　较高的人工：在光缆的布管布线过程，需要众多的人力资源和特殊工具。<br>
虽然光信号在光纤中传输损耗很低，但是在发射端和接收端进行的电光、光电转换对信号的衰减却很厉害。所以要保证无插损传输，就必须在传输中加入高增益多级放大器，还要保证电路能稳定工作。<br>
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　　2. 电缆的结构<br>
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　　多数的视频电缆只是在两个相邻设备之间连接，这么短的距离，似乎没有很多需要考虑的问题。但是在一个完善的视频系统中，这些视频设备甚至遍布于建筑的每一个角落，传输线缆完全成了至关重要的因素。传输线缆的那些因素会最直接影响视频信号的最终效果？我们以同轴电缆的单一传输为例进行说明。<br>
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2.1. 导线的结构类型<br>
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　　导线指电缆中心用于传输电子的导体，最普遍使用的材料是铜。铜线是最经济有效的传输方式之一，其他的材料包括铝、银和黄金。<br>
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　　同轴电缆根据线径的不同，外形的大小有差异。导线的结构分为两种：单根电缆和多根电缆组合。单根电缆的结构容易成型，但保护外皮和绝缘层比较坚硬，所以显得没有什么柔性。多根电缆由许多小线径的电缆绞合成型，增加了线缆的柔性。一般认为单根电缆的传输质量要优于多根组合的模式。<br>
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　　2.2. 导线直径的计量<br>
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　　导线的参考单位一般是AWG（美国电线规格），AWG的分类与导线直径的相对值如下表：<br><br>
　　原则上，同等的条件越粗的电缆越能进行更长距离的传输，因为同样的长度，粗电缆比细电缆具备更低的直流阻抗。<br>
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　　2.3. 电介体<br>
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　　电介体也即是电缆的绝缘体，在同轴电缆中担任了双重的角色：一是电介体介于导线与屏蔽网之间，形成了保护导线的重要组织；另一个更重要的角色是它确定了电缆的物理特性。比如电缆的阻抗和容抗。阻抗为75_电缆的电介体通常是半发泡的聚乙烯。<br>
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　　2.4. 屏蔽网<br>
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　　屏蔽网在电缆中把导线和电介体严密的包围起来，起了两个作用：一是作为信号的公共地线为信号提供电流回路，二是作为信号的屏蔽网，抑制电磁噪音对信号的干扰。屏蔽网的结构以金属编织网和锡箔最常见。金属编织网比锡箔具备更低的直流阻抗，但对电磁干扰的屏蔽率只有90%，锡箔对电磁干扰的屏蔽率高达100%。所以很多专业的线缆会采取金属编织网与锡箔双重屏蔽结构，可以更有效的提高信号的信噪比。<br>
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　　2.5. 保护层<br>
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　　保护层是对电缆内部所有成份进行全面保护的一层外皮，很容易受气温、化学药品、液体和日光的影响。电缆的保护层必须适应任何条件的安装环境。这些标准被NEC（National Electric Code）管理而且有UL（美国保险商实验所）认证：<br>
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　　阻燃认证：电缆保护层的常用原料是绝缘良好且廉价的PVC（聚氯乙烯），阻燃认证要求电缆不但有特殊的防火保护层，而且要使用特别的绝缘材料，可以防止电缆暴露产生的烟火事件。通过阻燃认证的电缆可以在户外空间使用，室内应用可以不需要管道防护。<br>
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　　无卤素认证：大部分电缆的PVC保护层在制造过程都会广泛应用卤素（Halogen）作为混合物，卤素具备极高的阻燃和绝缘化学特性，但在高温下会产生有毒的烟雾（主要成分是瓦斯）。无卤素的电缆保护层在高温时不会产生烟雾和有毒的气体，这是欧洲的安全标准（编号：IEC33203、IEC61034和IEC754-1），更多关于无卤素电缆的资讯可以访问官方网站：<a target=_blank href="http://www.halogenfree.org">http://www.halogenfree.org</a> <br>
　　3. 电缆的性能和规格<br>
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　　3.1. 长度<br>
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　　信号的衰减与电缆的长度成正比，电缆越长，衰减越大，这是电缆的物理定律。电缆的长度一般用英尺或公尺来标注，音视频信号通过长距离的电缆会造成信号的衰减，对最终效果的影响体现在信噪比降低、亮度降低、图像模糊和同步不良，这些明显的差异也成了对比电缆质量的依据（单位长度的电缆对传输同等信号的不同衰减量）。<br>
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　　3.2. 频率<br>
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　　电缆的容抗和导线材料决定了传输信号频率的范围，在合适的传输距离内，如果出现图像模糊，多数是电缆没有达到高频传输的要求，造成信号的高频段损失（图像的细节）。<br>
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　　3.3. 干扰<br>
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　　电缆同时也是一条巨大的天线，会吸收空间存在的电磁波。如果电缆没有屏蔽或屏蔽效果不良，任何类型的电磁干扰都会直接作用于有用的信号，降低信号的信噪比。<br>
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　　3.4. 温度<br>
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　　如同所有的电子电路一样，电缆的物理特性也会受环境温度的影响，电缆的物理参数在不同的温度范围有不同的表现。在工程应用时，电缆典型在墙壁、天花板和仪器架上覆设，因为这些地方的通风条件不会很理想，容易产生较高的温度。因此，选择电缆的允许使用温度范围应该适用于这些环境。<br>
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　　3.5. 斜率<br>
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　　斜率是描述双绞线不同长度对信号传输产生的时间差，取决于双绞线的绞合工艺和绞合类型，当产生较大的时延误差时，需要对电缆进行斜率补偿。<br>
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　　3.6. 阻抗<br>
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　　阻抗是描述电缆技术规格的重要参数之一，它为信号的正确流程建立了基线。这个信号的流程维护了整个系统的动力转换。我们通过下面的“水管效应”现象加于说明。<br>
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　　如上图：想像水流通过一条大口径的水管，只要水管直径保持一直，水流的结构和流程不会有变化。当这个水流被引入到一条小口经的水管时，情况发生了变化：由于瓶颈的存在，水流的结构被打乱，所有的水流不能同时通过瓶颈，引起部分水流产生反方向流动，而且最后还是被主流再次导入水的流程。<br>
电缆传输阻抗的失配也会造成类似上述的现象：电子信号被再次导入对最初的信号影响称为反射，传送波与反射波相互干扰的结果使电压幅度形成驻波，用VSWR（电压驻波比）表示。<br>
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　　在视频系统中，阻抗匹配是系统设计中需要严肃看待的问题。早期在同轴电缆BNC类型的连接头同时存在50_和75_两种规格，现在视频阻抗统一75_，50_阻抗的电缆和连接头目前只会在射频信号中应用。短距离的阻抗失配会影响图像的高频细节，引起画面出现“鬼影现象”，<br><br>
　　3.7. 衰减<br>
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　　电缆对信号的衰减也称为插入损耗，单位是分贝（dB），正规的电缆会提供一张损失表，描述电缆在单位长度对不同频率的衰减值。比如某电缆的衰减值表示为 -2.2dB/30m@100MHz 是指这条电缆在30米长度时，传输100MHz带宽信号时会产生-2.2dB的插入损耗。电缆的插入损耗是累积的，而且对不同频率的信号衰减值也不一样。同样带宽的信号，电缆长度增加一倍，插入损耗也是增加一倍，比如上述的电缆在60米长度时，传输100MHz带宽信号时会产生-4.4dB的插入损耗。<br>
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冰与火

好贴...怎么没人跟啊．．

xtowx

顶~~~~~```

heilong1980

好东西收下了回去慢慢看<br>

冰山一角

好贴！支持！--学生顶<br>

shade

我也顶

gmf13754559007

长知识

lxscom

不错，谢谢

王者

确实是好资料，谢谢楼主．