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對于近距離視頻傳輸系統，采用單端信號即可提供較高的圖像質量。但是，當傳輸距離達到數百米時，發送器與接收器之間的地電位差以及注入電纜的噪聲將對單端視頻信號傳輸系統造成很大干擾，這些噪聲疊加到單端信號上時，將造成視頻信號的嚴重失真，這一現象在工作環境比較惡劣的汽車及工業環境下尤其嚴重。 差分視頻傳輸系統相對而言具有較強的抗干擾能力，因為這些噪聲以共模形式作用在兩條差分信號線上。因此，在長距離信號傳輸系統中，差分線對比傳統的單端方式具有獨特的優勢，具有更高的噪聲抑制能力，能夠在視頻傳輸系統(特別是在惡劣的工作環境下)中提供更高的圖像質量。 差分視頻傳輸的缺點是成本較高，因為差分信號傳輸通常采用價格昂貴的差分同軸電纜。工業應用中，圖像信號的傳輸距離通常達到數百米，除非是一些必要場合，否則鋪設專用的差分同軸電纜將受到成本的限制。由于計算機網絡的普及，CAT5電纜比最普通的同軸電纜也要便宜許多，而且許多場合都已鋪設了這種電纜，利用這種電纜可大大降低成本。使用CAT5電纜傳輸視頻信號時，需要考慮兩個參數。首先，CAT5電纜有四對雙絞線，如果使用一對以上的雙絞線同時承載視頻信號，通道之間將會引入一定的串擾。如果差分驅動器的共模均衡(CMB)和接收器的共模抑制比(CMRR)在視頻帶寬(0Hz～5MHz)內能夠達到30dB甚至更高，則可將串擾信號降到可接受的水平，能夠保持完好的圖像質量。使用CAT5的第二個問題是高頻衰減，其衰減幅度遠遠高于視頻同軸電纜。當圖像傳輸距離超過10英尺時，需要設計人員在系統中增加電纜均衡電路，均衡器用于補償損耗，提高高頻增益以補償CAT5電纜的衰減。 由于差分線對本身能夠抑制串擾，本文將以NTSC多脈沖群信號為例，主要討論均衡問題。圖1為該信號在電視上的顯示圖像，圖2為同一信號在示波器上的顯示波形。 圖1，電視顯示圖像：沒有失真的NTSC多脈沖群 圖1所示圖像與圖2波形完全對應，由六組寬度逐漸減小的白色正弦波條紋組成。如果圖像沒有失真，每個豎條會有清晰的白色區域和黑色區域。如果通過遠距離CAT5電纜傳輸造成相位和帶寬失真時，逐漸變窄的白色豎條將發生變化，中間可能出現其它顏色或變得不清晰。圖3所示為電纜擴展到150米(500英尺)時的圖像傳輸結果，六個頻率下的Vpps幅度不一致，白色脈沖的邊沿變得平滑，不再陡峭。圖像比較模糊，對比度降低，而且較窄的豎條組失真更嚴重。 圖2，通過1米CAT5電纜后，沒有出現失真的NTSC多脈沖群信號 圖3，經過150米CAT5電纜傳輸后的NTSC多脈沖群信號 從圖4可以清楚地看出NTSC多脈沖群信號Vpp隨CAT5電纜的衰減情況，信號衰減將顯著影響圖像質量。對于傳輸距離只有1米的CAT5電纜，圖1和圖2所示波形接近于理想狀況，測試中的六個頻率下保持完全一致的Vpps，白色豎條具有清晰的邊沿，豎條之間的灰色區域也非常清晰。 圖4，視頻信號Vpp在不同CAT5電纜長度下的衰減 可以從多家供應商獲得線驅動器-接收器對，本文采用了Maxim的MAX9546和MAX9547，由此說明對收發器增加均衡網絡后的視頻傳輸效果。圖5為差分收發器的信號傳輸架構，基本均衡電路跨接在電阻Zt兩端，均衡電路對增益的提升可以使上述頻點下的信號幅度恢復到正常值。當然，不同廠商提供的電纜可能具有不同的衰減，需要對具體的均衡網絡進行調整，以獲得最好的圖像質量。 圖5，MAX9546和MAX9547構成的視頻傳輸電路，均衡網絡連接在MAX9547的Zt+和Zt-端 典型均衡網絡如圖6所示，每個網絡分支通過設置電阻、電容調整相應頻率處的增益。下表列出了對于150米、300米和450米(分別對應于500、1000、1500英尺)傳輸的補償元件值。選擇電容C1、C2、C3設置頻率時，電阻R1、R2和R3也會影響頻響特性。利用增益電阻R4和R5調節整體的補償增益，R5設置為75Ω時，增益為2V/V。 圖6，均衡網絡 圖7所示是用示波器測試得到的增加補償網絡后，150米(500英尺)視頻傳輸的結果，圖像信號采用的是與圖5a相同的波形。比較圖7和圖2所示結果可以看出，均衡網絡可以補償147米CAT5電纜的衰減。 圖7，增加均衡網絡后，經過150米傳輸后的NTSC多脈沖群信號 傳輸距離更遠時，可以利用高增益器件(例如MAX4444、MAX4145)進行均衡，進一步補償圖像衰減。使用高增益器件和額外的均衡可能在視頻信號中引入過高的噪聲，對于圖像質量要求不是很高的應用，該方案可以在長距離視頻傳輸中提供可以接受的圖像質量。 結論 CAT5電纜非常通用，而且很多建筑內已預先鋪設了這種電纜，利用這種電纜傳輸視頻信號，能夠獲得廉價的視頻監控方案。為了均衡CAT5電纜的信號傳輸，需要高品質、低成本的差分發送器和接收器(如MAX9546-MAX9547)。差分傳輸具有較好的CMB和CMRR特性，能夠解決CAT5電纜的串擾問題�？紤]到CAT5電纜的損耗，需要對視頻信號進行均衡補償。而過度均衡又會增大視頻信號的背景噪聲。對于傳輸距離在450米(1500英尺)以內的應用，MAX9546和MAX9547提供了一個低成本的視頻傳輸方案，可利用CAT5電纜進行傳輸。對于傳輸距離更遠，但對圖像質量要求不是太高的應用，同樣可以采用這種方案實現有效的視頻傳輸。 |
