視頻監(jiān)控系統(tǒng)的干擾原因及解決辦法分析

張琳

湘潭鋼鐵集團(tuán)公司機(jī)電廠電訊車(chē)間 411101

視頻監(jiān)控系統(tǒng)的干擾原因及解決辦法分析

張琳

湘潭鋼鐵集團(tuán)公司機(jī)電廠電訊車(chē)間 411101

視頻監(jiān)控，又稱工業(yè)電視，伴隨著企業(yè)的發(fā)展和自動(dòng)化水平的提高，應(yīng)用越來(lái)越普遍。本文結(jié)合作者在冶金企業(yè)多年的工作實(shí)踐，重點(diǎn)分析了在大型冶金工業(yè)企業(yè)中視頻監(jiān)控系統(tǒng)的視頻干擾原因，提出了有效解決視頻干擾的辦法，以期與同行們共同提高視頻監(jiān)控系統(tǒng)的管理與維護(hù)水平。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)；干擾；解決辦法

前言

在大型冶金工業(yè)企業(yè)中，存在生產(chǎn)地域分散，甚至跨區(qū)域集團(tuán)化生產(chǎn)，業(yè)務(wù)分工繁雜，設(shè)備數(shù)量眾多、價(jià)值昂貴，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)溫度高、粉塵大、環(huán)境惡劣等諸多特點(diǎn)。企業(yè)需要對(duì)各種在線設(shè)備的生產(chǎn)和設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以便出現(xiàn)事故時(shí)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)與處理，甚至進(jìn)行錄像便于日后生產(chǎn)過(guò)程分析或事故分析。因此視頻監(jiān)控系統(tǒng)的效果好壞將直接影響到生產(chǎn)設(shè)備的安全、可靠運(yùn)行。

1.常見(jiàn)視頻干擾現(xiàn)象、原因及其解決辦法

1.1 空間電磁波干擾

⑴干擾現(xiàn)象

監(jiān)控圖像存在較密的斜形網(wǎng)狀條紋，嚴(yán)重時(shí)會(huì)覆蓋圖像。

⑵ 干擾原因分析

當(dāng)視頻線纜在架空或生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)橋架敷設(shè)時(shí)，天空電磁波干擾信號(hào)和手機(jī)、對(duì)講機(jī)的無(wú)線電信號(hào)所產(chǎn)生的空間電場(chǎng)會(huì)作用于視頻傳輸線路，使線路兩端產(chǎn)生電磁干擾電壓，其頻率約在200MHz～2.3MHz。由于線纜中電壓差的存在，使線纜的屏蔽層產(chǎn)生干擾電流，而在一般情況下，攝像機(jī)端和圖像顯示設(shè)備端均為接地狀態(tài)，這就使干擾電流通過(guò)線纜兩端接地點(diǎn)與大地形成回路，導(dǎo)致終端負(fù)載產(chǎn)生干擾電壓，干擾信號(hào)疊加進(jìn)視頻信號(hào)中，產(chǎn)生圖像干擾情況。

⑶解決干擾現(xiàn)象的辦法

采用抗干擾的同軸電纜，抗干擾同軸電纜是一種“雙絕緣雙屏蔽的同軸電纜”，其里面的芯線、絕緣層、屏蔽層是標(biāo)準(zhǔn)的75Ω電纜。不同的是，在原來(lái)屏蔽層外，又增加了第二絕緣層和第二屏蔽層，外面再加上護(hù)套。從干擾產(chǎn)生原理分析可知，干擾在傳統(tǒng)同軸電纜外層上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓，串聯(lián)在視頻信號(hào)傳輸回路的地線中，從而形成干擾。但采用抗干擾同軸電纜后，情況有了本質(zhì)的改變，電磁感應(yīng)電壓只能形成在外層屏蔽層上，并由里面的外層絕緣層把它與視頻信號(hào)傳輸回路隔離開(kāi)，把干擾排除在視頻信號(hào)傳輸回路之外，達(dá)到抗干擾的目的。

1.2 高頻干擾(高頻噪聲干擾)

⑴干擾現(xiàn)象

監(jiān)控圖像出現(xiàn)雪花點(diǎn)或高亮點(diǎn)。

⑵干擾原因分析

盡管同軸電纜抗高頻干擾要比抗低頻干擾的性能強(qiáng)，但是強(qiáng)高頻干擾信號(hào)還是會(huì)對(duì)視頻圖像的傳輸產(chǎn)生干擾。大電流負(fù)載啟停、變頻設(shè)備及高頻設(shè)備等在工作時(shí)除了輸出高強(qiáng)度基波外，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生高強(qiáng)度的二次諧波。雖然諧波強(qiáng)度比基波低很多，但高次諧波的頻帶很寬且成分復(fù)雜，所以基波的各次諧波都會(huì)對(duì)利用視頻基帶傳輸(即6MHz帶寬內(nèi))的視頻監(jiān)控信號(hào)造成不同程度的干擾。經(jīng)過(guò)多次精度實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，高頻干擾信號(hào)的基波和諧波頻率均在45MHz以內(nèi)。

⑶ 解決干擾現(xiàn)象的辦法

攝像機(jī)輸出的圖像是0MHz～6MHz帶寬，為了不受高頻信號(hào)的基波和諧波頻率干擾，可設(shè)計(jì)一個(gè)低通濾波器，使高于接收機(jī)工作頻率的視頻信號(hào)至少衰減30dB。考慮低通濾波器的截止頻率為6MHz，假設(shè)現(xiàn)在最低的干擾頻率為12MHz(以現(xiàn)場(chǎng)干擾頻率為準(zhǔn))。相對(duì)于頻率變化倍數(shù)為12／6=2。由巴特沃思低通濾波器的衰減與頻率的關(guān)系，為了在12MHz處獲得30dB的衰減，應(yīng)采用5級(jí)濾波器(n=5)，經(jīng)查巴特沃思低通濾波器1～20級(jí)的元件值表，得5級(jí)濾波器之元件參數(shù)為C1=C5=0．618(F)，C3=2．00(F)，(L2=L4=1．68(H)

根據(jù)截止頻率f=6MHz，匹配電阻為75歐姆，對(duì)于參數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換計(jì)算：

C1=C5=0．618／(75×2×3．14×6×10e6)=218× 10e-12(F)

C3=2.00／(75×2×3．14×6×10e6)=707×10e-12(F)

L2=L4=1．68×75／(2×3．14×6×10e6)=3．34×10e-6(H)

假使有13MHz的高頻干擾信號(hào)混入視頻信號(hào)，設(shè)計(jì)的濾波電路將會(huì)濾除該高頻信號(hào)。經(jīng)過(guò)計(jì)算演示，可以得出，原有1V的電壓值，經(jīng)過(guò)濾波電路后，只有0．015V。可見(jiàn)，該低通濾波器成功的濾除掉高頻信號(hào)(≥12MHz)。因此可以采用該設(shè)計(jì)方法，根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)所測(cè)的高頻頻率設(shè)計(jì)一個(gè)合適的低通濾波器，來(lái)屏蔽干擾信號(hào)。

1.3 反射干擾

⑴干擾現(xiàn)象

圖像出現(xiàn)重疊或重影，視覺(jué)模糊。

⑵干擾原因分析

視頻信號(hào)在傳輸過(guò)程中飽和度、亮度及色度都會(huì)有相應(yīng)衰減，當(dāng)傳輸視頻監(jiān)控信號(hào)的同軸線纜阻抗不匹配時(shí)，視頻監(jiān)控信號(hào)傳輸?shù)浇K端（監(jiān)視器）會(huì)有部分色度、亮度及飽和度產(chǎn)生偏差，也稱微反射，反射的微信號(hào)會(huì)回到發(fā)射處形成再反射，與視頻信號(hào)疊加經(jīng)過(guò)延時(shí)和損耗再次到達(dá)終端（監(jiān)視器）。多個(gè)反射信號(hào)將在終端產(chǎn)生碼間干擾)，碼間干擾會(huì)引起監(jiān)視器收到錯(cuò)誤的輸入信號(hào)幅度和相位并同時(shí)顯示出來(lái)，這就使傳輸?shù)膱D像蒙上了一層模糊不清的圖像，即重影現(xiàn)象。

⑶解決干擾的辦法

一般同軸電纜的阻抗為75Ω，所以對(duì)于此類干擾應(yīng)盡量使系統(tǒng)內(nèi)線纜和各設(shè)備阻抗匹配。

⑶解決干擾現(xiàn)象的辦法

由于低頻信號(hào)基本上都是通過(guò)有線傳輸，為了屏蔽干擾信號(hào)，敷設(shè)視頻線纜時(shí)，應(yīng)盡量避開(kāi)或遠(yuǎn)離干擾源，與傳輸?shù)皖l信號(hào)的電纜分開(kāi)敷設(shè)或在電纜橋架敷設(shè)時(shí)與低頻信號(hào)電纜錯(cuò)開(kāi)同一層。同時(shí)對(duì)視頻監(jiān)控前端及機(jī)房設(shè)備加強(qiáng)屏蔽，對(duì)視頻線纜的敷設(shè)采用套鋼管或金屬軟管套管并采取良好的接地措施。

然而，在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工程施工和運(yùn)行維護(hù)的過(guò)程中，僅僅存在一種干擾源的情況并不多，很多情況下是多種干擾源共同影響視頻監(jiān)控圖像的質(zhì)量，我們就有必要對(duì)干擾源進(jìn)行檢測(cè)，下面提供一種較為簡(jiǎn)單的檢查方法：

a.用監(jiān)視器放在前端與攝像機(jī)直接相連，看圖像是否有干擾，如果有干擾，則為前端設(shè)備本身的故障所致，可以從檢查前端攝像機(jī)等設(shè)備開(kāi)始排除干擾;如無(wú)干擾，則進(jìn)行下一步。

b.在機(jī)房里將同軸線纜與視頻分配器或硬盤(pán)錄像機(jī)等終端設(shè)備斷開(kāi)，單獨(dú)連接在監(jiān)視器上，檢查圖像是否有干擾，如果有干擾則可以加裝抗干擾器，以排除外界的干擾;如果沒(méi)有干擾，則表明產(chǎn)生干擾的并不是傳輸部分。如果與硬盤(pán)錄像機(jī)連接之后發(fā)現(xiàn)干擾現(xiàn)象，說(shuō)明這是系統(tǒng)設(shè)備之間接地電位差引起的干擾，可以采用光電隔離器排除此種干擾問(wèn)題。

視頻監(jiān)控圖像受到干擾的情況總是千變?nèi)f化的，但萬(wàn)變不離其宗，干擾來(lái)源不外乎前端——攝像機(jī)等前端設(shè)備引入的設(shè)備干擾；中間——傳輸部分串入的外界環(huán)境干擾以及后端——監(jiān)控中心機(jī)房設(shè)備引入的設(shè)備干擾這三個(gè)方面，只要仔細(xì)排查，干擾源的定位和處理也較簡(jiǎn)單，關(guān)鍵是要通過(guò)多次的實(shí)踐積累較多的經(jīng)驗(yàn)。

2.結(jié)語(yǔ)

雖然在冶金工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，監(jiān)控視頻抗干擾是一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，產(chǎn)生的原因千差萬(wàn)別，甚至有可能多個(gè)干擾源同時(shí)作用于一臺(tái)設(shè)備，但只要避開(kāi)干擾源進(jìn)行規(guī)范設(shè)計(jì)，嚴(yán)格按照?qǐng)D紙施工，把握好設(shè)備、工程質(zhì)量，采用正確的接地方法、有效的屏蔽措施、潔凈的供電策略，合理的濾波手段，任何視頻干擾都會(huì)得到抑制或排除。

[1]羅志偉等.電子工業(yè)出版社.視頻監(jiān)控系統(tǒng)原理及維護(hù)

[2]梁篤國(guó)等.人們郵電出版社.網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)及應(yīng)用

[3]劉富強(qiáng).機(jī)械工業(yè)出版社.數(shù)字視頻信號(hào)處理與傳輸教程

[4]楊波等.電子工業(yè)出版社.數(shù)字視頻圖像處理

[5]宋春林等.機(jī)械工業(yè)出版社.數(shù)字視頻圖像與同信

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.15.040

張琳，男，1977年4月出生，籍貫：湖南湘潭，本科，職稱：工程師、工作單位：湘潭鋼鐵公司機(jī)電廠電訊車(chē)間。