Влияние организации электропитания на качество видеоизображения

Рейтинг:  0 / 5

Подробности

Категория: Общее для видеотехники

Опубликовано: 18.03.2017 23:11

Просмотров: 2892

В статье рассматривается, почему использование в системе видеонаблюдения дорогих видеокамеры и монитора не всегда позволяет получить высокое качество изображения на мониторе.
В настоящее время повсеместно распространились системы видеонаблюдения и видеофиксации: начиная от простейших автомобильных видеорегистраторов и заканчивая сложными системами охранного видеонаблюдения на важных объектах. При этом от таких систем требуется получение достаточно качественного изображения на экране монитора и для накопителя информации (карты памяти, жесткого диска видеорегистратора и т.п.).

В сетях электроснабжения используют трансформаторы. Приобрести масляный трансформатор можно здесь https://eltcom.ru/products/maslyanye-transformatory/. Многим радиолюбителям приходилось организовывать видеонаблюдение в подъезде своего дома, на дачном участке, на автостоянке и т.п. местах. К сожалению, использование при этом дорогих видеокамер и видеорегистраторов не всегда позволяет получить качественную «картинку» - на экране появляется подергивание и мерцание изображения, непонятные полосы и т.п. помехи. А всё это мешает рассмотреть, что именно происходит в кадре (рис.1).
 

 Любопытно, что при этом тестирование видеооборудования, как правило, не выявляет каких-либо отклонений в его работе, а причиной его плохой работы является неправильная организация электропитания элементов системы видеонаблюдения и в целом организация передачи видеоинформации в системе.
Надо отметить, что очень часто даже простая неправильная разводка питающей 3-фазной сети 380 В/50 Гц приносит массу неприятностей: если затем вы установите, например, в коттедже какое-либо мощное электрооборудование, например кондиционер, то это может вызвать «перекос фаз» и выход из строя другого оборудования, подключенного к сети.
В системах видеонаблюдения не всё так печально - при неправильной организации электропитания, как привило, ничего из строя не выходит, однако «картинка» на мониторе может быть весьма низкого качества.
Размеры объекта видеонаблюдения
Разумеется, организация электропитания в системе видеонаблюдения зависит от размеров объекта и расстояния между её элементами. Рассмотрим, какими бывают типичные объекты видеонаблюдения и их основные характеристики.
Небольшой объект
Это может быть, например, квартира либо небольшой офис с количеством видеокамер 1 -8 шт., удаленных друг от друга на 20...50 м. При таком расстоянии между видеокамерами и мониторами (видеорегистратором) нет необходимости использовать витую пару со специфическими видеоусилителями. Поэтому передача видеосигнала в данном случае происходит по коаксиальному кабелю. При этом силовые кабели и источники питания располагаются внутри самого объекта видеонаблюдения.
Средние по размерам объекты
Это могут быть коттеджи, небольшие жилые здания, магазины и т.п. В этом случае расстояние между видеокамерами останется, как и в предыдущем случае, 20...50 м, но число видеокамер увеличится до 16...60 шт. Передача видеосигнала в большинстве случаев происходит по коаксиальному кабелю.
К средним объектам также можно отнести объекты с расстоянием между видеокамерами до 400 м (например, автостоянку или коттеджный поселок), но с числом видеокамер до 16 шт. При этом для передачи видео можно использовать не только коаксиальный кабель, но и витую пару, поскольку чаще это обходится дешевле и обеспечивает меньшую «зашумленность», т.е. лучшее качество «картинки».
Большие объекты
Это различные заводы, объекты энергосистемы, карьеры и т.п. Все они характеризуются боль-шими физическими размерами и, соответственно, большими расстояниями между видеокамерами и мониторами наблюдения. На них может устанавливать 60 и более камер видеонаблюдения, а расстояние, на которое передается видеосигнал, может составлять от 500 м до 2 и даже 3 км.
Подпадают под эту категорию также ТРЦ, ги-пермаркеты, спортивные сооружения и т.п. объекты. Для передачи видеосигнала здесь используются активные приемопередатчики и витая пара. На таких объектах существуют значительные сложности с прокладкой как видеокабелей, так и кабелей питания элементов системы видеонаблюдения. Зачастую путь прокладки кабеля получается слишком извилистый, а значит, кабель будет большой длины, или кабель приходится прокладывать вблизи от агрессивной среды.
Качество видео и питающее напряжение
Влияние питающего напряжения на качество изображения может проявиться по разным причинам. Рассмотрим некоторые из них.
Потери в кабеле при питании удаленных от ИП камер.
Казалось бы. чего тут сложного. Однако рассмотрим практический пример.
Итак, задано: надо обеспечить питание камеры видеонаблюдения, расположенной на расстоянии 100 м, напряжением 12 В ±10%, при токе, потребляемым камерой, 0,1...0,5 А, используя при этом недорогой кабель типа ШВВП 2x1,5 мм2.
Рассчитаем напряжение на входных клеммах видеокамеры:
Падение напряжения на кабеле длиной 200 м (100м+100м):
UК МИН=0,1 А*13,3 Ом/км*0,2 км=0,265 В;
Uк макс=0,5 А*13,3 Ом/км*0,2 км=1,33 В.
Определим требуемую величину напряжения на выходе удаленного ИП:
Uип мин=12В*0,9+1,33В=12Б13В
Uип макс=12В*1,1+0,265В=13,47В
Вроде бы удовлетворить такие требования совсем несложно. Однако при расчете не были учтены особенности видеокамеры: наличие у нее ИК подсветки, подогреваемого кожуха и т.п. Т.е. ИП с рассчитанными выше параметрами не обеспечит нормальную работу видеокамеры в ночное время, тем более зимой.
Неверная прокладка кабелей питания и кабелей передачи видеоинформации
Дело здесь в том, что, прокладывая кабеля, часто никто не задумываемся о том, что в системе могут создаться паразитные контуры протекания тока, что приводит к искажению видеосигнала (рис.2).
 
Кроме того, поскольку в таких контурах отсутствует гальваническая развязка, то теряется не только качество изображения, но и мощность ИП, так как в кабелях циркулируют паразитные токи большой величины. В итоге напряжения питания на удаленной видеокамере оказывается ещё меньше, и её выходной сигнал, соответственно, ещё хуже. То, как надо правильно располагать коаксиальные провода с видеосигналом и кабеля питания, показано на рис.3.
 
 Как видим, каждый потребитель (видеокамера) должен подключаться к ИП отдельным кабелем, который должен быть проложен параллельно видеокабелю этого же потребителя.
Использование дешевых ИП
В настоящее время в системах видеонаблюдения и видеофиксации используют исключительно импульсные ИП, исключительно из-за их дешевизны. Функциональная схема такого ИП показана на рис.4.
 
 Очень часто в дешевых импульсных ИП отсутствуют входной и выходной фильтры, либо часть их элементов. Казалось бы, ничего страшного, однако повышенные помехи, создаваемые таким ИП, заметно ухудшают качество видеоизображения, особенно в сложных условиях, т.е. ночью и при плохой видимости.
Качество изображения и внешние помехи
Разрабатывая систему видеонаблюдения, часто забывают, что к потере качества видео приводит, в основном, два фактора:
•  внешние помехи;
•  неправильная организация электропитания. Именно из-за наличия внешних помех, мощность которых с каждым годом только растет, необходимо наличие в ИП входного и выходного фильтра. Ведь внешние помехи - это и наводимые на кабель случайные ВЧ сигналы, и внешний асинхронный видеосигнал, например, от другой видеокамеры, и радиопомехи от ИП мониторов телевизоров и компьютеров. Самые опасные внешние помехи, которые могут даже полностью вывести из строя систему видеонаблюдения, - это перенапряжения, вызванные ударами молний. От них систему, и в первую очередь ИП, надо обязательно защищать. А всё это вместе взятое удорожает ИП, и на ответственных объектах заставляет вместо импульсного использовать линейный ИП. Причина этого в том, что при меньшем КПД и более высокой стоимости линейный ИП гораздо лучше себя «ведет» при кратковременных провалах напряжения в питающей сети. В отличие от импульсного ИП: в этом случае он гораздо дольше не прекращает подачу питающего напряжения на нагрузку, кроме того, линейный ИП более устойчив к кратковременным всплескам напряжения сети.
Особенности прокладки кабелей
Кроме рассмотренного выше способа подключения видеокамер двумя кабелями, как и в любительском, так и в профессиональном видеонаблюдении используется ряд специфических технологий. Рассмотрим их.
РоЕ (Power over Ethernet)
В этом случае питание видеокамер производится по тому же кабелю, по которому с них поступает видеоинформация. Подходит такая технология преимущественно для малых объектов из-за ограничения дальности расстоянием 100 м.
PwA (Power with Analog)
В этом случае для подключения видеокамеры используется кабель, содержащий несколько витых пар. По одной витой паре передается видеосигнал, по нескольким другим - питающее напряжение. Особенность этой технологии в том, что если производители видеокамер гарантируют их нормальную работу при отклонении питающего напряжения от номинального (как правило, 12 В) на ±10%, то технология PwA обеспечивает отклонение питающего напряжения камеры не более ±5%.
Достигается это благодаря использованию в системе дополнительных стабилизаторов напряжения. В системе PwA источник питания приемной части выдает в витую пару напряжение 14...20 В, а на передающем конце (рядом с видеокамерой)
устанавливается стабилизатор питания видеокамеры, вырабатывающий для неё 12 В. От этого же стабилизатора питается и симметрирующий видеоусилитель, работающий на витую пару. Соответственно, на приемном конце установлен дифференциальный усилитель, преобразующий симметричный сигнал с витой пары в обычный несимметричный видеосигнал (рис.5).
 
Такая система обеспечивает высокую надежность, в ней отсутствует влияние наводок на видеосигнал, характерное для систем с использованием коаксиального кабеля, к тому же её просто монтировать - вместо двух кабелей (видео и питания) прокладывается один общий кабель. Расстояние, на котором работает такая система, - до 600 м.
TVS (Twist Video System)
Эта система специально разработана для использования большого числа камер, информация с которых передается на значительные расстояния. В качестве линии передачи в системе используется витая пара, которая вместе со специальными усилителями обеспечивает передачу видеоинформации на расстояния более 1100 м.
В системе используется гальваническая развязка по питанию всех видеокамер, а также защита каждого канала видеонаблюдения (камер и видеорегистратора) от ударов молний и иных перенапряжений в питающей сети.
Для удешевления системы в ней используется передача видеосигналов от нескольких камер по одному кабелю, содержащему несколько витых пар. Система обеспечивает не только питание и передачу информации со стационарных камер, но управление, например, роботизированными камерами.
Таким образом, в систему TVS, кроме видеокамер и видеорегистраторов, входят: кодеры и декодеры видеосигналов, коммутационное оборудование, источники питания. Т.е. такая система получается недешевой, и использование её на небольшом объекте, как правило, экономически нецелесообразно.
В то же время отдельные элементы системы TVS можно применять для передачи информации с одной-двух видеокамер, удаленных на расстояние более 600 м. т.е. когда система PwA уже не работает.
В заключение отметим, что выбор той или иной системы организации видеонаблюдения зависит, прежде всего, оттого на каком объекте она будет использоваться.
Литература
1. Семёнов А. Витая пара для передачи видеосигнала// Радиоаматор. -- 2013. - №12. - С.5-7.
РА 1 '2014