Пассивные приемопередатчики и активное оборудование SC&T для передачи видеосигнала по витой паре

Передача видеосигнала по витой паре, независимо от того, как к такой передаче относятся специалисты, уже давно стала вполне привычным явлением, а на рынке представлен широкий спектр оборудования для этих целей. Этот способ передачи видеосигнала обеспечивает относительно высокую помехозащищенность и позволяет дополнительно передавать в одном многопарном кабеле несколько сигналов, и необязательно видеосигналов, так как дополнительно можно передавать аудиосигналы и сигналы для управления поворотными телекамерами. Так как в отличие от передачи видеосигнала по коаксиальному кабелю здесь сразу удается избежать возникновения фоновых помех за счет применения дифференциального метода передачи. Такой способ базируется на преобразовании несимметричного видеосигнала в симметричный с последующей передачей биполярного сигнала по витой паре и коррекцией сигнала на приемнике. В качестве еще одного очевидного преимущества можно упомянуть значительное увеличение дистанции передачи видеосигнала (каскадное соединение активных приемников и передатчиков позволяет еще больше увеличить эту дистанцию). Немаловажным преимуществом передачи сигнала по витой паре считается и экономия средств как на стоимости кабеля (по одному кабелю 5 категории с 4 парами можно передать 4 видеосигнала), так и на его прокладке (прокладывать один кабель витой пары проще, чем 4 коаксиальных).
В прошлом году в рамках рубрики "авторские страницы" наша редакция опубликовала статью Фуада Айдаева ("Телефонная пара как средство передачи изображения на большие расстояния", "CCTV Фокус", 4, 2004). В этой статье автор поделился своим опытом организации передачи видеосигнала с использованием телефонной пары. Для этого были применены активные приемники и передатчики производства тайваньской компании SC&T (Smart Cabling & Transmission), которые предназначены для передачи видеосигнала по витой паре на большие расстояния. В примере, который был приведен в статье, активные передатчики и приемники SC&T использовались не по назначению, так как инсталляторы на свой страх и риск передавали видеосигнал по телефонной паре, что потенциально могло привести к появлению наводок и помех в видеосигнале даже на том небольшом расстоянии (350 метров), на которое передавался видеосигнал с информационным потоком для управления поворотной телекамерой. Реально же рассмотренное в той статье активное оборудование позволяет передавать черно-белый видеосигнал на расстояние вплоть до 2.4 километра. Поэтому мы решили проверить это оборудование в лабораторных условиях и использовать для передачи видеосигнала витую пару 5 категории, рекомендованную производителем.
Для тестирования мы выбрали как активное, так и пассивное оборудование. Были взяты пассивные приемопередатчики TTP111VT, позволяющие передавать, как заявлено производителем, цветной видеосигнал на расстояние до 400 метров и черно-белый видеосигнал - до 600 метров. Также пассивные приемопередатчики можно использовать с активными приемниками, например, TTA111VH, TTA111(V)AV, TTA414VR, при этом расстояние передачи значительно увеличивается. А для обеспечения стабильного режима передачи видеосигнала и повышения помехоустойчивости компания производитель рекомендует в качестве приемника использовать устройства серии TTP111VH, TTP414VH.

Кроме выбранной нами модели, в этой линейке продуктов также присутствуют и более сложные приемопередатчики, позволяющие передавать по дополнительной паре аудиосигнал или подать питающее напряжение для телекамеры. Компания SC&T производит также пассивные приемопередатчики, которые позволяют передавать по 1 кабелю витой пары 5 категории сразу 4 видеосигнала. Но вернемся к модели TTP111VT, которая представляет собой очень простое устройство, не требующее дополнительной настройки. Достаточно передатчик подключить телекамере (непосредственно к разъему к разъему BNC на телекамере или, используя для соединения в случае необходимости дополнительный коаксиальный кабель). Две жилы витой пары подключаются к клеммам и так же, соблюдая полярность, подключаются на другом конце кабеля к приемнику, после которого видеосигнал снова передается по коаксиальному кабелю.
Обратите внимание на размеры пассивных приемопередатчиков. Их длина не превышает 7 см, а такая компактность позволяет устанавливать эти пассивные приемопередатчики внутри гермокожуха, что дополнительно облегчает инсталляцию.
Ниже мы приводим сводную таблицу характеристик пассивных приемопередатчиков. Пассивные приемопередатчики для одновременного приема/передачи до 4 сигналов (используются все 4 пары кабеля 5 категории) мы не рассматриваем, так как они аналогичны предыдущим.

Активный передатчик TTA111VT и активный приемник TTA111VR не столь компактны, как пассивные приемопередатчики и потребуют подключения блоков питания (поставляются в комплекте). Их особенностью является то, что они обеспечивают передачу видеосигнала вместе с информацией последовательного интерфейса (RS422, RS485), что очень удобно для управления поворотными устройствами. А активный передатчик TTA111AVT и активный приемник TTA111AVR, кроме этого, могут передавать по витой паре и аудиосигнал, что позволяет установить рядом с телекамерой и микрофон. Заявленная производителем дальность передачи цветного видеосигнала - 1500 метров, черно-белого видеосигнала - до 2400 метров. Передатчики TTA111VT и TTA111AVT имеют трехпозиционное переключение диапазонов передачи видеосигнала. Приемники TTA111VR и TTA111AVR имеют пять двухпозиционных переключателей диапазонов передачи видеосигнала и дополнительный разъем BNC для подключения монитора.
Активный приемник TTA111VH среди остального активного оборудования производства SC&T стоит особняком. Этот активный приемник с возможностью усиления сигнала имеет ряд дополнительных полезных функций таких как:
- автоматическая подстройка баланса;
- автоматическая подстройка линейной зернистости;
- встроенная компенсация зернистости цветного сигнала в диапазонах ВЧ/СЧ/НЧ;
- встроенный режим высокосбалансированной передачи видеосигнала для увеличения помехоустойчивости;
- встроенное устройство защиты от скачков напряжения.

Внешне TTA111VH выглядит как небольшая коробка в пластиковом корпусе с возможностью крепления на винтах к стене или, например, в стойку. На одной панели расположены разъемы для подключения питания (блок питания поставляется вместе с приемником), витой пары и заземления, а также видеовыход (разъем BNC). Регуляторы настройки и переключатели расположены на передней и задней панели устройства.
Активный приемник TTA111VH можно использовать вместе с рассмотренными выше пассивными передатчиками, что позволяет увеличить максимальную дистанцию передачи до 1.5 км (цветной видеосигнал) или до 2.4 км (черно-белый видеосигнал). При последовательном соединении трех пассивных приемопередатчиков и трех активных приемников TTA111VH можно передавать и цветное изображение на расстояние до 3 км. Поскольку модель TTA111VH предназначена для передачи видеосигналов на большие расстояния то ее тоже не рекомендуется использовать при расстоянии передачи менее 100 м, так как встроенная функция видеоусиления при дистанции менее 100 метров, будет работать неправильно, функция компенсации зернистости может не работать, что приведет к получению "снега" на изображении, либо изображение будет мерцающим и с искаженной яркостью. В этом случае использовать нужно только пассивные приемопередатчики, что будет и значительно дешевле.
Также для увеличения помехоустойчивости этот активный приемник можно использовать с активными передатчиками.

Тестирование
При тестировании мы не ставили себе задачей проверить все возможные комбинации активного и пассивного оборудования от SC&T и остановились на наиболее часто используемых комбинациях, которые рекомендует производитель. Для тестирования были выбраны следующие комбинации активного и пассивного оборудования:

1. пассивный приемопередатчик TTP111VT + пассивный приемопередатчик TTP111VT (максимальная дистанция передачи черно-белого видеосигнала 600 м, соответственно тестировалась передача на расстояниях от 600 до 100 м с интервалом 100 м)

2. пассивный приемопередатчик TTP111VT + активный приемник TTA111VH (тестировалась передача на расстояниях от 2400 до 300 м с интервалом 300 м)

3. активный передатчик TTA111AVT + активный приемник TTA111AVR (тестировалась передача на расстояниях от 2400 до 300 м с интервалом 300 м)

4. активный передатчик TTA111VT+ активный приемник TTA111VR (тестировалась передача на расстояниях от 2400 до 300 м с интервалом 300 м)

5. активный передатчик TTA111AVT + активный приемник TTA111VH (тестировалась передача на расстояниях от 2400 до 300 м с интервалом 300 м)
Для передачи видеосигнала использовался 4-парный кабель с диаметром жилы 0.52 мм категории 5e (марка КССПВ) производства ""арансккабель-Оптика". Кабель соответствует требованиям ТУ 16.К71-281-99 и предназначен для стационарной прокладки внутри зданий, станций, сооружений, в аппаратуре и эксплуатации в структурированных кабельных системах связи, в частотном диапазоне до 100 МГц при температуре от -30°С до +60°С. Его характеристики приведены ниже в таблице.

Все приведенные разработчиками значения по максимальной дистанции передачи видеосигнала по витой паре во многом носят условный характер, так как дополнительно влиять будет и качество кабеля витой пары и оборудование, подключенное со стороны приемника. Такие устройства обработки видеоизображения как, например, квадраторы, мультиплексоры, цифровые видеорегистраторы снижают максимальное расстояние передачи на 100-200 метров, то есть если заводить видеосигнал на монитор качество изображения будет немного лучше. Впрочем, поскольку сейчас практически повсеместно используются средства цифровой записи, мы решили учитывать "заниженные" значения, которые больше отражают практику.
В качестве источника видеосигнала использовался наш тестовый генератор TPG8-D, а после приемника видеосигнал оцифровывался с помощью платы видеоввода с АЦП Philips SAA7134HL.
Отдельно нужно сказать о подстройке активного оборудования. Грубая подстройка усиления проводится трехпозиционным переключателем на активном передатчике, причем высокий уровень (high) имеет смысл выбирать только при дистанции передачи от 1500 метров и более.

Точная подстройка усиления осуществляется уже, разумеется, на приемнике (для этих целей удобно использовать переносной монитор). Для подстройки в активных приемниках TTA111AVR и TTA111VR используется 5 двухпозиционных переключателей, каждый из которых предназначен для усиления видеосигнала на определенном расстоянии (первый - в диапазоне 0-300 м, второй - 300-600 м и т.д.). Если усиление видеосигнала недостаточное, то можно поэкспериментировать и получить дополнительное усиление, используя не один переключатель, а сразу два. Например, при передаче на расстояние около 1500 метров для оптимальной подстройки мы использовали, согласно инструкции пользователя, 5 переключатель, предназначенный для усиления видеосигнала в диапазоне 1200-1500 м, но также для дополнительного усиления можно использовать 1 и/или 2 переключатель, хотя это ни в одной инструкции не прописано. Дальнейшая подстройка осуществляется регулятором brightness.

Что касается активного приемника TTA111VH, то он позволяет проводить еще более настройку. Во-первых, вместо 5 двухпозиционных переключателей для настройки усиления используется 16 переключателей, а также присутствуют дополнительные регуляторы для более точной подстройки.
Активный приемник TTA111VH для получения оптимального видеоизображения позволяет подстраивать следующие параметры:
- Входное сопротивление: для регулировки разницы сопротивлений между TTA111VH и кабелем;
- Баланс: для регулировки баланса видеосигнала при передаче на большие расстояния, направленной на отстройку шумовых составляющих для обеспечения чистоты передаваемого изображения;
- Линейная зернистость: для регулировки линейной зернистости соответствующего выходного видеосигнала при передаче в различных диапазонах;
- Зернистость ВЧ: регулировка зернистости ВЧ, подстройка цветовой яркости;
- Зернистость НЧ: регулировка зернистости НЧ, подстройка цветового контраста;
- SW1: ступенчатая регулировка 1 - 8 в разных диапазонах расстояний, для обеспечения изображения высокого качества по показателям цветовой яркости и контраста;
- SW2: ступенчатая регулировка 1 - 8 в разных диапазонах расстояний, для обеспечения изображения высокого качества по показателям цветовой яркости и контраста.

Результаты тестирования
Пассивный приемопередатчик TTP111VT + пассивный приемопередатчик TTP111VT:
При передаче на расстояние 300 м - качество цветного видеоизображения хорошее, горизонтальное разрешение около 370 ТВ-линий. От 400 до 600 м пропадает цвет и снижается размах видеосигнала, но и при максимальной дистанции 600 м вполне можно передавать и записывать черно-белый сигнал, хотя в этом случае лучше воспользоваться активным приемником.

Пассивный приемопередатчик TTP111VT + активный приемник TTA111VH:
Здесь мы получили, пожалуй, самые впечатляющие результаты. Качество изображения оставалось на очень высоком уровне вплоть до дистанции передачи 1200 м (около 370 ТВ-линий, высокий контраст и хорошая цветопередача). При передаче на расстояние 1500 м размах видеосигнала резко падает, разрешение снижается до 350 ТВ-линий, цветной видеосигнал еще можно передавать, но это уже предел. В диапазоне дистанций передачи от 1800 до 2400 м можно передавать только черно-белый видеосигнал, при этом происходит дальнейшая деградация изображения, а все попытки увеличить усиление на приемнике будут приводить к различного рода искажениям видеосигнала (срыв кадровой синхронизации, геометрические искажения, потеря мелких деталей на изображении). В целом, активный приемник TTA111VH, учитывая его дополнительные функции (повышенная помехоустойчивость, грозозащита), полностью оправдывает свою цену, хотя он значительно дороже обычных активных приемников, но его с успехом можно использовать с пассивным передатчиком, который в свою очередь будет дешевле активного.

Активный передатчик TTA111AVT + активный приемник TTA111AVR.
Активный передатчик TTA111VT+ активный приемник TTA111VR:
Здесь результаты тестирования были вполне предсказуемыми и, как мы и ожидали, не особенно отличались у моделей TTA111AV* и TTA111V* (у последней модели результаты лишь незначительно лучше). Вплоть до дистанции передачи 900 м качество цветного изображения остается очень высоким (до 400 ТВ-линий, высокий контраст, незначительные геометрические искажения). При дистанции передачи 1200 м происходит падение размаха видеосигнала, а при дистанции 1500 м не всегда возможно получить цветное изображение. Далее в диапазоне дистанций передачи от 1800 до 2400 м можно передавать только черно-белый видеосигнал, происходит дальнейшая деградация изображения, и как в предыдущем случае, все попытки увеличить усиление на приемнике будут приводить к различного рода искажениям видеосигнала Передачу на расстояние 2100-2400 м мы бы не рекомендовали использовать, кроме как для записи с низким разрешением.

Активный передатчик TTA111AVT + активный приемник TTA111VH:
В данном случае результаты получились лишь незначительно лучше, чем в предыдущем. При дистанции передачи 1500 м цветной видеосигнал проходил уже стабильно. А при диапазоне дистанций передачи от 2100 до 2400 м, хотя качество изображения было немного лучше, чем в предыдущем случае, этот видеосигнал имеет смысл записывать только с низким разрешением и потребуется дополнительная цифровая обработка, так как наблюдается прогрессирующее затухание высокочастотной составляющей видеосигнала. В целом мы пришли к выводу, что активный приемник TTA111VH не имеет смысла использовать с активными передатчиками кроме тех случаев, когда требуется повышенная помехоустойчивость.
Для того чтобы визуально оценить передачу видеосигнала по витой паре с помощью активного и пассивного оборудования от SC&T, на следующей странице мы публикуем наиболее интересные, из полученных в результате тестирования, изображения.

Автор: Степанов Е.В.