原创 视频干扰现象以及抗干扰措施

频干扰现象以及抗干扰措施
常见视频干扰情况分析

说起视频干扰，要讲一下视频监控信号传输的传统方式视频基带传输。所谓的视频基带传输是指视频信号不经过频率变换等任何处理由图像摄取端通过同轴电缆直接传输到监视端的传输方式，图像在传输时直接利用同轴电缆的0~6MHz来传输，非常容易受到干扰，使图像出现网纹、横纹和噪点影响监视效果。对于基带传输视频干扰，从干扰源角度分为交流声干扰和空间电磁波干扰，从干扰切入方式分为传导式干扰和辐射式干扰。下面分析一下常见视频干扰现象及其原因。
1、工频干扰
干扰现象：图像出现雪花噪点、网纹或很宽暗横带持续不断滚动。
干扰原因：此现象是当摄像端与监控设备端同时接地时，由于地电阻及电缆外皮电阻的存在，在两地之间电力系统各相负载不平衡或接地方式不同引起50Hz电位 差，从而产生工频干扰所致。地电位使两接地端存在电压降，电压降加在屏蔽层两端并与大地（地电阻）构成回路产生地电流，地电流经过线缆屏蔽层形成干扰电压，地电流的部分谐波分量落入视频芯线，致使芯线与屏蔽层之间产生干扰电位，使干扰信号加入视频信号中对监控图像形成干扰。
2、空间电磁波干扰
干扰现象：图像出现较密的斜形网纹，严重时会淹没图像。
干扰原因：当监控电缆在空中架设时，空中电磁波干扰信号所产生的空间电场会作用于监控传输线路，使线路两端而产生相当大的电磁干扰电压，其频率约在 200Hz~2.3MHz。由于电缆中电位差的存在，使电缆屏蔽层产生干扰电流，而一般情况下摄像端和监控设备端均为接地状态，这就使干扰电流通过线缆两端接地点与大地形成回路，导致终端负载产生干扰电压，干扰信号耦合进视频信号中，产生图像干扰情况。
3、低频干扰（20Hz-nKHz低频噪声干扰）
干扰现象：图像出现静止水平条纹。
现象原因：由于声音、数据等信号属于低频信号，其频带狭窄在传输时只用到20Hz~nKHZ，几乎采用任何种类的电缆都可以传输，一般只受交流声干扰。用于传输视频信号的同轴电缆，其屏蔽层抗干扰曲线特性表明干扰信号频率越高其屏蔽性能越好，对于诸如载波电话、有线电台等低频率信号干扰反而显得苍白无力。 低频干扰信号同样会在传输线缆上产生干扰电压，从而影响图像质量。
4、高频干扰（高频噪声干扰）
干扰现象：图像出现雪花点或高亮点。
现象原因：虽然视频传输所用同轴电缆抗高频干扰要比抗低频干扰性能强，但是强高频干扰信号还会对图像的传输产生干扰。大电荷负载启停、变频机及高频机等在工作时除了输出高强度基波外，同时还会产生高强度的二次谐波。虽然谐波强度比基波低很多，但高次谐波频带很宽且成分复杂，所以基波的各次谐波都会对利用视 频基带传输（即6MHZ带宽内）的视频信号造成不同程度的干扰。经过多次精度实验，高频干扰信号的基波和谐波频率均在45MHz以内。
5、反射干扰
干扰现象：图像出现重影。
干扰原因：视频信号在传输过程中色度、亮度及饱和度都会有相应衰减，当传输视频的同轴网络阻抗不匹配（也称失配）时，视频信号传输到终端会有部分色度、亮度及饱和度产生微反射，反射回来的信号会回到发射处形成再反射，与视频信号叠加经过延时和损耗到达终端。多个反射信号将在接收端产生码间干扰（ISI）， ISI会导致监视器收到错误的输入信号幅度和相位并显示出来，这就使传回来的图像看起来好象清楚的图像上又蒙上了一层模糊不清的图像现象，即重影现象。
6、静电干扰
干扰现象：图像时有网纹时有噪点，且时有时无。
干扰原因：在发电场、煤矿和工业企业等存在高电压（1000V以上）输出、严重机械摩擦及高电磁环境场所接地时的对地电位差都在400VP- P~1500VP-P之间。接地与大地之间存在电位差的现象就属于静电现象的一种，存在静电现象时，接地端（包括冷地和热地）和大地就相当于一个带正电荷和负电荷的电容器。根据电容器的工作原理可知，当电荷容量达到一定程度时便会放电。那么静电放电时便会在不同的接地端之间形成电位差，使传输线路上屏蔽层 形成地电流，从而使干扰信号耦合进视频信号并送入监控设备中。静电对视频传输干扰情况取决于静电电压差的大小，严重时会造成接口芯片的损伤或损坏
监控抗干扰设计及方法
闭路电视监控系统（ CCTV）在建筑工程中的应用越来越多，由于建筑物内的电气环境比较复杂，容易形成各种干扰源，如果施工过程中未采取恰当的防范措施，各种干扰就会通过传输线缆进入闭路电视监控系统，造成视频图像质量下降、系统控制失灵、运行不稳定等现像。因此研究闭路电视监控干扰源的性质、了解对闭路电视监控系统的影响方式，以便采取措施解决干扰问题对提高闭路监控系统工程质量，确保系统的稳定运行非常有益。
干扰的来源及影响方式
         闭路电视监控系统中传输信号的类型主要有两类：一类是模拟视频信号，传输路径由摄像机到矩阵，从矩阵再到显示器或录像机；一类是数字信号包括矩阵与摄像机之间的控制信息传输，矩阵中计算机部分的数字信号。一般设备成为干扰源的可能性很小，因此干扰主要通过信号传输路径进入系统。闭路电视监控系统的信号传输路径是，能通过视频电缆和传输控制信号的双绞线耦合进系统的干扰有：各种高频噪声比如大电感负载启停，接地电位不等引入的工频干扰，平衡传输线路失衡使抑噪能力下降将共频干扰转成了差模干扰，传输线上阻抗不匹配造成信号的反射使信号传输质量下降，静电放电沿传输线进入设备造成接口芯片损伤或损坏。具体表现如下：
         由于阻抗不匹配造成的影响在视频图像上表现为重影。在信号传输线上会将在脉冲序列的前后沿形成震荡。震荡的存在使高低电平间的阈值差变小，当震荡的幅值再大或有其他干扰引入时就无法正确分辨出脉冲电平值，导致通信时间变长或通信中断。接地和屏蔽不好会导致传输线抑制外部电磁干扰能力的下降，体现在视频图像就是雪花噪点、网纹干扰以及横纹滚动等；在信号传输线上形成尖峰干扰，造成通信错误。平衡传输线路失衡也会在信号传输线上形成尖峰干扰。静电放电除了会造成设备损坏外，还会影响存储器内的数据，使设备出现些莫名其妙的错误。
抗干扰的方法
         从干扰源的分析了解到并没有特别的干扰源，消除或者减少上述干扰的理论探讨也有许多，如何针对闭路电视监控工程解决干扰问题，很少有文献涉及，下面就闭路电视监控工种中常见的干扰及解决方法进行些探讨。
1 数字信号传输中的抗干扰措施
         在弱电系统工程中数字信号的传输通常指长线传输，常见的方式有：通过调制、解调方法在电力线或视频线上传输数字信号；通过工业标准的通信网络进行传输，比如 RS422、RS845、RS485；自行开发的自动式传输。三者相较，常见的还是RS422、RS485,因此重点讨论RS485数字通信抗干扰方法。
         S485总线是采用差分平衡电气接口，具有较强的抗电磁干扰能力，但在实际工程RS485总线并未达到人们期望的效果。问题往往出现在以下几个方面：第一网络拓扑不合理，未按照总线型网络拓扑布线，成为事宜上的星型拓扑；传输线与接收和发送端设备连接不正确，削弱了平衡线的抗干扰能力；第三公用双绞线，未进一步采取抗干扰措施，比如采用屏蔽双绞线。虽然在造成干扰的方式上有所不同但在干扰的表现形式上只有两种：一种是反射增加了信号畸变程度；一种是外部的干扰由于平衡条件被破坏，共模干扰变成了串模信号进入传输线。
         关于信号反射。根据电磁理论，减少长线上信号反射的唯一途径是阻抗匹配，若通信风格拓扑为总线型，阻抗匹配比较容易实现，但若是星型网络拓扑，根据工程经验则可按图 1方式进行匹配，在发送端串上与传输线特征阻抗相同的电阻RO，在接收端按图所示进行连接，其中R1＞R2，R＝（R1＊ R２）／（Ｒ１＋Ｒ２）＝Ｒ０。在发送Ｒ０一般是驱动门输出内阻的５倍以上，可以得到较高的发送电平，接收的匹配阻抗是经５伏电源形成的，在阻抗匹配的同时减少了吸收功耗，这样既减少了的射，又不会因为增加了匹配电阻吸收过多的信号功率，信号的电平阈值差变小。
         双绞线作为ＲＳ４８５传输一对电磁感应噪声有较强的抑制能力，但对静电感应引起噪声的抑制能力较差，因此ＲＳ４８５传输线应选用屏蔽双绞线。双绞线的屏蔽层要正确接地，这里讲的 “地”应是驱动总线逻辑门的“地”，而非“机壳地”、“保护地”，但在许多实际设备上往往没有给出接地连接端，所以在这种情况下就需要引一条线将屏蔽与驱动逻辑门集成电路的地相连。
2 视频信号的干扰
         视频信号的干扰在图像上表现为地花点和５０ＨＺ横纹滚动，对于雪花点干扰是由于传输线上信号衰减以及耦合了高频干扰所致，这种干扰比较容易消除，在摄像机与控制矩阵之间合理位置增加一个视频放大器，将信号的售噪比提高，或者改变视频电缆的路径避开高频干扰源，高频干扰的问题可基本上得到解决。较难解决的是５０ＨＺ横纹滚动及进一步加高频干扰的情况，比如电梯轿厢内摄像机的输出图像。为了抑制上述干扰，首先分析一下造成上述问题的原因。
         摄像机要求的供电电源一般有三种：直流１２Ｖ、交流２４Ｖ或２２０Ｖ，大多数工程应用中不从电梯轿厢的供电电源上取，而是另外布设供电电源给摄像机供电，摄像机输出图像经过一条软性的视频电缆从井道的上方或下方送出，视频电缆和供电电缆与轿厢的动力线捆绑在一起，当电梯运行时牵引电机运行产生的电磁场沿照明动力线传播，显然会影响摄像机供电电缆和视频电缆，当视频电缆的屏蔽层不够严密时，高频干扰就经视频电缆传回监视器。而对于５０ＨＺ的横纹滚动根据电磁学理论知道视频电缆的屏蔽层可完全消除５０ＨＺ工频干扰。由此可以推断这部分干扰不是通过视频电缆耦合过来，而是来自电源线和不合理的视频线联结。
         对于图像中的高频干扰，因它的频带仍在８ＭＨＺ以内，采用空隙率为５０％左右的屏蔽网可基本消防高频干扰，但要达到５０％的空隙率屏蔽网根数需每个波长长度有６０根以上，这样高的密度又会使电缆的柔韧性下降，比较好的方法是采用带有双层屏蔽的视频电缆。
         视频电缆屏蔽层是接地的，如果视频信号 “地”与显示器的“地”相对“电网地”的电位不同，即如图３所示两处接地点相对电网“地”的电压差不同，那么通过电源在摄像机与显示器之间形成电源回路，这样５０ＨＺ的工频干扰进入显示器中，从图中的电气联接可以看出消除５０ＨＺ工频干扰方法有两种，一是想办法使各处的“地”电位与“电网地”的电位差完全相同，或者切断形成地环流的路径。由于工程环境比较复杂，使各处“地”完全等电位比较困难，只能通过加大摄像机供电线缆的线径，尽可能降低地回路的电阻。或者采用切断地环流回路的方法，在摄像机或显示器端有一端不接地，通常在显示器端不接供电电源的地，这样虽不能完全消除干扰但可大减少５０ＨＺ的干扰。
　　从上面的分析中看到，如果电源线上耦合上高频噪声，即使视频电缆的屏蔽电缆的屏蔽再好，也会将噪声送至显示器，因此摄像机的供电电源线 最好也要屏蔽，上述措施需要在工程设计和施工时就要全面考虑才能实现，若到了系统调试时发现干扰存在可采用调制和解调的方法将噪声滤除，在摄像机端设一调制器将视频信号搬移到几十兆赫兹的频度段上，在显示器端设一低通滤波器将低于８ＮＨＺ的信号全部滤除，再经过解调将视频图像还原。
3 监控系统的供电方式
         监控系统的供电方式只有两种：一种是集中供电方式即电源都引自一处，另一种是分布式供电，摄像机在安装位置附近取电源，从抗干扰效果的角度讲，集中供电方式更好一些，可以基本消除各处参考电位不等的情况。
         监控系统中干扰主要体现在数字通信通讯线和视频图像的干扰上，解决干扰的关键在于工程开始施工时就要全盘考虑上抗干扰措施，这样才能从根本上解决干扰问题，而不要等到工程后期再采取亡羊补牢的措施。

实例分析解决监控系统常见视频干扰现象
闭路电视监控系统在各领域中的应用越来越多，在不同环境、不同安装条件和不同施工人员下，由于线路、电气环境的不同，或是在施工中疏忽，容易引发各种不同的干扰。这些干扰就会通过传输线缆进入闭路电视监控系统，造成视频图象质量下降、系统控制失灵、运行不稳定等现象，直接影响到整个系统的质量。因此了解视频干扰对闭路电视监控系统的影响方式，针对不同情况采取相应的措施来解决干扰问题，对提高闭路监控系统工程质量，确保系统的稳定运行非常有益。
视频干扰的主要表现形式
1、在监视器的画面上出现一条黑杠或白杠，并且向上或向下滚动。也就是所谓的50HZ 工频干扰。这种干扰多半是由于前端与控制中心两个设备的接地不当引的电位差，形成环路进入系统引起的；也有可能是由于设备本身电源性能下降引起的。
2、图像有雪花噪点。这类干扰的产生主要是由于传输线上信号衰减以及耦合了高频干扰所致。
3、视频图象有重影，或是图像发白、字符抖动，或是在监视器的画面上产生若干条间距相等的竖条干扰。这是由于视频传输线或者是设备之间的特性阻抗不是75Ω 而导致阻抗不匹配造成的。
4、斜纹干扰、跳动干扰、电源干扰。这种干扰的出现，轻微时不会淹没正常图像，而严重时图像扭曲就无法观看了。这种故障现象产生的原因较多也较复杂，比如视频传输线的质量不好，特别是屏蔽性能差，或者是由于供电系统的电源有杂波而引起的，还有就是系统附近有很强的干扰源。
5、大面积网纹干扰,也称单频干扰。这种现象主要是由于视频电缆线的芯线与屏蔽网短路、断路造成的故障，或者是由于BNC 接头接触不良所致。在现场中遇到的视频干扰不外乎以上五种情况，因此我们在现场中遇到这类现象，首先要冷静分析出现的干扰属于哪一类，找出可能产生干扰的大致原因，最终来排除它。
以下结合实例作一感性介绍：
系统易产生图像在监视器上有斜纹干扰或是出现滚动的黑杠。从干扰表现的形式，我们可以判断产生干扰的主要原因来自于线路干扰和电源干扰。值得注意的是干扰信号Vi 是由电缆纵向分布参数（阻抗或电阻）决定的，不是一个集中的点信号源，重要的是它串联在视频信号传输回路中，负载在取得摄像机视频信号的同时，也必然取得干扰信号。干扰的性质属于“加性干扰”，不管视频信号有没有，它始终存在。
要消除干扰最主要的方法是尽可能感小干扰电动势，干扰来源主要有以下几种：
接地干扰
前端设备的“地”与控制室设备的“地”相对“电网地”的电位不同，即两处接地点相对电网“地”的电势差不同，那么通过电源在摄像机与矩阵之间形成电源回路，视频电缆屏蔽层又是接地的，这样50Hz 的工频干扰进入矩阵，产生干扰。对于此类干扰，由于很难使各处的“地”电位与“电网地”的电位差完全相同，比较有效有方法是切断形成地环流的路径，采用切断地环回路的方法，在摄像机一端不接地，并做好与安装支架的绝缘措施，这样可基本消除接地引起的干扰。值得一提的是，由于同轴电缆过长，中间免不了有接头，如接头处理不好，屏蔽网碰到金属线槽也会产生此种干扰，因此在处理时也要注意到此种情况。
例如：我公司某技服人员在某现场反映，客户使用矩阵时，图像有黑色横纹干扰，经检查，是视频线的Q 头的芯和矩阵的Q 座的孔配合的不好，将芯上镀锡加粗后，图像正常。
再如：曾经反映过球云台在转动过程中，图像有时会有斜纹干扰，经判断，是内部视频线的Q头和摄像机的Q 座的金属外壳接触不好，有些松动，最后更换了另一种Q 头，问题改善。
电源干扰
由于供电系统的电源不“洁净”而引起的。这里所指的电源不“洁净”，是指在正常的电源上叠加有干扰信号。而这种电源上的干扰信号，多来自本电网中使用可控硅的设备，特别是大电流、高电压的可控硅设备，对电网的污染非常严重，这就导致了同一电网中的电源不“洁净”。比如本电网中有大功率可控硅调频调速装置，可控硅整流装置、可控硅交直流变换装置等等，都会对电源产生污染。
例如，某现场系统安装好后出现图像有斜纹干扰现象，怎么也查不出原因。后来发现由于此系统是在夏天安装，安装时此房间就已经装有空调，而且空调处于自动运行状态。有一次偶然将空调电源关闭，此时奇迹出现了，监视器上的图像竟然正常了。再把空调电源插上，干扰又出现了。后来加装了UPS 将系统电源与空调电源分开，干扰排除。这种情况的解决方法比较简单，只要对整个系统采用净化电源或在线UPS 供电就基本上可以得到解决。
由传输线引入的空间辐射干扰
这种干扰现象的产生，多半是因为在传输系统、系统前端或中心控制室附近有较强的、频率较高的空间辐射源。这种情况的解决办法一个是在系统建立时，应对周边环境有所了解，尽量设法避开或远离辐射源；另一个办法是当无法避开辐射源时，对前端及中心设备加强屏蔽，对传输线的管路采有钢管并良好接地。
再举一个例子，安装在室外的球云台，视频信号间歇性有干扰，经过检查，发现平时经常在半夜10 点钟左右出现，而周末白天出现的几率大一些。检查周围环境，也没有发现有大型变电站和发射塔，百思不得其解，后来，无意中和周围的居民聊天，得知附近楼层里有一户居民是无线电爱好者，经常晚上回来鼓捣无线发射台，而其房屋位置正是视频线经过的区域。真相终于大白，最后给视频线加装金属管，效果得到改善。
阻抗不匹配
由于传输线的特性阻抗不匹配引起的故障现象。这是由于视频传输线的特性阻抗不是75Ω 或者是设备本身的特性阻抗不是75Ω 而导致阻抗失配造成的。对于此类干扰应尽量使系统内各设备阻抗匹配。
最后一个例子：视频线要通过画面分割器的环通输出再接入矩阵，发现矩阵的图像很暗，不明亮。原来是分割器内部需要将环通输出的阻抗通过编程设置为高阻即正常。