浅析视频通信中的干扰问题及解决方案

作者: admin 分类: 娱乐 发布时间: 2019-08-13 10:54

1 引言

  随着人类文明的进步和电子科技的快速发展,视频通信作为人类视野的延伸,被广泛应用于各行各业。视频通信应用环境的复杂及应用规模的扩大,使通信的传输成为业界关注的重要话题,并促进了通信传输方式由单一化向多元化迅速发展,各种传输方式以自己独特的适应性或便易性活跃在通信的舞台上。视频通信干扰问题是困惑视频通信工程商由来已久的难题,也成为视频通信进一步拓展的障碍。

2 视频通信系统中的常见干扰和形成原因

  说起视频干扰,要讲一下视频通信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、横纹和噪点影响视频效果。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。

  2.1 工频干扰

  (1) 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;

  (2) 干扰形成原因

  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工频电位差,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视频图像形成干扰。

  2.2 空间电磁波干扰

  (1) 干扰现象

  图像出现较密的斜形网纹,严重时会淹没图像。

  (2) 干扰原因

  当视频电缆在空中架设时,空中电磁波干扰信号所产生的空间电场会作用于视频传输线路,使线路两端从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。

  2.3 低频干扰(20hz-nkhz低频噪声干扰)

  (1) 干扰现象

  图像出现静止水平条纹;

  (2) 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。

  2.4 高频干扰(高频噪声干扰)

  (1) 干扰现象

  图像出现雪花点或高亮点;

  (2) 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。经过多次精密实验,高频干扰信号的基波和谐波频率均在45mhz以内。

  2.5 反射干扰

  (1) 干扰现象

  图像出现重影;

  (2) 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,码间干扰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。

  2.6 静电干扰

  (1) 干扰现象

  图像时有网纹时有噪点,且时有时无;

  (2) 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视频设备中。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。

3 解决方案

  3.1 硬件抗干扰技术

  硬件抗干扰具有效率高的特点,可将绝大多数干扰据之门外,硬件抗干扰技术是设计时的首选,它能有效抑制干扰源,阻断干扰通道。只要合理布置与选择有关参数,适当的硬件抗干扰措施就能抑制视频通信系统的绝大部分干扰。常见的硬件抗干扰技术措施有:滤波(无源滤波和有源滤波)技术、去耦技术、隔离技术和接地技术等。

  (1) 滤波技术

  滤波的目的是为了抑制噪声干扰,滤波分为无源滤波和有源滤波两种。

  无源滤波器

  由无源元件(如电阻、电容和电感等)组成的滤波器称为无源滤波器。信号通过滤波器,被衰减的信号频带称为阻带,被传输的信号频带称为通带。按照阻带和通带的频谱可将滤波器分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等四种。

  在视频通信系统的抗干扰技术中,使用最多的是低通滤波器。

  有源滤波器

  由于视频通信系统对设备的体积和重量有很高的要求,而无源滤波技术中的rc低通滤波器在衰减无用信号的同时,也对有用信号进行了衰减。因此,人们就设计出了由电阻、电容和有源元件(如晶体管、运放)组成的滤波器,即有源滤波器。rc有源滤波器可做成混合型集成电路,体积很小,重量很轻,因而非常适合在视频通信系统的抗干扰技术中应用。

  (2) 去耦技术

  视频通信系统中,有很多干扰是通过数字信号电平转换过程中产生很大的冲击电流,在传输线和共用电源内阻上产生较大的压降,并且耦合到供电电源上,使供电电压跳动导致的。

  为了降低这种干扰的影响,除了在布线上采取措施,使杂散电容降至最小,更主要的是给每个集成电路配置去耦电容,如在门电路的电源线端和地线端加接去耦电容。

  (3) 隔离技术

  由于视频通信系统很容易受到电磁波和强电设备的干扰,在衰减干扰信号的同时,还要考虑到将干扰源隔离,或者切断干扰通道。常见的隔离方式有光电隔离、变压器隔离、继电器隔离和加屏蔽罩等。在视频通信系统中加屏蔽罩是最适用的一种方法。

  (4) 接地技术

  视频通信系统的干扰和系统的接地方式有很大的关系。接地技术往往是抑制噪声的重要手段。为了减小干扰,在视频通信系统的接地技术中要注意:数字地与模拟地分开;对同轴电缆要采取屏蔽接地;视频通信设备要采取工作接地。

  3.2 软件抗干扰技术

  应用硬件抗干扰技术后,仍有少数干扰窜入视频通信系统,引起不良后果,所以软件抗干扰技术作为第二道防线。

  常见的软件抗干扰技术有:限幅滤波法(又称程序判断滤波法)、中位值滤波法、算术平均滤波法、递推平均滤波法(又称滑动平均滤波法)、中位值平均滤波法(又称防脉冲干扰平均滤波法)、限幅平均滤波法、一阶滞后滤波法、加权递推平均滤波法、消抖滤波法、限幅消抖滤波法等。限幅滤波法设计流程图如图1所示。

4 结束语

  实践证明,上述抗干扰技术在视频通信系统中是有效的,并且进一步证明了抗干扰技术在视频通信系统中的重要性。在视频通信系统实际研制与维修过程中,应该根据不同的干扰情况采取相应的抗干扰措施,将干扰降低到最小,从而保证系统的稳定性和可靠性。

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