Аналаговое видеонаблюдение по витой паре: принцип передачи сигнала

Немного об истории передачи видео по витой паре

Иногда приходится слышать, как та или иная современная компания объявляет себя «родоначальницей» принципа передачи видео.

Для прояснения этого вопроса хочется сообщить известную нам информацию: еще в 80-е годы прошлого века новгородское НПО «ВОЛНА» серийно использовало принцип передачи видеосигнала при производстве ПТУ (промышленных телевизионных установок). При настройке аппаратуры использовались эквиваленты витой пары. Комплектация была другой, но принцип уже был известен.

Так что тот, кто пытается убедить Вас в том, что именно он «изобрел» принцип передачи видео по витой паре, либо пытается ввести Вас в заблуждение, либо заблуждается сам…

Преимущества и недостатки аналоговых камер

Преимущества

• Доступная стоимость по сравнению с цифровыми устройствами, моделей с сопоставимым уровнем разрешения;
• Большая номенклатура продукции, а также разнообразные модельный ряд аналоговых видеокамер с различными техническими и эксплуатационными характеристиками. Проще сделать выбор устройства с оптимальными характеристиками для решения определенной задачи;
• В большинстве случаев, функциональная совместимость оборудования выпущенного различными производителями;
• Простота подключения аналоговой камеры и настройки. Аналоговые видеокамеры легко запрограммировать из-за небольшого количества выполняемых функций;
• Доступность расходных материалов и сопутствующих товаров.

Недостатки

• Большинство производимых камер и практически все устройство старого образца имеют довольно ограниченный функционал, но эта проблема решается в новых моделях которые получили аппаратный Вектор движения, встроенные микрофон и динамики, или разъем для их подключения;
• Существуют определенные ограничения для интеграции с цифровыми охранными системами и СКУД;
• Видеосигнал не шифруется при передаче.
• Сложности в масштабировании и переходе системы на цифровые технологии.

Что собой представляет витая пара

В отличие от коаксиального кабеля, витая пара имеет в своем составе несколько проводников, которые индивидуально изолированы и скручены в пары.

Благодаря этому удается существенно уменьшить внутренние и внешние наводки, обеспечивая загрузку и высокое качество транслируемого видеосигнала на достаточно большие расстояния.

Схема устройства кабеля витая пара

Кроме этого, использование витой пары может позволить подавать электропитание к подключенным устройствам, например, одна пара может поддерживать загрузку видеосигнала, а другая применяться для подачи питания.

Особенности реализации наблюдения по UTP кабелю

Говоря об аналоговом видеонаблюдении, к применению витой пары обычно прибегают в случаях большого расстояния от камеры видеонаблюдения до видеорегистратора. Вследствие большой протяженности кабельной линии на видеосигнал в большинстве случаев накладываются помехи, которые мешают восприятию изображения с камеры.

Помехи могут возникать не только при больших расстояниях – частой причиной их возникновения является так называемый «радиофон», или проложенный по близости силовой кабель, который также может накладывать помехи на коаксиальный кабель.

Так почему же при больших расстояниях кабельных линий предпочтение отдается именно витой паре? Дело в том, что витая пара имеет 8 попарно скрученных между собой проводников, каждый из которых имеет индивидуальную изоляцию, и в дополнение ко всему покрытых общей пластиковой оболочкой. Основной особенностью, которая позволяет данному кабелю не бояться помех является именно скрутка двух проводников, каждый из которых имеет разную полярность – один «+», другой «–». Приемопередатчики вычитают из положительного сигнала отрицательный, и в итоге происходит то, что полезный сигнал усиливается вдвое, а помехи полностью исчезают.

Вследствие этого такой кабель имеет очень хорошую защиту от радиопомех, и при своем удачном соотношении цена/качество представляется хорошим вариантом для построения системы видеонаблюдения на большое расстояние.

Структура сети передачи видеоинформации

В случае, если расстояние между видеокамерой и записывающим устройством невелико, а вся аппаратура находится внутри здания, можно обойтись без дополнительных усилителей и заземляющих приспособлений. В этом случае передача осуществляется по обычному патч-корду длиной 150-200 м.  Если дальность передачи информации превышает 150м, то часть кабеля должна проходить вне зданий, и сеть приобретает следующую структуру:

1. Передатчик — компактное устройство, которое располагается в непосредственной близости от камеры видеонаблюдения. Как правило, устанавливают внутрь термокожуха или в специальном отделении клеммной коробки. Осуществляет преобразование однополярного несимметричного композитного видеосигнала  в два противофазных симметричных, которые более приспособлены для передачи на дальние расстояния без затухания;
2. Приемник — располагается непосредственно возле устройств видеозаписи — видеорегистратор, видеосервер. Выполняет обратное преобразование информации которая, поступает от передатчика.

Зачем нужны приемники и передатчики?

Вследствие своих технических характеристик, витая пара обладает очень высоким удельным сопротивлением, что негативным образом сказывается на передаче видеосигнала на расстояние свыше 200 метров, поэтому при необходимости организации видеонаблюдения на большие расстояния на обоих концах кабеля закрепляются специальные приемопередатчики, коих выделяют 2 типа:

• Пассивные приемопередатчики;
• Активные передатчики.

Передатчики устанавливаются на стороне камеры, а приемники на стороне принимающего оборудования.

Пассивные передатчики применяются для передачи видеосигнала на небольшие расстояния – 150-500м, поскольку не способны компенсировать все помехи. Основной особенностью является то, что для работы данному типу устройств не требуется подачи электропитания.

При больших протяженностях кабельных линий применяют активные передатчики, способные обеспечивать передачу сигнала на расстояние до 4 км, в зависимости от спецификации. Для работы активных приемопередающих устройств необходимо наличие питания с напряжением 12В. При правильной организации системы дальность передачи может достигать 3000-4000 м.

Чтобы успешно организовать видеонаблюдение с использованием данных технических сердств, необходимо соблюдать следующие правила:

• Использовать только совместимые между собой приемники и передатчики;
• Для достижения лучшего результата следует применять только активные приемопередатчики, желательно с возможностью регулирования усиления (корректировки АЧХ – амплитудно-частотной характеристики);
• Используйте кабель с минимальными значениями емкости между проводниками.

Сигнал может ослабляться как за счет сопротивления линии, так и за счет емкости кабеля вследствие передачи высокочастотного сигнала, а поскольку витая пара применяется для организации видеонаблюдения на дальние расстояния, нам необходимо максимально снизить риск потери сигнала за счет его усиления. Именно для усиления сигнала с камеры и применяются активные приемопередатчики.

Поскольку диапазон частот сигнала находится в достаточно широких пределах, ослабление может быть неравномерным – для обеспечения минимальных различий между изображением на мониторе, и изображением с видеокамеры, высокие частоты необходимо усиливать больше, чем низкие. Для этого необходимо провести коррекцию АЧХ, что может быть выполнено только с использованием активных приемников и передатчиков.

Принцип действия и особенности функционирования

Передача данных на определенные расстояния, независимо от используемого канала, подвергается воздействию различных помех. Данные помехи постепенно заглушают полезный информационный сигнал. Когда его сила падает до уровня помех, различить и выделить нужные данные из общего фона уже практически невозможно.

Витая пара по принципу действия является симметричной линией. В таких соединениях при передаче данных помехи также передаются симметрично. И когда они сходятся, происходит их взаимное уничтожение, за счет чего основные данные легко распознаются.

Такой принцип действия обеспечивает особая конструкция линии, в которую помимо самого кабеля, также входит пара «передатчик-приемник». Из этого оборудования передатчик отвечает за прием и преобразование несимметричного сигнала видеокамеры в симметричный. Дальше он усиливается и отправляется на приемник. В приемнике сигнал повторно усиливается и снова конвертируется в несимметричный вид.

Но в данной схеме также есть пара нюансов. Даже такой способ передачи, хоть и позволяет нейтрализовать помехи, все же не исключает ослабление полезного видеосигнала. Диапазон передачи в таких системах составляет 50 Гц – 6 мГц. А так, как емкость канала гораздо больше, сигнал подается неравномерно. Причем чем выше частота передаваемого видеосигнала, тем больше он ослабевает. Кроме того, степень затухания также прямо пропорционально зависит от дальности используемой линии.

В результате можно сделать вывод, что такой формат приемопередатчика, который еще называется пассивным, подходит только для небольших кабельных инфраструктур. На более длинные расстояния передачу лучше осуществляет активное оборудование. К такому оборудованию относятся различные исполнения джамперов или подстроечные резисторы. С их помощью проводится два типа регулировки силы сигнала:

1. При помощи джампера – ступенчатая регулировка;
2. За счет резистора линия настраивается более плавно.

 
Первый тип оборудования достаточно прост в обращении. После расчета общей длины линии на четко выверенных отрезках монтируются перемычки, которые усиливают сигнал. Конечно, о точной настройке здесь говорить не приходится, но для большинства систем наблюдения их вполне достаточно.

Подстроечный резистор способен обеспечить уже более тонкую настройку. Но возможна она лишь в случае использования дополнительного оборудования. При этом регулировку такой схемы может осуществить далеко не каждый мастер.

Реализовав перечисленные меры и проведя грамотную настройку системы, дальность передачи сигнала по витой паре можно увеличить со стандартных 2 км до 3-4 км.

Подключить аналоговую видеокамеру по витой паре очень просто. Для этого нужно 0пределиться с выбором цвета необходимых пар для подключения приемопередатчика и штекера питания со стороны видеокамеры и продублировать последовательность на конце линии со стороны видеорегистратора и источника питания.

Подача напряжения по витой паре корректна на расстояние не превышающие 30 метров. При увеличении дистанции за 30 метров начнется падение напряжения из-за маленького сечения кабеля.

Виды используемых кабелей

Чтобы подключать внешние и уличные камеры могут использоваться различные варианты витой пары. Ниже будут рассмотрены особенности каждой из них.

UTP

Это незащищенный кабель, который не имеет экранирования, а в качестве внешней защитной оболочки используется ПВХ-пластикат.

Этот тип кабеля может использоваться для аналоговой камеры в условиях отсутствия внешних электромагнитных помех.

STP

Это кабель с хорошей электромагнитной защитой. Он владеет общим экраном, а каждая из его 4-х пар-скруток владеют еще и дополнительным экранированием.

Кабели витая пара типа UTP и STP

Дополнительная общая оплетка может быть медной или стальной и располагается под внешним изоляционным слоем поверх всех скруток.

Кабель подойдет в тех случаях, когда загрузка видеосигнала происходит в условиях со значительными электромагнитными помехами.

FTP

Витая пара имеет 4 скрутки проводников, которые защищены общим экраном, располагаемым под ПВХ-изоляцией.

SF/UTP

Этот тип витой пары не имеет для отдельных скруток индивидуальных экранов. Экранирование осуществляется за счет общего экрана в виде фольги и оплетки, которые расположены под внешним изоляционным слоем. Кабель подойдет для подключения аналоговой и IP камеры, обеспечивая качественную передачу видеосигнала.

Все, кто подключал витую пару, знает, что кроме скрученных пар в кабеле может присутствовать также и неизолированный металлически проводник, который обеспечивает контакт между элементами экрана при его повреждении, которое может иметь место в случае надменного изгиба или растяжения.

Провод витая пара типа SF/UTP

Представленные выше кабели могут производиться в одножильном или многожильном исполнении. Одножильный кабель не применяют для прокладывания длинных трасс, обеспечивающих загрузку видео от камер видеонаблюдения.

Для этой задачи лучше подойдет многожильная витая пара, но при условии того, что будет использован усилитель видеосигнала, который нивелирует потери сигнала, когда идет загрузка на большие расстояния.

Категория кабеля

Степень защиты от помех также зависит от категории витой пары. Чем выше категория – тем выше защита. Обычно для нужд видеонаблюдения применяется кабель категории 5е, который при оптимальном соотношении цена/качество способен обеспечить передачу видеосигнала на расстояние 2-3 тыс. метров.

Для больших протяженностей применяются более высокие категории кабелей, способные обеспечить наилучшую защиту от помех:

• Так, кабель 8 категории имеет улучшенную защиту от помех благодаря наличию дополнительной экранирующей оболочки, отводящей помехи от кабеля;
• Для создания удаленного наблюдения на расстояния от 4 тыс. метров рекомендовано применение кабеля «витая пара» 7 и выше категории, с использованием мощных активных усилителей;
• Кабели категорий 5 и 5е работают в диапазоне частот 100 мГц и 125 мГц, и способны передавать данные с камер со скоростью 100-1000 Мбит/сек;
• Категории 6 и 6А работают в диапазоне частот 250-500 мГц, используются для прокладки скоростных локальных сетей;
• В кабеле 7 категории экранированную оболочку имеет каждая пара, а также имеется общий защитный экран под общей оплеткой. Диапазон частот – 600-700 мГц, скорость передачи 100 Гбит/с.

В системах аналогового видеонаблюдения лучше всего ведет себя кабель марки ТППэп, способный качественно работать на «высоких частотах», а учитывая что аналоговые камеры имеют диапазон частот сигнала 50 Гц — 6 мГц, данный момент является достаточно важным.

Преимущества видеонаблюдения по витой паре

Создание видеонаблюдения с использованием кабеля «витая пара» имеет массу преимуществ, по сравнению с коаксиальным:

• Больше возможностей для реализации видеонаблюдения на большие расстояния;
• Более низкая цена и экономия на кабеле за счет возможности подключения нескольких камер по одному кабелю;
• Низкий уровень помех за счет вышеоговоренных особенностей, а также благодаря использованию приемопередатчиков;
• Подключение нескольких камер по одному кабелю с использованием свободных витых пар;
• Возможность подключения дополнительных устройств – микрофонов, детекторов движения по одному кабелю;
• Реализация питания камеры с использованием оставшихся проводников – PoE в IP камерах, и с использованием инжекторов и сплиттеров без поддержки камерой технологии PoE.

Таким образом, при организации видеонаблюдения на значительные расстояния лучше всего отдать предпочтение именно витой паре, поскольку экономия в данном случае складывается ощутимая, да и качество сигнала будет в разы лучше, чем с использованием коаксиального кабеля.

Помехи

Коаксиальный кабель весьма неустойчив к электромагнитным помехам, которые создаются различными работающими приборами. Поэтому видеонаблюдение и загрузка видео с помощью этого кабеля является весьма проблематичной задачей.

Что касается витой пары, то в ее конструкции специально предназначены экраны для защиты от радиопомех. Используются как общие экраны, так и отдельные для каждой пары скруток.

Удобство монтажа

Несмотря на то, что коаксиальный кабель отличается повышенной прочностью и устойчивостью к механическим нагрузкам, его монтаж существенно сложнее.

Монтаж кабеля витая пара для систем видеонаблюдения

Используя витую пару можно осуществлять соединение устройств с минимальным радиусом изгиба на поворотах. Также витая пара более просто укладывается в монтажные короба.

Дальность и скорость передачи сигнала

Витая пара отличается возможностью передачи сигналов на большие расстояния и с более высокой скоростью. При условии того, что будет использован специальный усилитель, потери сигнала вообще может и не быть.

Что касается коаксиальных линий передачи, то на их работу, а соответственно и коэффициент затухания сигнала будет влиять множество факторов, действие которых исключить невозможно. Это и качество используемого металла, и сечение проводника, и внешняя температура, электромагнитные помехи и пр.

Подключение аналоговой видеокамеры по витой паре

Аналоговое видеонаблюдение по витой паре создается путем подключения в линию приемопередатчиков.

Подключение аналоговой видеокамеры без передатчиков даже на расстояние в 5 метров, ухудшает качество до не узнаваемости.

Огромным преимуществом витой пары перед коаксиальным кабелем, является – количество подключаемых видеокамер. По одному 4-х парному Lan кабелю можно полноценно подключить 2 видеокамеры, т.е одновременно подать сигнал и напряжение.

Подключить аналоговую видеокамеру по витой паре очень просто. Для этого нужно 0пределиться с выбором цвета необходимых пар для подключения приемопередатчика и штекера питания со стороны видеокамеры и продублировать последовательность на конце линии со стороны видеорегистратора и источника питания.

Подача напряжения по витой паре корректна на расстояние не превышающие 30 метров. При увеличении дистанции за 30 метров начнется падение напряжения из-за маленького сечения кабеля.