Особенности организации процесса передачи видео по витой паре, характеристики кабеля и приемо-передающих устройств

4. Видеосигнал, команды управления и питание по витой паре

Серия устройств VP-7000 компании LAN Power Systems входит в линейку продуктов VIPER. В этой линейке — платы для настольных компьютеров, модульные конверторы, многоканальные решения для монтажа в серверных стойках.

Каждое переходное устройство из серии VP-7000 передаёт видеосигнал, команды управления и питание по одному кабелю витой пары. Декларируется, что длина тракта от усилителя до камеры может достигать 1,4 километра. И это, похоже, не простое увеличение амплитуды: производитель сообщает о функции автоматической коррекции яркости и резкости.

Из каждого изделия выходит 6-дюймовый отрезок кабеля с разъёмом RJ-45. Отдельные устройства различаются длиной кабеля для передачи команд на PTZ-камеры — 7, 12, 18 и 36 дюймов. Используемая витая пара — категории 5 и выше. Устройства — пассивные, не требуют питания.

Виды, устройство и способы экранирования витой пары

Разобравшись, что такое витая пара, перейдем к изучению ее видов и устройства.

Виды кабеля по числу медных жил:

Одножильный
(монолитный) – каждый провод состоит из одной цельной проволоки, толщиной 0,3-0,6 мм или 20-26 AWG. Такие шнуры легко ломаются, поэтому пригодны только для прокладки внутри стенных панелей и монтажных коробов.
Многожильный
– провода состоят из пучков тончайших жил. Такой шнур не ломается при сгибании и скручивании, и используется для подвижных соединений между устройствами. Имеет более высокий уровень затухания сигнала, чем одножильный, поэтому его максимальная длина не должна превышать 100 м.

Многожильная витая пара

По способу экранирования – наличия защиты от э/м наводок:

UTP (U/UTP)
– витая пара неэкранированная (без защиты).
FTP (F/UTP)
– витая пара фольгированная – имеет одну общую оболочку из фольги.
STP (S/UTP)
– витая пара экранированная – один общий экран в виде металлической оплетки.
S/FTP (SF/UTP)
– фольгированный кабель с добавочным экраном из оплетки.
U/FTP
– кабель с индивидуальным экранированием каждой скрутки оболочкой из фольги.
S/FTP
– отдельное экранирование каждой скрутки плюс металлическая оплетка.
F/FTP
– отдельное экранирование каждой скрутки плюс общий для всех жил экран из фольги
SF/FTP
– отдельное экранирование каждой скрутки плюс общий экран из оплетки и фольги.

Витая пара SF/FTP

Чтобы было понятнее, приведем расшифровку буквенного кода экранирования:

U
– экрана нет;
F
– фольга;
S
– оплетка.

По цветам оболочки и области применения:

внешняя витая пара со стальным тросом

Внутренняя витая пара

Витая пара для пожароопасных зон

По форме поперечного среза:

Круглый
– универсальный;
Плоский
– для монтажа под обоями или ковролином, такие шнуры более подвержены помехам, чем круглые.

Советы при выборе кабеля

Проверьте наличие у подключаемого оборудования возможность на подключение экрана, а также на наличие низкочастотных помех.
Обратите внимание на материал, из которого изготовлен кабель, учтите место его установки, так как провода для улицы или открытых помещений должны быть дополнительно изолированы (как правило, полиэтиленом).
Если кабель будет использоваться в закрытом помещении, то убедитесь, что в состав его материалов не входят фтор, хлор, бром или йод. Данные вещества являются сильными окислителями и могут быть ядовитыми для человека.
Обратите внимание на маркировки LS – что означает, что кабель не подвержен горению, и HF – такая маркировка говорит о том, что при его использовании не выделяется галогенов.
Также обратите внимание, что форма кабеля может быть разная и зависит она от места, где ее будут прокладывать

Для прокладывания под покрытием существуют специальные плоские кабели.

Витая пара

UTP кабель для видеонаблюдения, или «витая пара»

Обычно мы прибегаем к использованию витой пары в тех случаях, когда дальность предполагаемой линии от камеры до устройства приема сигнала составляет от 300 до 1000 м (расстояние возможной прокладки рабочей линии видеонаблюдения при помощи витой пары может составлять до 3 км.). Удобство использования этого типа кабеля для систем видеонаблюдения заключается в большом количестве проводников под одной оплеткой. Благодаря этому можно по одной линии подвести и питание к камерам, и осуществить передачу основных сигналов (видео, аудио), и задействовать оставшиеся проводки для обеспечения управления камерой, а также для подключения дополнительной камеры (проводников в кабеле хватает – 8 шт.).

В зависимости от особенностей строения различают несколько видов кабеля «витая пара» – UTP, FTP, STP.

UTP кабель самый простой, он не имеет защитных экранирующих оболочек, и представляет собой 8 изолированных, попарно скрученных проводников, помещенных в общую защитную оболочку. К недостаткам UTP кабелей можно отнести их низкую устойчивость к помехам, поэтому в случаях прокладки коммуникаций для видеонаблюдения рядом с электропроводкой, и другими источниками помех, лучше использовать кабели с дополнительной защитой.

FTP кабель отличается наличием общей фольгированной экранирующей оболочки. Благодаря ее наличию данный кабель можно прокладывать рядом с кабелями электропроводки и другими источниками помех

Очень важно следить за сохранностью фольгированного экрана, и не превышать минимальный радиус изгиба — не более 8 внешних диаметров кабеля. Внешняя защита кабеля может быть выполнена как из ПВХ так и твердого полиэтилена.

STP кабель также имеет общую защитную оболочку, но уже не из фольги, а из медной оплетки

Помимо этого, каждый проводник в таком кабеле цельномедный, изолированный полиолефином, и имеет индивидуальный защитный экран из фольги. Внешняя изоляция как правило выполняется из огнестойкого ПВХ. Применение данного типа кабеля необходимо в случаях прокладки свыше 90 метров при наличии многочисленных источников помех.

При прокладке STP кабеля необходимо заземлить экран, иначе он будет работать подобно антенне, притягивающей электромагнитное излучение!

Несомненным преимуществом витой пары является большое количество проводников, благодаря чему обеспечивается подключение всех основных функциональных элементов. Также данный кабель имеет и более низкую стоимость по сравнению с коаксиальным.

В одном источнике описывается опыт подключения камер на 700 метров. Коллеги делятся своими наблюдениями, что UTP в их случае собирал намного меньше помех, по сравнению с экранированным FTP, так что, пожалуй, UTP кабель для видеонаблюдения является наилучшим выбором в таких случаях. Но возможно они просто забыли заземлить экран, кто знает…

При подключении аналоговых камер при помощи такого кабеля в качестве переходника используют приемопередатчики (Video Baloon), которые также снимают помехи с кабеля. Предлагаем вам посмотреть очень доходчивое видео о подключении камеры видеонаблюдения при помощи витой пары.

Кабель для систем IP видеонаблюдения

Кабель для ip видеонаблюдения с коннектором RJ-45

Для подключения цифровых IP камер используется тот же UTP кабель с обжатыми коннекторами RJ-45 на обоих концах. Его преимущество заключается в возможности прокладки одной общей линии витой пары для целой системы IP камер видеонаблюдения, с использованием коммутатора (свитч). Питание камер при этом можно реализовать тремя способами:

Прокладка отдельного кабеля питания к каждой камере;
Монтаж блоков питания в местах установки каждой камеры;
Электропитание камер при помощи свободных проводов в витой паре.

Третий вариант подходит только для тех случаев, когда камера и коммутатор поддерживают технологию PoE (Power of Ethernet), позволяющую осуществлять питание посредством Ethernet кабеля для IP видеонаблюдения, в других случаях необходимо применение инжекторов Passive PoE, которые позволяют объединить передачу сигнала и питания с обеих сторон одного кабеля.

Виды экранирования кабеля витая пара

Конструкцию lan кабеля витая пара обуславливает требуемая скорость передачи данных. Кабель бывает неэкранированный, экранированный и обозначается следующим образом.

Таблица обозначений видов экранирования кабеля витая пара
Обозначение	Вид экранирования
UTP	Экранирования нет
FTP	Все витые пары кабеля экранированы общим внешним экраном из фольги
STP	Все витые пары кабеля экранированы общим внешним экраном из фольги и каждая витая пара дополнительно экранирована фольгой
S/FTP	Все витые пары кабеля экранированы общим внешним экраном из медной оплетки и каждая витая пара дополнительно экранирована фольгой

Экран выполняет сразу две задачи, снижает излучение электромагнитных полей самими витыми парами в окружающее пространство и защищает их от внешних электромагнитных полей. Экранированный utp кабель применяется исключительно при прокладке магистральных линий и в производственных помещениях с большими электромагнитными полями. В быту и офисах, как правило, используется не экранированный кабель UTP.

Типы витой пары.

Следует сказать, что существует монолитный и многожильный, экранированный и не экранированный кабель LAN. Рассмотрим все по порядку.

Витую пару с одной монолитной жилой (одна медная проволока), как правило, применяют для прокладки линий в стенах, лотках и не используют для прямого соединения внешних устройств (Smart TV, компьютер…), а монтируют к кабелю оконечное оборудование. Например, информационную розетку. Этот процесс называется терминированием. Обусловлено это тем, что кабель имеет относительно толстые жилы и при частых изгибах легко ломается.

Многожильная витая пара используется для изготовления патч-кордов и служит для соединения цифровых устройств (маршрутизатор, принтер…) межу собой и с внутренней или наружной информационной розеткой Ethernet. Этот тип кабеля хорошо зарекомендовал себя в условиях изгибов и скручивания и не подходит для «врезания» в разъем информационной розетки. Медные жилы очень тонкие и запросто ломаются. Кроме этого многожильный кабель LAN имеет большой сигнал затухания в сравнении с монолитным типом. В следствии этого максимальная длина витой пары многожильного типа должна составлять не более 100 метров.

Я уже упоминал, что экранирование витой пары используется для защиты от внешних и внутренних электромагнитных наводок. Стоит сказать, что экран по всей длине соединен с неизолированным дренажным проводом, который предназначен для защиты от разрывов и растяжений самого экрана. Существует несколько типов экранирования витой пары, которые определяют технологию и назначение защиты от электромагнитных воздействий. Выделяют такие типы витой пары:

UTP — (Unshielded twisted pair — неэкранированная витая пара) — кабель не имеет защитного экрана.
FTP или F/UTP — (Foiled twisted pair — фольгированная витая пара) — кабель имеет один внешний общий защитный слой из фольги.
STP (Shielded twisted pair — экранированная витая пара) — кабель имеет экран для каждой пары и внешнюю защиту наподобие сетки (есть на рисунке).
S/FTP или SSTP (Screened Foiled twisted pair — фольгированная экранированная витая пара) — данный кабель имеет фольгированную защиту каждой пары, а также внешний экран.
U/STP (Unshielded Screened twisted pair — незащищенный кабель с экранированием витой пары) — кабель не имеет общего экрана, но каждая пара имеет фольгированную защиту.
SF/UTP или SFTP (Screened Foiled Unshielded twisted pair — экранированная витая пара с защитой) — имеет два внешних экрана. Один из медной сетки, а второй из экран-фольги. Между ними дренажный провод.

Особенности FTP кабеля

Кабель вида FTP является витой парой с общим экранирующим фольгированным покрытием, но не имеет экранирующего покрытия пар. Свитые между собой пары имеют заземляющий провод, расположенный в общем экране в сплошной оболочке. Такие кабели чаще всего используют для создания телефонных и компьютерных сетей.

Аббревиатура в свою очередь здесь означает:

F (foil) – фольга.
TP (twisted pair) – витая пара.

FTP кабель, в теории, меньше подвержен влиянию расположенных в непосредственной близи работающих электроприборов. Однако это утверждение верно только при условии правильного заземления корпуса компьютера. FTP наиболее подходит для установки домашних сетей.

Видеонаблюдение по витой паре: Принцип передачи видеосигнала

Входящий композитный видеосигнал, поступающий на витую пару, является однополярным и несимметричным.

С помощью специальных устройств, внешних или интегрированных в камеру, он преобразовывается в два симметрично противофазных сигнала.

Как и при передаче по коаксиальному кабелю видеосигнал с расстоянием слабеет, на него влияют электромагнитные излучения силовых кабелей и приборов, хоть и в меньшей мере.

С принимающей стороны линии ставится аппаратура, конвертирующая дифференцированный видеосигнал обратно. То есть на композитный вход устройства записи и/или отображения поступает композитный – аналоговый сигнал, усиленный и отфильтрованный от помех.

Приемно-передающее оборудование, которое используют в сетях витой пары для видеонаблюдения, может быть пассивным и активным. Обычно для сетей с дальностью передачи до 600 м используются пассивные пары устройств, имеющие только согласующий трансформатор.

На таком расстоянии сигнал слабеет незначительно и качество видеозаписи не снижается.

Цельный или скрученный кабель

Понятие цельного или скрученного кабеля относится к собственно медным проводникам внутри кабеля. Цельный означает, что внутренний проводник представлен в виде единого куска меди, а скрученный – из нескольких тонких медных проводников, скрученных вместе. Для каждого из типов проводников разные приложения, но большинству читателей нужно знать только о двух из них.

Скрученные кабели (Stranded, на картинке вверху) являются более гибкими, и их следует использовать там, где кабель будет часто двигаться, например, вблизи рабочих мест.

Цельный кабель (Solid, на картинке внизу) не так гибок, зато более долговечен, его можно идеально использовать для постоянных сетей – как на улице, так и внутри помещения.

Это перевод статьи What Kind of Ethernet (Cat-5/e/6/a) Cable Should I Use? с блога How-To Geek

Категории витой пары

Что такое категория витой пары? Это параметр, который определяет ее пропускную способность. Чем выше категория — тем пропускная способность лучше.

Разновидности витой пары

Сегодня насчитывается 7 категорий этого типа кабеля и еще одна — восьмая, находится пока в разработке. В отдельных категориях -5, 6 и 7, выделяют подкатегории, поэтому общее их число равно 10. Для удобства сравнения мы отобразили их в таблице.

Подкатегории витой пары

Номер категории кабеля витой пары	Частотная полоса, Mhz	Характеристики	Применение
utp cat 1	0,1	Устаревший стандарт. Состоит из двух проводов, иногда без скрутки. Плохо защищен от помех.	В модемных Интернет-соединениях и телефонной связи. Для создания современных ЛВС непригоден.
utp cat 2	1	Устаревший стандарт. Состоит из четырех проводников. Максимальная скорость обмена информацией — 4 Мбит/с.	В ЛВС типа Token Ring, Arcnet и телефонии. Для создания современных ЛВС непригоден.
utp cat 3 Класс С	16	Четыре скрутки (восемь проводников). Максимальная скорость обмена информацией — 100 Мбит/с в сетях Fast (быстрый) Ethernet при максимальной длине линии — 100 м. Официально стандартизирован для ЛВС Ethernet.	Иногда — в сетях 10BASE-T и 100BASE-T4, но чаще — в проводной телефонной связи.
utp cat 4	20	Устаревший стандарт. Состоит из четырех скруток проводов. Наивысшая скорость обмена информацией — 16 Mbit/s по одной паре.	В ЛВС 10BASE-T, 100BASE-T4 и Token Ring. Сегодня не применяется.
utp cat 5 Класс D	100	Четыре скрутки(восемь проводников). Пересылает информацию до 100 Mbit/s при задействовании двух пар и 1000 Mbit/s — при всех четырех.	В ЛВС Fast и Gigabit Ethernet.
utp cat 5e	100	Улучшенная категория класса D (тоньше и дешевле). Выпускается с четырьмя и двумя парами проводников.	Самый часто встречающийся класс кабеля для сетей Фаст Ethernet и Гигабитный Ethernet.
utp cat 6 Класс Е	250	Четыре скрутки (8 проводов), неэкранированный (U/UTP). Передает информацию до 10 Gbit/s по линии длиной до 55 м.	Витая пара 6 категории — второй по распространенности тип кабеля после категории 5e. Область применения та же.
sftp cat 6A Класс E_A	500	4 скрутки (восемь проводов), экранирован (тип экранирования S/FTP или F/FTP). Пересылает информацию до 10 Гбит/с при максимальной длине линии до 100 м.	Локальные сети Фаст и Гигабитный Ethernet.
sftp cat 7 Класс F	600-700	8 проводов, экранирован (тип экранирования S/FTP, реже F/FTP). Передает данные со скоростью до 10 Гбит/с.	Локальные сети Фаст и Гигабитный Ethernet.
sftp cat 7A Класс F_A	1000	8 проводов, экранирован (тип экранирования S/FTP, реже F/FTP). Передает данные со скоростью до 40 Гбит/с по линии длиной до 50 м и до 100 Гбит/с по — до 15 м.	Локальные сети Фаст и Гигабитный Ethernet.

Коаксиальный кабель для видеонаблюдения

Составные элементы коаксиального кабеля

Для подключения аналоговых камер наиболее часто используется коаксиальный кабель для видеонаблюдения, вроде того, по которому внешняя антенна подключается к телевизору или приемнику. Этот тип кабеля представляет собой медную жилу, заключенную в толстый слой пенистого диэлектрика, который покрыт снаружи экранирующей защитной оболочкой, благодаря которой обеспечивается хорошая защита от помех и возможных потерь сигнала. Наиболее часто для видеонаблюдения используются отечественные марки РК-75-2-13,РК-75-4-12 (РК – радиочастотный кабель), или импортные аналоги – RG-59, RG-6, RG-11.

При выборе коаксиального кабеля необходимо учитывать такие немаловажные параметры, как длина и место прокладки (внутри помещения или на улице), и в зависимости от этого приобретать подходящую марку провода.

К примеру, РК-75-2-13 мы прокладываем при длине линии, не превышающей 100 метров, а при более значительных расстояниях (от 100 до 300 метров) используем марки РК-75-3-…, при расстояниях свыше 300 метров обычно применяем UTP (об этом ниже).

Кабель RG-6 отличается от своих российских аналогов РК-75 в первую очередь тем, что имеет больший диаметр центрального проводника и оболочки. Также он способен пропускать несколько больший диапазон частот, нежели РК-75, к примеру, камеры типа HD-SDI отказываются работать с РК, и прекрасно передают сигнал по RG-6 при длине линии более 10 м.

Для наглядности и больших подробностей приведем таблицу, отражающую зависимость типа провода от расстояния.

Выбор кабеля в зависимости от расстояния регистратора до камеры

Выбирая коаксиальный кабель для видеонаблюдения, обязательно убедитесь в том, чтобы центральный проводник был полностью медным, в противном случае сигнал будет очень слабым.

Помимо всего прочего, коаксиальный кабель различается по другим техническим критериям, таким как:

Гибкость – в случаях, когда прокладка видеокабеля предполагает его изгиб в нескольких местах, необходимо приобретать провод с многожильным центральным проводником, который будет иметь повышенную гибкость, по сравнению с монолитным.
Волновое сопротивление – для видеонаблюдениия наиболее часто применяются кабели с сопротивлением 75 Ом;
Степень защиты от помех – наличие экранирующих оболочек;
Диаметр изоляции;
Степень затухания сигнала;

Плюсы. Основным преимуществом данного типа кабеля является его высокая устойчивость к помехам, доступная цена, способность передачи как видео, так и аудио сигнала.

Минусы. К недостаткам коаксиального кабеля можно отнести высокую стоимость коннекторов, легкую повреждаемость, ограничения по расстоянию прокладывания. При использовании марок РК возникает необходимость в отдельной прокладке провода питания, хотя этот момент не всегда можно отнести к недостаткам, т. к. для бюджетных систем вариант питания по отдельному кабелю будет гораздо дешевле – экономия заключается в подаче питания на несколько камер одновременно, а также в высокой стоимости КВК.

Также при осуществлении питания отдельно от основного кабеля передачи сигналов появляется возможность подключения камер к сети вдали от видеорегистратора, что практически невозможно сделать при помощи комбинированного кабеля.

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:

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

Особенности схем заземления кабелей локальных сетей.

Методы экранирования непосредственно зависят от частоты и пути прохождения электрических сигналов, способов устранения паразитной емкостной связи и электростатических зарядов.

Внимание! На количество и качество передаваемой информации влияют местные условия внешней среды, создающей вредные наводки различной степени сложности. Их надо найти заранее.

2 ошибки заземления кабелей

Ошибка №1

Когда электрические шумы по частоте не превышают 1 МГц, то кабель нужно заземлять с одной стороны, причем на выходе источника. Иначе возникнет замкнутый контур, который будет работать как антенна, принимающая электромагнитную волну.

Ток, протекающий по экрану, станет источником индуктивных наводок на соседней схеме и проводах, находящихся внутри кабеля.

Ошибка №2

Если заземление выполнено со стороны приемника, то ток помехи будет протекать по пути, показанному штриховой линией: через емкость между жилами кабеля, создавая на ней и между дифференциальными входами, напряжение Е.

Поэтому оплетку кабеля надо заземлять со стороны источника сигнала: путь для прохождения тока вредного сигнала исключится.

2 схемы экранирования для длинных кабельных линий

Схема №1: упрощенная

На протяженных кабелях может существовать разность потенциалов между точками заземления. Она создается блуждающими токами (трамваи, сварка, устройства электрохимической защиты, удары молнии…) в земле или помехами в шине.

В итоге появится паразитный ток, который наведет индуцированный сигнал в рабочие жилы вследствие взаимной индукции.

Если источник сигнала не заземлен (например, термопара), то заземлять экран можно с любой стороны: в этом случае замкнутый контур для образования постороннего тока не образуется.

Схема №2: улучшенная

Для качественной передачи информации в широком спектре частот используют двойной экран.

Внутренний экран, заземленный с одной стороны от источника сигнала, исключает прохождение емкостной помехи, а внешний – уменьшает высокочастотные наводки.

Во всех случаях экран кабеля следует изолировать, дабы исключить его случайные контакты с металлическими предметами и землей.

Когда на входе аналогового модуля имеется фильтр, то максимальная частота посторонних шумов определится верхней граничной частотой полосы пропускания фильтра.