淺析視頻通信中的干擾問題及解決方案

　　1 引言

　　隨著人類文明的進步和電子科技的快速發展，視頻通信作為人類視野的延伸，被廣泛應用于各行各業。視頻通信應用環境的復雜及應用規模的擴大，使通信的傳輸成為業界關注的重要話題，并促進了通信傳輸方式由單一化向多元化迅速發展，各種傳輸方式以自己獨特的適應性或便易性活躍在通信的舞臺上。視頻通信干擾問題是困惑視頻通信工程商由來已久的難題，也成為視頻通信進一步拓展的障礙。

　　2 視頻通信系統中的常見干擾和形成原因

　　說起視頻干擾，要講一下視頻通信信號傳輸的傳統方式視頻基帶傳輸。所謂的視頻基帶傳輸是指視頻信號不經過頻率變換等任何處理由圖像攝取端通過同軸電纜直接傳輸到監視端的傳輸方式，圖像在傳輸時直接利用同軸電纜的0~6mhz來傳輸，非常容易受到干擾，使圖像出現網紋、橫紋和噪點影響視頻效果。對于基帶傳輸視頻干擾，從干擾源角度分為交流聲干擾和空間電磁波干擾，從干擾切入方式分為傳導式干擾和輻射式干擾。下面分析一下常見視頻干擾現象及其原因。

　　2.1 工頻干擾

　　(1) 干擾現象

　　圖像出現雪花噪點、網紋或很寬暗橫帶持續不斷滾動;

　　(2) 干擾形成原因

　　此現象是當攝像端與監控設備端同時接地時，由于地電阻及電纜外皮電阻的存在，在兩地之間電力系統各相負載不平衡或接地方式不同引起工頻電位差，從而產生工頻干擾所致。地電位使兩接地端存在電壓降，電壓降加在屏蔽層兩端并與大地(地電阻)構成回路產生地電流，地電流經過線纜屏蔽層形成干擾電壓，地電流的部分諧波分量落入視頻芯線，致使芯線與屏蔽層之間產生干擾電位，使干擾信號加入視頻信號中對視頻圖像形成干擾。

　　2.2 空間電磁波干擾

　　(1) 干擾現象

　　圖像出現較密的斜形網紋，嚴重時會淹沒圖像。

　　(2) 干擾原因

　　當視頻電纜在空中架設時，空中電磁波干擾信號所產生的空間電場會作用于視頻傳輸線路，使線路兩端從而產生相當大的電磁干擾電壓，其頻率約在200hz~2.3mhz。由于電纜中電位差的存在，使電纜屏蔽層產生干擾電流，而一般情況下攝像端和監控設備端均為接地狀態，這就使干擾電流通過線纜兩端接地點與大地形成回路，導致終端負載產生干擾電壓，干擾信號耦合進視頻信號中，產生圖像干擾情況。

　　2.3 低頻干擾(20hz-nkhz低頻噪聲干擾)

　　(1) 干擾現象

　　圖像出現靜止水平條紋;

　　(2) 現象原因

　　由于聲音、數據等信號屬于低頻信號，其頻帶狹窄在傳輸時只用到20hz~nkhz，幾乎采用任何種類的電纜都可以傳輸，一般只受交流聲干擾。用于傳輸視頻信號的同軸電纜，其屏蔽層抗干擾曲線特性表明干擾信號頻率越高其屏蔽性能越好，對于諸如載波電話、有線電臺等低頻率信號干擾反而顯得蒼白無力。低頻干擾信號同樣會在傳輸線纜上產生干擾電壓，從而影響圖像質量。

　　2.4 高頻干擾(高頻噪聲干擾)

　　(1) 干擾現象

　　圖像出現雪花點或高亮點;

　　(2) 現象原因

　　雖然視頻傳輸所用同軸電纜抗高頻干擾要比抗低頻干擾性能強，但是強高頻干擾信號還會對圖像的傳輸產生干擾。大電荷負載啟停、變頻機及高頻機等在工作時除了輸出高強度基波外，同時還會產生高強度的二次諧波。雖然諧波強度比基波低很多，但高次諧波頻帶很寬且成分復雜，所以基波的各次諧波都會對利用視頻基帶傳輸(即6mhz帶寬內)的視頻信號造成不同程度的干擾。經過多次精密實驗，高頻干擾信號的基波和諧波頻率均在45mhz以內。

　　2.5 反射干擾

　　(1) 干擾現象

　　圖像出現重影;

　　(2) 干擾原因

　　視頻信號在傳輸過程中色度、亮度及飽和度都會有相應衰減，當傳輸視頻的同軸網絡阻抗不匹配(也稱失配)時，視頻信號傳輸到終端會有部分色度、亮度及飽和度產生微反射，反射回來的信號會回到發射處形成再反射，與視頻信號疊加經過延時和損耗到達終端。多個反射信號將在接收端產生碼間干擾，碼間干擾會導致監視器收到錯誤的輸入信號幅度和相位并顯示出來，這就使傳回來的圖像看起來好象清楚的圖像上又蒙上了一層模糊不清的圖像現象，即重影現象。

　　2.6 靜電干擾

　　(1) 干擾現象

　　圖像時有網紋時有噪點，且時有時無;

　　(2) 干擾原因

　　在發電場、煤礦和工業企業等存在高電壓(1000v以上)輸出、嚴重機械摩擦及高電磁環境場所接地時的對地電位差都在400vp-p~1500vp-p之間。接地與大地之間存在電位差的現象就屬于靜電現象的一種，存在靜電現象時，接地端(包括冷地和熱地)和大地就相當于一個帶正電荷和負電荷的電容器。根據電容器的工作原理可知，當電荷容量達到一定程度時便會放電。那么靜電放電時便會在不同的接地端之間形成電位差，使傳輸線路上屏蔽層形成地電流，從而使干擾信號耦合進視頻信號并送入視頻設備中。靜電對視頻傳輸干擾情況取決于靜電電壓差的大小，嚴重時會造成接口芯片的損傷或損壞。

　　3 解決方案

　　3.1 硬件抗干擾技術

　　硬件抗干擾具有效率高的特點，可將絕大多數干擾據之門外，硬件抗干擾技術是設計時的首選，它能有效抑制干擾源，阻斷干擾通道。只要合理布置與選擇有關參數，適當的硬件抗干擾措施就能抑制視頻通信系統的絕大部分干擾。常見的硬件抗干擾技術措施有：濾波(無源濾波和有源濾波)技術、去耦技術、隔離技術和接地技術等。

　　(1) 濾波技術

　　濾波的目的是為了抑制噪聲干擾，濾波分為無源濾波和有源濾波兩種。

　　無源濾波器

　　由無源元件(如電阻、電容和電感等)組成的濾波器稱為無源濾波器。信號通過濾波器，被衰減的信號頻帶稱為阻帶，被傳輸的信號頻帶稱為通帶。按照阻帶和通帶的頻譜可將濾波器分為低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器和帶阻濾波器等四種。

　　在視頻通信系統的抗干擾技術中，使用最多的是低通濾波器。

　　有源濾波器

　　由于視頻通信系統對設備的體積和重量有很高的要求，而無源濾波技術中的rc低通濾波器在衰減無用信號的同時，也對有用信號進行了衰減。因此，人們就設計出了由電阻、電容和有源元件(如晶體管、運放)組成的濾波器，即有源濾波器。rc有源濾波器可做成混合型集成電路，體積很小，重量很輕，因而非常適合在視頻通信系統的抗干擾技術中應用。

　　(2) 去耦技術

　　視頻通信系統中，有很多干擾是通過數字信號電平轉換過程中產生很大的沖擊電流，在傳輸線和共用電源內阻上產生較大的壓降，并且耦合到供電電源上，使供電電壓跳動導致的。

　　為了降低這種干擾的影響，除了在布線上采取措施，使雜散電容降至最小，更主要的是給每個集成電路配置去耦電容，如在門電路的電源線端和地線端加接去耦電容。

　　(3) 隔離技術

　　由于視頻通信系統很容易受到電磁波和強電設備的干擾，在衰減干擾信號的同時，還要考慮到將干擾源隔離，或者切斷干擾通道。常見的隔離方式有光電隔離、變壓器隔離、繼電器隔離和加屏蔽罩等。在視頻通信系統中加屏蔽罩是最適用的一種方法。

　　(4) 接地技術

　　視頻通信系統的干擾和系統的接地方式有很大的關系。接地技術往往是抑制噪聲的重要手段。為了減小干擾，在視頻通信系統的接地技術中要注意：數字“地”與模擬“地”分開;對同軸電纜要采取屏蔽接地;視頻通信設備要采取工作接地。

　　3.2 軟件抗干擾技術

　　應用硬件抗干擾技術后，仍有少數干擾竄入視頻通信系統，引起不良后果，所以軟件抗干擾技術作為第二道防線。

　　常見的軟件抗干擾技術有：限幅濾波法(又稱程序判斷濾波法)、中位值濾波法、算術平均濾波法、遞推平均濾波法(又稱滑動平均濾波法)、中位值平均濾波法(又稱防脈沖干擾平均濾波法)、限幅平均濾波法、一階滯后濾波法、加權遞推平均濾波法、消抖濾波法、限幅消抖濾波法等。限幅濾波法設計流程圖如圖1所示。

　　4 結束語

　　實踐證明，上述抗干擾技術在視頻通信系統中是有效的，并且進一步證明了抗干擾技術在視頻通信系統中的重要性。在視頻通信系統實際研制與維修過程中，應該根據不同的干擾情況采取相應的抗干擾措施，將干擾降低到最小，從而保證系統的穩定性和可靠性。