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(jìn)步和電子科技的快速發(fā)展，視頻通信作為人類視野的延伸，被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。視頻通信應(yīng)用環(huán)境的復(fù)雜及應(yīng)用規(guī)模的擴(kuò)大，使通信的傳輸成為業(yè)界關(guān)注的重要話題，并促進(jìn)了通信傳輸方式由單一化向多元化迅速發(fā)展，各種傳輸方式以自己獨(dú)特的適應(yīng)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(jìn)一步拓展的障礙。

　　2 視頻通信系統(tǒng)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?shù)膫鹘y(tǒng)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(jīng)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?shù)奖O(jiān)視端的傳輸方式，圖像在傳輸時(shí)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(xiàn)網(wǎng)紋、橫紋和噪點(diǎn)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(dǎo)式干擾和輻射式干擾。下面分析一下常見視頻干擾現(xiàn)象及其原因。

　　2.1 工頻干擾

　　(1) 干擾現(xiàn)象

　　圖像出現(xiàn)雪花噪點(diǎn)、網(wǎng)紋或很寬暗橫帶持續(xù)不斷滾動;

　　(2) 干擾形成原因

　　此現(xiàn)象是當(dāng)攝像端與監(jiān)控設(shè)備端同時(shí)接地時(shí)，由于地電阻及電纜外皮電阻的存在，在兩地之間電力系統(tǒng)各相負(fù)載不平衡或接地方式不同引起工頻電位差，從而產(chǎn)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(gòu)成回路產(chǎn)生地電流，地電流經(jīng)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(chǎn)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(xiàn)象

　　圖像出現(xiàn)較密的斜形網(wǎng)紋，嚴(yán)重時(shí)會淹沒圖像。

　　(2) 干擾原因

　　當(dāng)視頻電纜在空中架設(shè)時(shí)，空中電磁波干擾信號所產(chǎn)生的空間電場會作用于視頻傳輸線路，使線路兩端從而產(chǎn)生相當(dāng)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(chǎn)生干擾電流，而一般情況下攝像端和監(jiān)控設(shè)備端均為接地狀態(tài)，這就使干擾電流通過線纜兩端接地點(diǎn)與大地形成回路，導(dǎo)致終端負(fù)載產(chǎn)生干擾電壓，干擾信號耦合進(jìn)視頻信號中，產(chǎn)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(xiàn)象

　　圖像出現(xiàn)靜止水平條紋;

　　(2) 現(xiàn)象原因

　　由于聲音、數(shù)據(jù)等信號屬于低頻信號，其頻帶狹窄在傳輸時(shí)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(chǎn)生干擾電壓，從而影響圖像質(zhì)量。

　　2.4 高頻干擾(高頻噪聲干擾)

　　(1) 干擾現(xiàn)象

　　圖像出現(xiàn)雪花點(diǎn)或高亮點(diǎn);

　　(2) 現(xiàn)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(qiáng)，但是強(qiáng)高頻干擾信號還會對圖像的傳輸產(chǎn)生干擾。大電荷負(fù)載啟停、變頻機(jī)及高頻機(jī)等在工作時(shí)除了輸出高強(qiáng)度基波外，同時(shí)還會產(chǎn)生高強(qiáng)度的二次諧波。雖然諧波強(qiáng)度比基波低很多，但高次諧波頻帶很寬且成分復(fù)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(nèi))的視頻信號造成不同程度的干擾。經(jīng)過多次精密實(shí)驗(yàn)，高頻干擾信號的基波和諧波頻率均在45mhz以內(nèi)。

　　2.5 反射干擾

　　(1) 干擾現(xiàn)象

　　圖像出現(xiàn)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(yīng)衰減，當(dāng)傳輸視頻的同軸網(wǎng)絡(luò)阻抗不匹配(也稱失配)時(shí)，視頻信號傳輸?shù)浇K端會有部分色度、亮度及飽和度產(chǎn)生微反射，反射回來的信號會回到發(fā)射處形成再反射，與視頻信號疊加經(jīng)過延時(shí)和損耗到達(dá)終端。多個(gè)反射信號將在接收端產(chǎn)生碼間干擾，碼間干擾會導(dǎo)致監(jiān)視器收到錯(cuò)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(xiàn)象，即重影現(xiàn)象。

　　2.6 靜電干擾

　　(1) 干擾現(xiàn)象

　　圖像時(shí)有網(wǎng)紋時(shí)有噪點(diǎn)，且時(shí)有時(shí)無;

　　(2) 干擾原因

　　在發(fā)電場、煤礦和工業(yè)企業(yè)等存在高電壓(1000v以上)輸出、嚴(yán)重機(jī)械摩擦及高電磁環(huán)境場所接地時(shí)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(xiàn)象就屬于靜電現(xiàn)象的一種，存在靜電現(xiàn)象時(shí)，接地端(包括冷地和熱地)和大地就相當(dāng)于一個(gè)帶正電荷和負(fù)電荷的電容器。根據(jù)電容器的工作原理可知，當(dāng)電荷容量達(dá)到一定程度時(shí)便會放電。那么靜電放電時(shí)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(jìn)視頻信號并送入視頻設(shè)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(yán)重時(shí)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(shù)

　　硬件抗干擾具有效率高的特點(diǎn)，可將絕大多數(shù)干擾據(jù)之門外，硬件抗干擾技術(shù)是設(shè)計(jì)時(shí)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(guān)參數(shù)，適當(dāng)?shù)挠布垢蓴_措施就能抑制視頻通信系統(tǒng)的絕大部分干擾。常見的硬件抗干擾技術(shù)措施有：濾波(無源濾波和有源濾波)技術(shù)、去耦技術(shù)、隔離技術(shù)和接地技術(shù)等。

　　(1) 濾波技術(shù)

　　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?shù)男盘栴l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(tǒng)的抗干擾技術(shù)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(tǒng)對設(shè)備的體積和重量有很高的要求，而無源濾波技術(shù)中的rc低通濾波器在衰減無用信號的同時(shí)，也對有用信號進(jìn)行了衰減。因此，人們就設(shè)計(jì)出了由電阻、電容和有源元件(如晶體管、運(yùn)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(tǒng)的抗干擾技術(shù)中應(yīng)用。

　　(2) 去耦技術(shù)

　　視頻通信系統(tǒng)中，有很多干擾是通過數(shù)字信號電平轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生很大的沖擊電流，在傳輸線和共用電源內(nèi)阻上產(chǎn)生較大的壓降，并且耦合到供電電源上，使供電電壓跳動導(dǎo)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(gè)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(shù)

　　由于視頻通信系統(tǒng)很容易受到電磁波和強(qiáng)電設(shè)備的干擾，在衰減干擾信號的同時(shí)，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(tǒng)中加屏蔽罩是最適用的一種方法。

　　(4) 接地技術(shù)

　　視頻通信系統(tǒng)的干擾和系統(tǒng)的接地方式有很大的關(guān)系。接地技術(shù)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(tǒng)的接地技術(shù)中要注意：數(shù)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(shè)備要采取工作接地。

　　3.2 軟件抗干擾技術(shù)

　　應(yīng)用硬件抗干擾技術(shù)后，仍有少數(shù)干擾竄入視頻通信系統(tǒng)，引起不良后果，所以軟件抗干擾技術(shù)作為第二道防線。

　　常見的軟件抗干擾技術(shù)有：限幅濾波法(又稱程序判斷濾波法)、中位值濾波法、算術(shù)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(quán)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(shè)計(jì)流程圖如圖1所示。

　　4 結(jié)束語

　　實(shí)踐證明，上述抗干擾技術(shù)在視頻通信系統(tǒng)中是有效的，并且進(jìn)一步證明了抗干擾技術(shù)在視頻通信系統(tǒng)中的重要性。在視頻通信系統(tǒng)實(shí)際研制與維修過程中，應(yīng)該根據(jù)不同的干擾情況采取相應(yīng)的抗干擾措施，將干擾降低到最小，從而保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。