Передача аналогового видеосигнала …для «чайников».[Алгоритм безопасности № 4, 2005]

© [Алгоритм безопасности № 4, 2005, www.algoritm.org]

Полный вариант статьи. В журнале «Алгоритм Безопасности» №4/2005 приведен вариант с сокращениями.

Вроде бы по теме передачи аналогового видеосигнала, во всяком случае, касательно передачи по витой паре — уж точно, на страницах нашего издания сказано если не все, то практически все. И тем не менее, как показывает практика, у потребителя по-прежнему нет единого понимания данного вопроса. А может быть причина в том, что мы рассматривали отдельные стороны общего вопроса, но ни разу не говорили о вопросе в целом? Может быть, углубляясь в технические нюансы отдельных составляющих, мы сами «за деревьями спрятали лес»? Долго думая, о чем же еще написать для тематического издания, посвященного передаче видеосигнала, в конце-концов решили, что пора…начать все сначала, а технические нюансы желающие смогут найти в изданиях предыдущих. Итак!

Прежде всего, о заголовке. Употребив популярный нынче термин «для чайников» мы вовсе не подвергаем какому-либо сомнению авторитет читателя, как технического специалиста, а лишь собираемся в изложении материала соблюсти этот стиль, который призван дать, прежде всего, нужное направление самостоятельной мысли и, возможно, породить собственное желание разбираться с интересующими вопросами на более глубоком уровне. Соблюдая стиль для «чайников» будем:

• излагать материал исключительно простым и доступным языком;
• давать информацию «без лишних подробностей»;
• будем позволять себе юмор в изложении материала «любой серьезности».

Начнем с того, что система передачи видеосигнала в обязательном порядке присутствует в абсолютно любой системе видеонаблюдения. То, что отдельные фирмы и личности позволяют себе называть системой видеонаблюдения всего лишь аппаратуру обработки и синтеза видеоизображения (встречали, конечно, и не один раз рекламные модули с платами ввода и компьютерами под громкими названиями «Цифровые системы видеонаблюдения»), оставим на их совести, — никакая это не система, а всего лишь отдельный ее элемент. Все же система — это когда камера где-нибудь там, где надо смотреть, а экран и прочая аппаратура там, где необходимо или хочется в момент наблюдения быть. А связать их между собой призвана именно система передачи.

Более того, система передачи является для инсталлятора главным элементом общей системы видеонаблюдения, ибо все остальное, как правило, — законченные изделия, которые можно купить (в том числе и в настроенном под конкретные задачи виде), заменить, если не понравилось. Систему передачи каждый раз придется строить. Аппаратура передачи, конечно, покупается, но система строится — кроме аппаратуры необходимо грамотно выбрать кабель, если речь не идет о радиоканале, или грамотно установить антенны, если средой передачи является эфир, необходимо грамотно кабели проложить, раскроссировать, обеспечить надежные контактные соединения, не забыть проработать вопросы заземления, защиты и т.п. и т.д. И строится система передачи каждый раз новая, несмотря на возможно полную идентичность «строительных материалов».

Рынок видеонаблюдения чрезвычайно молодой. Лавинообразно растет не только его номенклатура, но и количество фирм — его субъектов. Гонка «за место под солнцем» заставляет фирмы позиционировать себя и свой товар любыми возможными и невозможными с точки зрения здравого смысла способами.

Попав в водоворот рекламы, направленной на это позиционирование, клиент, не имеющий собственной четко сформулированной позиции по принципиальным вопросам, к коим, в частности, относится передача видеосигнала, нередко окончательно теряется и становится слепым заложником такой, мягко говоря, не совсем корректной рекламы. А бывает, что и жертвой тривиального обмана, продиктованного не обязательно злым умыслом «продать любой ценой», но и нередко собственным незнанием продавца — слишком огромен и разношерст вал продукции, устремившейся на рынок.

Но даже, если продавец честен и добросовестен, в первую очередь он даст вам ту информацию, которую он сочтет нужным дать, а вовсе не ту, которая в данный момент нужна именно вам. Хорошо, если такие информации пересекаются. Но могут и не пересечься.

А посему, очень хотелось бы, чтобы потенциальный потребитель, прочтя эту статью, смог бы сформулировать необходимый перечень вопросов, которые он в том или ином случае должен задать продавцу оборудования и на которые должен получить ответы, а не пытаться впитать в себя весь поток возможной рекламной информации, из которой пытаться потом «скроить свой объект». На откровенный обман мало, кто решится, поэтому уменьшается и вероятность быть обманутым.

На этом вступительная часть заканчивается. Переходим к изложению собственно темы.

Дабы «за деревьями не спрятался лес», пойдем от общего к частному, от вопросов почти философских к вопросам техническим.

Раз речь идет о передаче, первый параметр, который приходит на ум и который выставляется на первое место в рекламных и технических материалах — дальность передачи. Этот же параметр выступает главным моментом позиционирования своей продукции фирмами-производителями и/или поставщиками.

И сразу же — первые подводные даже не камни, а, скорее, мины для потребителя, слепо идущего на поводу предложений рынка, без самостоятельного осмысления вопроса.

«Передача видеосигнала на расстояние до 2-х км без потери качества»;

«Передача видеосигнала по многомодовому оптоволокну на расстояние до 5 км без ретрансляций, до 100 км с ретрансляциями»;

«Передача видеосигнала по кабелю РК-75-4 на расстояние до 25 км»

Все это — дословные «предложения» нашего рынка, изложенные в совершенно реально существующих рекламных материалах касательно передачи аналогового видеосигнала. С другой стороны — это действительно замечательный материал для «разбора полетов».

Фраза «без потери качества» встречается очень часто, причем, не только в рекламных материалах, но и в технических описаниях, по крайней мере, таковыми называемыми. С нее и начнем.

Предлагаю, не зарываясь вглубь вопроса, принять за аксиому, что без потерь не то, что передачи сигнала, а вообще никакого движения ни в пространстве, ни во времени не происходит. «Без потерь» — это что-то из области вечного двигателя, заявки на который уже давным-давно не принимаются.

Как только купленный вами автомобиль пересек ворота автосалона, его цена уже упала (по-моему, на 6%)

Потери будут всегда! Природа их в зависимости от способа передачи будет несколько отличаться друг от друга, но не радикально.

Таким образом, фраза «передача без потери качества» должна, как минимум, насторожить — рекламный обман уже присутствует; что же будет дальше?

Теперь о «качестве». Кто это качество определил? Что в видеонаблюдении качественно, а что нет? Думаю, что не пустое множество тех, кто уверен, что 570 телевизионных линий — это качество, а вот 380 — нет. Что разрешение оцифрованного кадра 768х576 — это очень качественно, а 384х288 на понятие «качества» не тянет. Что качественно, когда «реальное время», а «реальное время» — это не иначе, как 25 кадров/секунду. И под всеми подобными заявлениями рекламодатель подводит черту: «качество стоит денег, но нельзя экономить на качестве». А мне бы, совсем подводя черту, хотелось бы сделать окончательный вывод в виде лозунга, который долгое время висел у станции метро «Приморская»: «Лохотрон — это обман!».

Уже не первый раз цитирую французского математика Д.Пойя: «Прежде, чем решать задачу, полезно познакомиться с ее условием».

Позвольте сформулировать вторую философскую аксиому: «Не бывает качества абсолютного. Качество может быть определено только относительно конкретной задачи».

Разрешение 768х576 — это «качество»? Перемножьте! Что получили? 442 368 pix, т.е. 0,4 мегапиксела. Господа, но ведь уже у «мобильника» разрешение встроенной «камерушечки» (камерой-то назвать язык не поворачивается) и то дошло до 1,3 мегапиксала, а в качестве домашней бытовой фотокамеры покупаем уже не менее, чем 5-ти мегапикселную. Но и такая с форматом матрицы где-нибудь 1/2,8″ на понятие профессиональной техники для нынешнего фоторынка не тянет. А есть и профессиональные камеры ( в рамках сегодняшнего дня) 13-ти мегапикселные, с форматом матрицы 4 х 6 см (это вам не 1/3, а тем более — 1/4 дюйма) с корпусом без швов из нержавейки, ценой в 21 000 у.е. Так что «абсолютное качество» в 768х576 можно рассматривать и как «абсолютные дрова» (или «полный отстой», выражаясь языком современной молодежи), смотря, с чем сравнивать.

Кто-то когда-то решил, что 25 к/с — «это реальное время» (хотя, всего лишь — частота кадров при черезстрчочной телевизионной развертке), а вот 4 к/с — это уже нереальное, а «реальное время»- значит, качество. Но в век бытовых кинокамер частота съемки была и 16 к/с, и 18 к/с; а 24 к/с имели только 16-миллиметровые камеры «Красногорск», «Киев», «Альфа» и т.п. И все это считалось «реальным временем».

А ведь снимают и с частотой 400 к/с. И полет пули ведь снимают. И что для такой задачи наше «качественное реальное время»? Засмеют нас с таким качеством!

С другой стороны, покупает домохозяйка видеокассету с какой-нибудь мелодрамой и льет перед экраном слезы умиления, не задумываясь о том, что разрешение в данном случае где-нибудь 280 телевизионных линий, а то и меньше. Потому что, ее это устраивает. Добавив разрешение, слез умиления ни прибавится, ни убудет. На конечную задачу не повлияет.

Вероятно, под «качественностью» следует понимать перечень и значение необходимых параметров, которые устраивают данного потребителя, обеспечивая решение его конкретной задачи в полном объеме (а не максимально достижимые параметры для конкретного рынка в конкретный момент времени).

И тогда получаем: есть исходное качество (в смысле конкретных значений исходных параметров, формирующих потребительские свойства), есть неизбежные потери в процессе передачи. В результате на приемном конце получаем уже качество иное, в любом случае отличное от исходного, причем, «не в лучшую сторону».

Потери будут и при передачи цифрового сигнала, но дабы избежать «каши в голове», давайте пока говорить о сигнале аналоговом.

Устроит это новое качество потребителя или нет, решать ему в зависимости от стоящей перед ним задачи. При передаче сигнала потери напрямую зависят от дальности передачи, а также от среды.

Поскольку исходное качество строго не является величиной постоянной, потери являются функцией дальности передачи и среды передачи, новое качество зависит от оценки потребителя в зависимости от конкретной задачи, нельзя говорить о какой-либо безотносительной дальности передачи, так сказать, дальности вообще. Таковой просто не бывает!

Это нередко является существенным моментом непонимания между производителем аппаратуры и потребителем. И на нем же играют приверженцы недобросовестной рекламы.

А главным параметром, на основании которого можно делать выбор той или иной аппаратуры для решения задачи передачи — именно потери, являющиеся функцией дальности и среды передачи. Начальное качество известно, источник сигнала имеется (по крайней мере, имеются все его технические параметры). Конечное качество потребителю тоже должно быть известно — что он хочет получить, он знать должен, иначе он вообще не представляет задачу. Разница в параметрах и будет составлять предельно допустимые потери. Если при требуемой дальности, в выбранной среде передачи потери не превышают предельно допустимые, аппаратура пригодна для решения данной задачи. А вот если говорят, что на 2 км без потерь, то возникает резонный вопрос, а если 2,5 км, а если 3 км — может лично вас появившиеся там, за пределами 2-х км потери устроят?

По-моему, мне удалось найти подходящую аналогию, наглядно иллюстрирующую вышесказанное.

Даже если я назову конкретную марку ружья, ни одну цифру, характеризующую дальность стрельбы из него, указанную вообще, нельзя будет считать правильной. А в техническом паспорте этого изделия будут указаны следующие цифры:

• скорости вылета из канала ствола различных типов снаряда ( различных типов пуль, номеров картечи и дроби) в зависимости от типа пороха, его навески и типа пыжа. Это — наше начальное качество, но которое в принципе никогда не будет приложено непосредственно к цели;
• скорости тех же типов снарядов на различных удалениях от дульного среза (10, 20, 35, 50…метров). Это — наше новое качество на различных дальностях передачи. Потери в данном случае — потери скорости.
• дистанция, на которую данное ружье пристреляно и данные такой пристрелки для различных типов снарядов (кучность, постоянство боя, поперечник рассеивания и т.п.). Для гладкоствольных серийных ружей эта дистанция составляет 35 метров.

А в разделе, относящемся к безопасности, будет сказано, что это ружье может быть опасно при стрельбе, например, пулей на расстоянии до 1 км. Вот простор для рекламных фантазий!

Нормальному человеку понятно, что быть опасным и эффективная дальность поражения вещи принципиально разные. Вероятно, если направить ружье под 45 градусов к горизонту, а где-то в точке вероятного падения пули кто-то будет стоять, задрав глаза к небу, то есть вероятность того, что при попадании пули в глаз последний может пострадать. Безопасность и должна рассматривать предельные возможные параметры при мизерных вероятностях. Однако, уверен, никому не придет в голову вычислять угол места и азимут для преднамеренного поражения цели при таких предельных условиях.

А для эффективного применения сего оружия его пользователь обязан знать, например, что для надежного поражения пернатой дичи в нее должны попасть не менее 4-х дробин номера (диаметра), соответствующего данному виду дичи, имеющих скорость не менее 180 м/с. Должен четко представлять свои способности, как стрелка, дабы соотнести их с данными пристрелки. Т.е., возвращаясь к нашей теме, должен точно владеть стоящей задачей. Собственно это и отличает настоящего специалиста, ибо все остальные данные имеются или легко вычисляются простейшими арифметическими действиями — настоящий охотник не выпустит из руки стакан и не будет хвататься за ружье, завидев уток, летящих на высоте 70 метров. А, несмотря на то, что стрельба пулей опасна до километра, правила запрещают стрелять копытных зверей из гладкоствольного оружия на дистанциях свыше 35 метров.

Итак, главные выводы из философской части нашего повествования:

• любая передача неизбежно влечет потери;
• бессмысленно говорить о дальности передачи вообще, безотносительно связанных с ней напрямую потерь;
• собственно потери являются главными характеристиками системы передачи, состоящей из аппаратуры передачи и среды передачи.

С этими выводами переходим к части технической.

Возможные варианты передачи аналогового видеосигнала: по коаксиальному кабелю, по витой паре, по эфиру, по оптоволоконным линиям.

Главная «проблема» видеосигнала в том, что он занимает собой весь широченный спектр частот от 50 Гц до 6 МГц. Чтобы передать сигнал, так сказать, «в лоб», и аппаратура передачи, и среда передачи должна позволять передавать весь этот спектр. Под «не в лоб» для аналогового сигнала в данном случае понимается передача модулированного сигнала, о чем непременно скажем, но чуь ниже.

Самая что ни на есть «в лоб» передача немодулированного видеосигнала — передача по коаксиальному кабелю, которая, что бы ни говорили сторонники «технологий завтрашнего дня» в своих рекламных призывах, на сегодняшний день по общему количеству систем видеонаблюдения составляет абсолютное большинство.

Взяли камеру, взяли коаксиальный кабель, соединили выход «видео» с центральной жилой кабеля, соединили «землю» с экраном, подали на камеру питание и …все. На другом конце кабеля соединяем центральную жилу с «видео» монитора, а экран с его «землей» или корпусом. Включаем монитор и видим «картинку». Проще не бывает.

И, естественно, сразу начинаются потери в виде затухания видеосигнала, и чем дальше, тем больше.

Но видеосигнал занимает очень широкий спектр, а затухание на разных частотах различны для одного и того же кабеля — на высоких частотах затухание больше, на низких — меньше. Зависимость коэффициента затухания от частоты передаваемого сигнала (для заданной длины кабеля) носит название амплитудно-частотной характеристики кабеля и является его важнейшей технической характеристикой, о чем нами на страницах данного издания уже говорено-переговорено применительно к теме передачи видеосигнала по витой паре.

Однако, очень сомневаемся, что вам удастся где-нибудь в справочно-рекламной литературе по кабелям отыскать их амплитудно-частотные характеристики. Скорее всего, вы найдете величину затухания в дБ на длине 100 метров для фиксированной выбранной частоты. Причем, частота эта будет далеко за верхней границей частоты нашего видеосигнала — десятки мегагерц (50 МГц, 100 МГц …), ибо изначальное предназначение этих кабелей — передача телевизионного сигнала. Так они зачастую и называются — телевизионные кабели. И, хотя системы видеонаблюдения могут называться и системами охранного телевидения, и системами замкнутого телевидения, передача видеосигнала «в лоб» и передача телевизионного сигнала — вещи разные. О телевизионном сигнале — чуть ниже.

Возможные варианты:

Первый, самый распространенный на рынке — «опыт — сын ошибок трудных». За прошедшее время рынок выработал «список предпочтений», на который и опирается. Например, кабели РК-75-4, РК-75-2, RG-59, SAT-50, SAT-703 и т.п. И накопился чисто практический опыт в зависимости от дальностей, которые «прошли через руки» инсталлятора.

Второй вариант — снять АЧХ самостоятельно для применяемых кабелей и стать обладателем такой «эксклюзивной» информации. Почему «эксклюзивной»? Потому что ни разу с подобным сталкиваться не приходилось.

В действительности все происходит гораздо «топорнее». При «встрече» с новым кабелем берется за базу то, что имеется — затухание на заданной дальности на указанных изготовителем частотах и делается сравнение «в общем» на основании данных для тех же частот для апробированных «в деле» кабелей. И делается интерполяция «на глазок» для более низких частот видеосигнала.

Итак, проходя по коаксиальной линии, видеосигнал претерпел затухание, а поскольку затухание различно на различных частотах, то еще и искажения. Скомпенсировать такие потери призван усилитель — корректор, который должен усилить сигнал, так сказать, симметрично затуханиям — низкие частоты усилить меньше, средние больше, высокие — еще больше, чтобы «в идеале» вывести результирующую АЧХ (линии передачи + усилителя корректора) «в нули». Но «в идеале» ничего не бывает. Обойтись тремя регулировками по низким, средним и высоким частотам при таком широком спектре частот для сведения результирующей АЧХ «в нули» все равно не удастся. Тем более, что в большинстве случаев критерием служит визуальная оценка «правильности» настройки по изображению «картинки» на мониторе. Значит, какие-то искажения относительно сигнала первоначального все равно останутся. А в дополнение ко всему неизбежно присутствуют собственные шумы всей аппаратуры тракта, и если усилитель установлен не на передающей, а приемной стороне, то он их «благополучно» усилит, снизив значение очень важной характеристики «сигнал/шум».

Если отойти от теории и перейти к «боевому применению», то думать о вносимых коаксиальной линией затуханиях и искажениях применительно к «достаточно дубовым» задачам видеонаблюдения для кабеля, скажем, RG-59 или РК-75-4, придется, начиная с дальностей метров 300–350.

Но самое «замечательное», что при грамотном выборе кабеля (если инсталлятор не рассуждает по схеме: чем тоньше, тем удобнее, значит, лучше), все вышеизложенное в абсолютном большинстве случаев останется в области теории, потому что, скорее всего, на таких дальностях (а то и меньших), особенно, на индустриальных объектах, наш видеосигнал «умрет» гораздо раньше по причине помех. Экран коаксиального кабеля, являющийся «минусом» видеосигнала, для эфирной помехи представляет собой полноценную антенну — все, что на нее «сядет», попадет на видеосигнал. Помехи, так скажем, «земельного» характера могут быть устранены за счет грамотного построения системы и/или применения устройств гальванической или оптической развязки, чему была посвящена отдельная статья («АБ» спецвыпуск, 2002 г. «Не плюй на землю»). Цена же полноценного экранирования от наводимых помех всей коаксиальной трассы заставляет искать иные, более рентабельные пути передачи сигнала. Именно наводимые помехи являются главным «камнем преткновения» передачи аналогового видеосигнала по несимметричным коаксиальным линиям. Посему, даже не будем затрагивать вопросы многокаскадного усиления, до него уж точно на практике дело не дойдет.

Опять вернусь к «оружейной аналогии». Несмотря на то, что абсолютно любой снаряд, свободно выпущенный из абсолютно любого оружия, всегда летит по параболе, никто никогда не рассчитывает баллистическую кривую для гладкоствольного охотничьего оружия, не устанавливает на него прицельных приспособлений, учитывающих отклонения снаряда от линии прицеливания, ибо реальные ошибки от такого неучета имеют другой порядок малости в сравнении с ошибками стрелка (абсолютно любого уровня), допустимым случайным разбросом точки попадания. А на дальностях, где такие ошибки «начинают работать», такое оружие перестает быть таковым по причине полной потери своей эффективности (большая потеря скорости).

Отдельно проблеме помех была посвящена наша статья в «БДИ» №2/2000, и здесь ее предметно рассматривать не будем.

Завершая разговор о передаче аналогового видеосигнала «в лоб» по коаксиальному кабелю заметим, что если на объекте длина линии передачи превышает ~ 150 метров, а заказчик одержим идеей экономии любой ценой и требует обойтись коаксиальными кабелями «безо всяких излишеств», в техническом задании непременно появится наша фраза: «Данная конфигурация системы не исключает наличия помех. Если таковые возникнут, работы по их ликвидации или уменьшению оплачиваются заказчиком отдельно». Есть в нашем активе объекты, где передача видеосигнала по коаксиальному кабелю по причине наводимых помех оказалась невозможной, начиная с дальности в 30 метров.

Можно передать видеосигнал по коаксиальным линиям и «не в лоб».

Речь идет о передаче уже телевизионного сигнала, сформированного из исходного видеосигнала. Суть состоит в том, что передается не весь спектр видеосигнала, шириной в 6 МГц, а сигнал высокой частоты, модулированный по амплитуде нашим видеосигналом (для видео; для аудио используется модуляция частотная, но аудио в данном случае не затрагиваем).

Сигнал с видеокамеры (или другого источника) подаем уже не непосредственно в линию, а на вход телевизионного модулятора, который формирует нам сигнал телевизионный, а его уже подаем в коаксиальную магистраль. Заметим сразу, что модулятор должен быть «настоящим», тот, который используется для подключения игровых телевизионных приставок к антенному входу телевизора, не подойдет — проблем создадите гораздо больше, чем удастся решить за счет его использования.

Очевидное преимущество — передача не широченного спектра, а очень узкополосного сигнала. Но сигнала высокочастотного.

С одной стороны, подверженность наведенной помехе несравненно меньше, чем при передаче видеосигнала. Только помеха частоты нашего узкополосного сигнала (и/или гармоники частот, попадающие на него) могут испортить нам жизнь. А поскольку «работаем» в телевизионном диапазоне, в этом диапазоне в эфире достаточно «чисто», диапазон контролируется.

И по аналогии с телевидением, в один коаксиальный кабель можно «запихать» не один, а несколько сигналов (как у нас дома, антенный кабель один, а программ телевизионных по нему идет много). А это уже — прямые денежные выгоды: и стоимость собственно кабеля, и монтажных работ, хотя аппаратура передачи стоит денег, которые в общем стоимостном балансе пойдут, конечно, со знаком «минус».

Сигнал высокочастотный, поэтому затухание его в линии существенно больше, чем для самых верхних частот видеосигнала (от нескольких десятков до сотен мегагерц). Зато, для несущих частот в справочной информации можно легко найти точные величины затуханий для указанных дальностей, а на основании этого вычислить величины затуханий для любых промежуточных значений. Для восстановления сигнала нет необходимости в усилителях корректорах, достаточно магистрального усилителя, предназначенного для диапазона частот, в который входит наш телевизионный сигнал. В общем, все, как в нашем обычном телевидении — усилители 1-го метрового диапазона, 2-го метрового, дециметрового. И все вроде бы хорошо. Думаю, закончив на этом теоретические изыскания, кто-то и провозглашает передачу по одному коаксиальному кабелю РК-75-4 множества сигналов аж на 25 км.

На деле так просто не получится.

Есть уровень выходного сигнала на выходе модулятора, есть непосредственные потери в кабеле, напрямую зависящие от его длины и типа, есть потери в разветвителях, на сумматорах, на всевозможных коммутациях. С учетом всех потерь, которые действительно требуют в этом случае достаточно подробного учета, на приемную аппаратуру (фактически, это- классические телевизионные приемники) надо обеспечить подачу сигнала с линии с уровнем не мене 55 дБмкВ

Даже для первого метрового диапазона при передаче по кабелю, скажем, SAT-703, при уровне выходного сигнала с модулятора ~90 дБмкВ, 1-й магистральный усилитель надо будет установить примерно метров через 400. И, как уже было замечено, каждый магистральный усилитель будет усиливать одновременно с полезным сигналом и собственные шумы всего нашего комплекса передачи, которые будут все более и более накапливаться ; соотношение сигнал/шум с каждым новым усилителем в линии будет существенно падать, и в конце-концов наш полезный сигнал в шумах потеряется. Объективные законы физики не позволят нам таким образом гнать сигнал на любые расстояния. Считается, что количество магистральных усилителей в линии не должно превышать восьми. Нетрудно прикинуть, что дальность в 25 км (во всяком случае для указанного магистрального кабеля) завышена где-то раз в десять.

Хотя, если кого-то устроит соотношение сигнал/шум в 20 дБ (заявления, что и этого вполне достаточно, тоже встречались в печатных изданиях рынка), можно потенциально возможную дальность передачи увеличить. А почему бы и нет? Это ж — ваша задача, и только вам определять, что вас устроит, а что — нет. Нас бы не устроило, а вас — не знаем.

Не следует забывать, что каждый усилитель потребует питания, которое надо будет искать в каждом месте установки или тащить централизованное. Ну, и, конечно, каждый усилитель — отдельные деньги.

По-поводу многоканальной передачи по одному кабелю. При передаче по одному кабелю согласно классическим законам телевидения занимаемые каналы не должны быть соседними телевизионными каналами; как минимум — через канал. Кроме того, нельзя занимать каналы, занятые эфирным телевидением (иначе, посредством нашего магистрального кабеля, как антенны, наш телевизионный приемник примет еще и телевизионную программу). И все сигналы в точках усиления надо будет выравнивать, чтобы разница уровней по соседним каналам, из тех, которые заняты нашими сигналами, не превышала 7дБ. Т.е. нужна специальная измерительная техника, нужен солидный набор аттенюаторов (все, как в телевизионной магистральной сети вашего дома). Поскольку выравнивание перед усилением производится за счет ослабления более мощных сигналов до уровня более слабых, ориентироваться при расчете всей магистрали приходится именно на более высокочастотные сигналы, как имеющие большее затухание, и если разброс частот по каналам велик, вульгарно выражаясь, умаетесь вы с единой кабельной линией, да еще с кабелем РК-75-4. Проще добавить еще кабелей, а не заниматься «стахановщиной», как выразился бы М. Руцков.

И еще, для построения подобной системы вам обязательно потребуется высококвалифицированный инженер — «телевизионщик». Силами просто бригады монтажников систему передачи точно организовать не удастся.

Из того, что строили мы подобным способом:

• максимальное количество каналов, передаваемых в одном кабеле, — восемь;
• максимальная дальность, которую «построили» не ради спортивного интереса, а, оснащая реальный объект, составила километр при кабеле SAT-703, при одном магистральном усилителе примерно на половине трассы; в одном магистральном кабеле передаются четыре телевизионных сигнала. Скажу честно, что шумы на экране мониторов хотя и не являются ограничением для решения задачи наблюдения, тем не менее, видимы.

С момента разработки и выведения на рынок в 1997 году собственной аппаратуры передачи по витой паре, как способ передачи видеосигнала на большие расстояния, ВЧ-модуляцию видеосигнала с передачей по коаксиальным линиям для своих объектов не рассматриваем.

Но тут же заметим, что в принципе телевизионный сигнал может быть передан на очень большие расстояния по коаксиальным линиям. Была (не знаю, как сейчас) такая линия между Москвой и тогда еще Ленинградом. Но, специально для этих целей создавался кабель с малым затуханием, по толщине больше напоминавший магистральный трубопровод, нежели кабель. Специально для этого создавались целые усилительные комплексы, размер которых, думаю, может превосходить размер очень многих помещений охраны на наших объектах. Но даже прикидывать по рентабельности такую систему к любой задаче нашего рынка и сравнивать по рентабельности с иными доступными сегодня способами передачи, никакого смысла нет.

Лирическое отступление по поводу кабеля для телевизионного сигнала. Очень часто в последнее время приходится встречаться с ситуацией, когда в свете массовых евроремонтов для прокладки телевизионного кабеля (в общей массе со всеми остальными кабелями объекта) задействуются исключительно «строительно-дизайнерские» силы. В результате оказывается, что антенная сеть, по крайней мере, от центрального магистрального кабеля разведена РК-75-2 ( RG -59 микро, CW -41 и т.п.), а потом начинаются проблемы со слабым сигналом, с установкой усилителей, с шумами на экране. Особенно, если телевизоры установлены везде и повсюду. А «стрелочник» — конечно, «телевизионщик», ибо к моменту подключения телевизоров строителей уже и след простыл. Поэтому, следует осознавать, не все, что допускается для низкочастотного видеосигнала, можно для сигнала телевизионного. В том числе, и тонкий кабель.

Зато «живет и процветает» идея ВЧ-модуляции, как радикальный способ ухода от наведенных помех, когда коаксиальный кабель менять какой-то иной средой передачи нет возможности или желания, а все иные способы должного результата не принесли.

И лично наше мнение, что нет более, если можно так выразиться, рыночного на сегодняшний день способа передачи видеосигнала, если речь идет о бытовых системах видеоконтроля, когда оснащаются жилые помещения, имеющие полноценную телевизионную сеть. В особенности, если речь идет о коллективных системах жилых домов. Ибо в этом случае собственно вся система передачи уже построена и отлажена, если телевизоры у жильцов показывают нормально. А нам остается только добавить к каналам эфирного телевидения свои, от наших камер. Тем более дальности передачи даже для высотных домов не таят в себе каких-либо непредсказуемых «сюрпризов»; любые неудачи в подобных случаях могут быть только результатом конкретных ошибок конкретных людей.

Конечно, строить подобные системы надо исключительно грамотно, согласно всем канонам телевидения с обязательным привлечением высококвалифицированных специалистов. Никакие «конфликты» с эфирным телевидением недопустимы.

Подробно вопросы построения коллективных бытовых систем рассматривались нами на страницах журнала «БДИ» №5/99 и №3/2000, приведены схемные решения. Если перед вами стоит подобная задача, советуем ознакомиться с указанным материалом, прежде чем сделать выбор в пользу той или иной системы передачи видеосигнала.

Идеологически «вплотную» к системе передачи ВЧ-модулированного сигнала стоит передача видеосигнала по радиоканалу.

Очень подробно эта тема в объеме, достаточном для общего понимания вопроса, изложена в статье «Радиоканал в системах видеоконтроля. Не все так просто, как хотелось бы» («Алгоритм Безопасности» №6/2002). Поэтому занимать дополнительный объем переписыванием этой публикации не будем. Статья небольшая — всего три журнальных полосы. Поэтому любой желающий может получить для себя подробный ответ на вопрос: «Почему не все так просто?». Только напомним кратко основные выводы.

Главный вывод — если есть возможность кабельной передачи, надо передавать сигнал по кабелю. В абсолютном большинстве случаев это оказывается более рентабельным. В любом случае, если речь идет о передаче на значительные расстояния (от ~ 700-800 метров и далее), помимо технических неизбежно придется решать и правовые вопросы согласования в органах «Связьнадзора» (естественно, за отдельные деньги). Радиоканал является самой открытой системой передачи, легче других подвержен злонамеренной постановке помех. Зачастую необходимо проведение специальных работ, строительство сооружений для обеспечения прямой радиовидимости. В целом, объективные законы радиофизики и правовое пространство накладывают очень жесткие рамки применения радиоканала, поэтому решение о таком применении можно делать только на основе всестороннего анализа задачи, среды, правовых условий и предложений рынка.

Передача аналогового сигнала по витой паре

Думаю, не ошибусь, если скажу, что на сегодняшний день на рынке этот способ является наиболее приоритетным, если говорить о линиях передачи протяженностью от ~200 метров до ~3-4-х км. Можно даже сказать, что внедрение этого способа явилось прорывом на рынке видеосистем. И наша фирма в этом прорыве приняла самое активное участие. Начав проработку данного вопроса в 1996 году, мы непрерывно продолжали и продолжаем заниматься этим направлением, разрабатывая новые образцы, учитывающие результаты собственных исследований и рыночный опыт. Этому вопросу посвящено и больше всего публикаций в данном издании, ибо само издание росло и совершенствовалось одновременно с развитием такой техники, а мы, в свою очередь, пользуясь информационными площадями, считали своим долгом непрерывно доводить до наших потребителей и партнеров наиболее актуальные вопросы по этой теме.

Принципиальное отличие передачи по витой паре от передачи по коаксиальной линии состоит в том, что вместо несимметричной линии, сигнал передавать по линии симметричной, и таким образом, убрать главный «камень преткновения» — избавиться от наводимых в линии помех — наводимые в каждом из двух проводников симметричной линии помехи взаимно уничтожаются. Несимметричный сигнал с видеокамеры (или иного источника) преобразуется в симметричный и передается по витой паре, а перед аппаратурой обработки и синтеза изображения, предназначенной для работы со стандартным видеосигналом, вновь преобразуется в сигнал несимметричный. При всем при этом при подаче на вход в аппаратуру приема и синтеза изображения этот видеосигнал должен являться таковым, укладываться по своим параметрам в допустимые отклонения, дабы аппаратура его восприняла.

Естественно, проходя по кабелю, сигнал претерпевает затухания. Речь идет о передаче аналогового сигнала «в чистом виде», в спектре 50 Гц — 6Мгц. А посему, как уже отмечали выше, затухание будет неравномерным : на высоких частотах больше, на низких — меньше. «Битва» идет за большие дальности передачи без промежуточной усилительной аппаратуры, до которых видеосигнал, будь он передаваем по коаксиальной линии, попросту бы «не дожил» по причине помех. Будем считать, что за счет витой пары от одной проблемы — помехи — избавились. Теперь нашей главной «головной болью» становится проблема компенсации затуханий, чтобы на приемном конце сигнал максимально восстановить. Речь идет уже о километровых дальностях, о передаче не по специальным телевизионным кабелям, а по кабелю «витая пара», который изначально производители кабельной продукции «и в мыслях не держали» в качестве среды для передачи видеосигнала. В этих условиях разница затуханий на низких и высоких частотах составляет уже не единицы, а десятки децибел, которые и придется компенсировать.

Конечно, ни о какой передаче «без потерь» говорить нельзя. Можно говорить о том, в какой мере нам удалось полученный на приемном конце сигнал приблизить к исходному. При этом, заметим, характеристики исходного сигнала систему передачи «не волнуют».

Как мы уже отмечали, бессмысленно говорить о дальности передачи вообще, а только применительно к обеспечению конкретных параметров.

Поскольку разные типы кабелей имеют разные амплитудно-частотные характеристики, которые при километровых дальностях отличаются между собой очень и очень существенно, сам тип кабеля для всей системы передачи является очень и очень важным параметром, который непременно должен быть отражен касательно характеристики дальности передачи. Если тип кабеля не оговаривается, вас обманывают. Те параметры, какие могут быть достигнуты на определенной дальности для одного типа кабеля, могут быть в принципе не достижимы для другого типа.

Наиболее подходящим для передачи видеосигнала по витой паре кабелем из имеющихся на рынке является кабель ТППэп. При тех же параметрах принятого сигнала (потерях и искажениях) предельные дальности передачи для кабеля ТППэп приблизительно в 2 раза (!) превышают предельные дальности для кабелей типа FTP, UTP, П-274. Это логически вытекает из анализа АЧХ этих кабелей. Желающие ознакомиться с этим вопросом более подробно могут обратиться к статье «Драйв по тесту» «АБ» №4/2004 г., где приведены «живые» сравнительные АЧХ кабелей.

Подобно ранее упомянутому усилителю — корректору, для компенсации этих неравномерных затуханий в кабеле в линии передачи необходимо иметь дифференциальный усилитель, усиливающий сигнал «симметрично» АЧХ кабеля, при этом разница коэффициентов усилений на низких и высоких частотах достигает нескольких десятков децибел для больших дальностей. В идеале суммарная АЧХ должна быть «в нулях». Но в реальности этого добиться не удастся. Прежде всего, по причине разброса параметров входящих в схему коррекции элементов. Естественно, тремя регулировками (высокие, средние, низкие частоты) более-менее «прилично» скорректировать АЧХ не удастся в принципе. В «нормальной» аппаратуре точек коррекции с не один десяток. А посему, плавная настройка подобной аппаратуры несколькими потенциометрами представляется хотя и теоретически возможной при условии наличия всей необходимой измерительной аппаратуры, должной квалификации специалиста — настройщика и достаточного свободного времени (у нас на подобную настройку одного импортного экземпляра ушло около 8 часов), но практически нереальной в условиях объекта силами инсталлятора. Оптимальной следует считать дискретную настройку путем установки дискретных переключателей в положения, соответствующие дальности линии с определенным шагом, в пределах которого будут соблюдены заявленные параметры (могут изменяться, но величина таких изменений не превысит предельно допустимые отклонения, заявленные в паспорте изделия).

В результате отклонения фактического коэффициента усиления на какой-либо частоте от коэффициента затухания кабеля на этой же частоте, суммарная АЧХ в этой точке будет отлична от нуля, соответственно на этой частоте уровень сигнала может быть как больше, так и меньше исходного на величину такого отклонения. Таким образом, вся результирующая АЧХ (зависимость коэффициента передачи от частоты) будет не строго в нулях, а иметь некую колебательную относительно нуля коэффициента передачи кривую. Максимальное отклонение коэффициента передачи от нуля, называемое максимальной неравномерностью АЧХ, является одним из ключевых параметров аппаратуры передачи по витой паре. Не имея этой характеристики, какой-либо разговор относительно «качественности» или «некачественности» аппаратуры теряет всякий смысл.

Да простят нас постоянные читатели журнала, которые, наверное, уже устали от «неравномерности АЧХ», но, поверьте, есть на рынке не то, что пользователи, а поставщики аппаратуры передачи по витой паре, которые по сей день, вообще, не имеют представления об этой характеристики. Нам уже и самим надоело, да что делать?

Очень полезно, чтобы аппаратура имела возможность общей регулировки усиления для приведения, например, нескольких сигналов к одному уровню; можно увеличить размах изначально ущербного по амплитуде сигнала (например, сигнал с амплитудой менее 0,7 В аппаратура обработки «имеет право» забраковать.)

И, как показал опыт, обязательно должна быть регулировка баланса линии, ибо любая несимметричность на больших дальностях неминуемо даст помеху, а несимметричность, хоть и не часто, но имеет место быть в парах конкретных кабелей.

Поскольку затухание на километровых дальностях очень значительное (для кабеля ТППэп на 6 МГц при длине линии 2 км затухание составляет около 80 дБ), логично сигнал усилить до подачи в линию, иначе не из чего будет потом «вытягивать». Настройку аппаратуры под длину линии логично максимально свести к приемной аппаратуре, чтобы осуществлять настройку в одном посту приема, а не бегать по всему объекту. Посему, как правило, сигнал изначально дифференциально усиливается на передающем конце, а на приемном «доводится до ума», т.е. в соответствии с конкретной длиной кабеля.

Уровень сигнала на выходе передающей аппаратуры тоже является оценочной характеристикой — чем он больше, тем больше соотношение сигнал/шум, что позволяет аппаратуре «справляться» с большим уровнем помех. Например, в нашей практике встретился случай передачи видеосигнала по витой паре кабеля, который проходил в одной трубе с силовым кабелем под напряжением 10 киловольт при длине линии в 700 метров. Победили!

Передаем не картинку, не изображение, а сигнал, который занимает спектр частот от 50 Гц до 6 МГц. Если мы «обрежем» высокие частоты, и передадим, скажем, спектр с верхней границей 5 МГц, то картинку на экране увидим, но не такую же в восприятии, как при 6Мгц — разрешение упадет, но, возможно, кому-то этого хватит. Если «упадем» до 4 МГц, то о передаче цветного сигнала можно даже не мечтать, но возможно, и это кого-то устроит. А вот цены на такие системы будут разниться, и возможно, очень существенно.

А посему, о понятие дальность передачи в нашем случае можем говорить только применительно к конкретному кабелю, к конкретному спектру передаваемого сигнала, к предельным возможным потерям — неравномерности сквозной амплитудно-частотной характеристики.

Т.е. говорим, что данная аппаратура обеспечивает передачу видеосигнала, например, по кабелю ТППэп в спектре 50 Гц — 6 МГц на расстояние 2 км с неравномерностью АЧХ не более 1 дБ.

Обратитесь к статье «Спектр видеосигнала, как отражение потребительских параметров» («АБ» №3/2003) и оцените, как ослабление или усиление на величину указанной неравномерности скажется на потребительских параметрах.

Чтобы перевести дух, проиллюстрируем ситуацию нашей аналогией с оружием. Обязательной характеристикой оружия является поперечник рассеивания при стрельбе тем или иным типом пули на определенных дальностях. Т.е. независимо от мастерства стрелка при жестко закрепленном оружии пули никогда не будут попадать в одну точку, а в некоторый круг, максимальный диаметр которого и представляет собой поперечник рассеивания на заданной дистанции. Для чего эта характеристика? Чтобы стрелок мог определить минимальный размер цели, которая может быть поражена из этого оружия на этой дальности. Если цель меньше, чем поперечник рассеивания, попадание может носить только случайный характер, даже при идеальном стрелке (такого тоже не бывает: стрелок на уровне чемпиона мира дает постоянство боя около 75%). Вывод — надо брать другое оружие с меньшим поперечником рассеивания на требуемой дальности, а свечки выстрелом из револьвера гасят исключительно в кино.

Будет «картинка» на 2100 м? Конечно, будет, но сквозная АЧХ уже однозначно пошла в минус, чем дальше, тем больше. Плавно начинаем «убивать» видеосигнал, начиная с высоких частот. И на 2500 метров «картинка» будет. Даже на 2900 м была. А вот в какой мере она вас устроит, решать вам. Но заявлять, что наша аппаратура передает сигнал на 2900 метров только на основании того, что на мониторе что-то есть, согласитесь, некорректно.

Как корректно увеличить дальность? Этой теме посвящена отдельная статья «Можно, если осторожно…» («АБ» №3/2002). За счет ретрансляции: восстановив сигнал в пределах дальности, соответствующей указанным параметрам, вновь «отправить» его по витой паре на следующий участок за счет другого комплекта аппаратуры. Придется к точке ретрансляции подводить питание (никуда не денешься). А далее учитывать, что неравномерности АЧХ разных участков «имеют право» сложиться. Может повести, и они взаимно аннулируются, Но, если хоть в одной точке они сложатся, мы обязаны считать неравномерность сквозной АЧХ, соответствующей этой максимальной. Чем больше участков ретрансляций, тем больше неравномерность. В конце-концов видеосигнал перестанет таковым являться. Ну, и конечно, в каждой точке ретрансляции, «размахивая» полезный сигнал, дабы он дошел до следующей точки ретрансляции, «размахаем» и все набранные на первом участке шумы, снизив соотношение сигнал/шум. Поэтому, видимые на экране при нескольких ретрансляциях шумы, это — не брак аппаратуры, а объективная реальность.

О максимальной дальности передачи при использовании ретрансляций говорить, опять-таки, можно применительно к параметрам аппаратуры передачи, параметрам линии связи, допустимым потерям в линии передачи. Т.е. чем передавать, по чему передавать и что вас устроит в результате. Черно-белую «картинку», с разрешением, естественно, далеко не 570 телевизионных линий, мы получали при длине линии 8,5 км. Для «боевого» применения считаем рассматривать указанный способ разумно на расстояниях не более 4,5 — 5 км. А если дальше — ищите иные способы.

И последнее, касательно максимальной дальности передачи по витой паре. Если задаваться величинами: спектр передаваемых частот 50Гц — 6 МГц, неравномерность АЧХ не более 1 дБ, тип кабеля ТППэп, то в качестве предельной дальности рынок в абсолютном большинстве случаев объявит 2 километра.

Можно больше? Теоретически, конечно, можно.

Действительно, почему бы не «размахать» сигнал на высоких частотах не до 15-18 вольт, а этак вольт до шестидесяти, а по низкой частоте где-нибудь до 15-20. Законный вопрос, почему бы не сделать?

Опять вернусь к нашей оружейной аналогии. Несколько столетий, добиваясь повышения дальности прицельного выстрела, останавливающего момента снаряда (есть такая характеристика, на которой отдельно останавливаться не будем) для гладкоствольного оружия, оружейники всего мира шли единым путем — увеличение длины ствола, увеличение калибра оружия, увеличение порохового заряда. И в конце концов для гладкоствольного охотничьего оружия все пришли к практически единым параметрам: максимальный калибр гладкоствольного ружья — 12-й (диаметр канала ствола ~ 18 мм), максимальная длина ствола — 750 мм, максимальный заряд пороха — около 2 г. (для оружия типа «магнум» — около 2,5), максимальный вес снаряда (дроби, картечи) — 35 г.. Еще в первой половине прошлого века выпускались ружья 10-го, 8-го и, даже, 4-го калибра, вес дроби мог доходить до 100 г., длина ствола — более метра. Но уже ко второй половине прошлого века весь промышленный выпуск таких ружей прекратился, они стали исключительно собственностью музеев и коллекционеров. А мировой рынок остановился на одних и тех же «рубежах».

Хотя, если продолжать увеличивать длину ствола, продолжать увеличивать вес заряда, начальная скорость снаряда, а, значит, и дальность неминуемо увеличатся. Однако, приращение скорости и в зависимости от увеличения длины ствола, и в зависимости от величины заряда носит отнюдь не линейный характер, и выработанные веками предельные параметры означают, если можно так выразиться, границы разумного: дальнейшее увеличение, ибо дальше гораздо быстрее будет ухудшать другие важные параметры (вес, прикладистость, маневренность, сила отдачи), незначительно увеличивая один единственный. Да и имеющейся дальности вполне хватает для стоящих перед этим видом оружия задач. А если задачи другие? Правильно! Ищите иные способы повышения дальности. И …человечество придумало оружие нарезное. Но тут же заметим, что оно предназначено для своих собственных задач, и заменить оружие гладкоствольное с его задачами не способно.

Возвращаемся к передаче видеосигнала Ситуация очень схожая. Достаточно просто прикинуть, какой ток в линию выдаст наш гипотетический усилитель с выходным сопротивлением 120 Ом и уровнем сигнала в 60 вольт? И какое падение напряжение в линии, с диаметром проводника 0,5 мм (для ТППэп N х10х 0,5, а на рынке гораздо шире представлены кабели с диаметром 0,4 мм) получится при таком уровне сигнала, и что у нас в этом случае дойдет до приемного конца? Меж тем, стоить такой усилитель будет несравненно дороже имеющегося, а работать будет в основном «на себя». И еще наберется немало причин, по которым такую аппаратуру не удастся продать в тех даже минимальных количествах, которые окупят разработку и принесут хоть какую-то прибыль В общем, на «запредельных» дальностях аппаратура перестает быть рыночной.

А если указанных дальностей действительно не хватает для решения задачи, а задача действительно существует (логически не обоснованных выборов тоже на рынке хватает), то как и в нашей аналогии, надо выбирать иные средства передачи, не взирая на цены, ибо в ином варианте будет или невозможно в принципе, или еще дороже.

Говоря о проводных способах передачи видеосигнала нельзя не отметить, что абсолютно все они могут потребовать отдельной проработки вопросов, связанных с заземлением, чему в «АБ» была посвящена отдельная статья «Не плюй на землю» («АБ» сигнальный выпуск), а также защиты от опасных наведенных напряжений (см. статью «Идем на грозу», «АБ» №1/2002). С увеличением протяженностей линий актуальность этих вопросов, как правило, возрастает, хотя проработка вопросов заземления, развязывания земель может потребоваться и на коротких линиях. Например, при построении систем на базе компьютерных комплексов обработки видеосигнала (см. «Есть мнение…», «АБ» №3/2004).

И в довершении темы коротко о самом «молодом» способе:

Передача аналогового видеосигнала по оптоволоконному кабелю

Смею предположить, что количество систем видеонаблюдения, в которых передача аналогового видеосигнала осуществляется по оптоволоконным кабелям (т.е. оптоволоконные линии связи являются сугубо принадлежностью видеосистемы, а не осуществляется связь серверов по единой оптоволоконной компьютерной сети) для такого мегаполиса, как Санкт-Петербург, можно пересчитать по пальцам, несмотря на громкие призывы рекламы поставщиков аппаратуры передачи. Лично мне в С-Петербурге известно два таких объекта.

В свете этого, очень бы хотелось, чтобы те, кто непосредственно участвовал в «боевом» оснащении, пуско-наладке и обслуживании подобных систем поделились бы своими практическими знаниями и обретенным опытом, максимально честно бы высказали свое мнение по данному вопросу.

Наше дилетантское мнение (поскольку никакого личного практического опыта нет) далеко не однозначно.

Во всяком случае, уверенно сказать, что за оптоволокном будущее применительно к видеосигналу, как нам обещают рекламные модули, не можем.

Принципиальное отличие от всех упомянутых способов — принципиально иная среда передачи — оптическая, а посему, все наведенные помехи, все «земельные» проблемы, все опасное наведенное напряжение остались за пределами оптической среды.

Важное примечание: нередко общая система передачи содержит помимо оптоволоконных и проводные линии связи. В этом случае для участков проводных линий все указанные выше «проводные проблемы» остаются. Чем эти участки длиннее, тем вероятность проблем больше, а оптоволоконные линии, будучи не подверженные сами влиянию таких проблем, тем не менее все созданные на проводных участках «беды» «успешно» передадут в пост приема, причем с минимальными искажениями. Например, лично меня удивляют варианты построения систем передачи, когда на многоканальный передатчик сигналы от камер подаются по коаксиальным линиям с длинами около 100, а то и более метров — по-моему, это то же, что поставить на « BMW -750» подвеску от ВАЗ-21011.

Итак, если коротко

В передатчике электрический сигнал преобразуется в световой и далее передается по оптоволокну к приемнику, где происходит обратное преобразование. Главное преимущество, помимо неподверженности «электромагнитным безобразиям» — очень малое в сравнении с проводными линиями затухание светового сигнала в оптической среде кабеля — речь идет о единицах децибел на километре длины (для сравнения, на километре кабеля ТППэп N х2х0,5 затухание сигнала, частотой 5 МГц составляет около 40 дБ). Значит, сигнал можно передавать на значительные в сравнении с проводными линиями расстояния. Тем не менее, напомним, что затухание, а, значит, потери все равно присутствуют. Помимо собственно оптоволоконного кабеля, затухание присутствует во всех стыках оптоволоконной линии связи. А посему, дальности передачи конечны.

Два основных типа оптического волокна — одномодовое и многомодовое

В одномодовом волокне луч идет строго по оси канала, в многомодовом — испытывая многократные отражения от его стенок. В силу этого затухание в многомодовом волокне больше, как правило, стандартная по рынку максимальная дальность передачи по многомодовому волокну составляет 5 км для одного комплекта передатчик — приемник. И само многомодовое волокно, и аппаратура передачи по нему (в особенности) дешевле «одномодового» варианта. На входе в оптический многомодовый канал достаточно иметь светодиод; для одномодового волокна — исключительно полупроводниковый лазер. Передача по одномодовому волокну требует исключительно высокой точности центровки по оси канала, что также влияет как на стоимость аппаратуры, так и на стоимость монтажных работ. А посему, используется одномодовое волокно там, где перестает «справляться» многомодовое. Дальности передачи по нему измеряются уже десятками километров. Но в этом случае видеосигнал в передатчике оцифровывается, и передается в цифровом виде, что выходит за пределы нашей сегодняшней темы.

Говорим о передаче аналогового видеосигнала

По одному многомодовому волокну может быть передано одновременно два сигнала на двух разных длинах волн. Если передатчик предназначен для передачи более, чем двух видеосигналов по одному многомодовому волокну, то в этом случае имеем дело с передачей цифровых сигналов.

Передача аналоговых видеосигналов по оптоволокну очень «идеологически» похожа на передачу сигнала телевизионного. Передается не собственно видеосигнал, а сигнал, модулированный нашим исходным сигналом. В приемнике происходит демодуляция, с выхода приемника снимаем видеосигнал на стандартную аппаратуру обработки и синтеза изображения. В типы модуляции здесь вдаваться не будем, надеюсь, мы увидим отдельные статьи с отдельной проработкой данной темы в исполнении поставщиков и производителей такого оборудования. Как и по телевизионному кабелю может быть передано одновременно несколько модулированных сигналов, так и по многомодовому оптоволокну — два, на двух разных длинах волн.

Есть мощность передатчика, измеряемая в децибелах, и называемая оптическим бюджетом. Есть чувствительность приемника, тоже указываемая в децибелах. Есть величина затухания в кабеле в децибелах/километр, есть количество соединений (по крайней мере, можно сосчитать), есть величина потерь в соединениях (в зависимости от типа соединений ~1 — 2 дБ) Далее переходим к дальности, исходя из:

«Бюджет» — (Дальность х Затухание/ед.длины кабеля + затухание на стыках) > «Чувствительности» приемника.

Главное, чтобы чувствительность приемника оказалась не ниже разницы между бюджетом и суммарным затуханием в линии. Если больше, приемник имеет автоматическую регулировку усиления и приведет сигнал к номинальному уровню. Т.е настройки аппаратуры под длину линии со стороны инсталлятора не требуется, настройка произойдет автоматически. Это нередко выставляется, как одно из неоспоримых преимуществ аппаратуры — думать не надо.

Максимальная дальность передачи аналогового сигнала для одного комплекта приемник-передатчик, указываемая абсолютным большинством поставщиков и производителей, — 5 км.

А вот насчет 100 км с ретрансляциями…?!

На приемном конце сигнал восстанавливается, и, вероятно, его снова можно «отправить» посредством следующего комплекта аппаратуры передачи в следующий участок линии. Однако, не будем забывать, что всякий переприем — это уменьшение соотношения сигнал/шум, а собственные шумы в аппаратуре никуда не денутся и при оптоволоконном способе передачи. Сколько ретрансляций в действительности возможно сделать, думаю, на нашем рынке никто не проверял, тем более, что такой вопрос носит «чисто спортивный характер» — будет реальная задача передачи на 20 километров — будет передаваться цифровой сигнал по одномодовому волокну. Проложить 100 км многомодового волокна, установить 20 комплектов аппаратуры для передачи одного сигнала, к 20 точкам по трассе подвести питание, а потом, мягко говоря, не получить желаемого на другом конце — это уже из области фантастики, а не рынка.

Следует понимать, что два изделия — передатчик и приемник — это еще очень далеко не система передачи. И, хотя сами эти две позиции особо ценой и не пугают, «рабочая» система передачи в полном необходимом комплекте остается самым дорогим видом на нашем рынке, уступающим по цене, разве что, спутниковому каналу.

Те тоненькие кабели, которые мы видим на выставочных стендах, это кабели внутренние, предназначенные для межблочных соединений, для перехода с магистральных кабелей к приемной аппаратуре. Магистральные кабели, как изначально предназначенные для передачи нескольких сигналов на большие расстояния, выполняются как кабели для внешней прокладки, содержащие помимо собственно оптоволоконных нитей, нагрузочную и защитную арматуру, элементы жесткости. Оптоволоконный кабель имеет жесткие нормативы допустимых углов изгиба, как электрокабель его гнуть нельзя. Значит, при заходе магистрального кабеля в помещение его необходимо перекроссировать на более тонкие кабели. Средняя стоимость 10-ти жильного кабеля по рынку около $3. Значит, при передаче на 5 км только за магистральный кабель надо будет выложить $ 15   000. Максимальная длина поставляемого кабеля в куске — 2 км. Значит, на трассе надо будет сделать два стыка по 10 жил в каждом. А каждый стык в средних ценах рынка — это $20. Вот еще $400. Каждый разъем — это $15 и т.д. и т.п. И в конце-концов, цены собственно передатчика и приемника становится вообще малопримечательными. (как цена автомобиля на фоне стоимости дороги, по которой ему предстоит проехать).

Другое дело, когда на оптоволокне построены высокоскоростные сети, когда в эту сеть включен наш видеосервер, и видеоинформация передается в общем потоке данных — расходы распределяются по целому ряду различных задач. Во всяком случае, такие системы на рынке представлены несравненно шире, нежели передача видео по «личному» оптоволокну. И здесь, думается, причина не столько в абсолютной цене, которая «мало кому по силам», сколько в том, что в абсолютном большинстве случаев задача того не стоит.

Лично я не считаю, что передача видеосигнала на 5 километров должна производится исключительно по оптоволоконным линиям, но, опять-таки, мое личное мнение, что если действительно стоит задача передачи видеосигнала в реальном времени на 7, на 10, на 20 км…, то, как пишут в рекламах: «При всем многообразии выбора, другой альтернативы нет.» Есть, правда, еще спутниковый канал, но это уже — совсем другая история — совсем другие деньги и далеко не для всех желающих, даже имеющих достаточный денежный потенциал. Все же иные из упомянутых способов — пустая трата сил, времени, средств и нервов. Лучше вообще не браться. Почему я начал ряд с 7 км? Потому, что был у нас заказчик, который на базе нашей аппаратуры передачи видеосигнала по витой паре оснастил периметр в 13 км, каждое полукольцо которого составляло 6,5 км. Но это уже из области практически спортивных рекордов, а рынку надо гарантированно зарабатывать деньги, а не заниматься «спортом».

И еще об общих для всех упомянутых систем важных технических характеристиках, которые в обязательном порядке должны учитываться при выборе как способа передачи, так и конкретной марки аппаратуры:

Климатические условия работы

И вся аппаратура, и кабели должны иметь допустимые климатические характеристики, соответствующие предельно возможным климатическим условиям эксплуатации. Как правило, касательно аппаратуры такая информация в паспортах изделий указывается. Не обязательно изначально отвергать конкретную марку по климатическим параметрам, можно отдельно проработать вопрос обеспечения допустимых параметров. Это — и дополнительная герметизация аппаратуры, и установка системы обогрева и термостабилизации. Нам с такими вопросами приходится сталкиваться постоянно, в том числе, и касаемо аппаратуры передачи, в частности, аппаратуры передачи по оптоволокну.

С кабелем такое не получится, поэтому:

Во-первых, этот параметр надо рассматривать, как обязательный (если его нет, применение кабеля во внешней среде может быть небезопасным). У нас зимой в Новом Уренгое кабель SAT-703, замечательный по характеристикам затухания, на морозе в -40°С на любом незначительном заломе просто разлетался на части.

Во-вторых, при несоответствии климатических характеристик и условий внешней среды кабель должен рассматриваться, как непригодный для данной системы.

Удобство монтажа и эксплуатации

Дополнительные меры производителя по обеспечению удобства монтажа и эксплуатации непременно скажутся на сравнительной цене аппаратуры при прочих одинаковых параметрах. Понятно, что аппаратура в корпусе заметно дороже бескорпусного варианта, но следует при этом оценить затраты инсталлятора на дополнительные материалы и работы по монтажу такой техники. Аппаратура может потребовать какого-нибудь нестандартного питания, а, значит, дополнительных расходов на поиски и приобретение блоков питания. Подключение пайкой или через разъем — вещи для монтажника разные, а значит, разные стоимости работ. И т.п. В общем, видя аппаратуру на выставочном стенде полезно всегда хотя бы представить, как она будет монтироваться под открытым небом, в мороз, да еще и на высоте, как будет включаться и настраиваться на объекте.

Живучесть системы

На нашем рынке такого понятия, как класс живучести, пока нет, поэтому искать этот параметр в технической документации бесполезно. А учитывать необходимо. Ибо неучет способен «похоронить» всю созданную техническую систему уже в процессе эксплуатации.

Вопросу живучести ТСБ была посвящена отдельная статья в «БДИ» №1/2004 под названием «Миф о вандалозащищенности и живучесть ТСБ».

Под живучестью технической системы безопасности понимается совокупность организационных, структурных, конструктивных и технических особенностей системы, которые при выходе из строя отдельных ее элементов позволяют потребителю оперативно и самостоятельно ликвидировать неисправность или переконфигурировать систему с сохранением ее основных функций в полном или частичном объеме, исключив потенциальный ущерб для охраняемого объекта.

Советуем не воспринимать всерьез заверения в «вандалозащищенности» оборудования. Ломалось, ломается и будет ломаться все и везде по всяким разным причинам, по злому умыслу и банальной глупости (которая может быть хуже любого вандала, ибо не может быть спрогнозирована). Важно, чтобы выход из строя не застал пользователя врасплох.

А посему, для анализа алгоритма действий в аварийной ситуации всегда имеет смысл смоделировать возможные выходы из строя системы.

К примеру, при выходе из строя аппаратуры передачи (ее нет только при передаче низкочастотного видеосигнала по коаксиальному кабелю), восстановить аппаратуру силами потребителя в общем случае не удастся. Значит, при отсутствии резервных (дублирующих) каналов наблюдения имеет смысл иметь комплект аппаратуры в ЗИПе. С этой точки зрения применение однотипной аппаратуры для всех каналов предпочтительнее — экономия ЗИПа.

Именно применительно к системам передачи для кабельных линий наиболее распространенным способом преднамеренного вывода системы из строя является обрыв магистрали.

При передаче низкочастотного видеосигнала по коаксиальному кабелю для восстановления оборванной линии пользователю достаточно иметь искреннее желание это сделать. Даже скрутив центральные жилы и экраны кабеля в месте обрыва (конечно, изолировав их друг от друга), без «картинки» не останетесь, как временная мера — подойдет. Потом приедут ребята с паяльниками. При необходимости несложно сделать вставку в кабель, если в месте обрыва нет запаса кабеля, или оно в труднодоступном месте.

При передаче высокочастотного телевизионного сигнала по коаксиальным линиям, разница между скруткой и «цивилизованным» соединением пайкой (или через F -разъем) становится более заметной на принятом видеосигнале (даже визуально на экране монитора). Но ситуация тоже далека от «смертельной».

«Самой дубовой» в плане кабельных соединений, а, значит, самой живучей, как показал опыт, явилась витая пара. Кроме того, разделка такого кабеля самая что ни на есть примитивная, каждый из нас с ней имел дело в своей домашней деятельности.

При всей своей невосприимчивости к электромагнитным излучениям, к опасному наведенному напряжению, при невозможности быть выведенной из строя путем подачи высокого напряжения в линию, оптоволоконные линии оказываются практически беззащитны перед даже не обрывом, а механическим повреждением кабеля (достаточно небольшого залома). Мало того, что ни один пользователь не в состоянии самостоятельно состыковать оптоволоконную линию, нередко и сам инсталлятор привлекает для сращивания кабеля другие организации. Кроме того, восстановление каждого волокна — это вполне ощутимые деньги, а восстановление магистрального кабеля — это эти же деньги, помноженные на количество волокон в кабеле. После восстановления на одном из объектов единичного обрыва, который вылился в месячный срок, местные вандалы-злодеи устроили многократные обрывы магистралей, подвигнув заказчика на перевод всей системы на иной способ передачи видеосигнала. Очевидно, грамотное построение системы передачи по оптоволокну требует полноценной защиты линий от обрыва — прокладка глубоко под землей, в мощных стальных трубах, что неизбежно очень существенно увеличит общую стоимость системы (полагаю, что метр толстостенной стальной трубы стоит дороже собственно магистрального кабеля). В противном случае и без того очень большие, хотя и меньшие в сравнении с полноценным вариантом деньги, могут оказаться выброшенными на ветер.

На этом обзорную техническую сторону способов передачи аналогового видеосигнала заканчиваем. Полностью «за кадром» осталась цифровая передача во всем ее многообразии, с которой тоже не все так просто, у которой своих проблем хватает.

А теперь исключительно собственное мнение, которое ни в коей мере не претендует на «истину в последней инстанции» обо всем сначала, но с позиций рынка.

Прежде всего признаем, что наш рынок чрезвычайно молодой. Меж тем, очень многие рыночные законы действуют одинаково на абсолютно всех рынках безотносительно их наименований и специфик. Не призывая всех хвататься за изучение всяческих матриц развития, предлагаю просто, дабы не стать слепым заложником рекламы, иногда помимо собственного, «оглядываться» еще и на другие рынки. И, конечно, думать самостоятельно.

С другой стороны, рынок исключительно разнообразный по номенклатуре, по рынкам потребительским, не говоря уже о целевых группах. Даже, касаемо исключительно видеонаблюдения, даже, касаемо исключительно передачи видеосигнала. В то же время отдельным представителям нашего рынка свойственно стремление «молодых» быть абсолютным лидером «всего и сразу», понятие «рыночной ниши» не для них. Именно от них исходят лозунги чуть ли не технических революций, провозглашение «новых качеств» и технологий «завтрашнего дня».

А потребителю надо именно сегодня решить очень конкретную задачу. А задача рынка — обеспечить решение именно этой задачи в полном объеме с минимальными для потребителя затратами и максимальной выгодой для себя, а не предлагать варианты, как приторочить то, чем хотим торговать, с призывами «не экономить на безопасности».

Поэтому, абсолютно любую категоричность в оценке предлагаемых рынком товаров лично я воспринимаю, как «голую рекламу». Соответственно к ней и отношусь.

Если сказать, что за такой-то аппаратурой будущее, значит, сказать, что все будущие задачи сведутся к кругу тех, которые решает данная аппаратура.

Любая задача имеет потребительскую стоимость, и цена на предлагаемое рынком решение никак не может быть выше этой стоимости. Конечно, если включен механизм лоббирования, то лозунг «цена не имеет значения» присутствует сплошь и рядом. Но это — не рынок. Это — тривиальная коррупция, с которой нам не по пути.

Можно копать садовый участок шагающим экскаватором, но логичнее, все же, лопатой. Можно разрабатывать угольный карьер лопатой, но шагающим экскаватором будет дешевле. При всем при том, думаю, что объем рынка лопат в денежном выражении не меньше объема рынка шагающих экскаваторов.

Что касается непосредственно нашего вопроса

Для систем передачи видеосигнала дальность передачи является главным моментом позиционирования своей продукции, при этом момент позиционирования может вообще никак не соотносится с потребностями рынка.

Не секрет, что аппаратура передачи по витой паре — одно из главных амплуа нашей фирмы. Именно, исходя из потенциальных потребностей рынка, в последней нашей модели мы предусмотрели два варианта — до 1,5 км и до 2-х км при одних и тех же величинах допустимых искажений, поскольку объемы потенциального рынка разных вариантов существенно разнятся, а цена существенно отличается. На основании анализа продаж за год можно с уверенностью сказать, что соотношение потребностей составляет 1:4. При этом география продаж охватывает территорию всего бывшего СНГ. И объем продаж, и количество фирм-потребителей позволяют судить о репрезентативности выборки, пусть и в рамках одной нашей фирмы. Отсюда есть основание полагать, что 80% всех существующих линий передачи видеосигнала длиной не менее 150-200 метров (с меньшими дальностями к нам не обращаются) укладываются в пределы 1,5 км.

Количественными данными не располагаю, но с большой уверенностью предполагаю, что систем с дальностью передачи видеосигнала менее 150 -200 метров существенно больше, чем с дальностями 200 метров — 1,5 км, ибо объектов, типа магазинов, офисов, коттеджей, обменных пунктов, отделений банков и т.п., квартир, в конце-концов, существенно больше, чем предприятий, больших складских территорий, километровых периметров. Даже на основании «собственных» объектов (оснащаемых непосредственно нами) можно предположить, что такое соотношение будет никак не больше, чем 1:3.

Тогда, пусть и на основе достаточно «топорных» данных получим, что системы с дальностями передачи видеосигнала до 150-200 метров составляют около 70% рынка, с дальностями 150-200 м — 1,5 км — это около 24%, а на дальности свыше 1,5 км приходится около 6%. На дальности свыше 2-х км в реальности (а не фантазиях) придется еще меньшая цифра.

Вот, кстати, почему нет смысла «ломать копья» в битве за увеличение дальности по той же витой паре свыше 2-х километров — это неминуемо вызовет повышение цены и частичную потерю объемов продаж в целевой группе, составляющей около 24% от общего числа потребителей, а целевую группу менее, чем в 5% будем рассматривать, как рынок товаров специального спроса со своими «правилами игры».

И такое соотношение достаточно логично — большинство систем видеонаблюдения строятся для целей безопасности, а возможность оперативно среагировать, чтобы предотвратить, обратно пропорциональна расстоянию от события до сил реагирования. Желание наблюдения ради такового встречается значительно реже, до дела доходит еще реже.

Влиять на эти соотношения могут целый ряд факторов.

И покупательская способность потребителя. И новые технологии. Да мало ли, что еще… То же правовое пространство — кто знает, что завтра нашим депутатам придет в голову — вот возьмут и запретят радиоканал, как таковой. Или запретят эксплуатацию какой-либо категории объектов без удаленного видеонаблюдения.

Поэтому, за «чем светлое будущее», лично я сказать не берусь. В чем точно уверен, что, по аналогии с другими рынками, никогда не произойдет полного замещения чем –то одним всего существующего, ибо задачи слишком разняться между собой. (Между прочим, концерн BMW выпускает не только ультра современные автомобили, но и очень хорошие велосипеды.)

Вы вряд ли найдете отличия по всем актуальным потребительским параметрам между сигналами, переданными в аналоговом виде по коаксиальному кабелю и оптоволокну, если длина линии составит, например, 10 — 20 метров. Зато по цене оборудования, трудоемкости и стоимости монтажных работ вы их отличите сразу. Вряд ли на какой-либо задаче, решаемой аппаратурой обработки, скажется, передавался ли сигнал по витой паре в аналоговом или цифровом виде на 1,5 — 2 км. И вряд ли есть какой-либо иной разумный выход, нежели передать цифровой сигнал по оптоволокну, если стоит задача такой передачи с частотой 25 к/с на 10 км. Но оснащать на оптоволокне какой-нибудь обменный пункт или частную квартиру лично меня никто не заставит. Не стал бы я, по крайней мере, на сегодняшний день, делать этого и для периметра в 5 километров (даже в 7) — достаточно тщательно проанализировать всю систему, начиная от параметров камер и до параметров аппаратуры обработки и синтеза изображения, а главное — до конца сформулировать потребительскую задачу, чтобы понять, что задача того не стоит.

Бывает, что условия объекта изначально определяют тип передачи видеосигнала. Например, оснащение всем известного Ледового Дворца. Изначально проект предусматривал, что кабельная сигнальная сеть всего объекта должна быть едина — по всему периметру проложены много-много витых пар. Никто из субподрядчиков даже не ведал, сколько всего. А каждому на его «нужды» предоставлялось требуемое им количество пар. Между прочим, проект типовой, финны делали, и наш Дворец не первый. Все логично. Максимальная длина линии не превышает 500 метров, нормальная аппаратура передачи без проблем обеспечит все необходимые параметры. А «сверхпотолочные» никому не нужны. Зато «стройная» единая кабельная структура для всего объекта, что несравненно важнее любой «потолочности», если взглянуть на задачу всесторонне.

Да и нельзя исключать, что на рынке могут появиться и иные пути решения той же задачи. Например, в Англии для решения задачи определения скорости автомобиля и его номера отошли от традиционного видео и установили фотокамеры действительно высокого разрешения (то ли 8, то ли 12-ти мегапикселные — это вам не 720х576). Делается один снимок (вероятно, по датчику движения) и на основании его компьютерного анализа определяются и скорости всех автомобилей в кадре, и их номера. И почему бы не ждать чего-нибудь подобного для контроля удаленных объектов, скажем, со стороны рынка мобильной связи — например, по датчику движения или по сигналу с телефона хозяина делается фотография объекта (той же дачи) и точно так же, как пересылается сегодня фотография с «мобильника» на «мобильник», получаете вы на свой «мобильник» изображение со своего удаленного объекта. Нет «живого» видео? А оно вам надо? Что уже случилось, увидите лично, когда на объект прибудете. А реагировать будете все равно не секунды и даже не минуты. Зато цены видятся вполне реальные, По-крайней мере, дешевле любого из возможных сегодня вариантов.

А может, напротив, возьмутся за форсированное освоение космоса. Билет уже в космос с 20 млн. до 500 000 у.е. подешевел. И «накидает» кто-нибудь спутников связи, и будет стоить спутниковый канал для передачи видеоинформации на уровне сегодняшних цен на услуги мобильной связи. Почему бы и нет? В начале 80-х спутниковые системы навигации устанавливались только на очень отдельные океанские лайнеры, потом, с середины 80-х на гражданском флоте стали появляться отечественные спутниковые системы, снятые с вооружения военного флота (веса неподъемного, габаритов внушительных, а если холодно, можно было согреться, к ним прислонившись). А сейчас в любом спортивном магазине любой желающий может купить спутниковый приемоиндикатор размером с мобильный телефон.

В общем, лично я не знаю, что на сегодня из предлагаемого рынком является «современными технологиями», что «технологиями завтрашнего дня», а что осталось в «дне вчерашнем».

Уверенно могу только сказать, что не потребитель призван решать задачи нашего рынка, скупая ту или иную аппаратуру, на радость одних и к грусти других поставщиков, а рынок должен решать задачи потребителя, предлагая наиболее эффективные и выгодные решения. Вот это уж точно — рыночная аксиома!

А. Попов