高清传输线缆选择

高清视频系统中的传输线缆选择前言：由于模拟电视存在着亮度分解力不足、色度分解力不足、亮色互串、亮色增益差和亮色延时差、微分增益和微分相位、电视信号的幅度利用率不充分、声音只有单声道、不适合磁带节目的多带复制、宽高比不适合人眼的视觉特性。

为克服这些缺点，随着数字处理技术逐渐进入电视领域，产生了数字电视。

在20世纪90年代开始，计算机技术、数字处理技术及图像压缩比技术等高科技技术迅猛发展发展，广播电视走入了数字电视发展的新时期。

数字电视虽然有许多优势，但同时也不可避免的带来些问题。

由于数字视频系统内大量使用串行数字分量视频信号进行传输，高速传输的信号码流需要大的带宽，限制了数字信号的传输距离。

在模拟视频系统中，随着传输距离的增大，信号的信杂比愈来愈低，图像越来越模糊，图像质量在逐渐降低的过程中不存在图像的突变点。

而在数字视频的传输过程中图像质量不会逐渐降低，但有一突变点，通常称为崩溃点，在突变前零米处和邻近突变点处的图像质量基本一样，但一过突变点，图像质量从百分之百的好变成了百分之百的坏。

这就提出了一个问题，我们如何判断在什么情况下，使用何种视频电缆可将高清或标清视频基带信号传到合适的地方。

串行数字信号不像复合的模拟信号可以用示波器直接观察信号波形的变化，用什么方法观测其信号的好坏呢？用眼图对串行数字信号进行测量，是目前常用的方法。

眼图的形成眼图可以用来确定和检验串行数字信号的传输质量。

把串行数字信号输入到示波器的信号输入端，并用本输入数字信号作为示波器的扫描触发信号，扫描周期选为两个时钟周期，及两个码元的时间，由于输入数字信号以扫描周期重叠显示在荧光屏上。

形成一个宽度同一个码元宽，高度同数字信号的脉冲幅度的图形，对于一个频带宽度无限宽的系统，数字信号从1到0和从0到1的转换速度非常快，转换时间几乎为零，显示出的图形为矩形。

但实际传输系统的带宽有限，数字信号的0到1的转换时间变慢，脉冲的上升沿和下降沿不再陡峭，并且带有上冲和下冲、相位抖动、不同宽度脉冲的幅度有了差别，甚至脉冲的顶部和底部变得倾斜了。

因此，显示的图形形状与人眼相似，称为眼图。

传统的模拟视频通道增益的概念多指：从摄像机输出到切换台输出（包括通道中各个设备的输入信号）的幅值均应保持700mv。

随后的，无论是送往录像机、其他机房还是较远的总控、播出或传送等部门，都要保持700mv（到达值）。

不够时就要设法加大传输能力，如使用直径较粗的电缆、减少无端衰耗或利用分配放大器提高传输能力并保持终接匹配。

其中，进、出机房的信号接口盘、矩阵、应急开关、切换台等有源或无源器件的接口处（含电缆）等的损耗都较小，可忽略。

因为，在模拟电视系统中电视信号的带宽仅有6MHz，当传输距离为20~30米时（即使加上多个无源的连接器），信号衰减也不大。

然而，数字串行信号通过SDI接口的速率都在270Mb/s以上（SDTV），HDTV则更高达1.485Gb/s（粗略称作1.5Gb/s）。

所以，作为HDTV的数字视频通道，“无衰减”就做不到了。

特别是，不能再沿用模拟时期《视频通道测量方法》中推崇的“介入增益”，来解释数字通道规定。

传统的视频通道要求各个节点之间必须保持0dB（700mv；75Ω）。

即：当在这一系统中加入一个设备或无源网络时，希望不要影响后续设备的工作，也就是要使所加入的设备增益均为1。

或者说在两个端点之间插入设备时，不管设备内部对信号进行怎样的处理，其输出电平总要和输入端一样（700mv），不允许设备间互补。

也只有这样，才能做到在不论插入多少设备之后，系统的总增益不变。

这就是模拟时代的“介入增益”要为0dB的概念。

如何衡量达标与否？用“介入增益稳定度”和“动态介入增益变动”的容限值来衡量。

如，中华人民共和国广播电视行业标准GY/T 107-092《电视中心播控系统维护规程》中对视频通道主要运行技术指标“介入增益”等级参数的要求是：甲级为±0.2dB；乙级为±0.36dB；丙级为±0.48dB等。

它意味着，在0dB（700mv）基础上允许高出+0.2dB或降低-0.2dB（甲级），余类推。

数字视频通道的指标要求是：各设备输出端必需达到800mv（指眼图幅度标称值，可略微正负10%）。

但是并没有要求输入端必须是800mv。

实际上由于电缆线路损耗较大（特别是频率高端）也确实达不到。

这一点往往成为人们误解数字系统不好掌握的症结。

其实，在评价数字系统时只要先将“介入增益”的概念彻底抛开，然后。

再按数字特性的规律去考虑问题，就可以顺理成章地接受了。

眼图达标值是指设备输出端行业标准GY/T 165-2000《电视中心播控系统数字播出通路技术指标和测量方法》中规定了数字视频通路各检测点眼图的技术指标。

其中，眼图幅度最为敏感。

这里所标的数值是指设备输出端应该达到的范围。

当连线较长、或因通过连接器、开关等无源器件时幅度衰减较大，信号减弱很多也不必担心。

因为，下级设备多工作在开关状态属脉冲放大器类型，其输入特性取决于均衡网络，且“均衡能力”都较强。

所以，足以使信号得到恢复。

实践表明，除个别情况外，数字设备的输入端都带有均衡器，并以“均衡能力”来表示该设备的性能好坏。

如，在某种速率下、能够传送多少米远等。

举例来说：一台型号为P16HSCQI-2的LEITCH高清“应急切换器”其说明书中标明的入口性能为：Belden 1694A 1.5Gb/s 120M。

然而，又一台型号为IQSDA01的SNELL & WILCOX高清“视频分配放大器”其入口性能标明的是：能接受Belden 1694A在1.485Gb/s情况下，经140M传输的信号。

显然强于“应急切换器”的指标。

Belden电缆1694A的特性为：在1.5Gb/s情况下，按SMPTE 292M标准，能够传输距离122M（条件是：用750MHz频率的眼图作为测试信号；当眼图幅度衰减20dB时，该电缆的长度）。

在运行条件下，也可以用所传节目的信号（眼图）进行测量。

电缆的可传实际长度能达到172M（条件是：以每2分钟出现1次误码为准，此时的眼图幅度已衰减到176mv）。

其实，还有潜力（有时眼图幅度小到100mv以下，仍能还原图像）。

因为，在误码没有出现前，眼图的幅度再小，只要是保持“过零点”不丢失（保证0、1的各个跳变沿存在），就能正确解码。

串行数字信号的波形特性和参量从眼图中可以反映出串行数字信号的模拟波形特性。

眼图观测在工程实践中有着广泛的应用，在评估确定设备的性能和技术标准、系统安装后的验收监测以及系统设备的日常维护测试中，都需要，通过眼图观测对信号的波形特性进行测量，眼图观测和分析检验的较好方法。

如果数字数据的模拟波形是理想的，眼图会呈现为一系列的方框。

但在实际的系统中，由于噪声以及抖动因素的影响，会造成眼图的闭合。

在数字系统内，人们最关心眼图的闭合程度。

通常幅度变化、噪声等因素造成眼在垂直方向上的闭合，定时抖动的影响会造成眼在水平方向上的闭合。

整个数字系统在正常工作时，应保持眼的开度。

眼图观测项目通常包括：幅度、时钟周期、上升和下降时间、过冲和下冲以及抖动等参量，使用专用的数字分量波形监视器或示波器可以进行观测。

各项参量的容限应符合相关的技术标准。

抖动抖动是数字信号在形成、编码、处理、传送和转变中，所造成的数据跳变位置与它们理想状态的偏移。

抖动的观测一般在数字数据信号的有效瞬间—跳变的零交叉点上进行。

抖动的测量单位为UI（单位间隔），它代表一个时钟循环的周期。

对于270MHz串行数字分量，1UI=1/270MHz=3.7ns,对于1485MHz高清串行数字分量，1UI=1/1485MHz=0.67ns。

抖动是串行数字传输系统中最重要的性能参数之一。

在数字的传送和恢复过程中，抖动能够造成恢复的时钟和数据在时间上的瞬间偏差，当这种偏差变得足够大时，数据可能被译错。

另外，如果抖动通过数/模转换处理系统进行传递，数字信号中的抖动可能会降低模拟信号的性能。

误码检测在串行数字视频系统的测试过程中，误码是我们关心的主要指标之一。

因为误码不仅使电视图像出错，而且严重时还会造成图像的丢失。

运行在串行数字环境下的大多数数字视频处理设备通常都不会造成误码，误码的产生很大程度上取决于传输的环境如信杂比下降、高频抖动、设备接地问题、设备间连接的电气的性不好、电源波纹、脉冲干扰等。

误码秒的引入由于串行数字视频系统的特性不同与一般的数字系统，传统的误码率测试方法并不适合数字电视系统使用。

由于串行数字视频系统的脉冲误码具有间隔性，因此，使用误码秒来度量这脉冲误码的特性。

误码秒是指每秒发生误码的统计，比较适合于易受脉冲干扰而产生误码的场合，尤其适合于评价短脉冲干扰引起视频同步信号受损而造成图像纷乱的情况。

插入损耗是指某器件（一般为无源）对传输信号衰减的程度，具有频率特性。

多数情况下是：随着频率的增高而损耗加大。

图中水平轴为频率（此图最大到3GHz）。

垂直轴为衰减量，以dB为单位（此图最大到-30dB）。

通常，这个值越小越好（绝对值）。

回波损耗是指设备（或器件，含电缆）输入端对信号接受的程度，即输入阻抗与传输线（含电缆及上端设备输出端）阻抗匹配的程度。

所以，回波损耗与插入损耗整相反，其绝对值越大越好。

也可以理解为：对反射波吸收的能力越强越好。

这就要求设备间（含电缆）的匹配一定要好。

回波损耗会对接收机接收的信号的幅值产生影响，从而缩短了线缆的有效传输距离。

良好的回波损耗性能是保证高频/高数率传输性能的关键，可将比特误差控制在系统所允许的水平范围内。

传输系统的回波损耗与采用的频率/数据传输速率成一定的函数关系。

并且，频率/数据传输速率越高，回波损耗就越难以控制。

回波损耗在国标GB 3659-83《电视视频通道测试方法》中的用语是“反射损耗”，有如下文字描述：电视设备或视频通道作为一个单元在相互连接的输入、输出点上对地不平衡阻抗的标称值应为75Ω。

在频域中ρ= 20log | 75 + Z（f）/ 75 - Z（f）| dB式中 Z（f）—任意频率f处的阻抗在时域中ρ= 20log | A1 / A2 | dB式中 A1 —入射信号幅度的峰-峰值A2 —反射信号幅度的峰-峰值ρ—反射损耗由时域所用的公式可见，入射信号A1在分子上，反射信号A2在分母上。

显然，无论从数学意义上，还是从物理意义上来看都说明A1越大越好，A2越小越好。

传输信道的回波损耗不仅受电缆性能的影响，还与连接器及发送/接收设备有很大关系。

高清晰度电视(HDTV)对电缆带宽的要求是750MHz。

同时，还要求在三次谐波频率为2.25GHz(3³750)时，电缆仍具有良好的回波损耗性能。

减小回波损耗产生的方法为了保证线缆具有较高的电气可靠性，必须对每一捆线缆都进行100%的回波损耗扫频测试。