2.2.5. Устройства передачи видеосигналов.

При организации систем видеонаблюдения разработчик производит расчет параметров необходимых видеокамер. Параметры видеокамеры рассчитываются по углу обзора, чувствительности, разрешению (твл) для обеспечения реализации функций таких как "обнаружение объекта при заданном расстоянии" или "распознавание объекта при заданном расстоянии" или "идентификация объекта при заданном расстоянии". Достаточно важным параметром для реализации той или иной функции видеосистемы или той или иной функции отдельной видеокамеры в видеосистеме является параметр разрешающей способности, выраженном в "ТВЛ". И если расчетный параметр разрешающей способности видеоизображения определен в 600 твл, а установленная видеокамера будет иметь разрешающую способность всего 480 твл, то выполнение функций по идентификации объекта (как пример) системой видеонаблюдения, с получением изображения от этой видеокамеры, выполняться не будет. Для расчета параметров видеокамер существуют методики и даже "видео калькуляторы" позволяющие подобрать параметры видеокамеры для выполнения системой видеонаблюдения возложенных на нее функций. Пример таких калькуляторов можно найти в Интернете.

В любой видеосистеме помимо видеорегистратора и удаленных видеокамер присутствуют и проводные линии связи, которые транслируют видеосигнал от удаленной видеокамеры до входа видеорегистратора или видеомонитора. Протяженность линий связи даже в одной видеосистеме различны, а так же могут применяться видеокамеры и с различным разрешением видеосигнала от 360 твл до 650 твл и более. Чем выше разрешающая способность видеокамеры, тем и шире полоса спектра выходного видеосигнала от этой видеокамеры. Например, если видеокамера имеет разрешающую способность 420 твл, то ширина спектра выходного видеосигнала имеет граничную верхнюю частоту 5 МГц, а если видеокамера имеет разрешающую способность 570 твл, то полоса спектра выходного сигнала имеет граничную частоту 7 МГц. Подробный расчет ширины спектра видеосигнала с разным параметром по разрешению показан ниже:

Разрешение видеосигнала 240 твл	Частотная полоса линии связи 3 МГц
Разрешение видеосигнала 320 твл	Частотная полоса линии связи 4 МГц
Разрешение видеосигнала 420 твл	Частотная полоса линии связи 5 МГц
Разрешение видеосигнала 480 твл	Частотная полоса линии связи 6 МГц
Разрешение видеосигнала 570 твл	Частотная полоса линии связи 7 МГц
Разрешение видеосигнала 600 твл	Частотная полоса линии связи 7,5 МГц

Среднее затухание сигналов в кабеле «UTP-CAT-5e»

Частота	100 (м) дБ	200 (м) дБ	300 (м) дБ	400 (м) дБ	500 (м) дБ	600 (м) дБ	700 (м) дБ	800 (м) дБ	900 (м) дБ	1000 (м) дБ	1100 (м) дБ	1200 (м) дБ
1 МГц	2,0	4.0	6.0	8.0	10.0	12.0	14.0	16.0	18.0	20.0	22.0	24.0
2 МГц	2,6	5.2	7.8	10.4	13.0	15.6	18.2	20.8	23.4	26.4	28.6	31.2
3 МГц	3,2	6.4	9.6	12.8	16.0	19.2	22.4	25.6	28.8	32.0	35.2	38.4
4 МГц	3,8	7.5	11.4	15.2	19.0	22.8	26.6	30.4	34.2	41.8	45.6	49.4
5 МГц	4,3	8.6	12.9	17.2	21.5	25.8	30.1	34.4	38.7	43.0	47.3	51.6
6 МГц	4,8	9.6	14.4	19.2	24.0	28.8	33.6	38.4	43.2	48.0	52.8	57.6
7 МГц	5,2	10.4	15.6	20.8	26.0	31.2	36.4	41.6	46.8	52.0	57.2	62.4

Для того, что бы проектируемая система видеонаблюдения выполняла бы свои функции, необходимо обеспечивать трансляцию по линии связи видеосигнала от удаленной видеокамеры до входа видеорегистратора таким образом, чтобы на входном разъеме видеорегистратора или видео монитора присутствовал бы такой же видеосигнал по разрешению, что и на выходном разъеме удаленной видеокамеры. Любой кабель связи вносит затухание в передаваемый по нему сигнал. И чем выше частота сигнала, тем большее затухание вносится кабелем в передаваемый сигнал. Популярный симметричный кабель "UTP-Cat-5e" ("витая пара") вносит затухание сигнала на частоте 1 МГц порядка -2 дБ/100 метров, на частоте 4 МГц затухание составляет -3,8 дБ/100 метров, на частоте 7 МГц затухание составляет -5,3 дБ/100 метров. И если линия связи имеет длину равную 600 метров и необходимо передать видеосигнал с разрешением 570 твл, то, в этом случае, надо учитывать что кабель связи внесет затухание на частоте 7 МГц порядка -32 дБ. Если передача видеосигнала производится по радиочастотному кабелю марки "РК75-4,8-ХХХ", то этот радиочастотный кабель на частоте 7 МГц вносит затухание порядка -1,6 дБ/100 метров и при длине кабеля связи в 600 метров, этот радиочастотный кабель связи внесет затухание на частоте 7 МГц равное -9,6 дБ.

Для того что бы обеспечить передачу видеосигнала от удаленной видеокамеры с сохранением разрешающей способности видеосигнала до входного разъема видеорегистратора, необходимо оснащать линию связи оборудованием, которое обеспечит компенсацию затухание сигналов в кабеле связи. И такая линия связи уже будет представлять из себя не только сам кабель связи, а и передатчики и приемники видеосигнала по симметричной линии связи ("витой паре"), или видеоусилители при передаче видеосигнала по радиочастотному кабелю связи. В приведенном выше примере по длине линии связи, суммарный подъем АЧХ приемника и передатчика видеосигнала по "витой паре" на частоте 7 МГц должен быть не менее +32 дБ, а видеоусилитель должен иметь подъем АЧХ входного видеосигнала на частоте 7 МГц не менее +10 дБ. Только в этом случае выходной видеосигнал удаленной видеокамеры с разрешением 570 твл (как в нашем примере) будет присутствовать на входном разъеме видеорегистратора или видеомонитора.

Достаточно много так называемых "пассивных" передатчиков и приемников видеосигнала по "витой паре". В большинстве случаев из характеристик таких пассивных приемников и передатчиков присутствует только одна - "передача цветного видеосигнала до 300 метров, Ч/Б видеосигнала - до 600 метров". Иногда можно встретить запись - "передача видеосигнала до 1000 метров", а то и более. Практически очень редко можно найти и другую характеристику пассивного передатчика и пассивного приемника - "полоса пропускания 5 МГц". Иных характеристик пассивных приемников и передатчиков видеосигнала по "витой паре" найти практически невозможно. Пассивный приемник и передатчик, в своей основе, содержат согласующий трансформатор и все. Пассивный передатчик является и пассивным приемником одновременно. Пассивный передатчик преобразует не симметричный видеосигнал в симметричный, а приемник - наоборот. На приемнике происходит некое подавление наведенной на линию связи синфазной помехи. На какой уровень подавляется пассивным приемником синфазная помеха в таком трансформаторе - ни где не указывается. Скорее всего подавление синфазной помехи пассивным приемником производится на уровень - 6... -12 дБ и то в лучшем случае. Это зависит от качества намотки такого трансформатора и примененного сердечника и все. У качественных активных приемников подавление синфазной помехи происходит на уровень - 60 ....-90 дБ.

У любого трансформатора КПД не равно 100%. Следовательно, видеосигнал от входа пассивного передатчика до выхода пассивного приемника, на соответствующих нагрузках, теряет свою мощность, а, следовательно, и амплитуду. Фактически, на средних частотах спектра видеосигнала пассивный приемник и пассивный передатчик вносит потери в передаваемый видеосигнал. А какие потери вносят пассивные приемники и передатчики в высокочастотной области видеосигнала (1 ... 7 МГц), в своем большинстве, остается загадкой. Если у пассивного передатчика (он же и приемник) указана полоса частот (как пример) 5 МГц, то это, в лучшем случае, означает, что полоса передачи таким передатчиком сигнала составляет полосу 5 МГц по уровню затухание сигнала на частоте 5 МГц равным -3 дБ. Следовательно, суммарное затухание сигнала на частоте 5 МГц, которое вносит такой пассивный передатчик и приемник, составит уже -6 дБ. Не зная АЧХ такого пассивного передатчика и приемника, можно предположить, что по уровню затухания -3 дБ общая их полоса сузится и составит всего 4 МГц вместо указанного значения 5 МГц только для пассивного передатчика. И если даже между таким пассивным передатчиком и приемников включить симметричный кабель связи длиной всего 1 метр, то вне зависимости с какой разрешающей способностью мы подключим на вход передатчика видеокамеру (480 твл, 570 твл или 650 твл), на выходе пассивного приемника и на нагрузке 75 Ом мы будем иметь видеосигнал с разрешающей способностью не более 320 твл. А если мы соединим выход видеокамеры со входом видеорегистратора кабелем "витая пара" (без пассивного передатчика и приемника), то "витая пара" с применением кабеля "UTP-CAT-5e" ограничит полосу передаваемого видеосигнала с шириной спектра в 4 МГц по уровню -3 дБ при длине кабеля связи в 40 ...60 метров (а не 1 метр).

В справочных материалах присутствует информация о том, что для обеспечения качественной передачи видеосигнала по "витой паре" лучше применять пассивный передатчик с активным приемником. И даже указываются расстояния до 1000 метров и более. У видеосигнала достаточно много параметров. К примеру отношение "Сигнал/Шум" и "разрешающая способность видеосигнала". Возьмем линию связи длинной 1000 метров с кабелем "UTP-CAT-5e". И если среднее затухание видеосигнала в кабеле связи на частотах 50...100 кГц составит примерно -10 ... -12 дБ, то на частотах 7 МГц (570 твл) затухание сигналов составит уже -52 ... -56 дБ. И если представить себе, некий активный приемник компенсировал затухание кабеля связи на частоте 7 МГц (т.е. поднял АЧХ входного сигнала на частоте 7 МГц на уровень +56 дБ), то, следовательно, он увеличил входные сигналы на этой частоте примерно в 1000 раз. Следовательно, он увеличил и шумы также в 1000 раз. И если на выходе видеокамеры было соотношение "Сигнал/Шум" по уровню - 48 дБ, то, в этом примере, соотношение "Сигнал/Шум" на выходе приемника будет несколько хуже. Следовательно, мы уже теряем в качестве сигнала при его передаче с такой аппаратурой по кабелю связи. Но в параметрах активного приемника (рекламируемого вместе с пассивным передатчиком) редко указывается параметр подъема АЧХ приемника на той или иной частоте. В большинстве случаев в параметрах активного приемника указывается подъем ВЧ входного сигнала + 8 ... + 12 дБ. Но на какой частоте происходит подъем АЧХ приемника - непонятно. Но допустим, что подъем АЧХ приемника происходит на частоте 7 МГц. Производим простой расчет: линия связи с кабелем UTP-CAT-5e при ее длине в 1000 метров вносит затухание в передаваемый видеосигнал на частотах 7 МГц - 52 дБ. Если учесть скрутки проводов в кабеле связи, то можно предположить, что вносимое таким кабелем связи общее затухание на частоте 7 МГц составит -54... -56 дБ. Возникает закономерный вопрос - каким образом пассивный передатчик + активный приемник с коррекцией АЧХ в области высоких частот всего + 12 дБ (как пример) может обеспечить качественную передачу видеосигнала по линии связи с кабелем UTP-CAT-5e при длине линии связи в 1000 метров? Или возникает попутный вопрос - кто и как понимает «качественную» передачу видеосигнала по симметричной линии связи?

В параметрах многих активных передатчиков и активных приемников видеосигнала по «витой паре» указывается параметр – «полоса пропускания 7 МГц» (как пример). О чем говорит данный параметр? Данный параметр говорит только о том, что такой активный передатчик или активный приемник имеет ограничение спектра входного сигнала по уровню – 3 дБ на частотах 7 МГц. Следовательно, при применении такой пары (активных передатчика и приемник видеосигнала), частотный спектр видеосигнала по уровню – 3 дБ будет уже ограничен верхней частотой порядка 6 МГц. И если на вход передатчика будет поступать видеосигнал с разрешением 570 твл, то при длине кабеля всего 1 метр с выхода приемника будет поступать на видеорегистратор видеосигнал с разрешением всего 480 твл.

Для обеспечения действительно качественной передачи видеосигнала по симметричной линии связи необходимо и применение достаточно качественной аппаратуры. При подборе аппаратуры необходимо знать некоторые ее технические параметры, а именно:

1. Полоса пропускания передатчика и приемника по уровню -3 дБ должна составлять не менее 8…9 МГц для видеосигнала с разрешением 570 твл.

2. Уровень подъем АЧХ передатчика и приемника на граничной частоте спектра видеосигнала с заданным разрешением.

3. Рассчитанное затухание сигнала в кабеле связи на граничной частоте видеосигнала заданного разрешения.

4. Нелинейные искажения активного передатчика и активного приемника видеосигнала.

5. Значение (сумма) суммарного подъема АЧХ приемника и передатчика на граничной частоте спектра видеосигнала для того или иного разрешением должен быть больше вносимого затухания кабелем связи на этой же частоте. Это связано с дополнительным затуханием передаваемого сигнала в соединительных разъемах или в «скрутках» жил кабеля связи.

В идеальном варианте подъем суммарной АЧХ передатчиком и приемником должен полностью компенсировать вносимое затухание сигнала линией связи. И если, условно, затухание сигналов в линии связи в зависимости от частоты имеет вид, как показано на рисунке 1,

Рис. 1

то суммарный подъем АЧХ передатчика и приемника видеосигнала по кабелю связи должен иметь вид, показанный на рисунке 2

Рис. 2

Получить характеристики подъема АЧХ передатчика и приемника полностью соответствующую зеркальному отражению характеристики АЧХ кабеля связи практически нереально. Суммарная характеристика подъема АЧХ сигнала приемником и передатчиком будет только похожа на характеристику затухания сигнала в линии связи, но не более. И это несоответствие характеристик АЧХ кабеля связи и аппаратуры передачи видеосигнала так же внесет некоторые искажения в выходной видеосигнал, поступающий с выхода приемника на вход видеорегистратора. Потерь в качестве видеосигнала, передаваемого по кабелю связи, избежать невозможно, но задача аппаратуры и оборудования свести эти потери к разумному минимуму.

Многие могут возразить данному материалу и выразить некое недоразумение – а зачем применять достаточно дорогую аппаратуру для передачи видеосигнала от удаленной видеокамеры до входа видеорегистратора с разрешением более, чем 480 твл? Все равно большинство видео регистраторов записывают поступающую информации от видеокамеры с разрешением не более 480 твл. Тут можно сказать следующее:

• уже достаточно много видеорегистраторов, которые производят запись видеоизображения с разрешением 576 твл (4CIF (D1)   704x576   0,405 Mpixel   до 576 ТВЛ);

• появились видеорегистраторы с возможностью записи видеосигнала с большим разрешением, чем 576 твл;

• за последнее время появилось много аналоговых видеокамер с разрешением 600, 650 и даже 700 твл и от этих видеокамер необходимо по линии связи передавать видеосигнал до видеорегистратора или видеомонитора с разрешением видеосигнала, выдаваемого данной видеокамерой.

В любом случае, если для системы видеонаблюдения с применением аналоговых видеокамер приобретаются достаточно дорогие видеокамеры с разрешением 570, 600, 700 твл, то какой смысл для трансляции видеосигнала от этих видеокамер по симметричной линии связи класса «UTP-CAT-5e» (как пример) и длиной 200 – 400 метров применять пассивный передатчик и пассивный приемник, с выхода которого на вход видеорегистратора будет поступать видеосигнал с разрешением 300 твл, а то и менее. Какой смысл в приобретении таких видеокамер для системы видеонаблюдения с высоким разрешением (большим, чем 480 твл)? Но и видеосигнал с разрешением 480 твл надо передавать по линии связи с таким условием, что бы на вход видеорегистратора или видеомонитора поступал видеосигнал с тем же разрешением, а не (как пример) 240 твл.

Правильный подбор оборудования и несложный расчет позволит передавать в системе видеонаблюдения выходной сигнал от удаленной видеокамеры до входа на видеорегистратор с минимальными потерями в качестве и с минимальной потерей разрешения видеосигнала.

Сетевой коммутатор или свитч - устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного сегмента. В отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передает данные только непосредственно получателю. Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались. Свич работает на канальном уровне модели OSI, и потому в общем случае может только объединять узлы одной сети по их MAC-адресам. Для соединения нескольких сетей на основе сетевого уровня служат маршрутизаторы.

Коммутатор хранит в памяти специальную таблицу (MAC-таблицу), в которой указывается соответствие MAC-адреса узла порту коммутатора. При включении свитча эта таблица пуста, и он работает в режиме обучения. В этом режиме поступающие на какой-либо порт данные передаются на все остальные порты коммутатора. При этом свитч анализирует пакеты данных, определяя MAC-адрес компьютера-отправителя, и заносит его в таблицу. Впоследствии, если на один из портов коммутатора поступит пакет, предназначенный для этого компьютера, этот пакет будет отправлен только на соответствующий порт. Если MAC-адрес компьютера-получателя еще не известен, то пакет будет продублирован на все интерфейсы. Со временем коммутатор строит полную таблицу для всех своих портов, и в результате трафик локализуется.

Свичи подразделяются на управляемые и неуправляемые (наиболее простые). Более сложные свичи позволяют управлять коммутацией на канальном (втором) и сетевом (третьем) уровне модели OSI. Обычно их именуют соответственно, например Layer 2 Switch или просто, сокращенно L2. Управление свичем может осуществляться посредством протокола Web-интерфейса, SNMP, RMON и т.п. Многие управляемые свичи позволяют выполнять дополнительные функции: VLAN, QoS, агрегирование, зеркалирование. Сложные коммутаторы можно объединять в одно логическое устройство - стек, с целью увеличения числа портов.

NanoStation M5 организовывает сети беспроводного доступа на скорости до 300 Мбит/с. Является вторым поколением точек доступа Nanostation от Ubiquiti и работает в WiFi-диапазоне 5 ГГц. Основные отличия заключаются в применении абсолютно новой технологии airMAX и использовании антенн MIMO 2х2, что позволяет передавать большее количество данных, а также расширенный технический функционал. Кроме того, у NanoStation M5 появился дополнительный порт Ethernet, позволяющий подключать напрямую к устройству второстепенное оборудование, такое как IP-камеры, коммутаторы и другие устройства. Двухполяризационная антенна MIMO 2х2 усилением 16 dBi имеет широкую диаграмму направленности в обеих плоскостях.

В комплект устройства входит блок питания POE-24 и крепление на мачту. Nanostation M5 можно использовать как точку доступа для подключения клиентов 802.11 a/n и airMAX, а также как клиентское устройство в беспроводных сетях точка–многоточка.

По результатам проведенных энергетических расчетов мы рекомендуем устанавливать Nanostation M5 в режиме точка–точка на 3 километра, в режиме точка–многоточка, как клиентское устройство на 4 километра если в качестве базовой станции используется Rocket M5 и AirMax 5G-16-90. На этих расстояниях можно получать максимальную полезную пропускную способность в 80 Мбит/c (UP/DL).

Ubiquiti  NanoStation  M5 — одно из самых удачных решений для передачи трафика на большие расстояния. Благодаря производительному процессору и большому объему оперативной памяти, точка доступа на базе устройства способна без труда обслуживать клиентов небольшой сети. При помощи Ubiquiti  NanoStation  M5 легко доставить интернет-траффик абонентам расположенным на расстоянии 5 км. Точка легко конфигурируется и настраивается при помощи наглядного и удобного интерфейса.

Типовый сферы применения Ubiquiti  NanoStation  M5 — системы видеонаблюдения, телеконференцсвязь, поддержка телеметрического оборудования. Точка отлично подходит для трансляции потокового аудио- и видео- сигнала на дальние расстояния. Ubiquiti  NanoStation  M5 легко монтируется на любую вертикальную поврехность (столб, стену и т. д.) при помощи универсального монтажного блока, оригинальной конструкции и небольшим размерам корпуса устройства.

Один из важнейших элементов Ubiquiti  NanoStation  M5 — компактная, четырехсекционная антенна. Последнее слово мирового антенностроения — универсальный компонент с углом развертки 43° и минимальным размером обратного сектора. Благодаря таким характеристиками Ubiquiti  NanoStation  M5 легко настраивается на работу с несколькими клиентами или без проблем взаимодействует с тремя-пятью базовыми станциями. Более того, точка доступа может быть установлена как на железобетонную, так и металлическую поверхность без существенного влияния на качество поддерживаемого линка.

Еще одна важная особенность Ubiquiti  NanoStation  M5 — возможность настройки ширины канала в пределах от 10 до 40 МГц. Благодаря такому решению, можно устанавливать необходимые вам параметры линка, обеспечивая его максимальную дальность, сделав канал узким, но мощным, или же наоборот, обеспечить наибольшую пропускную способность моста. Следует отметить, что в большинстве случаев, оптимальным занчением этого параметра будет 20 МГц.

Одним из вариантов использования Ubiquiti  NanoStation  M5 является применение его как мощного и производительного роутера. Устройство способно предоставить доступ к сетевым сервисам десяткам абонентам в офисе площадью до 300 кв.м. Пропускной способности канала в этом случае будет более чем достаточно для комфортного выполнения типовых деловых задач — доступа в интернет, работе с 1С, взаимодействия с почтовым сервером и т. д. Не очень широкий угол развертки не является в этом случае большим препятствием — сигнал отражается от стен и потолка, поэтому в помещении практически не остается «мертвых зон».

Приобретая Ubiquiti  NanoStation  M5 вы получаете мощное оборудование для поддержки вашей телекоммуникационной инфраструктуры. Надежное и производительное оборудование от ведущего американского производителя. Команда профессионалов из Америки и России всегда готова помочь вам. Сконцентрируйтесь на развитие вашего бизнеса, а вопросы связи решит Ubiquiti  NanoStation  M5.

Ubiquiti  NanoStation  M5 полностью всепогдна. Прочный корпус из УФ-стойкого пластика не имеет швов в верхней части, а Ethernet-кабел, выполняющий одновременно и функцию кабеля питания (технология PoE) подводится снизу и защищен специальным кожухом. Благодаря этому, элементная база точки идеально защищена от попадания пыли и влаги. Широкий диапазон рабочих температур, позволяетUbiquiti  NanoStation  M5 работать в любую погоду, не боясь ни экстремально высоких температур, ни суровой русской зимы.

Использование специального защищенного THOUGHCable, а также применение систем грозозащиты LAN-канала, позволит защитить оборудование от скачков напряжения и статического разряда. Для коммутации различных PoE-устройств в рамках одной сети, удобно использовать также Ubiquiti TOUGHSwitch, который позволяет избежать проблем с совместимостью оборудования по выходному