浅析监控系统常见的“画面干扰”事件

    监控画面的噪声及干扰现象类型

    一般来说，在一个视频监控系统完成后，项目工程师都会对系统的画面做最后的调校(Fine tune)，以使摄像机所产生的视频画面在对比、颜色及亮度等显示上，能够符合一般认定标准或满足业主的要求。然而，往往在这个节骨眼上，摄像机或多或少都会冒出一些让工程师无法理解及判断的画面怪异现象，这些错愕的画面显示不但种类杂多，且无论模拟监控还是网络数字监控，都逃不过其影响的“怪圈”。这些监控画面产生的特有现象类型主要表现为如下。

    视频画面颜色错乱扭曲：这一症状多出现于模拟监控系统中，至于发生原因下文再说明;

    视频画面出现水平的白色或黑色波纹往画面上端移动：这也是属于常见的视频噪声干扰状况之一;

    视频画面出现多条黑色横线：如是状况也是最令工程师头痛的信号干扰问题之一，也常见于传统监控系统中;

    视频画面出现两个画面重迭现象：通常业界称其为“鬼影”，但其实是信号二次反射现象形成的关系，其在视频噪声干扰中，属于相对较好处理的一类;

    视频出现斜纹或左右交织斜纹：这种属于较为麻烦的噪声干扰，通常也是较难以处理的信号噪声难题，常令绝大部分工程师苦不堪言;

    视频画面颜色变淡、色彩怪异：这类情况偶有发生，也属于较为棘手的视频信号载波调整技术问题;

    视频画面上下跳动不停：视频上下跳动不停的问题相对单纯，也比较好判断问题及处理，然而有时也会出现因经验不足，工程师陷入束手无措的尴尬局面;

    视频画面有水波纹及亮点噪声：其也是较难处理的干扰问题之一，但若单纯是亮点噪声，或许是使用调整上出现纰漏;

    视频原是彩色格式却变成黑白呈现：这个问题也是一般工程师常碰到的画面问题或许是干扰抑或格式问题;

    画面有规则的白色亮点出现：这类现象偶有发生，一般出现在天候不良或是光缆传送信号之时;

    视频画面部分深色区域出现泛白、泛红或泛绿、泛蓝等不同颜色的亮面色块情况，但又不是一直存在，此类问题多见于光纤传输的视频信号中;

    视频或声音出现第二个不同视频干扰情况：这种问题通常定位为串讯(Cross-talk)问题，串讯容易辨认但却不是能够简单处理掉，也算是一种伤脑筋的干扰现象。

    诸如此类的问题，在数字网络或是模拟监控上屡见不鲜。

    监控画面的噪声及干扰现象产生之原因

    在视频监控系统中，视频讯号的传输，不管是采用同轴电缆抑或数字网络线缆，在传输过程中，一旦有外部干扰讯号侵入，通常都会影响画面质量，进而降低监控效果。在监控系统中，产生视频干扰及噪声的原因其实很多，很难全面明确归纳，不过可以肯定的是，这些干扰与噪声都来自于包括设备本身及外部环境。而针对不同的噪声与干扰，排除的方法也不尽相同。如果是设备本身的原因，通常只要替换故障设备即可解决;然而，倘是外部线路及环境所造成的干扰讯号侵入，则较难处理。接下来，我们就将上文提及的十二大现象，逐一进行剖析，以深究其产生之原由。

    视频画面颜色错乱扭曲：通常这一问题是由于模拟同轴线的接入视频后出现正负极短路，或是同轴芯线弯曲后微碰触接头外壳;在双绞线传输上则可能为发射端与接收端的转换器正负极接反所致，另外，也可能是网络在线的信号脚位正负接错，此类问题不至于让设备损坏，只需调换正负极性即可;

    视频画面出现水平的白色或黑色波纹往画面上端移动：这种情况大多为电压不足造成，不过部分案例是供电的交流电压偏低所致，电压下降超过摄像机或DVR的额定的工作电压10%以上，或是直流电供电器故障以致于电压由直流的12V降低到9V以下都会引起画面移动。此外，也有可能是因电流由供应额度一下降低到无法负载设备工作的电流条件或供电加大所产生的电流谐波所造成;

    视频画面出现多条黑色横线：该现象形成的原因有信号线过细，缆线拉线距离过长造成讯号衰弱，或是使用了无放大补偿的信号分配器;

    视频画面出现两个画面重迭现象：这个叫“鬼影”的信号二次反射问题，此现象又称为迭影或残影，大部分问题出在由于电缆阻抗不对或是线路长短，使得信号产生延迟反射;也有可能是信号分配数量过多，造成信号反射延迟;

    视频出现斜纹或左右交织斜纹：这种在视频监视器上出现斜纹或网状的干扰。这种干扰轻微时不影响正常图像，但严重时视频就连一般监看都有问题，这类现象原繁多且复杂。首先可能是视频传输线的质量不好，特别是遮蔽隔离噪声性能差，隔离网质量不佳或是铝箔加上铜线网造成一个容抗产生噪声积蓄造成;或是对地阻抗已失衡不是75Ω，造成地波噪声进入缆线造成，这部分严重的话，在模拟同轴电缆上将会产生对地电压不平衡，使电缆变成一个电容情况积蓄电流，一旦工程师碰触BNC接头就会放电，使工程师产生触电或放电产生火花损坏设备电路;再来，也可能是由于供电系统的电源头尾端对地电位不等及电力源非纯正确的交流电，而是取电相位不对的电力所引起也会有这种干扰;最后，则是监控系统附近有很强的干扰源，如高周波设备或是广播电视信号发射塔在邻近区域所造成的地波噪声干扰源;

    视频画面颜色变淡薄、色彩怪异的：一般这个问题都是调整上色饱和度问题较多，但也有因为线路上的破皮或接地不良而造成;

    视频画面上下跳动不停：这个下跳动如果不是讯号过度微弱的关系，就是摄像机本身因为灰度信号的调整关系使得同步信号失去位准;也有因为施工时因线不够长，在接线时未以焊锡焊接，导致不同步。在多路讯号下，强弱不平均所造成的垂直同步信号不同步使得画面跳动不停;

    视频画面有水波纹及亮点噪声：此类问题多源于镜头的光圈调校不良所造成比较多，但另外亦有可能现场信号线受外在环境干扰。因为环境往往散布着噪声，导致前景与背景的相减结果出现大量非移动目标物之零碎斑点，这些斑点会破坏目标物信息，进而造成系统误判，也是较难处理的干扰问题之一，但若单纯指是亮点噪声，那或许照度光圈使用调整上就可以解决的问题;

    视频原是彩色格式却变黑白呈现：即便这是个傻瓜式现象，“很傻很天真”的工程师也难免会碰上。由于目前摄像机都有NTSC与PAL双系统的选择功能(不管是模拟或是网络监空摄影机都一样)，因此，有些工程师在装摄像机之后，发现视频只能显示黑白图像，就只是拼命地查线路、显示器及DVR，却往往忽略摄像机本身的系统切换选项。但这也不是绝对与唯一的原因，也有可能是线路正负极短路碰触下组抗改变的结果，因此必须慎重的查核;

    画面有规则的白色亮点出现：这一问题通常发生在视频光端机的线路不良或是接头部分有水分渗入光纤电缆接头之时;当然，高周波的设备也会使摄像机产生这样的画面干扰噪声，特别是在FM调幅广播电台的天线近距离范微内最容意发生这种现象;另外，监控设备接地处理不良也可能会有此情形发生;

    视频画面部分深色区域出现泛白、泛红或泛绿、泛蓝等不同颜色的亮面色块情况：其成因与前一问题相似，不过这个情况只会发生在数字式光端机上，就其根源应是信号解调电路的处理不当所致。产品厂商在这部分的技术好坏也将影响工程的结果;

    视频或声音出现第二个不同视频干扰情况：串讯这种问题主要由讯号与讯号之间的相互干扰产生;也可能来自讯号线间的电磁辐射，或由电源面及接地面上传播的不必要讯号所产生;另外也有可能是因来自设备的邻频干扰产生或不同强度及不同类型信号的缆线与缆线之间过度近接所致。

    看完以上问题产生原因，也许读者会问：貌似这类问题都跟缆线脱不了关系。确实如此，因为缆线施工的优劣直接关系到工程质量。因此，在探讨解决视频噪声干扰问题之前，必须先了解视频频谱和同轴电缆的传输对噪声干扰的影响特性。

    监控缆线与噪声干扰的关系

    视频的电缆传输，目前主要有视频基带传输和视频载波传输，两者通常对应的传输媒介，分别是SYV75系列和SYWV75系列同轴电缆。前者就是所谓的视频电缆，主要用于视频监控领域，线缆芯层和屏蔽层之间的填充材料为实心塑料;后者叫射频电缆，主要用于有线电视领域，线缆芯层和屏蔽层之间的填充材料为发泡塑料，就其物理特性而言，更适合传输载波讯号。

    同轴电缆所能传输的讯号带宽达1GHz，而视频监控领域中，由于采用的是基带传输，使用的频带只有0～6MHz，只占传输带宽很小的一部分，因此，电缆的大部分带宽资源遭到闲置。而在视频载波传输中，所用的带宽是50MHz～1000MHz。同轴电缆在传输讯号时，对于不同频率讯号产生的衰减，也不相同。同轴电缆对于频率越高的讯号，衰减幅度越大。事实上，几乎对于每种传输介质而言，都有类似的衰减特性——即频率越高，衰减越大。这就是干扰与噪声入侵的机会点。又例如色彩会变淡或甚至变成黑白视频，其实这就是视频的波形正弦波表现图像的各种细节，如画面内容、清晰度、灰度和色彩等，其频率分布在前述0～6MHz的范围内，而图像中的色彩部分讯号，恰巧处于这个带宽中的高频，由于高频部分的衰减，相对较大，所以经过同一段距离的传输后，色彩讯号的衰减情形，会大于其他讯号，结果造成图像色彩变淡，甚至变成黑白的现象。

    再过来同轴电缆对各种频率讯号的隔离程度，亦即抗干扰能力，也不相同，不同频率的等幅电压讯号，施加在同轴电缆上所感应出的电压。频率越低的干扰讯号，在同轴电缆上感应的电压就越高，所以同轴电缆对频率较高的讯号隔离噪声效果较好，而对频率较低的讯号，隔离效果较差。

    如何排除监控系统的噪声与干扰

    要处理或排除监控系统的噪声与干扰并不是一件容易的事，在处理上要针对上两段内文所提的问题与成因，例如：为何摄影机画面会出现水平横纹或上下游动?可能是电源板故障。尤其在低照度时，AGC会自动启动，电流量消耗变大时更容易看到此问题;又例如为什么会有斜纹噪声干扰?是施工时因线不够长，在接线时未以焊锡黏接，导致不同步或是信号线受外在环境干扰;为何摄影机画面会扭曲或画面出现多重视频?要检查讯号到监视器之电缆阻抗，或是监视器为多点监看?可试着更新电缆，或是多点监看时请采用分配器等等方式，但这都不是根本之道，治本之道在于信号与电力接地隔离处置工作。

    接地工作除了对前端及后端设备加设备对地噪声隔离外，还可以对传输线的管路采用钢管并做好接管与管衔处接地焊接及设备接地处理。但噪声与干扰的接地离处理不能毫无章法，而须按部就班进行才能达到排除效果。首先一般电路接地是没有电位的、接地是稳定的、但实际上是都会带有电位，因此不得不注意接地面积接地大小与阻值。

    接地方法有很多，单点只是其中一种。而低频电路利用导线将各单元电路接地连接至机壳上的一点便不会有一大回路产生，没有大回路便没有大的回路电流，没有大回路电流输入与输出便各自相安无事。接地的方法很多，具体使用那一种方法取决于系统的结构和功能。“接地”的概念，大地为公共回路。这就是第一个接地问题。现在为了解决这个问题，存在的许多成功隔离噪声与干扰的接地方法，方法包括如下。

    单点接地：单点接地是为许多在一起的电路提供公共电位参考点的方法，这样信号就可以在不同的电路之间传输。单点接地要求每个电路只接地一次，并且接在同一点。由于只存在一个参考点，因此可以相信没有对地回路存在，因而也就没有干扰问题;

    多点接地：监控设备内电路都以机壳为接地参考点，而各个设备的机壳又都以地为参考点。这种接地结构能够提供较低的接地阻抗，这是因为多点接地时，每条地线可以很短;并且多根导线并联能够降低接地导体的总电感;

    混合接地：混合接地既包含了单点接地的特性，又包含了多点接地的特性。例如，系统内的电源需要单点接地，而射频信号又要求多点接地，对于直流，电容是开路的，电路是单点接地，对于射频，电容是导通的，电路是多点接地。

    当许多相互连接的设备体积很大(设备的物理尺寸和连接电缆与任何存在的干扰信号的波长相比很大)时，就存在通过机壳和电缆的作用产生干扰的可能性。当发生这种情况时，干扰电流的路径通常存在于系统的地回路中。因此接地必须注意以下：

    安全接地(Ether Grounding)：使用交流电的设备，必须通过黄绿色安全地线接地，否则当设备内的电源与机壳之间的绝缘电阻变小时，会导致电击伤害;

    避雷电接地(lightning Ground)：设施的雷电保护系统是一个独立的系统，由避雷针、下导体和与接地系统相连的接头组成;

    电磁相容接地(Isolated)：出于电磁兼容设计而要求的接地，包括隔离接地防止电路之间由于寄生电容存在产生相互干扰、必须进行必要的对地隔离;

    滤波器(Filter)接地：滤波器中一般都包含信号线或电源线到地的旁路电容，当滤波器不接地时，这些电容就处于悬浮状态，起不到旁路的作用。

    结语

    在谈到如何排除监控系统的噪音干扰时，曾有专家提到“一防，二避，三抗，四补”抗噪声及干扰四大基本要领，其要求从不同的技术层面采取不同措施，才能掌握噪声及干扰形成及排除的原理和使用方法，另外，在工程中灵活运用，才能立于不败之地。