В данной статье мы не будем касаться проблем передачи радио сигнала и оптоволоконных сетей. Подавляющее большинство трактов - это чистая гальваника, которая существует в осязаемом мире и на неё действуют по большей части механические факторы и окружающая среда, а значит нам придется так или иначе откатиться к аналоговому миру.
Что из себя представляет кабельный тракт? Если присмотреться, то это огромная антенна, которая набирает на себя огромное количество помех. Вопреки расхожему мнению, что цифровой сигнал не подвержен воздействию электромагнитных волн - это не так, хоть и в меньшей степени нежели аналоговый сигнал. Помимо электромагнитных помех существует еще ряд проблем, которые придется решить и учесть инженеру при построении проводного тракта, такие как затухание сигнала в кабеле, потери на разъёмах, уравнивающие токи и прочее, но обо всём по порядку.
Мы живем в аналоговом по сути мире, и все наши проблемы - аналоговые... Даже цифровые, дискретные сигналы передаются через аналоговые линии (других просто нет)… Никто не знает, когда возникнет следующая проблема, и ни кто не застрахован от проблем… но можно подготовиться заранее!
Итак разберем что из себя представляет тракт?
Если упростить, то тракт это набор элементов между источником сигнала и приемником и вот на этом участке возникает большинство проблем. Мы не будем касаться проблем согласования сигналов, а углубимся чисто в процесс его передачи.
У нас есть источник сигнала, допустим это некий медиа сервер, сигнал устремляется к экрану через каскад проводов, усилителей, разветвителей и прочего. Если рассматривать крупное мероприятие, то к этому мы добавляем общие кабель каналы где проходят линии как силовые так и сигнальные других служб (свет, звук, пиротехника), а так же различные активные элементы тракта далеко не всегда запитаны от одной фазы, будем честны, где есть розетка туда и воткнулись, ничего не поделаешь, издержки дооснащения и это нормальная практика. Сигнал в таких условия проходя через тракт получает следующие факторы, которые так или иначе влияют на его деградацию:
- Проходное сопротивление, ёмкость, индуктивность кабеля
- Питание от разных фаз сети и «петли - помехи по «земле»
- Кабель невысокого качества
- Индустриальные помехи
- Неточное согласование с волновым сопротивлением
- Наводки от соседних цепей
- Плохие разъёмы
Сразу оговоримся, что подразумевая кабельный видео тракт, мы имеем ввиду качественный коаксиальный кабель 75 Ω, обжатый компрессионными либо подобными разъёмами. Но да же при таких условиях мы не можем гарантировать 100% успеха.
Разъёмы - это одно из слабых мест. Чем больше соединений в тракте тем больше шансов потерять сигнал. На них наступают, наезжают, они окисляются, забиваются грязью, ослабевает компрессия в месте зажима. Все эти факторы могут привести к потере сигнала, а чем больше соединений тем больше стог сена где нам нужно найти иголку.
Затухание сигнала в кабеле:
К сожалению сигнал не может бежать по проводнику с одинаковой силой на всей длине. Рано или поздно он затухнет до такой степени, что принимающее устройство уже не сможет его распознать. При построении трактов следует учитывать этот фактор. Существуют среднестатистические значения которых следует придерживаться:
Аналоговое видео:
- Сигналы: CV, s-Video, YC, RGBS, YUV (Y/Cb/CR) - 50-100 метров
- Сигналы: YUV (Y/Pb/Pr) компонентный HDTV, компонентный (VGA) - 5-30 метров
Цифровое видео:
- SDI (стандартное ТВ) - 150-270 метров
- SDI (HD Ready, HD (до 1080i)) - 90-100 метров
- SDI (3G (до 1080p/60), 6G, 12G) - 50-70 метров
Цифровое видео - DVI HDMI - 5-15 метров, если мы говорим о простом кабеле, без встроенных усилителей. (Будет отдельная статья по DVI и HDMI. Какие есть подводные камни и почему они разные)
Итак подведем небольшой итог:
Уменьшайте длину кабелей, общее число кабелей.
Меньше кабелей - меньше проблем. Однако закладывайте в проект 25-30% запасных кабелей (на случай обрыва или усложнения задачи) там, где прокладка дополнительных кабелей будет затруднена.
Не экономьте на кабелях и разъёмах.
Используйте самые качественные, толстые и хорошо экранизированные кабели. (Будет отдельная статья о том как выкрутиться из ситуации когда у тебя только скотч и зубочистки)
Кабели и разъёмы окисляются со временем
Не допускайте резких перегибов коаксиальных кабелей. Резкий перегиб может ухудшить волновые свойства кабеля. Пусть радиус изгиба будет в 7-15 раз больше диаметра кабеля (или диаметра одного коаксиала внутри компонентного кабеля).
Старайтесь не использовать оборудование и кабели на пределе их технических возможностей.
Решение проблемы затухания сигнала можно найти в использовании усилителей для аналоговых сигналов и репетиторов для цифровых сигналов.
Есть правило установки такого оборудования:
Все усилители аналогового сигнала устанавливаются ближе к ИСТОЧНИКУ сигнала, так как если его поставить ближе к приемнику то он усилит и все наводки и помехи которые набрал на себя сигнал проходя по тракту. Цифровые сигналы лишены такой проблемы, но репитер рекомендуется ставить ближе к приемнику, так как как такового усиления сигнала там нет, а его коррекция происходит за счет алгебраического перетактирования, грубо говоря решения уравнения. Цифровой сигнал проходя по тракту по сути представляет из себя математическое уравнение, а внешние факторы и помехи так или иначе искажают информацию и уравнение теряет изначальный вид (артефакты на картинке), что бы этого избежать, его надо привести к виду и решить, именно этим и занимаются репитер и именно по этому их нужно ставить ближе к приемнику.
Еще одним решением могут быть витопарные приемопередатчики. Для таких устройств существует два вида витой пары: согласованная неэкранированная для аналоговых сигналов и несогласованная экранированная для цифровых сигналов. Почему так? В аналоговом видео по проводам бегут именно частотные сигналы и для правильного построения картинки они должны приходить в приемник одновременно, поэтому и витая пара используется согласованная, где длинна всех проводов одинаковая. В цифровом ТВ уже потоки данных и длины проводников в витой паре специально сделаны разной длинны что бы не создавать дополнительных помех.
Для цифровых сигналов на данный момент существует два типа устройств: первые которые работают только в своей среде, как правило они работают в режиме точка-точка, либо через простенькие делители и второй тип, которые могут работать через активное сетевое оборудование в среде протокола IP. С их помощью можно строить разветвленные сложные коммутационные сети используя местную (объектовую) инфраструктуру ЛВС, например в спортивных комплексах или очистных центрах. Но для всех типов существует одна проблема - задержка сигнала, поэтому не рекомендуется их использование на прямых участках.