監控畫面的噪聲及干擾現象類型

    一般來說，在一個視頻監控系統完成后，項目工程師都會對系統的畫面做最后的調校(Fine tune)，以使攝像機所產生的視頻畫面在對比、顏色及亮度等顯示上，能夠符合一般認定標準或滿足業主的要求。然而，往往在這個節骨眼上，攝像機或多或少都會冒出一些讓工程師無法理解及判斷的畫面怪異現象，這些錯愕的畫面顯示不但種類雜多，且無論模擬監控還是網絡數字監控，都逃不過其影響的“怪圈”。這些監控畫面產生的特有現象類型主要表現為如下。

    視頻畫面顏色錯亂扭曲：這一癥狀多出現于模擬監控系統中，至于發生原因下文再說明;

    視頻畫面出現水平的白色或黑色波紋往畫面上端移動：這也是屬于常見的視頻噪聲干擾狀況之一;

    視頻畫面出現多條黑色橫線：如是狀況也是最令工程師頭痛的信號干擾問題之一，也常見于傳統監控系統中;

    視頻畫面出現兩個畫面重迭現象：通常業界稱其為“鬼影”，但其實是信號二次反射現象形成的關系，其在視頻噪聲干擾中，屬于相對較好處理的一類;

    視頻出現斜紋或左右交織斜紋：這種屬于較為麻煩的噪聲干擾，通常也是較難以處理的信號噪聲難題，常令絕大部分工程師苦不堪言;

    視頻畫面顏色變淡、色彩怪異：這類情況偶有發生，也屬于較為棘手的視頻信號載波調整技術問題;

    視頻畫面上下跳動不停：視頻上下跳動不停的問題相對單純，也比較好判斷問題及處理，然而有時也會出現因經驗不足，工程師陷入束手無措的尷尬局面;

    視頻畫面有水波紋及亮點噪聲：其也是較難處理的干擾問題之一，但若單純是亮點噪聲，或許是使用調整上出現紕漏;

    視頻原是彩色格式卻變成黑白呈現：這個問題也是一般工程師常碰到的畫面問題或許是干擾抑或格式問題;

    畫面有規則的白色亮點出現：這類現象偶有發生，一般出現在天候不良或是光纜傳送信號之時;

    視頻畫面部分深色區域出現泛白、泛紅或泛綠、泛藍等不同顏色的亮面色塊情況，但又不是一直存在，此類問題多見于光纖傳輸的視頻信號中;

    視頻或聲音出現第二個不同視頻干擾情況：這種問題通常定位為串訊(Cross-talk)問題，串訊容易辨認但卻不是能夠簡單處理掉，也算是一種傷腦筋的干擾現象。

    諸如此類的問題，在數字網絡或是模擬監控上屢見不鮮。

    監控畫面的噪聲及干擾現象產生之原因

    在視頻監控系統中，視頻訊號的傳輸，不管是采用同軸電纜抑或數字網絡線纜，在傳輸過程中，一旦有外部干擾訊號侵入，通常都會影響畫面質量，進而降低監控效果。在監控系統中，產生視頻干擾及噪聲的原因其實很多，很難全面明確歸納，不過可以肯定的是，這些干擾與噪聲都來自于包括設備本身及外部環境。而針對不同的噪聲與干擾，排除的方法也不盡相同。如果是設備本身的原因，通常只要替換故障設備即可解決;然而，倘是外部線路及環境所造成的干擾訊號侵入，則較難處理。接下來，我們就將上文提及的十二大現象，逐一進行剖析，以深究其產生之原由。

    視頻畫面顏色錯亂扭曲：通常這一問題是由于模擬同軸線的接入視頻后出現正負極短路，或是同軸芯線彎曲后微碰觸接頭外殼;在雙絞線傳輸上則可能為發射端與接收端的轉換器正負極接反所致，另外，也可能是網絡在線的信號腳位正負接錯，此類問題不至于讓設備損壞，只需調換正負極性即可;

    視頻畫面出現水平的白色或黑色波紋往畫面上端移動：這種情況大多為電壓不足造成，不過部分案例是供電的交流電壓偏低所致，電壓下降超過攝像機或DVR的額定的工作電壓10%以上，或是直流電供電器故障以致于電壓由直流的12V降低到9V以下都會引起畫面移動。此外，也有可能是因電流由供應額度一下降低到無法負載設備工作的電流條件或供電加大所產生的電流諧波所造成;

    視頻畫面出現多條黑色橫線：該現象形成的原因有信號線過細，纜線拉線距離過長造成訊號衰弱，或是使用了無放大補償的信號分配器;

    視頻畫面出現兩個畫面重迭現象：這個叫“鬼影”的信號二次反射問題，此現象又稱為迭影或殘影，大部分問題出在由于電纜阻抗不對或是線路長短，使得信號產生延遲反射;也有可能是信號分配數量過多，造成信號反射延遲;

    視頻出現斜紋或左右交織斜紋：這種在視頻監視器上出現斜紋或網狀的干擾。這種干擾輕微時不影響正常圖像，但嚴重時視頻就連一般監看都有問題，這類現象原繁多且復雜。首先可能是視頻傳輸線的質量不好，特別是遮蔽隔離噪聲性能差，隔離網質量不佳或是鋁箔加上銅線網造成一個容抗產生噪聲積蓄造成;或是對地阻抗已失衡不是75Ω，造成地波噪聲進入纜線造成，這部分嚴重的話，在模擬同軸電纜上將會產生對地電壓不平衡，使電纜變成一個電容情況積蓄電流，一旦工程師碰觸BNC接頭就會放電，使工程師產生觸電或放電產生火花損壞設備電路;再來，也可能是由于供電系統的電源頭尾端對地電位不等及電力源非純正確的交流電，而是取電相位不對的電力所引起也會有這種干擾;最后，則是監控系統附近有很強的干擾源，如高周波設備或是廣播電視信號發射塔在鄰近區域所造成的地波噪聲干擾源;

    視頻畫面顏色變淡薄、色彩怪異的：一般這個問題都是調整上色飽和度問題較多，但也有因為線路上的破皮或接地不良而造成;

    視頻畫面上下跳動不停：這個下跳動如果不是訊號過度微弱的關系，就是攝像機本身因為灰度信號的調整關系使得同步信號失去位準;也有因為施工時因線不夠長，在接線時未以焊錫焊接，導致不同步。在多路訊號下，強弱不平均所造成的垂直同步信號不同步使得畫面跳動不停;

    視頻畫面有水波紋及亮點噪聲：此類問題多源于鏡頭的光圈調校不良所造成比較多，但另外亦有可能現場信號線受外在環境干擾。因為環境往往散布著噪聲，導致前景與背景的相減結果出現大量非移動目標物之零碎斑點，這些斑點會破壞目標物信息，進而造成系統誤判，也是較難處理的干擾問題之一，但若單純指是亮點噪聲，那或許照度光圈使用調整上就可以解決的問題;

    視頻原是彩色格式卻變黑白呈現：即便這是個傻瓜式現象，“很傻很天真”的工程師也難免會碰上。由于目前攝像機都有NTSC與PAL雙系統的選擇功能(不管是模擬或是網絡監空攝影機都一樣)，因此，有些工程師在裝攝像機之后，發現視頻只能顯示黑白圖像，就只是拼命地查線路、顯示器及DVR，卻往往忽略攝像機本身的系統切換選項。但這也不是絕對與唯一的原因，也有可能是線路正負極短路碰觸下組抗改變的結果，因此必須慎重的查核;

    畫面有規則的白色亮點出現：這一問題通常發生在視頻光端機的線路不良或是接頭部分有水分滲入光纖電纜接頭之時;當然，高周波的設備也會使攝像機產生這樣的畫面干擾噪聲，特別是在FM調幅廣播電臺的天線近距離范微內最容意發生這種現象;另外，監控設備接地處理不良也可能會有此情形發生;

    視頻畫面部分深色區域出現泛白、泛紅或泛綠、泛藍等不同顏色的亮面色塊情況：其成因與前一問題相似，不過這個情況只會發生在數字式光端機上，就其根源應是信號解調電路的處理不當所致。產品廠商在這部分的技術好壞也將影響工程的結果;

    視頻或聲音出現第二個不同視頻干擾情況：串訊這種問題主要由訊號與訊號之間的相互干擾產生;也可能來自訊號線間的電磁輻射，或由電源面及接地面上傳播的不必要訊號所產生;另外也有可能是因來自設備的鄰頻干擾產生或不同強度及不同類型信號的纜線與纜線之間過度近接所致。

    看完以上問題產生原因，也許讀者會問：貌似這類問題都跟纜線脫不了關系。確實如此，因為纜線施工的優劣直接關系到工程質量。因此，在探討解決視頻噪聲干擾問題之前，必須先了解視頻頻譜和同軸電纜的傳輸對噪聲干擾的影響特性。

    監控纜線與噪聲干擾的關系

    視頻的電纜傳輸，目前主要有視頻基帶傳輸和視頻載波傳輸，兩者通常對應的傳輸媒介，分別是SYV75系列和SYWV75系列同軸電纜。前者就是所謂的視頻電纜，主要用于視頻監控領域，線纜芯層和屏蔽層之間的填充材料為實心塑料;后者叫射頻電纜，主要用于有線電視領域，線纜芯層和屏蔽層之間的填充材料為發泡塑料，就其物理特性而言，更適合傳輸載波訊號。

    同軸電纜所能傳輸的訊號帶寬達1GHz，而視頻監控領域中，由于采用的是基帶傳輸，使用的頻帶只有0～6MHz，只占傳輸帶寬很小的一部分，因此，電纜的大部分帶寬資源遭到閑置。而在視頻載波傳輸中，所用的帶寬是50MHz～1000MHz。同軸電纜在傳輸訊號時，對于不同頻率訊號產生的衰減，也不相同。同軸電纜對于頻率越高的訊號，衰減幅度越大。事實上，幾乎對于每種傳輸介質而言，都有類似的衰減特性——即頻率越高，衰減越大。這就是干擾與噪聲入侵的機會點。又例如色彩會變淡或甚至變成黑白視頻，其實這就是視頻的波形正弦波表現圖像的各種細節，如畫面內容、清晰度、灰度和色彩等，其頻率分布在前述0～6MHz的范圍內，而圖像中的色彩部分訊號，恰巧處于這個帶寬中的高頻，由于高頻部分的衰減，相對較大，所以經過同一段距離的傳輸后，色彩訊號的衰減情形，會大于其他訊號，結果造成圖像色彩變淡，甚至變成黑白的現象。

    再過來同軸電纜對各種頻率訊號的隔離程度，亦即抗干擾能力，也不相同，不同頻率的等幅電壓訊號，施加在同軸電纜上所感應出的電壓。頻率越低的干擾訊號，在同軸電纜上感應的電壓就越高，所以同軸電纜對頻率較高的訊號隔離噪聲效果較好，而對頻率較低的訊號，隔離效果較差。

    如何排除監控系統的噪聲與干擾

    要處理或排除監控系統的噪聲與干擾并不是一件容易的事，在處理上要針對上兩段內文所提的問題與成因，例如：為何攝影機畫面會出現水平橫紋或上下游動?可能是電源板故障。尤其在低照度時，AGC會自動啟動，電流量消耗變大時更容易看到此問題;又例如為什么會有斜紋噪聲干擾?是施工時因線不夠長，在接線時未以焊錫黏接，導致不同步或是信號線受外在環境干擾;為何攝影機畫面會扭曲或畫面出現多重視頻?要檢查訊號到監視器之電纜阻抗，或是監視器為多點監看?可試著更新電纜，或是多點監看時請采用分配器等等方式，但這都不是根本之道，治本之道在于信號與電力接地隔離處置工作。

    接地工作除了對前端及后端設備加設備對地噪聲隔離外，還可以對傳輸線的管路采用鋼管并做好接管與管銜處接地焊接及設備接地處理。但噪聲與干擾的接地離處理不能毫無章法，而須按部就班進行才能達到排除效果。首先一般電路接地是沒有電位的、接地是穩定的、但實際上是都會帶有電位，因此不得不注意接地面積接地大小與阻值。

    接地方法有很多，單點只是其中一種。而低頻電路利用導線將各單元電路接地連接至機殼上的一點便不會有一大回路產生，沒有大回路便沒有大的回路電流，沒有大回路電流輸入與輸出便各自相安無事。接地的方法很多，具體使用那一種方法取決于系統的結構和功能。“接地”的概念，大地為公共回路。這就是第一個接地問題�，F在為了解決這個問題，存在的許多成功隔離噪聲與干擾的接地方法，方法包括如下。

    單點接地：單點接地是為許多在一起的電路提供公共電位參考點的方法，這樣信號就可以在不同的電路之間傳輸。單點接地要求每個電路只接地一次，并且接在同一點。由于只存在一個參考點，因此可以相信沒有對地回路存在，因而也就沒有干擾問題;

    多點接地：監控設備內電路都以機殼為接地參考點，而各個設備的機殼又都以地為參考點。這種接地結構能夠提供較低的接地阻抗，這是因為多點接地時，每條地線可以很短;并且多根導線并聯能夠降低接地導體的總電感;

    混合接地：混合接地既包含了單點接地的特性，又包含了多點接地的特性。例如，系統內的電源需要單點接地，而射頻信號又要求多點接地，對于直流，電容是開路的，電路是單點接地，對于射頻，電容是導通的，電路是多點接地。

    當許多相互連接的設備體積很大(設備的物理尺寸和連接電纜與任何存在的干擾信號的波長相比很大)時，就存在通過機殼和電纜的作用產生干擾的可能性。當發生這種情況時，干擾電流的路徑通常存在于系統的地回路中。因此接地必須注意以下：

    安全接地(Ether Grounding)：使用交流電的設備，必須通過黃綠色安全地線接地，否則當設備內的電源與機殼之間的絕緣電阻變小時，會導致電擊傷害;

    避雷電接地(lightning Ground)：設施的雷電保護系統是一個獨立的系統，由避雷針、下導體和與接地系統相連的接頭組成;

    電磁相容接地(Isolated)：出于電磁兼容設計而要求的接地，包括隔離接地防止電路之間由于寄生電容存在產生相互干擾、必須進行必要的對地隔離;

    濾波器(Filter)接地：濾波器中一般都包含信號線或電源線到地的旁路電容，當濾波器不接地時，這些電容就處于懸浮狀態，起不到旁路的作用。

    結語

    在談到如何排除監控系統的噪音干擾時，曾有專家提到“一防，二避，三抗，四補”抗噪聲及干擾四大基本要領，其要求從不同的技術層面采取不同措施，才能掌握噪聲及干擾形成及排除的原理和使用方法，另外，在工程中靈活運用，才能立于不敗之地。