廣播電視在數(shù)字系統(tǒng)設(shè)備的設(shè)計(jì)、施工過(guò)程中，種類(lèi)繁多的設(shè)備選型固然重要，對(duì)用于連接設(shè)備的電纜的選擇使用也不容忽視。一旦選錯(cuò)電纜，如同選錯(cuò)設(shè)備一樣會(huì)付出代價(jià)。對(duì)電纜的正確選擇、規(guī)范安裝，需要建立在對(duì)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和電纜特性全面了解的基礎(chǔ)之上。本文主要介紹數(shù)字音視頻標(biāo)準(zhǔn)、典型電纜特性以及數(shù)字系統(tǒng)中電纜傳輸應(yīng)用情況。
一. 數(shù)字音頻標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)字視頻標(biāo)準(zhǔn)
1. 數(shù)字音頻（AES3）標(biāo)準(zhǔn)
對(duì)本身是模擬的音頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)字處理、變換，并規(guī)定傳輸格式和標(biāo)準(zhǔn)，美國(guó)聲學(xué)工程協(xié)會(huì)和歐洲廣播聯(lián)盟(AES/EBU)共同制定了數(shù)字音頻的標(biāo)準(zhǔn)。本標(biāo)準(zhǔn)中與電纜有關(guān)的兩個(gè)關(guān)鍵的參數(shù)為碼率和特性阻抗：在建議的48 kHz音頻取樣頻率下，碼率為3.072 Mb/s；雙絞線的結(jié)構(gòu)特性阻抗為110Ω±20%，同軸電纜的特性阻抗為75Ω。
2. 數(shù)字視頻（SDI）標(biāo)準(zhǔn)
美國(guó)電影電視工程師學(xué)會(huì)(SMPTE)制定了串行數(shù)字傳輸標(biāo)準(zhǔn)：SMPTE259M。SMPTE259M提出傳輸?shù)闹饕笜?biāo)如下：數(shù)據(jù)流電平峰峰值：800 mV±10%，上升、下降時(shí)間：0.4～1.5 ns，過(guò)沖：±10%，對(duì)4:2:2數(shù)字分量，碼率為270 Mb/s，抖動(dòng)＜740 ps。
二. 雙絞屏蔽線電纜的數(shù)字音頻傳輸
1. 雙絞屏蔽線電纜參數(shù)
AES/EBU標(biāo)準(zhǔn)由于阻抗范圍寬，電纜特性阻抗范圍可以從88～132Ω，其中110Ω最為理想。雙絞線應(yīng)當(dāng)進(jìn)行屏蔽，如果是多線對(duì)電纜，每一組線對(duì)都應(yīng)當(dāng)單獨(dú)屏蔽。在永久性的安裝中推薦使用箔層屏蔽,而在彎曲應(yīng)用中則推薦使用箔層加網(wǎng)狀屏蔽。一組線對(duì)可以傳輸兩個(gè)通道的數(shù)字音頻。電纜可以與XLR連接器端接，也可以進(jìn)行穿孔，或者焊接于跳線板上。大多數(shù)數(shù)字音頻電纜使用發(fā)泡聚乙烯以使尺寸減至最小。標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)泡聚乙烯很容易擠壓，可能造成特性阻抗的改變。電纜制造商使用了一種特殊的發(fā)泡高密度聚乙烯，與標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)泡絕緣體相比大大提高了耐沖擊性能。
2. 雙絞屏蔽線電纜傳輸
雙絞屏蔽線電纜是最早使用的傳輸模擬音頻信號(hào)的手段之一。它的優(yōu)點(diǎn)是：在傳輸距離較短時(shí)鋪設(shè)較容易，與其它傳輸手段相比，投資相對(duì)較少，技術(shù)也較成熟，維護(hù)方便等。其缺點(diǎn)是，傳輸距離較遠(yuǎn)時(shí)頻響較差。AES3規(guī)定了長(zhǎng)度在100 m以?xún)?nèi)數(shù)字伴音的傳送標(biāo)準(zhǔn)，信號(hào)源及與
負(fù)載阻抗均應(yīng)為110Ω。因?yàn)锳ES/EBU數(shù)字伴音的頻率高達(dá)6 MHz，電容和高頻損耗將引起高頻跌落，最后信號(hào)的邊沿變圓，幅度降低，以至于接收器無(wú)法識(shí)別“1”和“0”，所以100 m以?xún)?nèi)采用110Ω平衡傳輸，100 m以上的傳輸使用不平衡式阻抗為75Ω的同軸電纜傳輸。
音頻電纜上可使用的插頭，從RCA到專(zhuān)業(yè)XLR，種類(lèi)繁多。因此，當(dāng)人們開(kāi)始考慮專(zhuān)業(yè)數(shù)字音頻信號(hào)的傳輸時(shí)，自然地就會(huì)想到使用這種帶有XLR插頭的雙絞屏蔽線電纜。AES和EBU都在致力于數(shù)字音頻信號(hào)傳輸標(biāo)準(zhǔn)化的研究，兩個(gè)機(jī)構(gòu)緊密合作且標(biāo)準(zhǔn)相似，廣電行業(yè)使用了AES/EBU界面標(biāo)準(zhǔn)。AES3-1992及其前身AES3-1985標(biāo)準(zhǔn)，典型就是使用雙絞屏蔽線電纜和XLR接插頭。
三. 同軸電纜的數(shù)字音頻傳輸
1. 數(shù)字音頻的同軸電纜傳輸
如果通過(guò)某種方法可將AES數(shù)字音頻信號(hào)的電平變?yōu)? V、阻抗變?yōu)榉瞧胶?5Ω，那么就可以像傳輸視頻信號(hào)那樣傳輸數(shù)字音頻信號(hào)，3～10 MHz帶寬的信號(hào)可以與目前模擬視頻放大器和矩陣開(kāi)關(guān)等實(shí)現(xiàn)良好匹配。AES3-ID標(biāo)準(zhǔn)包括了電纜、電纜均衡器及接收器電路等方面的信息，接收器還包括AES3設(shè)備與電纜系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換的變換器。
根據(jù)AES3-ID標(biāo)準(zhǔn)，可以通過(guò)外部變換器與傳統(tǒng)數(shù)字音頻設(shè)備上的XLR接插頭實(shí)現(xiàn)對(duì)接。變換器可將電壓降至1 Vp-p，使用一個(gè)阻抗匹配器將110Ω轉(zhuǎn)換為75Ω，當(dāng)接收器端需恢復(fù)原狀態(tài)時(shí)，又可將75Ω轉(zhuǎn)換為110Ω。許多廠家均可以提供這類(lèi)變換器。
數(shù)字音頻設(shè)備制造商希望生產(chǎn)一種超越XLR插頭、可直接兼容75Ω同軸電纜和模擬視頻設(shè)備的接口。美國(guó)電影電視工程師學(xué)會(huì)（SMPTE）制定標(biāo)準(zhǔn)為ANSI/SMPTE276M，包括一個(gè)點(diǎn)到點(diǎn)的同軸電纜接口，用來(lái)傳輸AES/EBU數(shù)字音頻信號(hào)，保證在電視應(yīng)用中數(shù)字音、視頻電纜和電視設(shè)備接口之間保持一定的兼容性。它不妨礙在這些設(shè)備上使用雙絞屏蔽線電纜傳輸平衡AES/EBU音頻信號(hào)，因?yàn)檫@兩種傳輸可以通過(guò)匹配網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)接。但傳輸通道的數(shù)據(jù)編碼應(yīng)采用ANSI4.40-1992(AES-3-1992)標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)說(shuō)，日本東京廣播系統(tǒng)(TBS)試驗(yàn)于110Ω輸入/輸出阻抗設(shè)備,當(dāng)采用75Ω同軸電纜時(shí)，穩(wěn)定傳輸距離可達(dá)500 m。通過(guò)同軸電纜傳輸AES-3格式數(shù)字音頻信號(hào)，還為目前使用的模擬視頻設(shè)備，諸如模擬視頻放大器和線路矩陣開(kāi)關(guān)等提供了新的應(yīng)用前景。
2. 嵌入音頻傳輸
通常把數(shù)字音頻信號(hào)插入(嵌入)到數(shù)字視頻信號(hào)之中,即將數(shù)字音頻信號(hào)插入到視頻信號(hào)的行場(chǎng)同步脈沖(行場(chǎng)消隱)期間，從而與數(shù)字分量視頻信號(hào)同時(shí)傳輸。
在許多電視應(yīng)用領(lǐng)域中，數(shù)字音頻信號(hào)被嵌入至數(shù)字視頻信號(hào)中，在一根同軸電纜上傳輸，然后數(shù)字音頻信號(hào)從視頻信號(hào)中解嵌出來(lái)（分離多路技術(shù)），在設(shè)備內(nèi)部單獨(dú)運(yùn)行。例如在播出領(lǐng)域，很少有視音頻分切的情況，嵌入音頻技術(shù)的使用可以使矩陣減少一個(gè)層面，連線也更簡(jiǎn)單，特別是DVCPRO 等格式信號(hào)源設(shè)備均帶有嵌入音頻SDI接口，使得這種應(yīng)用更具有實(shí)際意義。
四. 同軸電纜的數(shù)字視頻傳輸
1. 同軸電纜參數(shù)
精密模擬視頻電纜大都采用雙層網(wǎng)狀屏蔽，從很低頻率(接近直流)到大約10 MHz的頻率范圍內(nèi)都具有很低的損耗(如Belden8281)，但對(duì)于數(shù)字信號(hào)的高頻并不是最佳選擇。
電纜制造商為數(shù)字傳輸而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的新型同軸結(jié)構(gòu)，使用了若干設(shè)計(jì)參數(shù)，具備高頻傳輸所要求的精密電氣特性，具有比原有設(shè)計(jì)更為優(yōu)異的性能。中心導(dǎo)體選用實(shí)心裸銅具有更好的特性阻抗穩(wěn)定性和反射損耗(SRL)。數(shù)字信號(hào)傳輸包括沿著導(dǎo)體中心進(jìn)行的低頻傳輸和由于集膚效應(yīng)而沿導(dǎo)體外表面進(jìn)行的高頻傳輸。基于這些原因，沒(méi)有涂 層的純銅導(dǎo)體具有最佳的性能。
介電材料(絕緣材料)由高密度的發(fā)泡聚乙烯制成。特殊設(shè)計(jì)具有耐沖擊性能，可以防止導(dǎo)體移動(dòng)。沖擊和導(dǎo)體移動(dòng)都會(huì)引起特性阻抗的改變。氣體注入技術(shù)可以生成非常均勻的泡沫使得傳播速度提高(82～84%)。速率保持常量可以使電纜與電纜之間的同步問(wèn)題減小到最低程度。
精密模擬電纜只采用雙層網(wǎng)狀屏蔽就非常有效，但對(duì)于數(shù)字信號(hào)來(lái)說(shuō)并不是最佳選擇。網(wǎng)狀屏蔽對(duì)低于10 Hz的頻率非常理想，而加箔層的屏蔽對(duì)高頻效果最好。由于數(shù)字信號(hào)傳輸包含兩個(gè)頻率，所以使用了箔層加網(wǎng)狀的設(shè)計(jì)。
2. 同軸電纜的選擇
在串行數(shù)字系統(tǒng)中，要傳送的數(shù)據(jù)率高達(dá)270 Mb/s或360 Mb/s，在如此高的頻率范圍內(nèi)，雖精密的模擬視頻電纜其損耗仍會(huì)顯著增大，盡管串行數(shù)字信號(hào)很容易通過(guò)均衡的方法克服這些影響。但傳輸距離會(huì)明顯減少。因此，只有在短距離情況下的數(shù)字系統(tǒng)中使用現(xiàn)有質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的電纜才是可行的。
電纜制造商專(zhuān)門(mén)為串行數(shù)字信號(hào)而設(shè)計(jì)新型、低損耗、泡沫型介質(zhì)電纜。例如，供替換使用的視頻電纜Belden1505A，它雖然比較細(xì)但更加柔軟，價(jià)格比8281更便宜，然而，在串行數(shù)字信號(hào)相關(guān)的頻段區(qū)域內(nèi)，它具有更加優(yōu)良的特性。目前，適用于串行數(shù)字視頻信號(hào)的最優(yōu)良的電纜是Belden1694A。其損耗低于1505A。另一種可供選擇的電纜是Belden9292。該電纜的特點(diǎn)是損耗更低，然而，它比較粗，柔性較差，可用在固定安裝、長(zhǎng)距離情況下，但必須使用不同的BNC連接器。此外，在受壓時(shí)泡沫芯可能變形，結(jié)果造成反射。
五. 值得注意的幾個(gè)方面
1. 模擬、數(shù)字雙絞屏蔽電纜交叉使用
模擬電纜可以用于數(shù)字音頻信號(hào)傳輸，但只能用于大約15 m的距離。確切的長(zhǎng)度由糾錯(cuò)性能和接收器的信號(hào)不穩(wěn)定公差決定。大多數(shù)模擬電纜的特性阻抗為40～70Ω。與特性阻抗標(biāo)稱(chēng)110Ω不匹配會(huì)造成信號(hào)的反射和不穩(wěn)定，導(dǎo)致接收器的錯(cuò)碼。此外，模擬電纜的高電容會(huì)大大減少數(shù)字方波的上升時(shí)間。
當(dāng)數(shù)字電纜用于模擬信號(hào)傳輸，由于數(shù)字電纜的電容極低，因此比模擬電纜更為優(yōu)異。如BELDEN9180數(shù)字音頻電纜。在傳輸音頻信號(hào)時(shí)可比同類(lèi)型模擬音頻電纜在同樣衰減的情況下多傳30%的距離。
2. 模擬、數(shù)字同軸電纜交叉使用
在模擬視頻電纜中，只有精密視頻電纜可以用于數(shù)字信號(hào)傳輸。標(biāo)準(zhǔn)視頻電纜可以是多股中心導(dǎo)體或者銅包鋼導(dǎo)體，它們不一定具備如上所述的足夠屏蔽能力，只能傳很短的距離，且誤碼率較高。標(biāo)準(zhǔn)視頻電纜通常不進(jìn)行SRL測(cè)試。謹(jǐn)防使用普通同軸纜傳輸數(shù)字信號(hào)而造成隱患。
數(shù)字電纜可以用于模擬信號(hào)傳輸，但模擬設(shè)備必須包含電纜均衡器，該電纜均衡器在特定電纜的損耗特性范圍內(nèi)使用。如果傳輸距離短，可能不需要考慮均衡問(wèn)題。很多設(shè)備制造商生產(chǎn)專(zhuān)門(mén)用于新型數(shù)字電纜的均衡卡。
可以在同一傳輸中混合使用發(fā)泡和實(shí)心聚乙烯設(shè)計(jì)，但必須依據(jù)這兩種電纜的時(shí)延不同進(jìn)行正確的補(bǔ)償計(jì)算。發(fā)泡芯電纜的時(shí)延為1.24 ns/ft，而實(shí)心聚乙烯的時(shí)延為1.54 ns/ft。電纜的損耗特性也不同。如混合使用電纜類(lèi)型，兩個(gè)參數(shù)均須考慮。依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，最好從頭至尾使用同一種設(shè)計(jì)。
3. 實(shí)踐體會(huì)
對(duì)于Belden1694A電纜，制造商給出270 MHz時(shí)，30 m電纜衰減3.10 dB，100 m衰減10.2 dB。實(shí)際測(cè)得285 m時(shí)眼高還有240 mV，可被非時(shí)鐘再生的接收器接收；Belden8281眼高240 mV時(shí)為180 m（非時(shí)鐘再生接收器在眼高240 mV時(shí)可穩(wěn)定接收信號(hào)；時(shí)鐘再生接收器在眼高120 mV時(shí)可穩(wěn)定接收信號(hào)）。
以5級(jí)臨界點(diǎn)串聯(lián)Belden1694A電纜，系統(tǒng)沒(méi)有出現(xiàn)崩潰現(xiàn)象，而8281在3級(jí)時(shí)就有不穩(wěn)定現(xiàn)象。在價(jià)格上8281是1694A的一倍。
利用WFM601對(duì)Belden9292、Belden1505A進(jìn)行大量試驗(yàn)和工程驗(yàn)證表明，在數(shù)字系統(tǒng)中，上述電纜實(shí)際傳輸距離均超過(guò)制造商給出的標(biāo)稱(chēng)值，Belden9292達(dá)到400 m，而1505達(dá)到280 m。
另外，不恰當(dāng)?shù)牟僮骱桶惭b都可能導(dǎo)致電纜變形，在安裝數(shù)字電纜時(shí)應(yīng)注意不要紐結(jié)電纜，電纜彎曲半徑不能小于電纜直徑的10倍。施工設(shè)計(jì)時(shí)減少電纜彎曲的數(shù)量，每一個(gè)90°轉(zhuǎn)變相當(dāng)于10 m電纜的衰耗。拉展電纜時(shí)應(yīng)勻速緩慢不可突然用力，用力不要超過(guò)電纜所承受的最大牽引張力。
六．其它電纜
1．非屏蔽雙絞電纜(UTP)
音頻和視頻信號(hào)的數(shù)字化提高了數(shù)據(jù)纜技術(shù)的應(yīng)用一致性，該技術(shù)使用了非屏蔽雙絞電纜(UTP)。 幾乎所有的UTP電纜都可以支持低帶寬或者低速率的應(yīng)用，也有很少的電纜可以在可觀的距離上傳輸像270 Mb/s的數(shù)字視頻信號(hào)。例如，同軸電纜的問(wèn)題在于帶寬(頻率)或者速率以及傳輸距離，其中關(guān)鍵問(wèn)題是距離。UTP電纜的穩(wěn)定性決定了它的傳輸距離。物理同心性、導(dǎo)體與導(dǎo)體之間、線對(duì)與線對(duì)之間的位置關(guān)系以及沿整個(gè)電纜長(zhǎng)度的保持狀況將決定在指定頻率下不超出公差的傳輸長(zhǎng)度。電纜的品質(zhì)將決定一定距離內(nèi)的信號(hào)品質(zhì)。
2．多媒體雙絞電纜
多媒體雙絞電纜(如Belden 1872A)是4線對(duì)、特性阻抗100Ω、24AWG 的UTP電纜。每個(gè)線對(duì)的導(dǎo)體粘連在一起，并在安裝過(guò)程中保持穩(wěn)定的位置及方向，而不必考慮彎折度和安裝的精確度。因此，線對(duì)在端接時(shí)須被分割。線對(duì)精確定位在各自的通道中，從而也可以保持自己的方向。壓接塊及其它所有的硬件必須具有特定的特性阻抗(100Ω)以獲得最佳的性能。
視頻標(biāo)準(zhǔn)適用于通過(guò)同軸電纜傳輸?shù)姆瞧胶庑盘?hào)。多媒體雙絞電纜和其它的UTP電纜都需要平衡轉(zhuǎn)換器，平衡轉(zhuǎn)換器將非平衡的75Ω視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為100Ω平衡傳輸，然后再還原為75Ω非平衡信號(hào)。
多媒體雙絞電纜可以在每個(gè)線對(duì)中傳輸不同類(lèi)型的信號(hào)。當(dāng)UTP用于音頻、視頻或數(shù)據(jù)混合傳輸時(shí)，稱(chēng)之為“護(hù)套共享”應(yīng)用，越來(lái)越多的工程技術(shù)人員正在考慮使用多媒體電纜。
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