廣播電視在數(shù)字系統(tǒng)設(shè)備的設(shè)計、施工過程中，種類繁多的設(shè)備選型固然重要，對用于連接設(shè)備的電纜的選擇使用也不容忽視。一旦選錯電纜，如同選錯設(shè)備一樣會付出代價。對電纜的正確選擇、規(guī)范安裝，需要建立在對有關(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)
對本身是模擬的音頻信號進行數(shù)字處理、變換，并規(guī)定傳輸格式和標(biāo)準(zhǔn)，美國聲學(xué)工程協(xié)會和歐洲廣播聯(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)
美國電影電視工程師學(xué)會(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、下降時間：0.4～1.5 ns，過沖：±10%，對4:2:2數(shù)字分量，碼率為270 Mb/s，抖動＜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)進行屏蔽，如果是多線對電纜，每一組線對都應(yīng)當(dāng)單獨屏蔽。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。一組線對可以傳輸兩個通道的數(shù)字音頻。電纜可以與XLR連接器端接，也可以進行穿孔，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的手段之一。它的優(yōu)點是：在傳輸距離較短時鋪設(shè)較容易，與其它傳輸手段相比，投資相對較少，技術(shù)也較成熟，維護方便等。其缺點是，傳輸距離較遠時頻響較差。AES3規(guī)定了長度在100 m以內(nèi)數(shù)字伴音的傳送標(biāo)準(zhǔn)，信號源及與
負載阻抗均應(yīng)為110Ω。因為AES/EBU數(shù)字伴音的頻率高達6 MHz，電容和高頻損耗將引起高頻跌落，最后信號的邊沿變圓，幅度降低，以至于接收器無法識別“1”和“0”，所以100 m以內(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到專業(yè)XLR，種類繁多。因此，當(dāng)人們開始考慮專業(yè)數(shù)字音頻信號的傳輸時，自然地就會想到使用這種帶有XLR插頭的雙絞屏蔽線電纜。AES和EBU都在致力于數(shù)字音頻信號傳輸標(biāo)準(zhǔn)化的研究，兩個機構(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
如果通過某種方法可將AES數(shù)字音頻信號的電平變?yōu)? V、阻抗變?yōu)榉瞧胶?5Ω，那么就可以像傳輸視頻信號那樣傳輸數(shù)字音頻信號，3～10 MHz帶寬的信號可以與目前模擬視頻放大器和矩陣開關(guān)等實現(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)進行轉(zhuǎn)換的變換器。
根據(jù)AES3-ID標(biāo)準(zhǔn)，可以通過外部變換器與傳統(tǒng)數(shù)字音頻設(shè)備上的XLR接插頭實現(xiàn)對接。變換器可將電壓降至1 Vp-p，使用一個阻抗匹配器將110Ω轉(zhuǎn)換為75Ω，當(dāng)接收器端需恢復(fù)原狀態(tài)時，又可將75Ω轉(zhuǎn)換為110Ω。許多廠家均可以提供這類變換器。
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。美國電影電視工程師學(xué)會（SMPTE）制定標(biāo)準(zhǔn)為ANSI/SMPTE276M，包括一個點到點的同軸電纜接口，用來傳輸AES/EBU數(shù)字音頻信號，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，因為這兩種傳輸可以通過匹配網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對接。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，日本東京廣播系統(tǒng)(TBS)試驗于110Ω輸入/輸出阻抗設(shè)備,當(dāng)采用75Ω同軸電纜時，穩(wěn)定傳輸距離可達500 m。通過同軸電纜傳輸AES-3格式數(shù)字音頻信號，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)字音頻信號插入(嵌入)到數(shù)字視頻信號之中,即將數(shù)字音頻信號插入到視頻信號的行場同步脈沖(行場消隱)期間，從而與數(shù)字分量視頻信號同時傳輸。
在許多電視應(yīng)用領(lǐng)域中，數(shù)字音頻信號被嵌入至數(shù)字視頻信號中，在一根同軸電纜上傳輸，然后數(shù)字音頻信號從視頻信號中解嵌出來（分離多路技術(shù)），在設(shè)備內(nèi)部單獨運行。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層面，連線也更簡單，特別是DVCPRO 等格式信號源設(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)，但對于數(shù)字信號的高頻并不是最佳選擇。
電纜制造商為數(shù)字傳輸而專門設(shè)計的新型同軸結(jié)構(gòu)，使用了若干設(shè)計參數(shù)，具備高頻傳輸所要求的精密電氣特性，具有比原有設(shè)計更為優(yōu)異的性能。中心導(dǎo)體選用實心裸銅具有更好的特性阻抗穩(wěn)定性和反射損耗(SRL)。數(shù)字信號傳輸包括沿著導(dǎo)體中心進行的低頻傳輸和由于集膚效應(yīng)而沿導(dǎo)體外表面進行的高頻傳輸。基于這些原因，沒有涂 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)計具有耐沖擊性能，可以防止導(dǎo)體移動。沖擊和導(dǎo)體移動都會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，但對于數(shù)字信號來說并不是最佳選擇。網(wǎng)狀屏蔽對低于10 Hz的頻率非常理想，而加箔層的屏蔽對高頻效果最好。由于數(shù)字信號傳輸包含兩個頻率，所以使用了箔層加網(wǎng)狀的設(shè)計。
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顯著增大，盡管串行數(shù)字信號很容易通過均衡的方法克服這些影響。但傳輸距離會明顯減少。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。
電纜制造商專門為串行數(shù)字信號而設(shè)計新型、低損耗、泡沫型介質(zhì)電纜。例如，供替換使用的視頻電纜Belden1505A，它雖然比較細但更加柔軟，價格比8281更便宜，然而，在串行數(shù)字信號相關(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。該電纜的特點是損耗更低，然而，它比較粗，柔性較差，可用在固定安裝、長距離情況下，但必須使用不同的BNC連接器。此外，在受壓時泡沫芯可能變形，結(jié)果造成反射。
五. 值得注意的幾個方面
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)字音頻信號傳輸，但只能用于大約15 m的距離。確切的長度由糾錯性能和接收器的信號不穩(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110Ω不匹配會造成信號的反射和不穩(wěn)定，導(dǎo)致接收器的錯碼。此外，模擬電纜的高電容會大大減少數(shù)字方波的上升時間。
當(dāng)數(shù)字電纜用于模擬信號傳輸，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。在傳輸音頻信號時可比同類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)視頻電纜通常不進行SRL測試。謹(jǐn)防使用普通同軸纜傳輸數(shù)字信號而造成隱患。
數(shù)字電纜可以用于模擬信號傳輸，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題。很多設(shè)備制造商生產(chǎn)專門用于新型數(shù)字電纜的均衡卡。
可以在同一傳輸中混合使用發(fā)泡和實心聚乙烯設(shè)計，但必須依據(jù)這兩種電纜的時延不同進行正確的補償計算。發(fā)泡芯電纜的時延為1.24 ns/ft，而實心聚乙烯的時延為1.54 ns/ft。電纜的損耗特性也不同。如混合使用電纜類型，兩個參數(shù)均須考慮。依據(jù)經(jīng)驗，最好從頭至尾使用同一種設(shè)計。
3. 實踐體會
對于Belden1694A電纜，制造商給出270 MHz時，30 m電纜衰減3.10 dB，100 m衰減10.2 dB。實際測得285 m時眼高還有240 mV，可被非時鐘再生的接收器接收；Belden8281眼高240 mV時為180 m（非時鐘再生接收器在眼高240 mV時可穩(wěn)定接收信號；時鐘再生接收器在眼高120 mV時可穩(wěn)定接收信號）。
以5級臨界點串聯(lián)Belden1694A電纜，系統(tǒng)沒有出現(xiàn)崩潰現(xiàn)象，而8281在3級時就有不穩(wěn)定現(xiàn)象。在價格上8281是1694A的一倍。
利用WFM601對Belden9292、Belden1505A進行大量試驗和工程驗證表明，在數(shù)字系統(tǒng)中，上述電纜實際傳輸距離均超過制造商給出的標(biāo)稱值，Belden9292達到400 m，而1505達到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)計時減少電纜彎曲的數(shù)量，每一個90°轉(zhuǎn)變相當(dāng)于10 m電纜的衰耗。拉展電纜時應(yīng)勻速緩慢不可突然用力，用力不要超過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。例如，同軸電纜的問題在于帶寬(頻率)或者速率以及傳輸距離，其中關(guān)鍵問題是距離。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、線對與線對之間的位置關(guān)系以及沿整個電纜長度的保持狀況將決定在指定頻率下不超出公差的傳輸長度。電纜的品質(zhì)將決定一定距離內(nèi)的信號品質(zhì)。
2．多媒體雙絞電纜
多媒體雙絞電纜(如Belden 1872A)是4線對、特性阻抗100Ω、24AWG 的UTP電纜。每個線對的導(dǎo)體粘連在一起，并在安裝過程中保持穩(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，線對在端接時須被分割。線對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)適用于通過同軸電纜傳輸?shù)姆瞧胶庑盘枴６嗝襟w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視頻信號轉(zhuǎn)換為100Ω平衡傳輸，然后再還原為75Ω非平衡信號。
多媒體雙絞電纜可以在每個線對中傳輸不同類型的信號。當(dāng)UTP用于音頻、視頻或數(shù)據(jù)混合傳輸時，稱之為“護套共享”應(yīng)用，越來越多的工程技術(shù)人員正在考慮使用多媒體電纜。
粵公網(wǎng)安備 44030902003195號