多媒体系统音、视频干扰分析与抑制

1、干扰源种类及干扰方式 


　　在多媒体系统中，影响视频和音频系统的噪声干扰除设备和传输线路本身的热噪声和叠加在其上的连续性“白噪声”干扰外，根据干扰源种类主要可分为两大类，脉冲干扰及交流声干扰。脉冲干扰是由于脉冲器件产生的强电磁场耦合进入信道所致：马达、汽车发动机火花塞点火，开关电源均会产生60Hz－2MHz的干扰，这些干扰的谐波分量会落入音、视频频带内；闪电、宇宙噪声还会产生2KHz－100MHz的脉冲噪声。交流声干扰主要是由于地线系统设计不合理，不同接地点间存在电位差，使得地电流形成回路所造成的；高压输电线路和交流电气化铁路也会引起交流声干扰，如交流电气化铁路产生的干扰除50Hz基频外、还有(2N＋1)×50Hz等奇次谐波。 

　　另外，根据外界干扰源电磁能量的传播途径和对音、视频设备的耦合方式又可分成辐射方式干扰和传导方式干扰。传导方式干扰是经过电路(包括杂散电容和互感等可以用集总参数表示的电路元件)传到受影响设备上，如脉冲干扰、交流声干扰，主要通过传导方式作用于受扰设备；辐射方式干扰是通过天线的作用，由空间传到受影响的设备上，如高压输电线对受扰设备的干扰。 

　　多媒体系统的音频信号的频率范围为300Hz－3.4KHz，视频信号带宽为6MHz。音频信号通常都采用平衡方式传输，由于双线上的感应噪声有相互抵消作用，干扰要轻得多，甚至于测不出来。而视频信号通常采用不平衡方式传输，干扰就要严重得多。所以音频干扰分析与视频干扰分析有所区别：对于视频干扰，主要从干扰方式出发进行探讨；音频信号由于波长较大，通信大楼的屏蔽作用更为明显，相比而言，辐射方式干扰可忽略不计。通过电源等整流器件所产生脉冲干扰对音、视频信号机理相同，解决办法也一致，因此，音频干扰讨论的重点放在交流声干扰上。 

2　视频干扰分析及解决办法 

　　在实际工程中，视频电缆通常敷设在通信大楼内的金属管中。尽管金属管外皮与大楼的建筑地连在一起，有时仍可能受到干扰，在监视器上会看到不规则的细线由上至下滚动，该干扰是由可控硅整流器点火时产生的脉冲干扰所造成的。UPS电源产生的脉冲干扰波形更为复杂，它除了整流器点火产生的干扰外还有逆变器产生的脉冲干扰及其谐波。电源整流器和UPS电源所产生的脉冲干扰的辐射虽到处都有，但主要是通过分布在会议室内的交流供电线路传播的，为传导方式干扰。 

2.1　传导方式干扰的抑制 

2.1.1　脉冲干扰的抑制 

　　对于脉冲干扰，采取的解决办法就是加装滤波网络。如图3所示，在3根火线的输入端和整流电源的输出端分别对地接入耐高压、大容量电容器，形成低通滤波电路。 

　　由于大功率UPS电源的干扰更严重，除了干扰脉冲的幅度比较大之外，干扰脉冲的波形复杂，频率成分也很丰富。为抑制干扰，在UPS电源的进线端和出线端分别加装电容器。加大电容量，虽可以进一步降低脉冲干扰电平，但增大至一定量之后，效果就不明显了。这时可以采用“Γ型”或“π型”低通滤波电路，即将电缆穿绕在铁氧体磁环上，在有效频率范围内，等效于串联一个电感。 

　　其激磁电感LP计算公式如下： 

　　式中：N—变压器初级线圈的圈数； 
　　μ—环形磁芯相对导磁率； 

　　由上式不难看出要增大电感量，可以采用以下几种方式： 
　　(1)减少磁环的内径与线缆缝隙； 
　　(2)选择高导磁率的磁环； 
　　(3)采用高频磁性材料； 
　　(4)增加磁环的数量。 

2.1.2　交流声干扰的抑制 

　　如前文所述，交流声干扰主要是由于地电流形成回路，通过传导方式作用于视频接收设备的。为此可以通过传输线变压器隔离视频源和接收端。

2.1.3　传输线变压器的设计 

　　设计前需明确的参数有： 

　　(1)最高工作频率Fmax和最低工作频率Fmin； 
　　(2)确定输出负载电阻R1和信号源内阻Rs； 
　　(3)要明确传输线变压器在此只起隔离作用。 
　　在设计时，由公式(2－1)、(2－2)、(2－3)不难求出传输线的最小长度Lmin、最大长度Lmax和特性阻抗Zc。 

　　实践证明，用Φ=(0.27—0.77)mm的高强度漆包线绕制，并绕时，Zc约为(60—80)Ω；工作频率低于50MHz，选用锰锌氧(MXO)铁氧体。铁氧体的导磁率由(2－4)式确定。 

　　传输线变压器在设计时要求幅频特性好，插耗低以及回波损耗要高。由于传输线变压器是无源设备，没有增益失真，没有微分相位失真，所以不会引入新的噪声。接入传输线变压器之后，发现脉冲干扰得到很大程度抑制，在监视器屏幕上已经完全看不到有任何干扰现象。从而说明在视频信号长距离传输中，在末端加装传输线变压器可以明显抑制杂散电磁场的干扰和交流声干扰。 

2.2　辐射方式干扰的抑制 

　　现代化的电力系统其本身就是强烈的电磁干扰源，主要通过辐射方式干扰该频段内的通信设备。为抑制外部高压输电线路的干扰影响，采用接地措施，常用的接地方式有两种，现分别讨论如下： 

2.2.1　分散接地方式 

　　分散接地就是将通信大楼的防雷接地、电源系统接地、通讯设备的各类接地以及其他设备的接地分别接入相互分离的接地系统，由于地线系统不断增多，地线间潜在的耦合影响往往难以避免，分散接地反而容易引起干扰。同时主体建筑物的高度不断增加，其接地方式所带的不安全因素也越来越大。当某一设施被雷击中，容易形成地下反击，损坏其他设备。 

2.2.2　联合接地方式 

　　联合接地方式也称单点接地方式，即所有接地系统共用一个共同的“地”。联合接地有以下一些特点： 

　　(1)整个大楼的接地系统组成一个笼式均压体，对于直击雷，楼内同一层各点位比较均匀；对于感应雷，笼式均压体和大楼的框架式结构对外来电磁场干扰也可提供10－40dB的屏蔽效果； 

　　(2)一般联合接地方式接地电阻非常小，不存在各种接地体之间的耦合影响，有利于减少干扰； 

　　(3)可以节省金属材料，占地少。 
　　由上不难看出，采用联合接地方式可以有效抑制外部高压输电线路的干扰。 

3　音频干扰分析及解决办法 

　　就音频设备间信号线输入、输出接口的形式来讲，有平衡式和不平衡式两种：平衡式—双线差动式，具有较强的共模干扰抑制能力，交流声干扰小，常用于长距离或强干扰条件下的信号传送。不平衡式—单线单端式，多用于近距离或内部设备间信号传送。为抑制交流声干扰，应注意以下几点： 

　　(1)避免将2个地电位可能不同的设备间的信号地线直接连通或形成地线环路。 
　　(2)尽量避免或减弱两设备间电的直接联系。 
　　(3)把电气连接的部分屏蔽在一个体系中，信号地线或屏蔽层在该体系一侧接地。 
　　(4)远距离传送信号采用平衡变压器传输方式。两端都要有平衡变压器，屏蔽层一端接地，也可悬空不接。接地可以起到屏蔽作用，也可防止明电搭接时发生触电事故。不接地时，两端平衡变压器可起到绝缘隔离作用，平衡变压器中心接地，可泄放静电。 

4　小　结 

　　在具体多媒体工程中，我们将以上音、视频干扰分析所得方法加以实践，取得了明显效果；另外，在视频信号传输中使用输入端带有共模抑制电路的视频分配放大器和带输入隔离变压器的音频分配放大器，对抑制电磁干扰和交流声干扰一般也有明显的作用。