使用共纜的DTV系統規劃實例
前言
DTV數位高清監控系列製品是由台灣IC設計上市公司-聯陽半導體，結合海內外諸多安控廠商，將DVB-T數位電視技術原理運用在安全監控領域中，而研發推出的一系列安控產品，包括DTV CAM、DTV DVR、DTV相關配件如POC 帶電盒以及軟硬體等系統設備。
DTV有五大特色，其中”單線多路”，亦可簡稱”共纜”，也就是一條纜線可同時傳送多支監控攝影機之影像訊號。本文將透過一國外真實案場的設計建置案，介紹”共纜”的效益，並說明如何規劃和設計使用共纜的DTV系統。
專案背景說明
本案例是由聯盟成員於2015年起接受客戶委託規劃，2016年起逐年落實建置的國家級專案。此專案的緣起是為了落實考試的公平性，杜絕作弊，所以計劃於做為國家考場的學校全面裝置監控設備。因本專案仍在進行中且受保密條款規範，文中所用國家名及學校名稱已經過編輯。本專案的規模遍及所有選定的考場學校，全面更新監控錄影儲存設備，並建置聯網遠端監控以方便管理，但為簡單說明共纜的應用，我們僅以單一所考場學校為例。
在這所學校中，被指定為考場的教學大樓是一條龍設計，樓層長約125公尺，總共四層樓，每層樓高3.5到4.5公尺。每層樓的中間區域是上下樓梯以及辦公室，左右兩翼各有數間教室，這些教室在國家考試期間轉為考場使用。為因應考場監控需求，將三樓一間辦公室規劃做為監控室，保管監控主機。而在所有做為考場的教室中，於前後各設置一台監控攝影機，杜絕考生舞弊。
如圖一所示，全案共需求設置72支監控攝影機。各樓層佈線由監控室的主機端垂直引至各樓面後再分別拉到攝影機。
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(a) 四樓：右翼四間考場 左翼五間考場，共設置18支攝影機。 |
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(b) 三樓：右翼四間考場 左翼五間考場 加上保密室入口一支，共設置19支攝影機。另外保密室隔壁的監控室則無攝影機。 |
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(c) 二樓：右翼四間考場 左翼五間考場 加上考務室入口一支，共設置19支攝影機。 |
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(d) 一樓：右翼三間考場 左翼五間考場 共設置16支攝影機 |
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圖一：考場配置及監控攝影機需求。
DTV系統規劃的思維
在DTV系統中使用共纜，無需複雜IP設定，在中小型案場幾乎不需特別考慮，依需求規劃建置即可。但在較大型或跨樓層案場時，適當地將攝影機分群組以減少分配器的數量及縮短纜線長度，不僅可以減少信號的衰減，優化影像品質，也可以節省線材以及人工成本。在規劃過程中，可以用以下二個原則來檢驗系統的可行性：
(1) 在DVR端，任一信號的大小必須大於DVR能接收的最小值（DVR的感度）；
(2) 在DVR端，同一纜線中，來自不同攝影機的信號大小差，必須控制在一定的範圍內。
以上兩個原則，如何化成實際檢驗標準，會在下面透過實例來說明。
下面會以主機所在的3樓為例來做規劃，並分析規劃的結果是否有效。如圖一(b)所示：3樓共需19支攝影機，分佈在9間考場教室及1間保密室。理論上來說，一條同軸電纜可以共纜的頻道數是數十頻道；但頻道越多，將信號在傳輸的攝影機端合併及在接收的DVR端分開時，所需的分配器數量越多，分配器造成的衰減也就越大。通常必須在共纜的頻道數及總纜線數中間取得平衡。下面是我們在這個案例中的幾個設定
(a) 我們將共纜的頻道數設定為8，經過簡單計算，每樓層最多拉三條纜線。 Ceiling (19/3) = 3
(b) 為了減少使用的分配器數量，我們選擇儘量平均分配每條纜線上的頻道數。
此外，為了簡化設計及備料的複雜度，我們又做了以下設定：
(c) 雖然在市面有1x2、1x3、1x4等等各種分配器，在這裡我們統一只使用1x2分配器，其衰減用4dB來計算。
(d) 唯一的例外是在每層樓三條線纜合併的地方，使用1x3分配器，其衰減用6dB來計算。
對於線材和DVR的設定為：
(e) 在這個案例中，所使用的線材是5C的同軸電纜，在計算時，我們用最差的情況(worst case)，也就是在473MHz這個頻道的衰減量0.16 dB/m來計算。
(f) 使用８頻道DVR，在DVR的輸入端，將頻道分開的分配器衰減為11dB。
基於上述的設定，如圖二所示，我們將攝影機分為紅、藍、橘三個群組，分別是6支、7支、6支。
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圖二：三樓攝影機的群組分配。
在上述的分組方式及假設之下，我們逐一檢視每組的情況。
＊橘組：
Room 3-1左邊的攝影機，經過最多分配器，共4+1個。
Room 3-3左邊的攝影機，經過最少分配器，共1+1個。
Room 3-1右邊的攝影機離主機最遠。
Room 3-3左邊的攝影機離主機最近。
＊藍組：
Room 3-５左邊的攝影機，經過最多分配器，共4+1個。
保密室的攝影機，經過最少分配器，共２+1個。
Room 3-6左邊的攝影機離主機最遠。
保密室的攝影機離主機最近。
＊紅組：
Room 3-8左邊的攝影機，經過最多分配器，共4+1個。
Room 3-7右邊的攝影機，經過最少分配器，共1+1個。
Room 3-9左邊的攝影機離主機最遠。
Room 3-7右邊的攝影機離主機最近。
表一是用來檢查橘組的設計，其中黑框中的數字是根據案例的情況填寫。由校方提供的樓層平面圖，可得出Dmax = 61m，Ｄmin = 34m。
表一：「橘組」檢查表。
底下說明表中的幾個檢查項是如何得出的。
(i) 如前所述，使用的是5C的同軸電纜，由於信號頻率越高，線材的衰減也越大，由於我們限制最大共纜的頻道數為8，我們可以假設頻道的選擇不會超過473MHz,，因此，在計算線材衰減時，用473MHz在5C同軸線的衰減0.16 dB/m做為worst case來計算。
(ii) 如前所述，我們使用8-頻道的DVR，它的輸入端衰減假設為S_DVR = 11dB。
(iii) Smax是整個鏈路上面最大的分配器(上表中稱之為combiner)衰減，如上分析，Room 3-1左邊的攝影機，經過最多分配器，共4個2x1分配器+1個3x1分配器，其相對應的衰減為 Smax = 4x4 + 6x1 = 22dB
(iv) 假設攝影機的輸出為-10dBm，DVR的感度為-80dBm，兩者之差70dB一般稱之為”link budget”。扣除分配器及DVR的衰減之後，可計算最大的傳輸距離
Dmax = (70-22-11)/0.16 = 231.25 m
(v) 最小的傳輸距離其實沒有特別限制，故填0。
(vi) 前文中提到，在DVR端，同一纜線中，來自不同攝影機的信號大小差，必須控制在一定的範圍內。一個合理的數字是35dB，如果超過這個數字，大的信號可能會對小的信號造成干擾而影響接收。考慮「最差」的情況：最小的信號經過最多分配器，最大的信號沒有經過任何分配器，所以扣掉Smax之後，最小的信號還可以傳 (35-22)/0.16 = 81.25 m，它的信號強度才會比最大的信號小35dB。
經過上述略為繁複的計算後，我們發現橘組的設計其實是可行的(表中顯示OK)。
由於藍組及紅組的檢查項與橘組完全相同，又由原始設計圖中找出
藍組：Dmax = 63；Dmin = 15
紅組：Dmax = 90；Dmin = 63
均可符合檢查項，所以這個規劃是有效及可執行的。
有人可能會問何必這麼麻煩？不能一支攝影機拉一條線嗎！？就技術的角度而言，可行的規劃本來就可能不止一種。不過，若將成本、施工難易度，還有後續維續的頻率等等都加入考量，就能慢慢找到每個案子最適合的方案。
在這個案例中，請勿忘記圖上短短幾公分公厘距離，在佔地廣大的案場或是美加澳紐中這些遼闊大陸國家，攝影機到主機或是其他攝影機往往是上百公尺甚至幾公里的距離。這時共纜特色將能為業主節省日後維護心力。同時也為施工業者節省線材成本以及工人佈線時間成本。