www.canford.fr

  • La référence
    des produits Broadcast
  • Garantie 2 ans sur
    toute fabrication Canford
  • Livraison Express
    possible

Câbles coaxiaux pour vidéo numérique

Un sujet fréquemment évoqué par l'équipe d'assistance technique de Canford est celui des caractéristiques des câbles vidéo, surtout leur adaptation à une transmission fiable de signaux SDI. Le Dr. John Emmett donne ici quelques bases de connaissance des caractéristiques nécessaires à des câbles vidéo numérique hautes performances. John a goûté de nombreuses relations orageuses avec des câbles durant la période où il travaillait sur les standards audio and vidéo, en commençant par l'interface AES/EBU au début des années 80.

SDV

Introduction

Bien qu'un signal vidéo puisse être numérique, toute la route du câble dans lequel ce signal voyage a des caractéristiques analogiques. Les distorsions analogiques produites par le câble comprennent, par ordre d'importance pour un signal numérique:

  • Atténuation du câble dépendant de la fréquence.
  • Réflexions du signal.
  • Distorsion de phase.
  • Introduction de bruit.

Bien qu'un signal numérique conserve une certaine capacité à communiquer ses données malgré un certain degré de distorsion, il y a un point au-delà duquel les données ne sont plus récupérables. Quand l'égalisation (correction) automatique est employée dans l'interface vidéo numérique typique (SDI ou HD-SDI), ce point de "rupture" est très rapidement atteint. De fait, la différence de longueur entre un câble produisant un taux d'erreur anodin et un produisant une pagaille inacceptable peut ne pas dépasser 15 mètres sur une longueur totale de plusieurs centaines de mètres.

Standards de vidéo numérique série (SDI)

La Society of Motion Picture and Television Engineers (SMPTE) a développé plusieurs standards complémentaires pour les caractéristiques électriques des transmissions numériques série (SDI et HD-SDI):

SMPTE 259M : Couvre les transmissions numériques série de NTSC composite à 143 Mb/s (Niveau A) et PAL 177 Mb/s (Niveau B). Il couvre aussi les transmissions composantes 525/625 à 270 Mb/s (Niveau C) et 360 Mb/s (Niveau D). En Europe, actuellement, le niveau C est la forme dominante, parfois nommée "SDI 270Mbits", ou SDI composantes D1, l'ancien enregistreur D1 ayant été un des premiers utilisateurs de cette interface.

SMPTE 292M : Couvre le tout nouveau format des transmissions de HDTV au débit simple de 1,458 Gb/s.

Tous ces standards ont été spécifiés pour fonctionner avec des câbles coaxiaux standard pour vidéo analogique. Les coûts d'aménagement de toute grande installation vidéo tiennent principalement au coût des câbles, aussi cela a-t-il un sens économique de recommander du câble 75 ohms avec des connecteurs BNC, ce qui a accéléré l'introduction de la SDI.

Gérer les câbles

Atténuation du câble dépendant de la fréquence

Un égaliseur (correcteur) automatique de câble se trouve à l'entrée de la plupart des récepteurs SDI longue distance, et généralement, il peut corriger tous les signaux de données numériques série entre 30Mbps et 622Mbps. Le signal de l'entrée branchée passera par un étage d'égalisation à gain variable dont la réponse en fréquence s'approche des caractéristiques de perte présumées d'un câble inverse. Cet étage de gain peut parfois fournir jusqu'à 40dB de gain à 200MHz et cela corrigera plus de 350 mètres de câble vidéo numérique de haute qualité employé à 270 Mbits. Un circuit de détection produit un signal d'erreur correspondant à la différence entre l'énergie désirée et l'énergie réelle du signal égalisé. Ce signal d'erreur est intégré par un condensateur de filtrage AGC différentiel externe fournissant une tension de contrôle stable pour l'étage de gain. Comme la réponse en fréquence de l'étage de gain varie automatiquement par l'application d'une réinjection négative, l'énergie du signal égalisé est maintenue à un niveau constant. Le signal égalisé a alors sa composante continue restituée.

Cela devrait donc nous donner une méthode automatique de correction des altérations du câble. Oui, mais sous deux importantes conditions! Premièrement, l'émetteur du système doit envoyer les signaux avec une amplitude et une énergie précisément contrôlées, et deuxièmement, l'atténuation du câble est considérée comme variant doucement avec la fréquence et correspondant aux valeurs prises pour la conception de l'égaliseur. Alors que les signaux analogiques peuvent être égalisés dans des portions de bande relativement étroites, même canal par canal, les signaux numériques nécessitent de bonnes performances du câble sur toute la bande de fréquences en même temps.

Réflexions du signal

L'affaiblissement de réflexion est une mesure du signal réfléchi depuis le câble ou la destination, comparée au niveau du signal allant vers l'avant. Par conséquent, plus haute est la valeur numérique en décibels de cet affaiblissement de réflexion, meilleur est le câble. Mais attendez un instant; avec un signal numérique, nous n'avons qu'à distinguer un niveau numérique "un" d'un niveau numérique "zéro", non? Dans ce cas, toute valeur supérieure à 6dB devrait fonctionner? Et bien oui encore, mais la gigue dans la réception des fronts des données causera des dégradations, jusqu'à défaillance soudaine du système après quelques réceptions et transmissions.

Marge d'affaiblissement de réflexion

Dans les recommandations de la SMPTE sur la SDI, l'affaiblissement de réflexion pour les câbles est attendu meilleur que 15dB de 5MHz à 1,5GHz, avec la limite haute augmentée à au moins 3GHz pour le câblage HD. Pour que ce niveau minimum d'affaiblissement de 15dB soit facilement atteint après toutes les rigueurs de l'installation, les câbles employés doivent offrir de bien meilleures caractéristiques en sortie d'usine. Gardez aussi à l'esprit que d'autres composants de la chaîne de transmission installée peuvent aussi dégrader l'affaiblissement de réflexion, particulièrement les mauvais branchements ou les connexions de patch incorrectes.

Distorsion de phase

Le troisième type de distorsion induite par le câble, parfois nommé dispersion du signal, est principalement causé par la dépendance à la fréquence de la vitesse de propagation du signal le long du câble. Cette dégradation causera la distorsion des fronts du signal numérique et formera une ultime limite à la distance de transmission d'un signal le long de tout câble. La dispersion du signal dépend de la qualité et des performances du matériau diélectrique dans le câble.

Pourquoi tout ceci devrait-il être aussi important pour les signaux SDI? Et bien, imaginez un signal de TV par câble analogique avec un espacement de canaux de 8MHz dans une bande de fréquences autour de 400MHz. Dans cette plage de 8MHz d'un cinquantième d'octave, il y aura peu de changements dans les paramètres du câble, aussi l'égalisation pour la perte de gain est probablement tout ce qui est nécessaire pour obtenir un bon signal (mais jamais aussi bon qu'en SDI).

Le système de brouillage appliqué au signal SDI standard restreint la basse fréquence que nous devons transporter sur tout câble à environ 5MHz. La limite haute doit couvrir au moins la troisième harmonique de la fréquence fondamentale d'horloge, c'est-à-dire: 270/2 x 3 ou juste au dessus de 400MHz. Maintenant, une réponse de phase stable sur ces six octaves et demi est une demande élevée pour n'importe quel câble, et pour illustrer les effets sur l'intégrité des données, regardez la Figure 1. Elle illustre un signal de données simple, et une version à bande passante restreinte.

Si nous autorisons maintenant le décalage de phase des harmoniques les plus hautes à reculer dans le temps d'environ un vingtième de la longueur d'onde fondamentale, la réponse sur le récepteur ressemblera à quelque chose comme ce qui apparaît en Figure 2. Augmentez le décalage de phase jusqu'à environ un cinquième de la longueur d'onde de base (Figure 3) et vous pouvez voir que le récepteur aura déjà de sérieux problèmes pour décoder le signal en véritables données.

Introduction de bruit

Dans un câble coaxial, la qualité du blindage affecte non seulement l'intrusion de bruit électrique, mais aussi le passage d'interférences issues du signal porté. Comparez la solidité du blindage par feuillard et par tresse du câble spécial vidéo numérique SDV-L en Figure 4, avec le recouvrement lâche du câble de télévision analogique à gaine noire.

Tester les câbles pour vidéo numérique

Actuellement, il n'y pas de standard de test simple pour les câbles de vidéo numérique ou de TV HD. Toutefois, mesurer et noter l'affaiblissement de réflexion sur chaque liaison après installation est la méthode la plus fiable pour repérer tout défaut, et s'assurer que le niveau minimal de 15 dB est facilement maintenu. De nombreuses liaisons par câble apparemment bien installées peuvent en réalité être très près du point de défaillance, ce que vous ne pouvez pas deviner simplement à partir d'une image vidéo numérique décodée. En pratique, la valeur d'affaiblissement de réflexion est bien plus influencée par la construction et la manipulation du câble que par les performances sur papier d'une bobine de câble testée en laboratoire. De nouvelles constructions coaxiales conçues spécifiquement pour les transmissions numériques offrent des avantages sur les anciennes conceptions analogiques en termes de performances, et cela vaut la peine de détailler pourquoi :

Les transmissions numériques contiennent des éléments de basse fréquence voyageant au centre du conducteur et d'autres de haute fréquence voyageant à l'extérieur du conducteur en raison de l'effet de peau. Pour cela, les conducteurs centraux en cuivre pur sans gaine sont les meilleurs. Le matériau diélectrique (isolant) idéal serait actuellement le polyéthylène mousse haute densité. Plus résistant à l'écrasement que le polyéthylène mousse standard, il est donc moins enclin à la migration de charge. Les diélectriques pleins ont en général de moins bonnes caractéristiques électriques, et les diélectriques à couche d'air sont très vulnérables aux dommages lors de l'installation. L'écrasement comme la migration de charge peuvent causer un changement dans l'impédance du câble, causant inévitablement à leur tour une augmentation de l'affaiblissement de réflexion.

Alors que la vitesse de propagation nominale d'un diélectrique plein est de 66%, une mousse au gaz peut apporter des vitesses délevées et extrêmement constantes de 82% à 84%. Cette vitesse peut être gardée constante avec la fréquence pour minimiser la distorsion de phase. Les blindages à tresse des câbles analogiques de précision sont idéaux pour les fréquences sous 10 MHz alors que ceux à feuillard fonctionnent mieux au dessus de cette fréquence. Comme les transmissions numériques contiennent à la fois des hautes et des basses fréquences, des modèles à feuillard plus tresse serrée et optiquement opaque doivent donc être employés. L'adhérence du conducteur est une autre qualité importante. Si les niveaux d'adhérence sont trop faibles, le conducteur peut bouger dans le diélectrique et en réalité migrer, semblant augmenter ou s'allonger dans le câble. Cela peut mener l'intérieur du connecteur BNC à ressortir du fût.

En résumé

L'écrasement du câble ou d'autres dommages d'installation peuvent avoir les implications les plus sérieuses quant à la fiabilité de tout câble installé. Ce type de dommage s'inflige facilement et annule rapidement tous les avantages électriques du câble sur le papier, alors que la vulnérabilité d'un câble particulier est bien plus difficile à spécifier. Les Figures 5 et 6 montre un test simple et parlant pour la résistance à l'écrasement. Notez la différence criante entre les compressions vues en coupe et résultant de la même force d'écrasement appliquée à ces deux câbles déjà présentés en Figure 4. Il n'est pas difficile de deviner à quel point le câble SDV-L présenté en Figure 6 se comportera mieux dans toute installation pratique.

Le SDV-L est le principal câble Canford pour l'installation d'un système SDI, et il est disponible en version gaine PVC normale et en version faible risque incendie ("faible fumée, zéro halogène").

Canford est reconnaissant à Martin Stankovski de son aide pour l'analyse mathématique des effets de décalage de phase.

Espace Technique