使用共缆的 DTV 系统规划实例
前言
DTV数字高清监控系列制品是由台湾IC设计上市公司-联阳半导体，结合海内外诸多安控厂商，将DVB-T数字电视技术原理运用在安全监控领域中，而研发推出的一系列安控产品，包括DTV CAM、DTV DVR、DTV 相关配件如POC带电盒以及软硬件等系统设备。
DTV 有五大特色，其中 ” 单线多路 ” ，亦可简称 ” 共缆 ” ，也就是一条缆线可同时传送多支监控摄影机之影像讯号。 本文将透过一国外真实案场的设计建置案，介绍”共缆”的效益，并说明如何规划和设计使用共缆的DTV系统。
项目背景说明
本案例是由联盟成员于 2015 年起接受客户委托规划， 2016 年起逐年落实建置的国家级项目。 此项目的缘起是为了落实考试的公平性，杜绝作弊，所以计划于做为国家考场的学校全面装置监控设备。 因本项目仍在进行中且受保密条款规范，文中所用国家名及学校名称已经过编辑。 本项目的规模遍及所有选定的考场学校，全面更新监控录像储存设备，并建置联网远程监控以方便管理，但为简单说明共缆的应用，我们仅以单一所考场学校为例。
在这所学校中，被指定为考场的教学大楼是一条龙设计，楼层长约 125 公尺，总共四层楼，每层楼高 3.5 到 4.5 公尺。 每层楼的中间区域是上下楼梯以及办公室，左右两翼各有数间教室，这些教室在国家考试期间转为考场使用。 为因应考场监控需求，将三楼一间办公室规划做为监控室，保管监控主机。 而在所有做为考场的教室中，于前后各设置一台监控摄影机，杜绝考生舞弊。
如 图一 所示，全案共需求设置72支监控摄影机。 各楼层布线由监控室的主机端垂直引至各楼面后再分别拉到摄影机。
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(a) 四楼：右翼四间考场 左翼五间考场，共设置18支摄影机。 |
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(b) 三楼：右翼四间考场 左翼五间考场 加上保密室入口一支，共设置19支摄影机。另外保密室隔壁的监控室则无摄影机。 |
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(c) 二楼：右翼四间考场 左翼五间考场 加上考务室入口一支，共设置19支摄影机。 |
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(d) 一楼：右翼三间考场 左翼五间考场 共设置16支摄影机 |
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图 一 ： 考场配置及监控摄影机需求。
DTV 系统规划的思维
在DTV系统中使用共缆，无需复杂IP设定，在中小型案场几乎不需特别考虑，依需求规划建置即可。 但在较大型或跨楼层案场时，适当地将摄影机分群组以减少分配器的数量及缩短缆线长度，不仅可以减少信号的衰减，优化影像质量，也可以节省线材以及人工成本。 在规划过程中，可以用以下二个原则来检验系统的可行性：
(1) 在DVR端，任一信号的大小必须大于DVR能接收的最小值（DVR的感度）；
(2) 在DVR端，同一缆线中，来自不同摄影机的信号大小差，必须控制在一定的范围内。
以上两个原则，如何化成实际检验标准，会在下面透过实例来说明。
下面会以主机所在的 3 楼为例来做规划，并分析规划的结果是否有效。 如图一(b)所示：3楼共需19支摄影机，分布在9间考场教室及1间保密室。 理论上来说，一条同轴电缆可以共缆的频道数是数十频道；但频道越多，将信号在传输的摄影机端合并及在接收的DVR端分开时，所需的分配器数量越多，分配器造成的衰减也就越大。 通常必须在共缆的频道数及总缆线数中间取得平衡。 下面是我们在这个案例中的几个设定
(a) 我们将共缆的频道数设定为8，经过简单计算，每楼层最多拉三条缆线。Ceiling (19/3) = 3
(b) 为了减少使用的分配器数量，我们选择尽量平均分配每条缆在线的频道数。
此外，为了简化设计及备料的复杂度，我们又做了以下设定：
(c) 虽然在市面有1x2、1x3、1x4等等各种分配器，在这里我们统一只使用1x2分配器，其衰减用4dB来计算。
(d) 唯一的例外是在每层楼三条线缆合并的地方，使用1x3分配器，其衰减用6dB来计算。
对于线材和DVR的设定为：
(e) 在这个案例中，所使用的线材是5C的同轴电缆，在计算时，我们用最差的情况(worst case)，也就是在473MHz这个频道的衰减量0.16 dB/m来计算。
(f) 使用８频道DVR，在DVR的输入端，将频道分开的分配器衰减为11dB。
基于上述的设定，如 图二 所示， 我们将摄影机分为红 、 蓝 、 橘三个群组，分别是6支、7支、6支。
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图 二 ：三楼摄影机的 群组分配。
在上述的分组方式及假设之下，我们逐一检视每组的情况。
＊橘组：
Room 3-1 左边的摄影机，经过最多分配器，共4+1个。
Room 3-3 左边的摄影机，经过最少分配器，共1+1个。
Room 3-1 右边的摄影机离主机最远。
Room 3-3 左边的摄影机离主机最近。
＊蓝组：
Room 3- ５左边的摄影机，经过最多分配器，共4+1个。
保密室的摄影机，经过最少分配器，共２+1个。
Room 3-6 左边的摄影机离主机最远。
保密室的摄影机离主机最近。
＊红组：
Room 3-8 左边的摄影机，经过最多分配器，共4+1个。
Room 3-7 右边的摄影机，经过最少分配器，共1+1个。
Room 3-9 左边的摄影机离主机最远。
Room 3-7 右边的摄影机离主机最近。
表一 是用来检查橘组的设计，其中黑框中的数字是根据案例的情况填写。 由校方提供的楼层平面图，可得出Dmax = 61m，Ｄmin = 34m。
表 一 ：「橘组」检查表。
底下说明表中的几个检查项是如何得出的。
(i) 如前所述，使用的是5C的同轴电缆，由于信号频率越高，线材的衰减也越大，由于我们限制最大共缆的频道数为8，我们可以假设频道的选择不会超过473MHz,，因此， 在计算线材衰减时，用473MHz在5C同轴线的衰减0.16 dB/m做为worst case来计算。
(ii) 如前所述，我们使用8-频道的DVR，它的输入端衰减假设为S_DVR = 11dB。
(iii) Smax是整个链路上面最大的分配器(上表中称之为combiner)衰减，如上分析，Room 3-1左边的摄影机，经过最多分配器，共4个 2x1分配器+1个3x1分配器，其相对应的衰减为Smax = 4x4 + 6x1 = 22dB
(iv) 假设摄影机的输出为-10dBm，DVR的感度为-80dBm，两者之差70dB一般称之为”link budget”。 扣除分配器及DVR的衰减之后，可计算最大的传输距离
Dmax = (70-22-11)/0.16 = 231.25 m
(v) 最小的传输距离其实没有特别限制，故填0。
(vi) 前文中提到，在DVR端，同一缆线中，来自不同摄影机的信号大小差，必须控制在一定的范围内。 一个合理的数字是35dB，如果超过这个数字，大的信号可能会对小的信号造成干扰而影响接收。 考虑「最差」的情况：最小的信号经过最多分配器，最大的信号没有经过任何分配器，所以扣掉Smax之后，最小的信号还可以传 (35-22)/0.16 = 81.25 m，它的信号强度才会比最大的信号小35dB。
经过上述略为繁复的计算后，我们发现橘组的设计其实是可行的(表中显示OK)。
由于蓝组及红组的检查项与橘组完全相同，又由原始设计图中找出
蓝组：Dmax = 63；Dmin = 15
红组：Dmax = 90；Dmin = 63
均可符合检查项，所以这个规划是有效及可执行的。
有人可能会问何必这么麻烦？ 不能一支摄影机拉一条线吗！？ 就技术的角度而言，可行的规划本来就可能不止一种。 不过，若将成本、施工难易度，还有后续维续的频率等等都加入考虑，就能慢慢找到每个案子最适合的方案。
在这个案例中，请勿忘记图上短短几公分公厘距离，在占地广大的案场或是美加澳纽中这些辽阔大陆国家，摄影机到主机或是其他摄影机往往是上百公尺甚至几公里的距离。 这时共缆特色将能为业主节省日后维护心力。 同时也为施工业者节省线材成本以及工人布线时间成本。