论自动增益补偿技术在楼宇可视对讲应用的可行性

2015-12-24庄伟

中国公共安全 2015年15期

关键词：视频信号增益补偿

□ 文/ 庄伟

作者系厦门狄耐克电子科技有限公司总工程师

楼宇可视对讲系统是现代住宅强制性配套设施，近年来房地产业的兴盛发展为楼宇可视对讲系统的广泛应用提供了一个很好的契机。

在楼宇可视对讲的实际应用中，通常采用模拟复合视频信号（CVBS）进行信息传输。

在信号传输、数据采集过程中，常常会因为输入信号强度变化较大，且与系统的动态范围不相一致，使系统不能正常工作。例如，在接收器中，无线电信号强弱差异很大，中频放大器本身也有一定的动态范围，输入信号增大时会出现失真。

为了解决外界各种因素对接收机输入信号的影响，常需要使用自动增益控制技术。

自动增益控制电路(AGC)是通信设备，特别是通信接收设备的重要电路之一，其主要作用是使设备的输出电平保持为一定的数值。它能够保证在接收弱信号时,接收机的增益高；而接收强信号时则增益低，从而使输出信号保持适当的电平。

因为模拟复合视频信号的长距离传输一直以来不尽人意，使得这一因素成为了制约可视对讲系统普及化的一大障碍。目前市场上的楼宇对讲视频传输系统的增益控制分为两种：一种为固定增益传输方式，该方式存在传输距离近时视频信号过强、传输距离远时图象模糊等缺点；另一种为人工设置增益补偿，通过人工调整增益电位器或增益拨码开关调整补偿增益，该方式存在安装调试复杂、设备位置调整或传输线缆长度调整后需重新设置补偿增益等缺点，浪费人力和财力。

本文提供了一种视频传输装置，以在视频传输时根据传输距离自动改变增益补偿，对视频信号自动补偿，因此图像更清晰和稳定，不会因传输距离变远而模糊；另外传输时无须人为干预，降低工程难度，使用简单，减少成本。

视频传输装置简介

该视频传输装置，包括视频采集模块、主控制模块、视频收发模块和视频显示模块（如图1）；视频收发模块具体包括视频转换单元、控制单元、传输距离测量单元、视频增益补偿单元、通信单元和视频传输单元；视频转换单元用于转换视频信号的传输模式进行；传输距离测量单元用于向目的装置发送距离测量信号或接收其他装置发送的检测距离测量信号；通信单元用于接收目的装置返回的信号传输距离，控制单元用于计算信号传输距离，并根据信号传输距离确认增益补偿量；视频增益补偿单元用于对视频信号进行自动加权增益补偿。

视频收发模块又具体包括视频转换单元、控制单元、传输距离测量单元、视频增益补偿单元、通信单元和视频传输单元（如图2）；传输距离测量单元用于通过线缆向目的装置发送距离测量信号；通信单元用于接收目的装置返回的信号传输距离，其中，信号传输距离为目的装置根据接收的检测距离测量信号的衰减量计算得到的；控制单元用于根据所述信号传输距离确认增益补偿量；视频转换单元，用于对视频信号的传输模式进行转换；视频增益补偿单元用于根据增益补偿量对转换模式后的视频信号进行自动加权增益补偿；视频传输单元用于将自动加权增益补偿后的视频信号发送出去，以及接收其他装置发送的视频信号;传输距离测量单元还用于接收其他装置发送的检测距离测量信号；控制单元还用于根据所述其他装置发送的检测距离测量信号的衰减量计算其他装置的信号传输距离；通信单元还用于将所述其他装置的信号传输距离返回至其他装置。

▲图1 视频传输装置结构示意图

▲图2 视频收发模块结构示意图

视频传输装置工作原理

视频传输工作流程图见图3。

1. 源装置采集视频信号；

2. 根据源装置和目的装置间的不同距离对传输的视频信号进行增益补偿，并发送至所述目的装置，具体包括：

所述源装置的传输距离测量单元向所述目的装置发送距离测量信号；

所述源装置的控制单元接收所述目的装置返回的信号传输距离，其中，所述信号传输距离为所述目的装置根据接收的检测距离测量信号的衰减量计算得到的；

所述源装置的控制单元根据所述信号传输距离确认增益补偿量；

所述源装置的视频转换单元对采集的视频信号的传输模式进行转换；

所述源装置的视频增益补偿单元根据所述增益补偿量对转换模式后的视频信号的高频部分进行预提升；

所述源装置的视频传输单元将提升后的视频信号传输至所述目的装置的增益补偿单元；

所述目的装置的增益补偿单元根据所述增益补偿量对接收到的视频信号的高频和低频部分进行后补偿；

所述目的装置的视频转换单元对增益补偿单元传递过来的信号进行转换，再传输至所述目的装置视频显示模块显示。

3. 目的装置显示接收的视频信号；

▲图3 工作流程示意图

▲图4 工作原理流程图

视频传输工作原理流程图见图4。

1、所述源装置采集视频信号

2-3、所述源装置的传输距离测量单元向所述目的装置发送距离测量信号

4、目的装置的传输距离测量单元接收到检测距离测量信号并传至其控制单元；

5、目的装置的控制单元根据接收的检测距离测量信号的衰减量计算得到信号传输距离，并发送给其通信单元；

6、目的装置的通信单元将信号传输距离发送至源装置的通信单元。

7、所述源装置的控制单元根据所述信号传输距离确认增益补偿量。

8、所述源装置的视频转换单元对采集的视频信号的传输模式进行转换。

9、所述源装置的视频增益补偿单元根据所述增益补偿量对转换模式后的视频信号的高频部分进行预提升。

10、所述源装置的视频传输单元将提升后的视频信号传输至所述目的装置的增益补偿单元。

11、所述目的装置的增益补偿单元根据所述增益补偿量对接收到的视频信号的高频和低频部分进行后补偿。

12-13、所述目的装置的视频转换单元对增益补偿单元传递过来的信号进行转换，再传输至所述目的装置视频显示模块显示。

传输距离测量单元及自动增益控制电路设计

▲图5 传输距离测量单元电路图

传输距离测量单元电路图见图5。传输距离测量单元133具体包括：

正弦波振荡电路1331，用于产生某一频率的正弦波，所述正弦波为所述距离测量信号；

推挽电路1332，连接所述正弦波振荡电路1031，用于提高驱动能力以便将所述距离测量信号进行长距离传输；

继电器1333，不动端连接所述电缆，第一动端连接所述推挽电路1332，第二动端连接幅值检波电路1334，用于切换在第一动端时发送所述距离测量信号，切换在第二动端时使所述幅值检波电路1334接收所述检测距离测量信号；

幅值检波电路1334，用于接收并检测所述检测距离测量信号的幅度；

跟随电路1335，用于提高所述检测距离测量信号的幅度的驱动能力后发送至所述控制单元；

测距信号切换电路1336，连接所述继电器1333，用于控制所述继电器1333的通路切换。测距信号切换电路1336受控制单元132控制。

▲图6 目的装置传输距离测量单元

目的装置传输距离测量单元见图6。传输距离测量单元133的测量过程为：

源装置通过正弦波振荡电路和推挽电路产生距离测量信号，通过控制RC1，测距信号切换电路切换至发送状态，从而将距离测量信号输入传输线缆进行传输；

目的装置通过控制RC1，将传输线切换及接收状态，并将距离测量信号输入幅值检波电路接收整流电路进行幅值检波；

MCU控制单元对接收的距离测量信号输出的幅值电压值进行AD采集，根据采集到的电压值，通过比对存储于MCU内部的距离--电压匹配表，判断线缆的传输距离；线缆距离与测距信号幅值电压匹配表如表1所示。

表1

其中，视频转换单元131具体包括：

视频单端转差分电路，用于将自身的视频采集模块采集的视频信号转换为差分视频信号；

视频差分转单端电路，用于将接收的其他装置发送过来的差分视频信号转换为单端视频信号以进行显示。

其中，通过使用安捷伦E5071B网络分析仪测试线缆衰减量，如表2所示。

表2

▲图7 预提升子单元的电路图

预提升子单元（如图7），用于根据所述增益补偿量对自身要发送的所述差分视频信号的高频部分进行预提升；如图5所示，所述预提升子单元具体包括并联的第一预提升支路、第二预提升支路和第三预提升支路，所述第一预提升支路包括第一切换控制电路、与所述第一切换控制电路连接的第一继电器、与所述第一继电器的一端连接的RC串联电路，所述第二预提升支路包括第二切换控制电路、与所述第二切换控制电路连接的第二继电器、与所述第二继电器的一端连接的并联的两个RC串联电路，所述第三预提升支路包括第三切换控制电路、与所述第三切换控制电路连接的第三继电器、与所述第三继电器的一端连接的并联的三个RC串联电路；所述第一切换控制电路、第二切换控制电路和第三切换控制电路分别连接所述控制单元，所述第一继电器、第二继电器和第三继电器的另一端分别连接所述视频单端转差分电路的反相反馈端，所有RC串联电路的另一端分别连接所述视频单端转差分电路的同相反馈端，用于将所述视频单端转差分电路转换的差分视频信号的高频部分进行预提升；其中，FBP端和FBN端是增益反馈端，用于设置增益；CTR5、CTR6、CTR7是切换控制电路的输入端，由控制单元控制，具体输入表如表3所示，

表3

▲图8 后补偿子单元的电路图

后补偿子单元，用于根据所述增益补偿量对接收到的其他装置发送的差分视频信号的低频部分和高频部分进行后增益补偿；如图8所示，所述后补偿子单元具体包括若干并联的后补偿支路，每一所述后补偿支路都包括一控制电路和与所述控制电路连接的RC电路，所述RC电路包括两个RC串联电路和一个电阻串联电路，所述两个RC串联电路和一个电阻串联电路并联；所述控制电路还连接所述控制单元，所述RC电路连接所述视频差分转单端电路的反馈端FB端，用于将接收的其他装置发送的差分视频信号进行后补偿。其中，FB端是反馈端，连接视频差分转单端电路；CTR1、CTR2、CTR3、CTR4是控制电路的输入端，由控制单元控制，具体输入表如表4所示。