基於模擬視頻波頭檢測的自動增益補償系統的製作方法

2023-07-24 17:02:31 1

專利名稱：基於模擬視頻波頭檢測的自動增益補償系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及計算機領域的增益補償系統，具體的說是一種基於模擬視頻波頭檢測的自動增益補償系統。
背景技術：
模擬視頻傳輸系統主要分為發送端與接受端兩個部分，該系統完成將本地視頻圖 象傳輸至遠端的功能。模擬視頻在經長距離傳輸介質延長傳輸後，由於傳輸線有阻抗，信號 會衰減，接收端還原後的視頻效果不佳，通常需要在接收端進行信號放大還原，該過程稱為 視頻增益補償。傳統的模擬視頻延長設備產品在接收端會有增益補償電路，但是需要人工手動調 整增益補償，調整時通過人眼的觀察不斷調節設備增益補償的大小從而達到可以認可的顯 示效果，該方式實現簡單，但是人手工操作存在以下不足(1)由於視頻信號是模擬信號， 其信號始終連續變化，手動做調整時為了達到一個最佳效果會需要反覆修正增益補償大 小，比較耗時；(2)視頻效果相對比較主觀，不同的人調整結果會有偏差，導致設備在使用 時可能會出現不同的人使用時都會進行重新增益補償微調的情況；(3)設備多了個手動通 道後，元件相對易出問題，提高了設備後期維護成本；(4)當應用環境發生變化，傳輸距離 變更時，需要重新做增益補償調整，比較煩瑣。據申請人研究，視頻信號遠距離傳輸後，信號存在衰減，導致接收端圖象效果不 佳，通過接收端增益補償來做信號還原，從信息的角度上說這是一個信息還原的過程，為此 可以通過觀察起始信號和接收信號之間的差別，分析其特徵來做相應設計。通過對模擬延 長信號特點分析，可以得出下面的結論當一方波信號經模擬視頻延長設備傳輸後，其信號 波頭會產生大幅度的衰減，但是其波形幅度變化不大，因而可以通過對該波頭的判斷來獲 知信號的衰減情況。對波頭特徵觀察可以發現其波頭信號僅僅是一個脈寬大小為20-30ns 的信號，如果採用數字方式處理，通過高速採樣來判斷，則對處理器件的要求非常高，增加 了設計難度和成本。回過頭來，對比之前的數據波形，其還有另外一個特點信號波頭會產 生大幅度的衰減，但是其波形幅度變化不大。所以可以採取下面一種方式來判斷模擬視頻 延長設備其傳輸信號分別為RGB三色信號及HV同步，可以利用其中的2個色通道分別發 方波及直流信號，直流信號大小等於方波信號的幅值。若信號未衰減，則在接收端還原後的 信號，方波通道信號減直流通道信號，會有一個波頭減出來；反之，信號衰減後，波頭會嚴重 缺失，無法減出波頭信號。現在信號雖然減出來了，但是其信號脈寬僅僅在20-30ns，幅值大 小為200mV左右，如何做進一步變換以便處理器處理是有待解決的問題。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對以上現有技術中手動調整存在的不足，提出 一種基於模擬視頻波頭檢測的自動增益補償系統，可以提高設備的擴展性及靈活性，能實 現接收端增益的自動補償。
本發明解決以上技術問題的技術方案是基於模擬視頻波頭檢測的自動增益補償系統，包括發送端和接收端；發送端包括一個信號切換開關、一個視頻發送模塊、一個MCU和一個通訊模塊；接收端包括一個視頻接 收模塊、一個信號切換開關、一個波頭檢測電路、一個MCU和一個通訊模塊；發送傳輸的VGA 信號與調整用視頻信號經發送端信號切換開關與視頻發送模塊相連，發送端MCU通過發送 端通訊模塊與接收端通訊，當發送端收到接收端的開始調整信號後，通過發送端MCU調整 用視頻信號引腳控制發送端信號切換開關，將信號輸出切換到調整用信號通道上，視頻調 整用信號經視頻發送模塊傳輸到接收端做視頻調整，發送端循環等待接收端完成調整信 號，當發送端接收到接收端完成調整信號後，發送端MCU控制發送端信號切換開關將信號 切換到VGA信號，完成整個調整過程；接收端視頻信號先經視頻接收模塊，然後通過接收端 信號切換開關分別與VGA輸出口及波頭檢測電路連接，接收端MCU通過接收端通訊模塊與 發送端相連，當接收端收到發送端連接信號後，給發送端發送開始調整信號，同時通過接收 端MCU信號切換控制引腳將接收的視頻信號切換到波頭檢測電路，接收端MCU開始通過模 擬採樣通道循環檢測波頭信號的有無，若沒有檢測到，則增大一點增益，繼續判斷，如此反 復，直到檢測到波頭信號，完成增益調整，之後接收端MCU通過接收端通訊模塊發調整完成 信號給發送端，同時將信號切換到VGA輸出通道，完成調整。作為本發明進一步限定的技術方案，波頭檢測電路由一個減法電路、一個信號放 大電路和一個峰值檢測電路組成；減法電路的輸入端接調整信號，減法電路將調整信號的 波頭信號減出來後輸出給信號放大電路，信號放大電路對波頭信號放大後輸出給峰值檢測 電路，峰值檢測電路將波頭信號轉變為直流信號後輸出。減法電路、信號放大電路和峰值檢測電路都是現有技術中本技術領域常用的典型 電路。減法電路包括一個型號為EL5205的運放晶片，運放晶片的正負輸入都通過一個電阻 接調整信號，運放晶片的正輸入串聯一個電阻後接地，運放晶片的負輸入和輸出端之間接 有一個電阻，運放晶片的正負輸入各串聯一個電容後接地。信號放大電路包括一個型號為 EL5205的運放晶片，運放晶片的正輸入端接上級減法電路的輸出，負輸入端串聯一個電阻 接地。峰值檢測電路由一個二極體、一個電阻和一個電容組成，二極體的輸入接上級信號放 大電路的輸出，二極體的輸出接電阻和電容組成的並聯電路，電阻和電容並聯後接地。發送端MCU和接收端MCU都是型號為PIC16F876A的MCU晶片。發送端信號切換 開關和接收端信號切換開關都是型號為PI5C3383的切換晶片。發送端通訊模塊和接收端 通訊模塊都是型號為MAX485的通訊模塊。視頻發送模塊是型號為EL4543的發送模塊。視 頻接收模塊是型號為EL9111的接收模塊。本發明的優點是本發明從信號特徵出發，巧妙利用信號變化特點完成信號衰減 的判斷；電路設計上通過簡單的器件配置完成對納秒級弱模擬信號處理。整個設計中信號 處理部分全由硬體完成，對處理器要求不高，普通的單片機就能滿足要求；設計成本低廉， 信號判斷處理電路由普通的運放及二極體，電阻，電容組成，器件簡單且少，佔用PCB板面 積小；同時該設計有一定的普遍適用性，可用於其他類似信號還原系統中。該設計技術已應 用到某型號產品當中，效果比較理想。由於本發明設有波頭檢測電路，波頭檢測電路可以對信號放大，以及將交流信號 轉變為直流信號，直接反映出信號衰減的情況，是增益補償的直接參考，因此處理器難以處理的問題迎刃而解。


圖1是發送端的連接框圖。圖2是接收端的連接框圖。圖3是波頭檢測電路的電路圖。圖4是減法電路的電路圖。圖5是信號放大電路的電路圖。圖6是峰值檢測電路的電路圖。
具體實施例方式實施例一本發明是一種基於模擬視頻波頭檢測的自動增益補償系統，包括發送端和接收 端。發送端如圖1所示，包括一個信號切換開關、一個視頻發送模塊、一個MCU和一個通訊模 塊。發送端MCU是型號為PIC16F876A的MCU晶片，發送端信號切換開關是型號為PI5C3383 的切換晶片，發送端通訊模塊是型號為MAX485的通訊模塊，視頻發送模塊是型號為EL4543 的發送模塊。發送傳輸的VGA信號與調整用視頻信號經切換晶片PI5C3383與視頻發送模 塊EL4543相連，MCU PIC16F876A通過MAX485通訊模塊與遠端接收端通訊，當發送端收到 接收端的開始調整信號後，通過MCUPIC16F876A調整用視頻信號引腳控制PI5C3383切換芯 片，將信號輸出切換到調整用信號通道上，此時視頻調整信號經視頻發送模塊傳輸到接收 端做視頻調整。發送端此時循環等待接收端完成調整信號，當發送端接收到接收端完成調 整信號後，MCU PIC16F876A控制PI5C3383切換晶片將信號切換到VGA信號，完成整個調整 過程。MCU PIC16F876A程序流程循環檢測設備連是否接；檢測到連接，發送信號切換到視 頻調整信號；等待接受端調整完成；發送端接收到完成調整標誌，切到正常視頻信號。接收端如圖2所示，包括一個視頻接收模塊、一個信號切換開關、一個波頭檢測電 路、一個MCU和一個通訊模塊。發送端MCU和接收端MCU都是型號為PIC16F876A的MCU 晶片。接收端信號切換開關是型號為PI5C3383的切換晶片，接收端通訊模塊是為型號為 MAX485的通訊模塊，視頻接收模塊是型號為EL9111的接收模塊。接收端視頻信號先經視頻 接收模塊EL9111，然後通過切換晶片PI5C3383分別與VGA輸出口及波頭檢測電路連接，接 收端MCU PIC16F876A通過MAX485通訊模塊與發送端相連，當接收端收到發送端連接信號 後，給發送端發送開始調整信號，同時通過MCU PIC16F876A信號切換控制引腳將接收的視 頻信號切換到波頭檢測電路部分，MCU PIC16F876A開始通過模擬採樣通道循環檢測波頭的 有無，若沒有檢測到，則增大一點增益，繼續判斷，如此反覆，直到檢測到波頭信號，完成增 益調整，之後MCU PIC16F876A通過MAX485通訊模塊發調整完成信號給發送端，同時將信號 切換到VGA輸出通道，完成調整。MCUPIC16F876A程序流程循環檢測設備是否連接；檢測 到連接，切換信號到檢測通道；增益從最小開始，循環判斷是否有波頭產生，若沒有檢測到， 則增大增益，反之停止；完成增益調整，給接收端發送完成標誌，信號切換到VGA輸出。發送端信號雖然減出來了，雖然減出來了，但是其信號脈寬僅僅在20-30ns，幅值大小為200mV左右，如何做進一步變換以便處理器處理呢？為此需要對信號放大及交流轉直流。於是設計了波頭檢測電路。波頭檢測電路如圖3所示，波頭檢測電路由一個減法電 路、一個信號放大電路和一個峰值檢測電路組成；減法電路的輸入端接調整信號，減法電路 將調整信號的波頭信號減出來後輸出給信號放大電路，信號放大電路對波頭信號放大後輸 出給峰值檢測電路，峰值檢測電路將波頭信號轉變為直流信號後輸出。減法電路、信號放大 電路和峰值檢測電路都是現有技術中本技術領域常用的典型電路，在本發明中只是將三個 電路組合在一起成為一個波頭檢測電路，從而達到對信號放大及交流轉直流。減法電路如圖4所示，該電路負責將波頭信號減出來，由之前的分析，當信號經長 距離傳輸後，波頭會產生很大的衰減，所以，信號衰減後會無法減出信號，該電路設計時需 要注意運放器件選型，根據之前的分析，波頭頻率在50MHZ左右，所以在選取運放時要選取 高帶寬運放。該電路中，Cl，C2是運放電源濾波電容，用於運放信號穩定；Rl，R2，R3，R4與 運放晶片EL5205組成一個典型的減法電路，其中R3/R1 = R4/R2 ；其信號輸出為Vout = R3/R1* (調整信號A-調整信號B)。信號放大電路如圖5所示，由于波頭信號較弱，只有20-30納秒，且信號幅值為毫 伏級，固需要對信號進行放大處理，該電路運放的正輸入端接上級減法電路輸出，負輸入端 串一個電阻接地，當正輸入端信號大於負輸入端信號時，運放輸出高電平；由於負端接地， 所以只要正輸入端有高於地電壓的信號，既有波頭信號被減出來時，運放輸出高電平，從而 實現對前端減法器輸出信號的放大。峰值檢測電路如圖6所示，由於信號特徵只有幾十納秒，不便處理器採樣判斷，固 設計了一個峰值檢測電路，將信號轉變為直流信號，從而便於處理器AD採樣處理。電路由 一個二極體和一個電阻電容組成，二極體用於電壓信號的鉗位，電阻及電容組成一個典型 的RC充放電電路，實現將交流信號轉化成直流信號的作用，R，C參數的取值要根據前端處 理信號的頻率來設定。本發明還可以有其它實施方式，凡採用同等替換或等效變換形成的技術方案，均 落在本發明要求保護的範圍之內。
權利要求
基於模擬視頻波頭檢測的自動增益補償系統，包括發送端和接收端，其特徵在於所述發送端包括一個信號切換開關、一個視頻發送模塊、一個MCU和一個通訊模塊；所述接收端包括一個視頻接收模塊、一個信號切換開關、一個波頭檢測電路、一個MCU和一個通訊模塊；發送傳輸的VGA信號與調整用視頻信號經所述發送端信號切換開關與所述視頻發送模塊相連，所述發送端MCU通過所述發送端通訊模塊與所述接收端通訊，當發送端收到接收端的開始調整信號後，通過發送端MCU調整用視頻信號引腳控制所述發送端信號切換開關，將信號輸出切換到調整用信號通道上，視頻調整用信號經所述視頻發送模塊傳輸到所述接收端做視頻調整，所述發送端循環等待所述接收端完成調整信號，當所述發送端接收到所述接收端完成調整信號後，所述發送端MCU控制所述發送端信號切換開關將信號切換到VGA信號，完成整個調整過程；接收端視頻信號先經所述視頻接收模塊，然後通過所述接收端信號切換開關分別與VGA輸出口及所述波頭檢測電路連接，所述接收端MCU通過所述接收端通訊模塊與所述發送端相連，當接收端收到發送端連接信號後，給發送端發送開始調整信號，同時通過所述接收端MCU信號切換控制引腳將接收的視頻信號切換到波頭檢測電路，所述接收端MCU開始通過模擬採樣通道循環檢測波頭信號的有無，若沒有檢測到，則增大一點增益，繼續判斷，如此反覆，直到檢測到波頭信號，完成增益調整，之後所述接收端MCU通過所述接收端通訊模塊發調整完成信號給發送端，同時將信號切換到VGA輸出通道，完成調整。
2.如權利要求1所述的基於模擬視頻波頭檢測的自動增益補償系統，其特徵在於所 述波頭檢測電路由一個減法電路、一個信號放大電路和一個峰值檢測電路組成；所述減法 電路的輸入端接調整信號，所述減法電路將調整信號的波頭信號減出來後輸出給所述信號 放大電路，所述信號放大電路對波頭信號放大後輸出給所述峰值檢測電路，所述峰值檢測 電路將波頭信號轉變為直流信號後輸出。
3.如權利要求2所述的基於模擬視頻波頭檢測的自動增益補償系統，其特徵在於所 述減法電路包括一個型號為EL5205的運放晶片，所述運放晶片的正負輸入都通過一個電 阻接調整信號，所述運放晶片的正輸入串聯一個電阻後接地，所述運放晶片的負輸入和輸 出端之間接有一個電阻，所述運放晶片的正負輸入各串聯一個電容後接地。
4.如權利要求2所述的基於模擬視頻波頭檢測的自動增益補償系統，其特徵在於所 述信號放大電路包括一個型號為EL5205的運放晶片，所述運放晶片的正輸入端接上級減 法電路的輸出，負輸入端串聯一個電阻接地。
5.如權利要求2所述的基於模擬視頻波頭檢測的自動增益補償系統，其特徵在於所 述峰值檢測電路由一個二極體、一個電阻和一個電容組成，所述二極體的輸入接上級信號 放大電路的輸出，所述二極體的輸出接電阻和電容組成的並聯電路，所述電阻和電容並聯 後接地。
6.如權利要求1或2所述的基於模擬視頻波頭檢測的自動增益補償系統，其特徵在於 所述發送端MCU和接收端MCU都是型號為PIC16F876A的MCU晶片。
7.如權利要求1或2所述的基於模擬視頻波頭檢測的自動增益補償系統，其特徵在於 所述發送端信號切換開關和接收端信號切換開關都是型號為PI5C3383的切換晶片。
8.如權利要求1或2所述的基於模擬視頻波頭檢測的自動增益補償系統，其特徵在於 所述發送端通訊模塊和接收端通訊模塊都是型號為MAX485的通訊模塊。
9.如權利要求1或2所述的基於模擬視頻波頭檢測的自動增益補償系統，其特徵在於 所述視頻發送模塊是型號為EL4543的發送模塊。
10.如權利要求1或2所述的基於模擬視頻波頭檢測的自動增益補償系統，其特徵在 於所述視頻接收模塊是型號為EL9111的接收模塊。
全文摘要
本發明涉及計算機領域的增益補償系統，具體的說是一種基於模擬視頻波頭檢測的自動增益補償系統，包括發送端和接收端；發送端包括一個信號切換開關、一個視頻發送模塊、一個MCU和一個通訊模塊；接收端包括一個視頻接收模塊、一個信號切換開關、一個波頭檢測電路、一個MCU和一個通訊模塊。發送傳輸的VGA信號與調整用視頻信號經發送端信號切換開關與視頻發送模塊相連，發送端MCU通過發送端通訊模塊與接收端通訊，接收端視頻信號先經視頻接收模塊，然後通過接收端信號切換開關分別與VGA輸出口及波頭檢測電路連接，接收端MCU通過接收端通訊模塊與發送端相連。本發明可以提高設備的擴展性及靈活性，能實現接收端增益的自動補償。
文檔編號H03G3/20GK101841675SQ20101016037
公開日2010年9月22日 申請日期2010年4月30日 優先權日2010年4月30日
發明者仲健, 甘家富 申請人:南京德訊信息系統有限公司