論自動(dòng)增益補(bǔ)償技術(shù)在樓宇可視對(duì)講應(yīng)用的可行性

□ 文/ 莊偉

作者系廈門狄耐克電子科技有限公司總工程師

樓宇可視對(duì)講系統(tǒng)是現(xiàn)代住宅強(qiáng)制性配套設(shè)施，近年來(lái)房地產(chǎn)業(yè)的興盛發(fā)展為樓宇可視對(duì)講系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用提供了一個(gè)很好的契機(jī)。

在樓宇可視對(duì)講的實(shí)際應(yīng)用中，通常采用模擬復(fù)合視頻信號(hào)（CVBS）進(jìn)行信息傳輸。

在信號(hào)傳輸、數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，常常會(huì)因?yàn)檩斎胄盘?hào)強(qiáng)度變化較大，且與系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍不相一致，使系統(tǒng)不能正常工作。例如，在接收器中，無(wú)線電信號(hào)強(qiáng)弱差異很大，中頻放大器本身也有一定的動(dòng)態(tài)范圍，輸入信號(hào)增大時(shí)會(huì)出現(xiàn)失真。

為了解決外界各種因素對(duì)接收機(jī)輸入信號(hào)的影響，常需要使用自動(dòng)增益控制技術(shù)。

自動(dòng)增益控制電路(AGC)是通信設(shè)備，特別是通信接收設(shè)備的重要電路之一，其主要作用是使設(shè)備的輸出電平保持為一定的數(shù)值。它能夠保證在接收弱信號(hào)時(shí),接收機(jī)的增益高；而接收強(qiáng)信號(hào)時(shí)則增益低，從而使輸出信號(hào)保持適當(dāng)?shù)碾娖健?/p>

因?yàn)槟M復(fù)合視頻信號(hào)的長(zhǎng)距離傳輸一直以來(lái)不盡人意，使得這一因素成為了制約可視對(duì)講系統(tǒng)普及化的一大障礙。目前市場(chǎng)上的樓宇對(duì)講視頻傳輸系統(tǒng)的增益控制分為兩種：一種為固定增益?zhèn)鬏敺绞?，該方式存在傳輸距離近時(shí)視頻信號(hào)過(guò)強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)時(shí)圖象模糊等缺點(diǎn)；另一種為人工設(shè)置增益補(bǔ)償，通過(guò)人工調(diào)整增益電位器或增益撥碼開關(guān)調(diào)整補(bǔ)償增益，該方式存在安裝調(diào)試復(fù)雜、設(shè)備位置調(diào)整或傳輸線纜長(zhǎng)度調(diào)整后需重新設(shè)置補(bǔ)償增益等缺點(diǎn)，浪費(fèi)人力和財(cái)力。

本文提供了一種視頻傳輸裝置，以在視頻傳輸時(shí)根據(jù)傳輸距離自動(dòng)改變?cè)鲆嫜a(bǔ)償，對(duì)視頻信號(hào)自動(dòng)補(bǔ)償，因此圖像更清晰和穩(wěn)定，不會(huì)因傳輸距離變遠(yuǎn)而模糊；另外傳輸時(shí)無(wú)須人為干預(yù)，降低工程難度，使用簡(jiǎn)單，減少成本。

視頻傳輸裝置簡(jiǎn)介

該視頻傳輸裝置，包括視頻采集模塊、主控制模塊、視頻收發(fā)模塊和視頻顯示模塊（如圖1）；視頻收發(fā)模塊具體包括視頻轉(zhuǎn)換單元、控制單元、傳輸距離測(cè)量單元、視頻增益補(bǔ)償單元、通信單元和視頻傳輸單元；視頻轉(zhuǎn)換單元用于轉(zhuǎn)換視頻信號(hào)的傳輸模式進(jìn)行；傳輸距離測(cè)量單元用于向目的裝置發(fā)送距離測(cè)量信號(hào)或接收其他裝置發(fā)送的檢測(cè)距離測(cè)量信號(hào)；通信單元用于接收目的裝置返回的信號(hào)傳輸距離，控制單元用于計(jì)算信號(hào)傳輸距離，并根據(jù)信號(hào)傳輸距離確認(rèn)增益補(bǔ)償量；視頻增益補(bǔ)償單元用于對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)加權(quán)增益補(bǔ)償。

視頻收發(fā)模塊又具體包括視頻轉(zhuǎn)換單元、控制單元、傳輸距離測(cè)量單元、視頻增益補(bǔ)償單元、通信單元和視頻傳輸單元（如圖2）；傳輸距離測(cè)量單元用于通過(guò)線纜向目的裝置發(fā)送距離測(cè)量信號(hào)；通信單元用于接收目的裝置返回的信號(hào)傳輸距離，其中，信號(hào)傳輸距離為目的裝置根據(jù)接收的檢測(cè)距離測(cè)量信號(hào)的衰減量計(jì)算得到的；控制單元用于根據(jù)所述信號(hào)傳輸距離確認(rèn)增益補(bǔ)償量；視頻轉(zhuǎn)換單元，用于對(duì)視頻信號(hào)的傳輸模式進(jìn)行轉(zhuǎn)換；視頻增益補(bǔ)償單元用于根據(jù)增益補(bǔ)償量對(duì)轉(zhuǎn)換模式后的視頻信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)加權(quán)增益補(bǔ)償；視頻傳輸單元用于將自動(dòng)加權(quán)增益補(bǔ)償后的視頻信號(hào)發(fā)送出去，以及接收其他裝置發(fā)送的視頻信號(hào);傳輸距離測(cè)量單元還用于接收其他裝置發(fā)送的檢測(cè)距離測(cè)量信號(hào)；控制單元還用于根據(jù)所述其他裝置發(fā)送的檢測(cè)距離測(cè)量信號(hào)的衰減量計(jì)算其他裝置的信號(hào)傳輸距離；通信單元還用于將所述其他裝置的信號(hào)傳輸距離返回至其他裝置。

▲圖1 視頻傳輸裝置結(jié)構(gòu)示意圖

▲圖2 視頻收發(fā)模塊結(jié)構(gòu)示意圖

視頻傳輸裝置工作原理

視頻傳輸工作流程圖見(jiàn)圖3。

1. 源裝置采集視頻信號(hào)；

2. 根據(jù)源裝置和目的裝置間的不同距離對(duì)傳輸?shù)囊曨l信號(hào)進(jìn)行增益補(bǔ)償，并發(fā)送至所述目的裝置，具體包括：

所述源裝置的傳輸距離測(cè)量單元向所述目的裝置發(fā)送距離測(cè)量信號(hào)；

所述源裝置的控制單元接收所述目的裝置返回的信號(hào)傳輸距離，其中，所述信號(hào)傳輸距離為所述目的裝置根據(jù)接收的檢測(cè)距離測(cè)量信號(hào)的衰減量計(jì)算得到的；

所述源裝置的控制單元根據(jù)所述信號(hào)傳輸距離確認(rèn)增益補(bǔ)償量；

所述源裝置的視頻轉(zhuǎn)換單元對(duì)采集的視頻信號(hào)的傳輸模式進(jìn)行轉(zhuǎn)換；

所述源裝置的視頻增益補(bǔ)償單元根據(jù)所述增益補(bǔ)償量對(duì)轉(zhuǎn)換模式后的視頻信號(hào)的高頻部分進(jìn)行預(yù)提升；

所述源裝置的視頻傳輸單元將提升后的視頻信號(hào)傳輸至所述目的裝置的增益補(bǔ)償單元；

所述目的裝置的增益補(bǔ)償單元根據(jù)所述增益補(bǔ)償量對(duì)接收到的視頻信號(hào)的高頻和低頻部分進(jìn)行后補(bǔ)償；

所述目的裝置的視頻轉(zhuǎn)換單元對(duì)增益補(bǔ)償單元傳遞過(guò)來(lái)的信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，再傳輸至所述目的裝置視頻顯示模塊顯示。

3. 目的裝置顯示接收的視頻信號(hào)；

▲圖3 工作流程示意圖

▲圖4 工作原理流程圖

視頻傳輸工作原理流程圖見(jiàn)圖4。

1、所述源裝置采集視頻信號(hào)

2-3、所述源裝置的傳輸距離測(cè)量單元向所述目的裝置發(fā)送距離測(cè)量信號(hào)

4、目的裝置的傳輸距離測(cè)量單元接收到檢測(cè)距離測(cè)量信號(hào)并傳至其控制單元；

5、目的裝置的控制單元根據(jù)接收的檢測(cè)距離測(cè)量信號(hào)的衰減量計(jì)算得到信號(hào)傳輸距離，并發(fā)送給其通信單元；

6、目的裝置的通信單元將信號(hào)傳輸距離發(fā)送至源裝置的通信單元。

7、所述源裝置的控制單元根據(jù)所述信號(hào)傳輸距離確認(rèn)增益補(bǔ)償量。

8、所述源裝置的視頻轉(zhuǎn)換單元對(duì)采集的視頻信號(hào)的傳輸模式進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

9、所述源裝置的視頻增益補(bǔ)償單元根據(jù)所述增益補(bǔ)償量對(duì)轉(zhuǎn)換模式后的視頻信號(hào)的高頻部分進(jìn)行預(yù)提升。

10、所述源裝置的視頻傳輸單元將提升后的視頻信號(hào)傳輸至所述目的裝置的增益補(bǔ)償單元。

11、所述目的裝置的增益補(bǔ)償單元根據(jù)所述增益補(bǔ)償量對(duì)接收到的視頻信號(hào)的高頻和低頻部分進(jìn)行后補(bǔ)償。

12-13、所述目的裝置的視頻轉(zhuǎn)換單元對(duì)增益補(bǔ)償單元傳遞過(guò)來(lái)的信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，再傳輸至所述目的裝置視頻顯示模塊顯示。

傳輸距離測(cè)量單元及自動(dòng)增益控制電路設(shè)計(jì)

▲圖5 傳輸距離測(cè)量單元電路圖

傳輸距離測(cè)量單元電路圖見(jiàn)圖5。傳輸距離測(cè)量單元133具體包括：

正弦波振蕩電路1331，用于產(chǎn)生某一頻率的正弦波，所述正弦波為所述距離測(cè)量信號(hào)；

推挽電路1332，連接所述正弦波振蕩電路1031，用于提高驅(qū)動(dòng)能力以便將所述距離測(cè)量信號(hào)進(jìn)行長(zhǎng)距離傳輸；

繼電器1333，不動(dòng)端連接所述電纜，第一動(dòng)端連接所述推挽電路1332，第二動(dòng)端連接幅值檢波電路1334，用于切換在第一動(dòng)端時(shí)發(fā)送所述距離測(cè)量信號(hào)，切換在第二動(dòng)端時(shí)使所述幅值檢波電路1334接收所述檢測(cè)距離測(cè)量信號(hào)；

幅值檢波電路1334，用于接收并檢測(cè)所述檢測(cè)距離測(cè)量信號(hào)的幅度；

跟隨電路1335，用于提高所述檢測(cè)距離測(cè)量信號(hào)的幅度的驅(qū)動(dòng)能力后發(fā)送至所述控制單元；

測(cè)距信號(hào)切換電路1336，連接所述繼電器1333，用于控制所述繼電器1333的通路切換。測(cè)距信號(hào)切換電路1336受控制單元132控制。

▲圖6 目的裝置傳輸距離測(cè)量單元

目的裝置傳輸距離測(cè)量單元見(jiàn)圖6。傳輸距離測(cè)量單元133的測(cè)量過(guò)程為：

源裝置通過(guò)正弦波振蕩電路和推挽電路產(chǎn)生距離測(cè)量信號(hào)，通過(guò)控制RC1，測(cè)距信號(hào)切換電路切換至發(fā)送狀態(tài)，從而將距離測(cè)量信號(hào)輸入傳輸線纜進(jìn)行傳輸；

目的裝置通過(guò)控制RC1，將傳輸線切換及接收狀態(tài)，并將距離測(cè)量信號(hào)輸入幅值檢波電路接收整流電路進(jìn)行幅值檢波；

MCU控制單元對(duì)接收的距離測(cè)量信號(hào)輸出的幅值電壓值進(jìn)行AD采集，根據(jù)采集到的電壓值，通過(guò)比對(duì)存儲(chǔ)于MCU內(nèi)部的距離--電壓匹配表，判斷線纜的傳輸距離；線纜距離與測(cè)距信號(hào)幅值電壓匹配表如表1所示。

表1

其中，視頻轉(zhuǎn)換單元131具體包括：

視頻單端轉(zhuǎn)差分電路，用于將自身的視頻采集模塊采集的視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為差分視頻信號(hào)；

視頻差分轉(zhuǎn)單端電路，用于將接收的其他裝置發(fā)送過(guò)來(lái)的差分視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端視頻信號(hào)以進(jìn)行顯示。

其中，通過(guò)使用安捷倫E5071B網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試線纜衰減量，如表2所示。

表2

▲圖7 預(yù)提升子單元的電路圖

預(yù)提升子單元（如圖7），用于根據(jù)所述增益補(bǔ)償量對(duì)自身要發(fā)送的所述差分視頻信號(hào)的高頻部分進(jìn)行預(yù)提升；如圖5所示，所述預(yù)提升子單元具體包括并聯(lián)的第一預(yù)提升支路、第二預(yù)提升支路和第三預(yù)提升支路，所述第一預(yù)提升支路包括第一切換控制電路、與所述第一切換控制電路連接的第一繼電器、與所述第一繼電器的一端連接的RC串聯(lián)電路，所述第二預(yù)提升支路包括第二切換控制電路、與所述第二切換控制電路連接的第二繼電器、與所述第二繼電器的一端連接的并聯(lián)的兩個(gè)RC串聯(lián)電路，所述第三預(yù)提升支路包括第三切換控制電路、與所述第三切換控制電路連接的第三繼電器、與所述第三繼電器的一端連接的并聯(lián)的三個(gè)RC串聯(lián)電路；所述第一切換控制電路、第二切換控制電路和第三切換控制電路分別連接所述控制單元，所述第一繼電器、第二繼電器和第三繼電器的另一端分別連接所述視頻單端轉(zhuǎn)差分電路的反相反饋端，所有RC串聯(lián)電路的另一端分別連接所述視頻單端轉(zhuǎn)差分電路的同相反饋端，用于將所述視頻單端轉(zhuǎn)差分電路轉(zhuǎn)換的差分視頻信號(hào)的高頻部分進(jìn)行預(yù)提升；其中，F(xiàn)BP端和FBN端是增益反饋端，用于設(shè)置增益；CTR5、CTR6、CTR7是切換控制電路的輸入端，由控制單元控制，具體輸入表如表3所示，

表3

▲圖8 后補(bǔ)償子單元的電路圖

后補(bǔ)償子單元，用于根據(jù)所述增益補(bǔ)償量對(duì)接收到的其他裝置發(fā)送的差分視頻信號(hào)的低頻部分和高頻部分進(jìn)行后增益補(bǔ)償；如圖8所示，所述后補(bǔ)償子單元具體包括若干并聯(lián)的后補(bǔ)償支路，每一所述后補(bǔ)償支路都包括一控制電路和與所述控制電路連接的RC電路，所述RC電路包括兩個(gè)RC串聯(lián)電路和一個(gè)電阻串聯(lián)電路，所述兩個(gè)RC串聯(lián)電路和一個(gè)電阻串聯(lián)電路并聯(lián)；所述控制電路還連接所述控制單元，所述RC電路連接所述視頻差分轉(zhuǎn)單端電路的反饋端FB端，用于將接收的其他裝置發(fā)送的差分視頻信號(hào)進(jìn)行后補(bǔ)償。其中，F(xiàn)B端是反饋端，連接視頻差分轉(zhuǎn)單端電路；CTR1、CTR2、CTR3、CTR4是控制電路的輸入端，由控制單元控制，具體輸入表如表4所示。

表4

結(jié)論

本文提供的這種視頻傳輸裝置在視頻傳輸時(shí)根據(jù)傳輸距離自動(dòng)改變?cè)鲆嫜a(bǔ)償，不受傳輸距離長(zhǎng)短的影響，傳輸?shù)膱D像效果好，更清晰更穩(wěn)定，傳輸是無(wú)需人為干預(yù)，降低工程難度，操作檢修簡(jiǎn)單，減少工程成本。