CN101630496A - 自动调节的双绞线视频或音频信号传输系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自动调节的双绞线视频或音频信号传输系统。该系统包括经由多组双绞线连接的发送端和接收端，发送端直接将校准信号叠加在发射端差分信号的共模信号上，接收端将差分信号转换还原为单端信号，同时从差分信号的共模信号中分离出校准信号，通过分析校准信号，优化待传输信号质量，同步不同通道的信号时延，输出调整后信号。

Description

自动调节的双绞线视频或音频信号传输系统

技术领域

本发明涉及信号传输领域，尤其涉及视频或音频信号的双绞线传输。

背景技术

由于VGA视频信号、YPbPr色差视频信号、S视频端子信号、左右声道音频信号、5.1声道音频信号以及视音频信号等多通道信号通过长距离双绞线电缆传输后，这些信号的不同的频率信号有不同程度的衰减，低频衰减较小，高频衰减较大，这样传输后的信号有不同特征的畸变。如果传输的信号是VGA视频信号、YPbPr色差视频信号、S端子视频信号或复合视频信号，图像就变得模糊不清；另外，标准的CAT-5，CAT-5E，CAT-6等网络电缆包含4对绞距不同的双绞线电缆对，由于每对绞线的绞距不等，造成信号在每对电缆的传输路径距离不相等，造成VGA视频或YPbPr视频的每个分色信号到达接收端设备的时间不同，这样视频每个分色信号相互异位，最终显示的图像质量受到较为严重影响。为了达到最佳的图像效果，用户通常需要调节信号的不同频率的增益，以还原为传输前的亮度和对比度；同时为了保证每个分色信号具有相同传输时间，还要调节延时电路以确保每个分色信号具有相同的时延，这样调节就很复杂。有些信号如音频信号不容易直观判断，还需要其他的专业设备来配合调试，工程上操作就更为复杂，不容易实施。

目前已有一些针对视频的自动校准方面的设备，这些设备的采用自动校准通常在基色信号间隔处添加额外校准信号为接收端校准参考，由于基色间隔处间隙小，同时不同格式的视频间隙位置和大小也不同，接收端对该基准信号的获取较为困难，同时，间隙小接收端获取的校准信息也不全面，造成校准后的图像质量不理想。再者，由于校准信号是添加到视频信号中，也容易影响图像质量。由于添加的额外的基准信号，基准信号间隙小，接收端处理设备结构复杂，实际实施困难，应用不理想。

而对于音频信号和其他信号，由于没有基准信号添加的间隙，也无法直接添加校准信号，解决起来更为复杂。如：音频信号，只有通过调音台通过专业的人员听觉判断来调节。

发明内容

为了解决网络电缆或多芯双绞线来传输多个基带信号时需要人工调节信号的问题，本发明提供一种自动调节的双绞线视频或音频信号传输系统。该系统包括，经由多组双绞线连接的发送端和接收端，所述发送端包括：单端转差分信号处理器，将输入的待传输的多路信号分别转换为对应的差分信号；差分信号对共模信号叠加处理电路将经过处理后的校准信号，分别叠加到各个差分信号对的共模信号上，最后通过输出端口输出传输到接收端。

传输的信号可为所有的基带信号，包括VGA视频信号、YPbPr色差视频信号、S端子视频信号、左右声道音频信号、5.1声道音频信号、视音频信号，其他音频信号，RS485通信信号，RS232通信信号，USB通信信号，以太网网络通信信号，1394通信信号。

所述双绞线可以是CAT-5，CAT-5E、CAT-6、CAT-6E、CAT-7网络电缆或类似的双绞线电缆。

所述发送端输入的信号可以是单组或多组的待传输信号。

所述校准信号可采用单个校准，也可以采用多组校准信号。通常信号带宽较低的，如：音频，可采用单个校准信号；信号带宽高的，如：VGA视频信号、YPbPr视频信号，可采用多个不同特征的校准信号；校准信号可采用一定幅度直流信号或单一频率的交流信号，也可以采用直流信号和多个交流信号复合的信号，所述信号的频率范围都没有限制。

所述校准信号通过电阻电容网络直接耦合叠加到差分信号对的共模信号上或通过运算放大器处理后叠加到差分信号对的共模信号上。

接收端包括：差分转单端处理电路，将差分信号转换还原为单端信号；校准信号分离电路，分离出发送端传送的校准信号，分别输入不同的校准信号均衡器处理；自动调节信号处理器，通过分析对比校准信号1均衡器和校准信号2均衡器输出的信号与发送端发送的已知幅度的校准信号，同步调节校准信号1均衡器和校准信号2均衡器和待传输信号均衡器的不同频率的补偿，直到均衡后的校准信号和发送端发送的已知的校准信号一致或接近一致，最大程度的优化待传输信号质量；同步延时基准处理电路，从均衡后的信号中分离出延时差异信号，经过自动调节信号处理器分析处理，根据延时差异信号，控制调节待传输信号延时器的不同通道的信号时延，直到相关信号的时延差异最小；最后信号进入信号处理电路，进行匹配驱动输出。

本发明是将校准信号在发送端添加到待传输信号的差分信号对间的共模信号中，在接收端，通过差分运算放大器处理后，这个校准信号的共模信号被抵消处理掉，所以对发送的信号没有任何影响。而通过分离的校准信号，带有电缆信号衰减特性，所以只要分析处理校准信号，就可以直接处理信号待传输信号。以下结合附图1解释该传输校准原理。

设定待传输的信号为Vr和Vg；校准信号为S；

Vr信号通过差分处理后分为两个差分信号，Vr和-Vr；

Vg信号通过差分处理后分为两个差分信号，Vg和-Vg；

校准信号叠加到差分对的共模信号上，即Vr为Vr+mS和-Vr+mS；

                                  即Vg为Vg+nS和-Vg+nS；

其中mS和nS是参考地信号分离S信号的两个信号。这两个信号为固定的信号，同时(m-n)S为用于校准的常项。

通过传输中，有信号衰减函数Y(d)和干扰函数F(n)加入。Y(d)为不同距离不同频率的衰减集合函数，F(n)为所有干扰的总集合函数。

传输后的Vr信号通道为：(+Vr+mS)*Y(d)+F(n)和(-Vr+mS)*Y(d)+F(n)；

传输后的Vg信号通道为：(+Vg+nS)*Y(d)+F(n)和(-Vg+nS)*Y(d)+F(n)；

通过差分相减处理后传输后的Vr信号通道还原为：

(Vr+mS)*Y(d)+F(n)-((-Vr+mS)*Y(d)+F(n))

＝2Vr*Y(d)

同理，通过差分相减处理后传输后的Vg信号通道还原为：

(Vg+nS)*Y(d)+F(n)-((-Vg+nS)*Y(d)+F(n))

 ＝2Vg*Y(d)

运算后可得到还原带有衰减函数的Vr和Vg；通过均衡处理，即反函数为k(1/Y(d))；最后可以得：2Vr*Y(d)*k(1/Y(d))＝2kVr和2Vg*Y(d)*k(1/Y(d))＝2kVg；

经过放大处理即可还原回原始Vr和Vg信号。

而通过将传输后的Vr加Vg信号：

((Vr+mS)*(Y(d)+F(n))+(-Vr+mS)*(Y(d)+F(n)))-((Vg+nS)*Y(d)+F(n)+(-Vg+nS)*Y(d)+F(n))

＝2mS*Y(d)-2nS*Y(d)

＝2(m-n)S*Y(d)

传输后的信号可以分离出校准信号，同时校准信号带有电缆衰减函数。由于校准信号是已知的，所以只要根据这个校准信号，分析和均衡，知道这个校准信号和已知的校准信号相同即可，由于传输的电缆是同一根电缆，所以可按照相同的参数均衡待传输的信号。对于本领域范围的技术人员，清楚的是，本发明已经公布的其工作原理，任何从原理衍生的相同或类似的方式，在本发明保护范围内。

除了包含自动均衡外，系统还包含自动信号时延的处理，真正达到高保真的信号。系统设计结构简单、系统兼容性好、可靠性高、容易实施。

附图说明

附图1是本发明原理示意图；

附图2是本发明自动调节的双绞线视频或音频信号传输系统示意图；

附图3是本发明自动调节的双绞线视频或音频信号传输系统发送端信号处理示意图；

附图4是本发明自动调节的双绞线视频或音频信号传输系统接收端信号处理示意图；

附图5是自动调节的双绞线VGA视频信号传输系统发送端信号处理示意图；

附图6是自动调节的双绞线VGA视频信号传输系统接收端信号处理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明技术方案进行详细介绍。

由于传输的用于校准的基准信号是连续的信号，处理器可以很容易检测和控制。而以往的传输方式只适合带有同步信号的视频，或需要额外添加特征的信号。同时添加的特征信号，也会减低信号质量。而其他大部分信号由于信号是连续的就无法直接添加额外的特征信号，因此也无法进行校准。

如附图2所示，本发明的系统包括发送端部分和接收端部分。发送端和接收端采用多组双绞线来连接，通常采用双绞线网络电缆。如，CAT-5、CAT-5E、CAT-6、CAT-6E、CAT-7网络电缆或类似的双绞线电缆。

发送端信号处理如附图3所示，将待传输的多路信号经过单端转差分信号处理器110，分别转换为对应的差分信号，而后，通过差分信号对共模信号叠加处理电路处理111，将不同的校准信号发生器112，113发生的信号叠加到各个差分信号对的共模信号上，最后通过输出端口114输出。即校准信号包含在两对以上的差分信号对中，对差分信号本身没有影响。

发送端输入的信号可以是单组也可以是多组的待传输信号；当传输的为单组信号时，需额外添加1根电缆。

校准信号可以是一种也可以多种，以适应不同种信号和校准精度。种类越多，校准越高，系统也越复杂；通常校准基准信号采用一个直流校准信号和一个单一频率的交流校准信号，交流信号频率没有限制，可以选择1K-100Mhz的信号。通常选择利于接收端容易处理的频率。

校准信号可以直接叠加到差分信号对共模信号上，也可以通过运算放大器处理后再叠加到差分信号对共模信号上。

本发明将校准信号直接叠加在发射端差分信号之间的共信号上，而不是判断同步信号或将基准信号叠加在同步信号上。这样对原始信号破坏小，干扰小。最大程度保证了原始信号，同时结构简单，可靠性也高。

如图3所示，发送端发送的信号进入输入接口201后，一方面进入差分转单端处理电路202，将差分信号转换还原为单端信号；另一方面通过校准信号分离电路206，将不同特征的基准信号分离出来。分别进入校准信号1均衡器207和校准信号2均衡器208。自动调节信号处理器209通过分析校准信号1均衡器207和校准信号2均衡器208输出的信号，同步调节校准信号1均衡器207和校准信号2均衡器208和待传输信号均衡器203，直到接收端的校准信号1和校准信号2与发送端校准信号1和校准信号2的特征相一致或最大可能的一致为止，使得待传输信号也与发送的原始信号一致，达到最佳信号传输质量。均衡后信号通过同步延时基准处理电路处理210，分离出延时差异信号，自动调节信号处理器209通过分析和处理延时差异信号，控制待传输信号延时器204调节不同通道的信号时延，直到相关信号的时延差异最小。最后信号进入信号处理电路205，进行匹配驱动通过输出接口211输出。

本实施例通过传输VGA信号来分析。

发送端部分如图4所示，VGA信号输入接口101的R，G，B分量视频信号和H，V同步信号通过R，G，B，H，V单端信号编码器102处理。R，G，B，H，V单端信号编码器可采用MAXIM公司的MAX9539视频编码器处理实现。该集成电路具有将VGA视频信号的R，G，B，H，V的5个信号编码为R编码信号、G编码信号和B编码信号。校准信号处理器106将高频校准信号107和低频校准信号108添加到R编码信号差分处理器103、G编码信号差分处理器104、B编码信号差分处理器105的差分信号对的共模信号端上，通过匹配驱动通过RJ45接口109发送出去。

高频校准信号采用1kHz-1GHz的0.1V-10V的正弦信号，该信号是用来给接收端校准高频信号衰减的。低频校准信号采用DC-1Mhz的0.1-10V的正弦信号或直流信号。该信号用来给接收端校准低频信号衰减的。

R编码信号差分处理器103、G编码信号差分处理器104、B编码信号差分处理器105采用ADI公司的AD8146或相同功能的集成电路。该集成电路实现单端VGA视频信号编码后的3个信号的差分转换和将高频校准信号和低频校准信号添加到转换后的VGA视频信号的差分信号的共模信号上。

接收端部分如图5所示，发射端信号通过CAT-5网络线或类似的双绞线电缆传输后，进入到接收端的RJ45接口212端口上。接收端的校准信号分离电路216将编码在差分视频信号线上的高频校准信号和低频校准信号分离出来，连接到校准信号切换器217上，在自动调节处理器219的控制下，选择校准信号切换器输入的其中一种校准信号，进入校准信号均衡器218，通过调节校准信号均衡器218的低频均衡信号和高频均衡信号，最终达到与发送端发送的高频校准信号和低频校准信号一致；同时根据校准信号均衡器的低频和高频均衡调节参数调节解码后的R，G，B单端编码信号均衡器214的低频信号和高频信号，以达到调节R，G，B编码信号不同频率的衰减，使得视频的亮度和对比度达到原始信号相同的参数，从而达到最佳的视频质量。

均衡后信号通过同步延时基准处理电路210处理，分离出R，G，B信号的延时差异信号，，这些差异信号有H，V信号编码组成，通过自动调节处理器219分析处理后的差异信号，控制R，G，B信号延时器215，调节R，G，B编码信号的延时，最后使得R，G，B编码信号的相对延时最小。

这里R，G，B单端编码信号均衡器214采用Intersil的EL9111集成电路或相同功能的电路来实现。

R，G，B单端编码信号延时器225采用Intersil的EL9115集成电路或相同功能的电路来实现。

R，G，B单端编码信号解码器221采用MAXIM的MAX9540集成电路。该集成电路可将发送端MAX9539编码的R，G，B编码信号解码为视频R，G，B分色信号和H，V同步信号。

由于在发射端编码的高频校准信号和低频校准信号都是连续的信号，所以在接收端获取的包含衰减特征的校准信号也是连续的。所以自动调节处理器很容易处理这些校准信号，来均衡调节的视频信号。

由于篇幅的限制，在实施例中，可替代的集成电路或替代电路没有一一列出，功能相似，型号命名不同的集成电路或电路也在本发明的范围。

本发明传输的信号不局限于VGA电脑视频信号，同时也适用于YPbPr色差视频信号，S视频端子信号，左右声道音频信号，5.1声道音频以及视音频信号和其他多组基带信号的传输。本发明特别适应于通过多组双绞线传输多组信号的场合，通过双绞线信号的共模间的差模信号来传输校准信号；待传输的信号在传输时，这个校准信号也依附传输，所以校准信号和待传输的信号在传输过程中获得相同的影响，通过判断校准信号和原始信号，来调整校准信号的传输特性，以达到自动校准待传输信号的目的。

Claims (11)

1、一种自动调节的双绞线视频或音频信号传输系统发送端，经由多组双绞线与接收端相连接，所述发送端包括：

单端转差分信号处理器，将输入的待传输的多路信号分别转换为对应的差分信号；

差分信号对共模信号叠加处理电路，将经过处理后的校准信号，分别叠加到各个差分信号对的共模信号上，最后通过输出端口输出传输到接收端。

2、如权利要求1所述的发送端，其中，所述传输的信号可为任何基带信号。

3、如权利要求2所述的发送端，其中，所述传输信号可以为VGA视频信号、YPbPr色差视频信号、S端子视频信号、左右声道音频信号、5.1声道音频信号、视音频信号，其他音频信号，RS485通信信号，RS232通信信号，USB通信信号，以太网网络通信信号，1394通信信号。

4、如权利要求3所述的发送端，其中，所述双绞线可以是CAT-5，CAT-5E、CAT-6、CAT-6E、CAT-7网络电缆或类似的双绞线电缆。

5、如权利要求4所述的发送端，其中，所述发送端输入的信号可以是单组或多组的待传输信号。

6、如权利要求5所述的发送端，其中，所述校准信号采用单个校准或多组校准信号。

7、如权利要求6所述的发送端，其中，通常信号带宽低，采用单个校准信号；信号带宽高，采用多个不同特征的校准信号。

8、如权利要求6所述的发送端，其中，所述校准信号采用一定幅度直流信号或单一频率的交流信号，或直流信号和多个交流信号复合的信号，所述信号的频率范围都没有限制。

9、如权利要求7或8所述的发送端，其中，所述校准信号通过电阻电容网络直接耦合叠加到差分信号对的共模信号上或通过运算放大器处理后叠加到差分信号对的共模信号上。

10、一种自动调节的双绞线视频或音频信号传输系统接收端，经由多组双绞线与发送端相连接，所述接收端包括：

差分转单端处理电路，将差分信号转换还原为单端信号；校准信号分离电路，分离出发送端传送的校准信号，分别输入不同的校准信号均衡器处理；

自动调节信号处理器，通过分析对比校准信号1均衡器和校准信号2均衡器输出的信号与发送端发送的已知幅度的校准信号，同步调节校准信号1均衡器和校准信号2均衡器和待传输信号均衡器的不同频率的补偿，直到均衡后的校准信号和发送端发送的已知的校准信号一致或接近一致，最大程度的优化待传输信号质量；

同步延时基准处理电路，从均衡后的信号中分离出延时差异信号，经过自动调节信号处理器分析处理，根据延时差异信号，控制调节待传输信号延时器的不同通道的信号时延，直到相关信号的时延差异最小；

信号处理电路，将信号进行匹配驱动输出。

11、一种自动调节的双绞线视频或音频信号传输系统，包括如权利要求1所述的发送端和如权利要求10所述的接收端。

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