CN101841675B - 基于模拟视频波头检测的自动增益补偿系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及计算机领域的增益补偿系统，具体的说是一种基于模拟视频波头检测的自动增益补偿系统，包括发送端和接收端；发送端包括一个信号切换开关、一个视频发送模块、一个MCU和一个通讯模块；接收端包括一个视频接收模块、一个信号切换开关、一个波头检测电路、一个MCU和一个通讯模块。发送传输的VGA信号与调整用视频信号经发送端信号切换开关与视频发送模块相连，发送端MCU通过发送端通讯模块与接收端通讯，接收端视频信号先经视频接收模块，然后通过接收端信号切换开关分别与VGA输出口及波头检测电路连接，接收端MCU通过接收端通讯模块与发送端相连。本发明可以提高设备的扩展性及灵活性，能实现接收端增益的自动补偿。
Description
技术领域
本发明涉及计算机领域的增益补偿系统，具体的说是一种基于模拟视频波头检测的自动增益补偿系统。
背景技术
模拟视频传输系统主要分为发送端与接受端两个部分，该系统完成将本地视频图象传输至远端的功能。模拟视频在经长距离传输介质延长传输后，由于传输线有阻抗，信号会衰减，接收端还原后的视频效果不佳，通常需要在接收端进行信号放大还原，该过程称为视频增益补偿。
传统的模拟视频延长设备产品在接收端会有增益补偿电路，但是需要人工手动调整增益补偿，调整时通过人眼的观察不断调节设备增益补偿的大小从而达到可以认可的显示效果，该方式实现简单，但是人手工操作存在以下不足：(1)由于视频信号是模拟信号，其信号始终连续变化，手动做调整时为了达到一个最佳效果会需要反复修正增益补偿大小，比较耗时；(2)视频效果相对比较主观，不同的人调整结果会有偏差，导致设备在使用时可能会出现不同的人使用时都会进行重新增益补偿微调的情况；(3)设备多了个手动通道后，元件相对易出问题，提高了设备后期维护成本；(4)当应用环境发生变化，传输距离变更时，需要重新做增益补偿调整，比较烦琐。
据申请人研究，视频信号远距离传输后，信号存在衰减，导致接收端图象效果不佳，通过接收端增益补偿来做信号还原，从信息的角度上说这是一个信息还原的过程，为此可以通过观察起始信号和接收信号之间的差别，分析其特征来做相应设计。通过对模拟延长信号特点分析，可以得出下面的结论：当一方波信号经模拟视频延长设备传输后，其信号波头会产生大幅度的衰减，但是其波形幅度变化不大，因而可以通过对该波头的判断来获知信号的衰减情况。对波头特征观察可以发现其波头信号仅仅是一个脉宽大小为20-30ns的信号，如果采用数字方式处理，通过高速采样来判断，则对处理器件的要求非常高，增加了设计难度和成本。回过头来，对比之前的数据波形，其还有另外一个特点：信号波头会产生大幅度的衰减，但是其波形幅度变化不大。所以可以采取下面一种方式来判断：模拟视频延长设备其传输信号分别为：RGB三色信号及HV同步，可以利用其中的2个色通道分别发方波及直流信号，直流信号大小等于方波信号的幅值。若信号未衰减，则在接收端还原后的信号，方波通道信号减直流通道信号，会有一个波头减出来；反之，信号衰减后，波头会严重缺失，无法减出波头信号。现在信号虽然减出来了，但是其信号脉宽仅仅在20-30ns，幅值大小为200mV左右，如何做进一步变换以便处理器处理是有待解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对以上现有技术中手动调整存在的不足，提出一种基于模拟视频波头检测的自动增益补偿系统，可以提高设备的扩展性及灵活性，能实现接收端增益的自动补偿。
本发明解决以上技术问题的技术方案是：
基于模拟视频波头检测的自动增益补偿系统，包括发送端和接收端；发送端包括一个信号切换开关、一个视频发送模块、一个MCU和一个通讯模块；接收端包括一个视频接收模块、一个信号切换开关、一个波头检测电路、一个MCU和一个通讯模块；发送传输的VGA信号与调整用视频信号经发送端信号切换开关与视频发送模块相连，发送端MCU通过发送端通讯模块与接收端通讯，当发送端收到接收端的开始调整信号后，通过发送端MCU调整用视频信号引脚控制发送端信号切换开关，将信号输出切换到调整用信号通道上，视频调整用信号经视频发送模块传输到接收端做视频调整，发送端循环等待接收端完成调整信号，当发送端接收到接收端完成调整信号后，发送端MCU控制发送端信号切换开关将信号切换到VGA信号，完成整个调整过程；接收端视频信号先经视频接收模块，然后通过接收端信号切换开关分别与VGA输出口及波头检测电路连接，接收端MCU通过接收端通讯模块与发送端相连，当接收端收到发送端连接信号后，给发送端发送开始调整信号，同时通过接收端MCU信号切换控制引脚将接收的视频信号切换到波头检测电路，接收端MCU开始通过模拟采样通道循环检测波头信号的有无，若没有检测到，则增大一点增益，继续判断，如此反复，直到检测到波头信号，完成增益调整，之后接收端MCU通过接收端通讯模块发调整完成信号给发送端，同时将信号切换到VGA输出通道，完成调整。
作为本发明进一步限定的技术方案，波头检测电路由一个减法电路、一个信号放大电路和一个峰值检测电路组成；减法电路的输入端接调整信号，减法电路将调整信号的波头信号减出来后输出给信号放大电路，信号放大电路对波头信号放大后输出给峰值检测电路，峰值检测电路将波头信号转变为直流信号后输出。
减法电路、信号放大电路和峰值检测电路都是现有技术中本技术领域常用的典型电路。减法电路包括一个型号为EL5205的运放芯片，运放芯片的正负输入都通过一个电阻接调整信号，运放芯片的正输入串联一个电阻后接地，运放芯片的负输入和输出端之间接有一个电阻，运放芯片的正负输入各串联一个电容后接地。信号放大电路包括一个型号为EL5205的运放芯片，运放芯片的正输入端接上级减法电路的输出，负输入端串联一个电阻接地。峰值检测电路由一个二极管、一个电阻和一个电容组成，二极管的输入接上级信号放大电路的输出，二极管的输出接电阻和电容组成的并联电路，电阻和电容并联后接地。
发送端MCU和接收端MCU都是型号为PIC16F876A的MCU芯片。发送端信号切换开关和接收端信号切换开关都是型号为PI5C3383的切换芯片。发送端通讯模块和接收端通讯模块都是型号为MAX485的通讯模块。视频发送模块是型号为EL4543的发送模块。视频接收模块是型号为EL9111的接收模块。
本发明的优点是：本发明从信号特征出发，巧妙利用信号变化特点完成信号衰减的判断；电路设计上通过简单的器件配置完成对纳秒级弱模拟信号处理。整个设计中信号处理部分全由硬件完成，对处理器要求不高，普通的单片机就能满足要求；设计成本低廉，信号判断处理电路由普通的运放及二极管，电阻，电容组成，器件简单且少，占用PCB板面积小；同时该设计有一定的普遍适用性，可用于其他类似信号还原系统中。该设计技术已应用到某型号产品当中，效果比较理想。
由于本发明设有波头检测电路，波头检测电路可以对信号放大，以及将交流信号转变为直流信号，直接反映出信号衰减的情况，是增益补偿的直接参考，因此处理器难以处理的问题迎刃而解。
附图说明
图1是发送端的连接框图。
图2是接收端的连接框图。
图3是波头检测电路的电路图。
图4是减法电路的电路图。
图5是信号放大电路的电路图。
图6是峰值检测电路的电路图。
具体实施方式
实施例一
本发明是一种基于模拟视频波头检测的自动增益补偿系统，包括发送端和接收端。发送端如图1所示，包括一个信号切换开关、一个视频发送模块、一个MCU和一个通讯模块。发送端MCU是型号为PIC16F876A的MCU芯片，发送端信号切换开关是型号为PI5C3383的切换芯片，发送端通讯模块是型号为MAX485的通讯模块，视频发送模块是型号为EL4543的发送模块。发送传输的VGA信号与调整用视频信号经切换芯片PI5C3383与视频发送模块EL4543相连，MCU PIC16F876A通过MAX485通讯模块与远端接收端通讯，当发送端收到接收端的开始调整信号后，通过MCUPIC16F876A调整用视频信号引脚控制PI5C3383切换芯片，将信号输出切换到调整用信号通道上，此时视频调整信号经视频发送模块传输到接收端做视频调整。发送端此时循环等待接收端完成调整信号，当发送端接收到接收端完成调整信号后，MCU PIC16F876A控制PI5C3383切换芯片将信号切换到VGA信号，完成整个调整过程。MCU PIC16F876A程序流程：循环检测设备连是否接；检测到连接，发送信号切换到视频调整信号；等待接受端调整完成；发送端接收到完成调整标志，切到正常视频信号。
接收端如图2所示，包括一个视频接收模块、一个信号切换开关、一个波头检测电路、一个MCU和一个通讯模块。发送端MCU和接收端MCU都是型号为PIC16F876A的MCU芯片。接收端信号切换开关是型号为PI5C3383的切换芯片，接收端通讯模块是为型号为MAX485的通讯模块，视频接收模块是型号为EL9111的接收模块。接收端视频信号先经视频接收模块EL9111，然后通过切换芯片PI5C3383分别与VGA输出口及波头检测电路连接，接收端MCU PIC16F876A通过MAX485通讯模块与发送端相连，当接收端收到发送端连接信号后，给发送端发送开始调整信号，同时通过MCU PIC16F876A信号切换控制引脚将接收的视频信号切换到波头检测电路部分，MCU PIC16F876A开始通过模拟采样通道循环检测波头的有无，若没有检测到，则增大一点增益，继续判断，如此反复，直到检测到波头信号，完成增益调整，之后MCU PIC16F876A通过MAX485通讯模块发调整完成信号给发送端，同时将信号切换到VGA输出通道，完成调整。MCUPIC16F876A程序流程：循环检测设备是否连接；检测到连接，切换信号到检测通道；增益从最小开始，循环判断是否有波头产生，若没有检测到，则增大增益，反之停止；完成增益调整，给接收端发送完成标志，信号切换到VGA输出。
发送端信号虽然减出来了，虽然减出来了，但是其信号脉宽仅仅在20-30ns，幅值大小为200mV左右，如何做进一步变换以便处理器处理呢？为此需要对信号放大及交流转直流。于是设计了波头检测电路。波头检测电路如图3所示，波头检测电路由一个减法电路、一个信号放大电路和一个峰值检测电路组成；减法电路的输入端接调整信号，减法电路将调整信号的波头信号减出来后输出给信号放大电路，信号放大电路对波头信号放大后输出给峰值检测电路，峰值检测电路将波头信号转变为直流信号后输出。减法电路、信号放大电路和峰值检测电路都是现有技术中本技术领域常用的典型电路，在本发明中只是将三个电路组合在一起成为一个波头检测电路，从而达到对信号放大及交流转直流。
减法电路如图4所示，该电路负责将波头信号减出来，由之前的分析，当信号经长距离传输后，波头会产生很大的衰减，所以，信号衰减后会无法减出信号，该电路设计时需要注意运放器件选型，根据之前的分析，波头频率在50MHZ左右，所以在选取运放时要选取高带宽运放。该电路中，C1，C2是运放电源滤波电容，用于运放信号稳定；R1，R2，R3，R4与运放芯片EL5205组成一个典型的减法电路，其中R3/R1＝R4/R2；其信号输出为：Vout＝R3/R1*(调整信号A-调整信号B)。
信号放大电路如图5所示，由于波头信号较弱，只有20-30纳秒，且信号幅值为毫伏级，固需要对信号进行放大处理，该电路运放的正输入端接上级减法电路输出，负输入端串一个电阻接地，当正输入端信号大于负输入端信号时，运放输出高电平；由于负端接地，所以只要正输入端有高于地电压的信号，既有波头信号被减出来时，运放输出高电平，从而实现对前端减法器输出信号的放大。
峰值检测电路如图6所示，由于信号特征只有几十纳秒，不便处理器采样判断，固设计了一个峰值检测电路，将信号转变为直流信号，从而便于处理器AD采样处理。电路由一个二极管和一个电阻电容组成，二极管用于电压信号的钳位，电阻及电容组成一个典型的RC充放电电路，实现将交流信号转化成直流信号的作用，R，C参数的取值要根据前端处理信号的频率来设定。
本发明还可以有其它实施方式，凡采用同等替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。
Claims (10)
1.基于模拟视频波头检测的自动增益补偿系统，包括发送端和接收端，其特征在于：所述发送端包括一个信号切换开关、一个视频发送模块、一个MCU和一个通讯模块；所述接收端包括一个视频接收模块、一个信号切换开关、一个波头检测电路、一个MCU和一个通讯模块；发送传输的VGA信号与调整用视频信号经所述发送端信号切换开关输入到所述视频发送模块，所述发送端MCU通过所述发送端通讯模块与所述接收端通讯，当发送端收到接收端的开始调整信号后，通过发送端MCU调整用视频信号引脚控制所述发送端信号切换开关，将信号输出切换到调整用信号通道上，视频调整用信号经所述视频发送模块传输到所述接收端做视频调整，所述发送端循环等待所述接收端完成调整信号，当所述发送端接收到所述接收端完成调整信号后，所述发送端MCU控制所述发送端信号切换开关将信号切换到VGA信号，完成整个调整过程；接收端视频信号先经所述视频接收模块，然后通过所述接收端信号切换开关输出VGA信号，所述接收端信号切换开关与所述波头检测电路连接，所述接收端MCU通过所述接收端通讯模块与所述发送端相连，当接收端收到发送端连接信号后，给发送端发送开始调整信号，同时通过所述接收端MCU信号切换控制引脚将接收的视频信号切换到波头检测电路，所述接收端MCU开始通过模拟采样通道循环检测波头信号的有无，若没有检测到，则增大一点增益，继续判断，如此反复，直到检测到波头信号，完成增益调整，之后所述接收端MCU通过所述接收端通讯模块发调整完成信号给发送端，同时将信号切换到VGA输出通道，完成调整。
2.如权利要求1所述的基于模拟视频波头检测的自动增益补偿系统，其特征在于：所述波头检测电路由一个减法电路、一个信号放大电路和一个峰值检测电路组成；所述减法电路的输入端接调整信号，所述减法电路将调整信号的波头信号减出来后输出给所述信号放大电路，所述信号放大电路对波头信号放大后输出给所述峰值检测电路，所述峰值检测电路将波头信号转变为直流信号后输出。
3.如权利要求2所述的基于模拟视频波头检测的自动增益补偿系统，其特征在于：所述减法电路包括一个型号为EL5205的运放芯片，所述运放芯片的正负输入都通过一个电阻接调整信号，所述运放芯片的正输入串联一个电阻后接地，所述运放芯片的负输入和输出端之间接有一个电阻，所述运放芯片的正负输入各串联一个电容后接地。
4.如权利要求2所述的基于模拟视频波头检测的自动增益补偿系统，其特征在于：所述信号放大电路包括一个型号为EL5205的运放芯片，所述运放芯片的正输入端接上级减法电路的输出，负输入端串联一个电阻接地。
5.如权利要求2所述的基于模拟视频波头检测的自动增益补偿系统，其特征在于：所述峰值检测电路由一个二极管、一个电阻和一个电容组成，所述二极管的输入接上级信号放大电路的输出，所述二极管的输出接电阻和电容组成的并联电路，所述电阻和电容并联后接地。
6.如权利要求1或2所述的基于模拟视频波头检测的自动增益补偿系统，其特征在于：所述发送端MCU和接收端MCU都是型号为PIC16F876A的MCU芯片。
7.如权利要求1或2所述的基于模拟视频波头检测的自动增益补偿系统，其特征在于：所述发送端信号切换开关和接收端信号切换开关都是型号为PI5C3383的切换芯片。
8.如权利要求1或2所述的基于模拟视频波头检测的自动增益补偿系统，其特征在于：所述发送端通讯模块和接收端通讯模块都是型号为MAX485的通讯模块。
9.如权利要求1或2所述的基于模拟视频波头检测的自动增益补偿系统，其特征在于：所述视频发送模块是型号为EL4543的发送模块。
10.如权利要求1或2所述的基于模拟视频波头检测的自动增益补偿系统，其特征在于：所述视频接收模块是型号为EL9111的接收模块。
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