CN102281383B - 基于脉宽检测的模拟视频延长传输系统及其延迟调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于计算机通信领域，是一种基于脉宽检测的模拟视频延长传输系统及其延迟调整方法，在信号切换开关与接收端MCU之间设有脉宽检测总电路，脉宽检测总电路由一个减法电路和一个脉宽检测电路连接组成；减法电路由一个运放U1A，电容C1和C2以及电阻R1、R2、R3和R4组成；脉宽检测电路由一个二极管D1和一个电阻R6和电容C3组成，通过脉宽检测电路检测信号C脉宽的大小来检测信号延迟情况。本发明可以解决手动调整延迟带来的不便，自动延迟调整系统，以实现设备的即插即用。

Description

基于脉宽检测的模拟视频延长传输系统及其延迟调整方法

技术领域

本发明属于计算机通信领域，涉及一种视频信号延迟调整装置及方法，具体的说是一种基于脉宽检测的模拟视频延长传输系统及其延迟调整方法。

背景技术

模拟视频延长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。视频信号经传输介质传输过程中，受传输介质自身特性影响，会存在延迟现象。当模拟视频信号出现延迟现象时，画面会出现严重的失真，将无法进行计算机操作，通常情况下，为解决该问题会设计一个延迟调整电路，由手动输入命令进行延迟调整。该方式简单，但是存在以下不足：⑴延迟发生时，画面失真比较严重，此时进行画面调整，经验很重要，设备调试存在一定的难度；⑵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微调的情况；⑶当应用环境发生变化，传输介质变更时，需要重新做延迟调整，比较烦琐，达不到即插即用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是： 针对以上现有技术存在的缺点，提出一种基于脉宽检测的模拟视频延长传输系统及其延迟调整方法，可以解决手动调整延迟带来的不便，自动延迟调整系统，以实现设备的即插即用。

本发明解决以上技术问题的技术方案是：

基于脉宽检测的模拟视频延长传输系统，包括发送端和接收端，发送端和接收端通过传输介质通信连接；发送端包括信号输入端、信号切换开关、视频发送模块、MCU和通讯模块，信号输入端发送的VGA信号与MCU发送的调整用视频信号经信号切换开关与视频发送模块相连，MCU通过通讯模块与远端接收端通讯；接收端包括视频接收模块、视频延迟调整模块、信号切换开关、MCU和通讯模块，接收端视频信号先经视频接收模块，再经视频延迟调整模块，然后通过信号切换开关分别与VGA输出口及接收端MCU连接，接收端MCU通过通讯模块与发送端相连；在信号切换开关与接收端MCU之间设有脉宽检测总电路，接收端视频信号先经视频接收模块，再经视频延迟调整模块，然后通过信号切换开关分别与VGA输出口及脉宽检测总电路连接；脉宽检测总电路由一个减法电路和一个脉宽检测电路连接组成；减法电路由一个运放U1A，电容C1和C2以及电阻R1、R2、R3和R4组成，电容C1，C2分别接在运放U1A正电源与负电源端，用于电源滤波用；电阻R1一端接信号，另一端与运放U1A反向输入端相连，电阻R2一端接信号，另一端与运放U1A正向输入端相连，电阻R3跨接在运放U1A反向输入端与输出端之间，电阻R4一端接运放U1A正向输入端，另一端接地；电阻R1，R2，R3，R4与运放U1A组成典型的减法电路，其中R1=R2，R3=R4；脉宽检测电路由一个二极管D1和一个电阻R6和电容C3组成，电阻R6和电容C3并联组成一个RC充放电电路，并与二极管D1串联。

基于脉宽检测的模拟视频延长传输系统的延迟调整方法，若模拟视频包含红绿蓝RG二色颜色通道，按以下步骤进行：

⑴G通道信号不变，逐步增加R通道信号延迟，采集每次更改延迟之后的AD数值，放入数组A中，之后找出数组A中最小值A_min及其应的数组号i；

⑵R通道延迟清零，逐步增加G通道延迟，采集每次更改延迟之后的AD数值，放入数组B中，之后找出数组B中最小值B_min及其应的数组号j；

⑶判断A_min 与 B_min的大小：

若A_min > B_min 则 RG通道的延迟情况为

                 R  

           G

R通道信号与G通道信号间的延迟大小为j；

反之若A_min < B_min 则 RG通道的延迟情况为

           R

                 G

R通道信号与G通道信号间的延迟大小为i。

若模拟视频包含了红绿蓝RGB三色颜色通道，按以下步骤进行：

⑴调节完RG两通道的延迟，同时判断出RG通道的延迟情况，是R通道领先于G通道还是G通道领先于R通道；

⑵调节GB通道且同时判断GB通道的延迟情况；

⑶以G通道为参考点，整体调节RGB通道延迟。

三色颜色通道具体调整方法为：

RGB三色延迟情况为：

                    R

                       G

                               B；

 按以下步骤进行调整：

⑴调节RG通道的延迟，由于R领先于G通道，R通道要延迟N纳秒才能消除RG之间的延迟，调节完后三通道间的关系为：

R

                  G

                               B ；

⑵调节GB通道延迟，由于G领先于B通道，G通道要延迟M纳秒，因为R领先于G，G又领先于B，固综合之后RGB三通道延迟调节分别为：

TR=M+N

TG=M

TB=0，

同理，若RGB三色延迟情况如下所示：

                        R

         G

               B；

⑶调节RG通道延迟，由于G领先于R通道，G通道要延迟N纳秒之后才能消除RG之间的延迟，调节完RG通道之后三通道之间的关系为：

R

                      G

               B；

⑷调节GB通道延迟，由于B领先与G通道，固B通道要延迟M纳秒，综合以上条件之后RGB三通道延迟调节分别为：

TR=0

TG=N

TB=M。

本发明的优点是：本发明可以解决手动调整延迟带来的不便，自动延迟调整系统，以实现设备的即插即用。本发明从信号特征出发，巧妙利用信号变化特点完成信号脉宽的判断；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。

附图说明

图1是信号无延迟的信号图。

图2是信号有延迟的信号图。

图3是脉宽检测电路的电路图。

图4是减法电路的电路图。

图5是脉宽检测电路的电路图。

图6是发送端的系统框图。

图7是接收端的系统框图。

具体实施方式

本发明的设计原理为：信号有延迟时，有如图1的现象，信号有延迟时，有如图2的现象，信号C = 信号R-信号B，当信号R与信号B无延迟时，信号C电平为0；当信号R与信号B有延迟时，信号C波形脉宽大小随着信号R与信号B延迟大小的变化而变化。为此可以通过脉宽检测电路检测信号C脉宽的大小来检测信号延迟情况。

脉宽检测电路由2个部分组成，如图3所示，由减法电路和脉宽检测电路组成。减法电路的电路图如图4所示，减法电路由一个运放U1A，电容C1和C2以及电阻R1、R2、R3和R4组成，电容C1，C2分别接在运放U1A正电源与负电源端，用于电源滤波用；电阻R1一端接信号，另一端与运放U1A反向输入端相连，电阻R2一端接信号，另一端与运放U1A正向输入端相连，电阻R3跨接在运放U1A反向输入端与输出端之间，电阻R4一端接运放U1A正向输入端，另一端接地；电阻R1，R2，R3，R4与运放U1A组成典型的减法电路，其中R1=R2，R3=R4；该电路负责将延迟信号减出来，当信号经长距离传输产生延迟后，延迟信号脉宽大小会随着比较信号延迟大小的变化而变化，该电路设计时需要注意运放器件选型，视频信号延迟大小在几纳秒到几十纳秒间，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）。

脉宽检测电路如图5所示，由于信号特征只有几纳秒，不便处理器采样判断，所以设计了一个脉宽检测电路，将信号转变为直流信号，从而便于处理器AD采样处理。脉宽检测电路由一个二极管D1和一个电阻R6和电容C3组成，电阻R6和电容C3并联，并与二极管D1串联。二极管D1用于电压信号的钳位，电阻R6及电容C3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。不同的调整波形频率与幅值变化时，脉宽检测电路的参数也需要做更改，具体的需结合实际电路情况计算。

发送端的系统框图如图6所示，发送端信号流程：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通过485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MCU调整用视频信号引脚控制PI5C3383开关芯片，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控制PI5C3383将信号切换到VGA信号，完成整个调整过程。MCU程序流程：①循环检测设备连是否接；②检测到连接，发送信号切换到视频调整信号；③等待接受端调整完成；④发送端接收到完成调整标志，切到正常视频信号。

接收端的系统框图如图7所示，接收端信号流程：接收端视频信号先经视频接收模块EL9111，再经延迟调整芯片EL9115，然后通过切换芯片PI5C3383分别与VGA输出口及脉宽检测电路连接，接收端MCU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信号切换控制引脚将接收的视频信号切换到脉宽检测电路部分，MCU开始进行延迟调整，完成调整后MCU通过485通道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。MCU程序流程：ⅰ循环检测设备是否连接；ⅱ检测到连接，切换信号到检测通道；ⅲMCU进入延迟调整状态；ⅳ完成延迟调整，给接收端发送完成标志，信号切换到VGA输出。

延迟调整方法：

由于设计的脉宽检测电路为纯模拟处理电路，其原理通过将方波信号转为直流信号，通过检测直流信号幅值大小获得方波脉宽大小情况，实际应用上不能直接算出脉宽的大小来直接推出信号间延迟大小，但是通过分析可以发现，信号间延迟最小时，相减得出的波形脉宽最小，为此采用下面方法来获得两个信号间延迟大小：

以RG通道信号为例，首先G通道信号不变，逐步增加R通道信号延迟，采集每次更改延迟之后的AD数值，放入数组A中，之后找出数组A中最小值A_min及其应的数组号  i，R通道延迟清零，逐步增加G通道延迟，采集每次更改延迟之后的AD数值，放入数组B中，之后找出数组B中最小值B_min及其应的数组号  j，判断A_min 与 B_min的大小：

若A_min > B_min 则 RG通道的延迟情况为

                 R  

           G

R通道信号与G通道信号间的延迟大小为j；

反之若A_min < B_min 则 RG通道的延迟情况为

           R

                 G

R通道信号与G通道信号间的延迟大小为i。

模拟视频包含了红绿蓝（RGB）三色颜色通道，所以实现视频延迟调整需对三色的延迟情况做调整，为此设计了如下的方法：

首先调节完RG两通道的延迟，同时判断出RG通道的延迟情况（是R通道领先于G通道还是G通道领先于R通道），之后调节GB通道且同时判断GB通道的延迟情况，然后以G通道为参考点，整体调节RGB通道延迟。举例说明这种思路：

假设RGB三色延迟情况如下所示：

                    R

                       G

                               B

 首先调节RG通道的延迟，由于R领先于G通道，R通道要延迟N纳秒才能消除RG之间的延迟，调节完后三通道间的关系如下所示：

R

                   G

                               B 

之后调节GB通道延迟，由于G领先于B通道，G通道要延迟M纳秒，因为R领先于G，G又领先于B，固综合之后RGB三通道延迟调节分别为：

TR=M+N

TG=M

TB=0

同理，若RGB三色延迟情况如下所示：

                        R

         G

               B

首先调节RG通道延迟，由于G领先于R通道，G通道要延迟N纳秒之后才能消除RG之间的延迟，调节完RG通道之后三通道之间的关系如下所示：

R

                            G

               B

之后调节GB通道延迟，由于B领先与G通道，固B通道要延迟M纳秒，综合以上条件之后RGB三通道延迟调节分别为：

TR=0

TG=N

TB=M

其他情况以次类推。

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 (2)

1.基于脉宽检测的模拟视频延长传输系统，包括发送端和接收端，发送端和接收端通过传输介质通信连接；所述发送端包括信号输入端、信号切换开关、视频发送模块、MCU和通讯模块，信号输入端发送的VGA信号与MCU发送的调整用视频信号经信号切换开关与视频发送模块相连，MCU通过通讯模块与远端接收端通讯；所述接收端包括视频接收模块、视频延迟调整模块、信号切换开关、MCU和通讯模块，接收端视频信号先经视频接收模块，再经视频延迟调整模块，然后通过信号切换开关分别与VGA输出口及接收端MCU连接，接收端MCU通过通讯模块与发送端相连；其特征在于：在所述信号切换开关与接收端MCU之间设有脉宽检测总电路，所述接收端视频信号先经视频接收模块，再经视频延迟调整模块，然后通过信号切换开关分别与VGA输出口及脉宽检测总电路连接；所述脉宽检测总电路由一个减法电路和一个脉宽检测电路连接组成；所述减法电路由一个运放U1A，电容C1和C2以及电阻R1、R2、R3和R4组成，电容C1和C2分别接在运放U1A正电源与负电源端，用于电源滤波用，电阻R1一端接信号，另一端与运放U1A反向输入端相连，电阻R2一端接信号，另一端与运放U1A正向输入端相连，电阻R3跨接在运放U1A反向输入端与输出端之间，电阻R4一端接运放U1A正向输入端，另一端接地；所述脉宽检测电路由一个二极管D1和一个电阻R6和电容C3组成，所述电阻R6和电容C3并联组成一个RC充放电电路，并与二极管D1串联。

2.一种采用权利要求1所述基于脉宽检测的模拟视频延长传输系统的延迟调整方法，其特征在于：模拟视频包含了红绿蓝RGB三色颜色通道，按以下步骤进行：

⑴调节完RG两通道的延迟，同时判断出RG通道的延迟情况，是R通道领先于G通道还是G通道领先于R通道；

⑵调节GB通道且同时判断GB通道的延迟情况；

⑶以G通道为参考点，整体调节RGB通道延迟。

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