CN1905682A - 视频基带传输线中双工传输语音和数据的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种视频基带传输线中双工传输语音和数据的装置，它包括视频发送端和视频接收端，通过同轴电缆连接。视频发送端中，视频输入阻抗匹配电路、ASK调制电路I和FM调制装置I并联，输入信号；ASK解调电路II、FM解调装置II输出信号。视频接收端中，视频输出阻抗匹配电路、ASK解调电路I、FM解调装置I并联，输出信号；ASK调制电路II和FM调制装置II并联，输入信号。本发明能在超过300米的同轴电缆上进行视频传输，同时能进行双向的FM语音和ASK数据传输，最大传输率分别为8Kbps和20Kbps。与现有技术相比，本发明可以直接在基带视频信号上进行双工语音和数据传输，而不需要额外的视频处理设备。

Description

视频基带传输线中双工传输语音和数据的装置

一、技术领域

本发明涉及一种视频基带传输线中进行双工传输语音和数据的装置，具体地说是一种在同轴电缆中同时进行单向视频传输，双向语音和数据传输的装置。

二、技术背景

目前，在应用同轴电缆进行视频和数据传输的各种技术中，线缆调制解调器(Cable Modem)得到了广泛的应用。Cable Modem把5～45MHz作为上行频带，50～550MHz用于传输模拟电视信号，550～750MHz作为话音、数据和其它交互式数字业务的下行通道。但是，Cable Modem不能在视频基带信号(0～6MHz)上直接传递数据，必须添加专门的设备把视频调制到CATV的频段后才能正常使用。此外，连在一根同轴电缆两端的Cable Modem不能相互通信，必须加上额外的信息交换设备。这样极大地增加了设备复杂度，提高了成本。

三、发明内容

为了克服不能在基带视频信号上传输数据和语音的缺点，本发明提供一种视频、语音和数据混合传输装置，该装置能直接在视频基带信号上进行双工的语音和数据传输。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：装置分为视频发送端和视频接收端两部分，通过同轴电缆相连接。在视频发送端，把待发送的语音信号进行FM(Frequency Modulation-调频)调制，用语音调制器发送；把待发送的数据用ASK(Amplitude Shift Keying-幅移键控)方式调制，用数据调制器发送。然后通过加法电路使视频、音频和数据信号混合，通过同轴电缆发送到接收端。在视频接收端，把接收到的信号通过相应的滤波器，分别传给显示器、语音和数据解调器。语音解调器解调FM信号，通过扬声器还原语音信号；数据解调器通过包络检波还原是数据信号，发送给电脑或其他数字设备。为了实现双工传输，在视频发送端安装语音解调器和数据解调器；在视频接收端安装语音调制器和数据调制器，实现语音信号和数据信号从视频接收端到视频发送端的传输。根据频分复用理论，只要处于不同的频段，视频、语音和数据信号就能各自独立工作，互不干扰。由于同轴电缆的特性阻抗为75欧姆，在电路与同轴电缆的连接处加上阻抗变换电路，以实现阻抗匹配。

本发明的有益效果是：可以在进行视频传输的同时，进行双向的语音和数据传输，最大支持采样率11KHz，8Kbps的语音信号和20Kbps的数字信号的传输，传输距离可达300米以上，系统总带宽60MHz，性能可靠，结构简单。

四、附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的视频发送端电路原理图；

图3是本发明的ASK调制电路的电路原理图；

图4是本发明的FM调制装置电路原理图；

图5是本发明的视频输入阻抗匹配电路的电路原理图；

图6是本发明的视频输出阻抗匹配电路的电路原理图；

图7是本发明的输入缓冲电路的电路原理图；

图8是本发明的中心频率13.6M的带通滤波器的电路原理图；

图9是本发明的ASK解调电路原理图；

图10是本发明的截止频率55M的高通滤波器的电路原理图；

图11是本发明的FM解调装置电路原理图；

图12是本发明的视频接收端电路原理图；

图13是本发明的截止频率8M的低通滤波器的电路原理图；

图14是本发明的中心频率10.7M的带通滤波器的电路原理图；

图15是本发明的截止频率45M的高通滤波器的电路原理图；

图中1.视频发送端，2.视频接收端，3.视频输入阻抗匹配电路，4.ASK调制电路I，5.FM调制装置I，6.视频输出阻抗匹配电路，7.输入缓冲电路，8.ASK解调电路I，9.FM解调装置I，10.加法电路，11.同轴电缆，12.截止频率8M的低通滤波器，13.中心频率10.7M的带通滤波器，14.截止频率45M的高通滤波器，15.中心频率13.6M的带通滤波器，16.截止频率55M的高通滤波器，17.FM调制装置II，18.ASK调制电路II，19.ASK解调电路II，20.FM解调装置II。

五、具体实施方式

一种本发明所述的视频基带传输线中双工传输语音和数据的装置，包括视频发送端1、视频接收端2和同轴电缆11。视频发送端1中的视频输入阻抗匹配电路3作为输入缓冲，接收标准视频基带信号，把处理好的视频信号输出到加法电路10；ASK调制电路I4接收标准数字信号，调制成ASK信号，输出到加法电路10；FM调制装置I5把输入的标准音频信号转换为FM调频波，也输出到加法电路10。三路信号在频域相互独立，满足频分复用原理的要求，在加法电路10处完成混合，产生的混合信号输出至视频输出阻抗匹配电路6，然后与同轴电缆11相连接，送往视频接收端2。在视频接收端2，同轴电缆11上的混合信号经由输入缓冲电路7完成输入缓冲，然后混合信号一分为三。第一路混合信号通过截止频率6M的低通滤波器12恢复为标准基带视频信号，由视频输出阻抗匹配电路6输出至显示器；第二路混合信号通过中心频率10.7M的带通滤波器13恢复为ASK信号，通过ASK解调电路I8恢复为原始的数字信号输出；第三路混合信号通过截止频率45M的高通滤波器14恢复为FM信号，由FM解调装置I9转换成标准的语音信号输出。

在视频接收端2，也有一组FM调制装置II17和ASK调制电路II18，发送的信号由视频发送端1上的FM解调装置II20和ASK解调电路II19负责接收，各装置电路结构同前文所述一致，只是工作频率不同：ASK信号工作于13.6MHz，由中心频率13.6M的带通滤波器15从混合信号中提取；FM信号工作于60MHz，由截止频率55M的高通滤波器16从混合信号中提取。

图1中， 代表视频信号；→代表ASK信号；

代表FM信号； 代表视频、语音和数字信号相加后产生的混合信号；

代表语音和数字信号相加后产生的混合信号。

在图2中，ASK调制电路4采用74HC14施密特反相器与10.7MHz的晶体振荡器组成高频振荡电路，产生ASK载波。数字信号控制三极管导通与截至，当输入数字信号为“1”时，无ASK载波；当输入数字信号为“0”时，产生ASK载波，从而实现输入数字信号的调制。调制好的ASK信号经过射极跟随器进行电流放大以及分压电阻，得到峰—峰值为1伏的信号。采用不同频率的晶体振荡器，即可使ASK调制电路4分别工作于10.7MHz和13.6MHz，实现互不干扰的双工ASK传输。视频输入阻抗匹配电路3由一射极跟随器与相应电阻构成，其输入阻抗为75欧姆，以实现电路与视频设备的阻抗匹配，接收视频基带信号。视频信号、FM信号和ASK信号经过加法电路10混合。为抵消信号在电路中的衰减，加法电路10中加入一个由2个三极管构成的负反馈放大电路，放大倍数约为1.5。视频输出阻抗匹配电路6由一射极跟随器与相应电阻构成，提供75欧姆的输出阻抗，让加法电路10产生的混合信号能在同轴电缆11上正常传播。

图4为FM调制装置5的电路图，采用MOTOROLA公司的MC2833芯片构成单片窄带VHF调频发射电路。MC2833内部三极管的截止频率f_T高达500MHz，只需更换不同频率的外接晶体振荡器X1并调整部分滤波电容，即可使FM调制装置5分别工作于49.7MHz和60MHz，实现互不干扰的双工FM传输。

图9为ASK解调电路I8的电路图。ASK信号经过2级共发射极放大电路，产生约10倍的增益，使ASK信号足够大。然后通过一射极跟随器进行电流放大，其后的二极管对信号斩波，电阻电容组成的π型网络实现包络检波，从ASK信号中解调出原始的数字信号，再由一共发射极电路对数字信号进行电压放大，最后由一74HC14施密特反相器进行整形，即可输出数字信号。

图11为FM解调装置I9的电路图，采用MOTOROLA公司的MC3362芯片构成单片窄带调频接收电路。MC3362能接收高达200MHz的FM信号。在MC3362的21脚和22脚之间的电容C和可变电感L构成一LC振荡电路，其振荡频率 $f_1=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}}}\mathrm{Hz},$ 调整L的值即可改变振荡频率f₁。设输入FM信号的频率为f₀(49.7MHz或60MHz)，当调节L使频率满足f₀-f₁＝10.7MHz关系时，FM解调装置I9正常工作使输入的FM信号被还原为语音信号。

在图12中，来自同轴电缆11的混合信号经过输入缓冲电路7(输入阻抗约为20K欧姆的射极跟随器)进入视频接收端2，然后信号通过三个并联的射极跟随器一分为三。射极跟随器保证了较大的电流驱动能力。第一路混合信号经过一截止频率为45MHz的高通滤波器，得到FM信号，然后接入FM解调装置I9，从而解调出原始语音信号；第二路混合信号经过一截止频率为8M的低通滤波器，恢复出原始视频基带信号，为抵消信号在电路中的衰减，由2个三极管构成的负反馈放大电路提供约1.5的电压放大倍数，然后视频信号由视频输出阻抗匹配电路6送往监视器等视频输出设备；第三路混合信号首先通过一中心频率为10.7MHz的带通滤波器，恢复为单独的ASK信号，然后送往ASK解调电路I8，解调出原始的数据信号。

本发明的视频发送端1中还有一个ASK解调电路II19和一个FM解调装置II20，与视频接收端2中的一个ASK调制电路II18和一个FM调制装置II17相匹配工作。各个装置的电路结构入前文所述，只是工作频率不同，ASK调制、解调电路工作于13.6MHz；FM调制、解调装置工作于60MHz。根据频分复用原理，各路信号频率不同，故均能正常工作。

滤波器的作用是从保证混合信号中提取特定频率的信号，抑制无关的其他信号。本发明中采用巴特沃思(Butterworth)型滤波器，针对标准视频信号采用截止频率8M的6阶巴特沃思低通滤波器，它的输入、输出阻抗都为75欧姆；针对ASK信号分别采用其中心频率为10.7MHz和13.6MHz的巴特沃思带通滤波器，它们具有Δf_3dB＝1MHz，Δf_60dB＝5MHz，输入、输出阻抗都为300欧姆；针对FM调频信号分别采用其截止频率的45MHz和55MHz的巴特沃思高通滤波器，阻带衰减大于40dB，输入、输出阻抗都为300欧姆。

根据电磁场理论，由于进行远距离传输(300米)，同轴电缆的长度已经可以和其上传输的信号的波长相比拟(60MHz的电磁波波长为5米)，必须通过阻抗匹配来防止电磁波在同轴电缆上的反射和干涉。视频输入阻抗匹配电路3的输入阻抗为75欧姆，视频输出阻抗匹配电路6的输出阻抗为75欧姆，从而实现电路与同轴电缆，电路与视频设备之间的阻抗匹配，使得信号能传递的更远而衰减更小。

通过本发明可以对视频基带信号进行远距离传输，最大距离超过300M，同时在发送端和接收端还可以进行语音和数据的双向交流，数据最大传输率为20Kbps。

Claims (5)

1.一种视频基带传输线中双工传输语音和数据的装置，其特征是：它由视频发送端(1)和视频接收端(2)组成，视频发送端(1)向视频接收端(2)传送视频基带信号；视频发送端(1)和视频接收端(2)中各有一组ASK调制、解调电路和FM调制、解调装置，实现双向的FM语音和ASK数据传输。

2.根据权利要求1所述的视频基带传输线中双工传输语音和数据的装置，其特征是：视频发送端(1)中，视频输入阻抗匹配电路(3)、ASK调制电路I(4)和FM调制装置I(5)同时与加法电路(10)相连，然后连接视频输出阻抗匹配电路(6)；输入缓冲电路(7)同时与带通滤波器(15)和高通滤波器(16)相连，各滤波器再分别连接ASK解调电路II(19)和FM解调装置II(20)；视频输出阻抗匹配电路(6)和输入缓冲电路(7)同时连接到同轴电缆(11)。

3.根据权利要求1所述的视频基带传输线中双工传输语音和数据的装置，其特征是：视频接收端(2)中，输入缓冲电路(7)同时与低通滤波器(12)、带通滤波器(13)和高通滤波器(14)相连，各滤波器再分别与视频输出阻抗匹配电路(6)、ASK解调电路I(8)和FM解调装置I(9)；ASK调制电路II(18)和FM调制装置II(17)同时与加法电路(10)相连，然后连接视频输出阻抗匹配电路(6)；视频输出阻抗匹配电路(6)和输入缓冲电路(7)同时连接到同轴电缆(11)。

4.根据权利要求1所述的视频基带传输线中双工传输语音和数据的装置，其特征是：所述FM调制、解调装置之间传输的语音信号最大为8Kbps。

5.根据权利要求1所述的视频基带传输线中双工传输语音和数据的装置，其特征是：所述ASK调制、解调电路之间传输的数字信号最大为20Kbps，用模拟方案 解决数字问题。

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