CN2798463Y - 一种加权抗干扰视频恢复器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于有线传输视频信号的加权抗干扰视频恢复器，属电子信号处理技术领域。它由前端发送器(2)和末端接收器(4)组成，其特点是，前端发送器(2)可对输入的视频信号进行K＝N₀ (1+mf)的频率加权放大和大动态线性摆幅输出，最大限度的提高传输线路上信号对干扰的信噪比；接收器(4)是一个逆加权可调视频恢复电路，具有K＝－No+NrL(1+mf)传输特性，在不同电缆长度情况下，都可以把视频信号幅度恢复到1Vp－p标准值，并能均衡补偿视频信号频率失真，恢复视频信号原有频率特性；具有抑制干扰和视频恢复双重功能，可用于视频同轴视频传输系统，也可用于双绞线视频传输系统。

Description

一种加权抗干扰视频恢复器

技术领域：

本实用新型涉及电子信号与系统技术领域，具体地讲是一种加权抗干扰视频恢复器，尤其是一种抗干扰视频传输设备。

背景技术：

在视频基带信号线缆传输工程中，存在两大问题：一是经常会受到外部各种电磁干扰，严重影响了图像质量；二是信号经过线缆传输后引起的幅度衰减和频率失真。幅度的衰减，使图像对比度下降，图像变得灰暗。频率失真，高频分量大幅度衰减，又使图像清晰度严重下降，图像细节变得模糊；目前解决传输幅度衰减和频率失真问题的产品，主要以EIE公司的专利产品——“EV2030加权视频放大器”为代表，该产品可以对2公里内的75-5电缆，实现在传输末端对幅度衰减和频率失真的完全补偿，可以有效恢复视频源信号特性，抗干扰能力主要依靠电缆本身的屏蔽作用，没有附加提高，即对于传输线路中引入的干扰，也照样放大和提升，没有抑制干扰能力。另一类产品是市场上销售的CP-815“视频滤波器”，是抗干扰专用产品，它的原理是，在前端先对视频信号进行等增益幅度放大，把视频幅度提升后，再经电缆传输，在传输末端，经电阻分压衰减，将信号幅度压低到1伏规定值。抗干扰原理实际是提高传输线路上的信号对干扰的信噪比。由于该产品前端只做信号放大，没有频率加权提升，末端又只有电阻衰减，没有逆加权恢复能力，虽然具有抑制低频干扰5-6倍的能力，但对传输失真没有贡献，按照视频传输标准要求，传输距离只有100米左右，从而使该产品有如下缺点：从频率角度看，前端等增益放大和后端等比例衰减，没有考虑和解决传输线路的幅度衰减和频率失真问题，而且前端放大电路和后端衰减电路还造成了新的频率失真，影响了图像质量。

发明内容：

本实用新型的目的是克服上述已有技术的不足，而提供一种加权抗干扰视频恢复器，主要解决了现有的视频基带信号线缆传输过程中的电缆衰减和频率失真及外部各种电磁干扰而引起的图像质量下降等问题。

为了达到上述目的，本实用新型是这样实现的：一种加权抗干扰视频恢复器，其特殊之处在于它由前端发送器和末端接收器组成，发送器和接收器之间由传输电缆连接；发送器由放大电路与一个由RLC元件组成的滤波电路组成，能够提供远大于补偿传输电缆衰减需要的视频信号输出摆幅和K＝N_o(1+mf)的加权增益频率特性；在传输电缆末端的接收器由一个RLC元件构成的无源逆加权滤波电路独立组成，接收器具有可变幅度衰减和可变频率均衡两个调整电位器，并能形成符合K＝-No+NrL(1+mf)传输特性，实现视频恢复功能。

本实用新型的一种加权抗干扰视频恢复器，其所述的放大电路可以是增益带宽积足够的各种视频集成运算放大器，也可以是各种分立元件视频放大器电路，还可以是集成运算放大器和分立元件放大器电路的组合；可以有效放大视频信号，能提供远大于补偿传输电缆衰减需要的大动态线性摆幅输出，并且输出方式可以是驱动同轴电缆传输的单端输出方式，也可以是驱动双绞线传输的平衡输出方式。

本实用新型的一种加权抗干扰视频恢复器，其所述的接收器还可由无源逆加权滤波电路与加权视频放大器共同组成，组合成有源接收器4。

本实用新型的一种加权抗干扰视频恢复器，其所述的前端发送器和末端接收器，其实用性系统组成结构应该是：必须按传输方式配套使用，单端输出方式的前端发送器与单端输入的接收器配套，适用于75欧姆同轴视频传输系统；平衡输出方式的前端发送器与平衡输入的接收器配套，适用于100欧姆双绞线视频传输系统。

本实用新型所述的一种加权抗干扰视频恢复器，与已有技术相比具有如下积极效果：1、本实用新型对干扰的抑制能力，可在原电缆本身的屏蔽抗干扰基础上，再提高十倍以上，现场试验表明，对于常见的车间变频电机干扰、电梯运行干扰等，都有立秆见影的抗干扰效果，与EV2030A加权视频放大器配套传输，距离可以提高到3000米以上；2、本实用新型的后端无源型传输系统具有10倍以上的抑制低频干扰能力，20倍的抑制高频干扰能力和1000米高标准视频恢复能力。

附图说明：

图1-本实用新型视频传输和处理的基本组成原理框图；

图2-发送器2的基本组成方案原理图；

图3-发送器2的增益频率特性图；

图4-发送器2的放大电路2-1电路类型图：

图4A：2-1A视频集成运算放大器；

图4B：2-1B运放与分立元件混合视频放大器；

图4C：2-1C分立元件混合视频放大器；

图5-发送器2的滤波电路2-2电路类型图；

图6-发送器2的第一类实现电路组成图：

图6A：运放单端输出发送器电路；

图6B：运放平衡输出发送器电路；

图7-放大器两类加权方式电路图：

图7A：容性加权分立元件放大电路图；

图7B：感性加权分立元件放大电路图；

图8-接收器4的基本组成原理图；

图9-接收器4的逆加权增益频率特性图；

图9A：无源逆加权增益频率特性；

图9B：有源逆加权增益频率特性；

图10-逆加权电路4-1的实现电路图：

图10A：无源可调逆加权“单入—单出”电路4-1A；

图10B：无源可调逆加权“平衡入—单出”电路4-1B；

图10C：无源固定逆加权“平衡入—平衡出”电路4-1T；

图11-本实用新型的一种电路原理图；

图12-本实用新型的一种电路原理图；

图13-本实用新型的一种电路原理图；

图14-本实用新型的一种电路原理图；

图15-本实用新型的一种电路原理图；

图16-本实用新型的一种电路原理图；

图17-本实用新型的一种电路原理图。

具体实施方式：

下面结合上述附图分别对发送器2和接收器4实现方案和实现电路进行描述。

本实用新型的一种加权抗干扰视频恢复器，其所述的前端发送器2的基本组成方案如图2，它是由视频放大电路2-1和滤波电路2-2组成。来自摄像机1的视频源信号，进入视频放大电路2-1，进行幅度放大，滤波电路2-2是由RLC电抗元件组成的，滤波电路2-2是放大电路的有机组成部分，直接控制着放大器的增益频率特性，使发送器2具有图3所示的传输特性。

放大电路2-1的组成，如图4，2-1A是各种视频集成运算放大器，也可以采用各种分立元件视频放大器电路2-1C，或者是集成运算放大器和分立元件放大器电路的组合2-1B。只要放大电路的“增益带宽积”足够，并能满足最大线性输出摆幅需要都可以采用。

滤波电路2-2的组成同样也是千变万化的RLC电路，如图5，例举了几种滤波电路类型：2-2a是单电容C滤波电路，2-2b是RC滤波电路，2-2c是RC组合滤波电路，2-2d是另一种RC组合滤波电路，2-2e是单电感L滤波电路，2-2f是RL滤波电路，2-2g是LC组合滤波电路，2-2h是一种RLC组合滤波电路。不管放大器2-1采用那种电路形式，也不管RLC滤波电路采用那种组成形式，关键是这种放大电路2-1和滤波电路2-2的组合设计，能够实现类似于图3的K＝No(1+mf)加权增益频率特性，即可实现前端发送器的性能要求。

前端发送器2的第一类实现电路组成，如图6，它是由运算放大器2-1，放大驱动电路2-3，增益控制电位器W，滤波电路2-2组成。工作原理是：来自摄像机1的视频信号进入图6运算放大器2-1输入端，运算放大器2-1的增益由控制电位器W调整。不同的电路增益控制方式不同，一类是电位器W的电阻越小，增益越高；另一类相反：电阻越大，增益越高；图6A是第一类举例电路，连接到增益控制两端P-P的滤波电路2-2，最简单的是一个电容C(图5，2-2a)，容抗大小与频率呈反比，频率越高，容抗越小，使运算放大器2-1的总增益呈现出频率越高增益越大的频率加权放大特性。这类增益控制电路适用的滤波电路2-2类型可以是图5中的2-2a，2-2b，2-2c，2-2d等不同类型滤波电路。另一类运算放大器2-1的增益，是控制电位器W的电阻越大，增益越高的控制方式电路，适用的滤波电路2-2可以是图5中的2-2e，2-2f，2-2g，2-2h等不同类型滤波电路。因为有通用性，这一类增益控制电路的频率加权滤波电路，结合下面图7B的晶体管负反馈放大器工作原理电路描述。

前端发送器2的另一类实现电路如图7，它是由晶体管放大器2-1，增益控制电位器W，加权滤波电路2-2和放大驱动电路2-3组成，如图7。图7A电路的工作原理是：来自摄像机1的视频信号进入图7分立元件放大器输入端，放大器的增益由控制电位器W调整，电位器W的电阻越小，增益越高。加权电容C的容抗大小与频率呈反比，频率越高，容抗越小，使放大器的增益呈现出频率越高增益越大的K＝No(1+mf)频率加权特性。这类增益控制电路适用的滤波电路2.2可以是图5中的2-2a，2-2b，2-2c，2-2d等不同类型滤波电路。图7B的工作原理是：来自摄像机1的视频信号进入图7B晶体管放大器2.1输入端，负反馈放大电路的增益由控制电位器W调整，这里是电位器W的电阻越大，负反馈量越小，增益越高。连接到增益控制W两端P-P的滤波电路2-2是加权电感，感抗大小与频率呈正比，频率越高，感抗越大，增益越高，同样能使放大器的增益呈现出频率越高增益越大的K＝No(1+mf)频率加权特性。这类增益控制电路适用的滤波电路2-2可以是图5中的2-2e，2-2f，2-2g，2-2h等不同类型滤波电路。需附带说明的是像图7B这类增益控制电路适用的滤波电路2-2的情况，在同类负反馈运算放大器电路中同样适用，不再重复描述。

如上所述，本实用新型适用的前端放大电路2-1种类很多，可选用的滤波电路2-2也很多，它们之间的不同组合就更多了，本实用新型创新点就在于，用这里所描述的电路组合方式，都可以实现前端发送器2的“频率预加权放大和大动态摆幅输出”特性，提供尽可能高的信号对干扰的传输信噪比。

放大驱动电路2-3的作用，是提供尽可能大的线性动态幅度摆幅，以提高传输过程中抑制干扰的信号噪声比。放大驱动电路2-3有两种输出方式：可以做成单端输出(又叫单极性输出)75欧姆特性阻抗的同轴驱动传输方式(图6A)，也可以做成平衡输出100欧姆特性阻抗的双绞线驱动传输方式(图6B)。

由于前端发送器2“频率预加权放大和大动态摆幅输出”的主要目的，是为提高传输信噪比满足抗干扰需要而设计的，输出信号幅度远大于补偿实际电缆衰减需要。这样，视频信号传输到电缆末端接收器4时，低频分量幅度会有很大的富裕量，需要大幅度压缩衰减，而高频分量幅度，在电缆较短时也会有一定的富裕量，只需适当衰减；但当电缆较长时，高频分量幅度太小，这时在对低频分量进行衰减的同时，还需要对高频分量继续频率加权放大补偿，才能恢复视频信号原来特性。所以，末端接收器4的基本功能是：在不同电缆长度情况下，都可以把视频信号幅度恢复到1Vp-p标准值，并均衡补偿视频信号频率失真，恢复视频信号原有频率特性。实际上，接收器4是一个逆加权可调视频恢复器。

末端接收器4的组成原理如图8，它可以是独立的逆加权电路4-1，也可以由逆加权电路4-1和加权视频放大电路4-2组成的。接收器4的基本工作过程是：这个幅度过量提升的“非标准视频信号”进入逆加权电路4-1后，进行逆加权压缩，即低频压缩量大，高频压缩量少或不压缩，对于近距离传输电缆，当高频分量幅度还足够时，逆加权电路4-1就可以实现完整的视频特性恢复，不用后面的有源加权视频放大器4-2，也可以独立完成视频恢复工作，这时后端接收器4可以做成无源的，无源逆加权电路4-1是一个完全负增益的逆加权电路，其传输特性如图9A.当电缆距离很长时，到达末端的高频分量电平太低，需要由后面的有源加权视频放大电路4-2来进一步补偿和恢复。这时的接收器4总体特性如图9B：即低频需要压缩——为负增益，高频需要补偿提升——为正增益。总之，接收器4的逆加权传输特性大致符合K＝-No+NrL(1+mf)公式，其中No为前端基本亮度信号(低频)放大倍数，Nr是与实际传输电缆类型有关的单位长度低频亮度信号衰减常数，m是与具体电缆特性有关的加权系数，f为频率，L为实际传输电缆长度。

逆加权电路4-1的实现电路，如图10，图10A是“单端输入—单端输出”的75欧姆同轴传输方式的可调逆加权电路；图10B是双绞线传输方式“平衡输入—单端输出”的可调逆加权电路；图10C是双绞线传输方式“平衡输入—平衡输出”的固定逆加权电路。图10A逆加权电路，是由电阻R41，R42，R43，R44和电容C41组成，其中R41，42，43三个电阻组成分压器，其中R42是幅度压缩调整电位器，调整电阻R42大小，可以改变分压比，分压比调整范围，应能保证在设计电缆最大传输距离范围内，都能把视频信号幅度压缩调整到1Vp-p标准值，电容C41的作用是实现逆向加权滤波，使低频输出少，高频输出大，可调电阻R44用来均衡不同长度电缆的高频衰减。图10B是应用于双绞线传输的“平衡输入——单端输出”逆加权电路，该电路上下对称的C42/R45和C43/R46与R41组成固定平衡逆加权匹配电路，后面电路与图10A相同。需要特别说明的是，图10A和图10B逆加权电路都可以作为无源接收器4独立工作，与前端发送器组成完整的“加权抗干扰视频恢复器”，适用于较短同轴电缆或双绞线传输情况；但当传输线缆绞长时，由于线缆对高频分量衰减太大，需要对高频分量进行有源加权补偿均衡，这时可以在图10A或图10B的输出端串接加权视频放大器4-2，可以实现远距离传输。图10C是“平衡输入——平衡输出”的固定逆加权匹配电路4-1T，只用于和有源“平衡输入加权视频放大器”4-2的连接组合设计方案，适用于双绞线远距离传输情况；这里所说的加权视频放大器4-2是已有专利技术，专利号：ZL 00 2 15632.6，是一种视频传输的末端频率加权放大补偿设备，它具有和电缆传输特性相反互补的增益频率特性，能有效补偿和恢复视频源信号特性，加权视频放大器输入方式上有单端输入和双端平衡输入两种方式，其频率加权技术是完全一样的；不属于本专利的创新点，但这种组合应用，包括在本专利创新点内；逆加权电路4-1可实现的电路也是千变万化的，不同的RLC电路组合都可以实现上述功能。本专利不限定逆加权电路4-1选用什么元件和组成什么形式的电路，关键是它能实现图9A或图9B所示，符合K＝-No+NrL(1+mf)逆加权传输特性，即可实现视频信号特性的高质量恢复。

为了更好地理解与实施，下面结合附图给出具体实施例，详细说明本实用新型一种加权抗干扰视频恢复器。

实施例1，参考图11，发送器2的放大电路2-1是分立元件放大器，放大驱动电路2-3为单端输出方式，加权滤波电路2-2由电容C构成的组成，这是一种分立元件同轴单端输出方式的发送器2。接收器4是“单端输入—单端输出”75欧姆同轴传输方式的逆加权电路4，它由电阻R41，R42，R43，R44和电容C41组成，其中R41，R42，R43组成分电阻压器，其中R42是“幅度”调整电位器，调整电阻R42大小，可以把视频信号幅度压缩调整到1Vp-p标准值，电容C41的作用是实现逆向加权滤波，使低频输出少，高频输出大，R44是“均衡”调整电位器，用来均衡不同长度电缆的高衰减。实施结果是75-5同轴电缆传输距离达到500米到1公里，抗干扰能力在原同轴电缆屏蔽干扰基础上，提高20db以上。

实施例2，参考图12，发送器2的放大电路2-1为集成运算放大器，放大驱动电路2-3为单端输出方式，加权滤波电路2-2由电容C构成，这也是一种同轴单端输出方式的发送器2。接收器4的结构与实施例1相同。实施结果是75-5同轴电缆传输距离达到500米到1公里，抗干扰能力在原同轴电缆屏蔽干扰基础上，提高20db以上。

实施例3，参考图13，是在实施例1基础上改进的。发送器2的结构以及接收器4中的逆加权电路4-1的结构与实施例1相同。不同点是，在接收器4的逆加权电路4-1的输出端增加了一个加权视频放大器4-2，该加权视频放大器为已有的ZL 00 2 15632.6的专利技术。能对逆加权电路输出的信号进一步加权补偿。实施结果是75-5同轴电缆传输距离可以提高到3000米以上。

实施例4，参考图14，这是在实施例2基础上改进的。发送器2的结构以及接收器4中的逆加权电路4-1的结构与实施例2相同。不同点是，在接收器4的逆加权电路4-1的输出端增加了一个加权视频放大器4-2，该加权视频放大器为已有的ZL 00 2 15632.6的专利技术。能对逆加权电路输出的信号进一步加权补偿。实施结果是75-5同轴电缆传输距离可以提高到3000米以上。

实施例5，参考图15，本实施例发送器2的结构与实施例2相同，只是放大驱动电路2-3为平衡双绞线输出方式。接收器4的逆加权电路4-1是“平衡输入——单端输出”方式电路，该电路上下对称的C42/R45和C43/R46与R41组成固定平衡逆加权匹配电路，后面电路与“单端输入—单端输出”的75欧姆同轴传输方式的可调逆加权电路相同。实施结果是对双绞线传输距离达到200-300米以上，抗干扰能力在原双绞线平衡抑制共模干扰基础上，再提高20db以上。

实施例6，参考图16，本实施例是在完全采用实施例5方案基础上，在接收器4逆加权电路4-1的输出端，增加一个单端同轴输入的加权视频放大器4-2，对逆加权电路输出的信号进一步加权补偿。可有效扩展双绞线视频传输距离。该加权视频放大器为已有的ZL 00 2 15632.6的专利技术。实施结果是，比实施例5的传输距离提高1300米以上。

实施例7，参考图17，本实施例发送器2的结构与实施例6相同，不同点是接收器4采用“平衡输入——平衡输出”的固定逆加权匹配电路4-1T，并和有源“平衡输入加权视频容放大器”4-2的连接组合设计方案，固定逆加权匹配电路4-1T由上下对称的电C42/电阻R45和电容C43/电阻R46和电阻R41组成；另一个不同点是，后面采用平衡输入的加权视频放大器4-2，该加权视频放大器仍然是已有的ZL 00 2 15632.6的专利技术，只是采用了它的平衡差分输入方式，性能完全一样。实施结果是，比实施例5的传输距离提高1300米以上。

本实用新型基本工作原理是：摄像机1输出的视频信号，送到前端发送器2，发送器2对视频信号进行频率加权放大和大动态摆幅输出，放大后的视频信号送到传输电缆3，传输电缆3的末端直接与接收器4输入端连接，接收器4对输入的信号进行逆加权处理，均衡电缆3传输过程的幅度衰减和频率失真，使视频源信号特性得到恢复，并输出恢复后的视频信号。本实用新型抑制干扰的基本原理是：外界环境电磁干扰6在传输线路上形成的干扰电压，串入视频信号中，由于前端发送器2将原视频信号在传输前提升了K倍，变为大信号传输，这就使传输线路上的有用信号和干扰信号之比(以下称信噪比)提升了K倍，在末端接收器4里，这个大幅度视频信号被逆向加权均衡到1Vp-p(1伏“峰-峰值”)标准电平过程中，提升了K倍的信噪比保持不变。

前端发送器2对视频信号进行频率加权放大的基本原理是：对来自摄像机1的1Vp-p视频信号，在进行基本亮度信号放大的同时，还要对0-6M视频信号进行“频率预加权提升放大”，频率越高提升的倍数越大，即放大倍数为K＝No(1+mf)，其中No为基本亮度信号(低频)放大倍数，m是与具体电缆特性有关的加权系数，f为频率。这种“频率预加权和大摆幅输出”技术，使抗干扰性能也具有了频率加权特征：它使传输信噪比也与频率有关，有利于高频小信号份量的传输，提高传输距离。

经发送器2预放大后的视频信号，送给传输电缆3，信号到达电缆末端后进入接收器4。接收器4的基本工作原理是：对输入信号幅度过大的低频分量，进行压缩，恢复到1Vp-p值，对高频分量进行逆加权频率均衡调整，恢复信号的原有特性。

Claims (3)

1、一种加权抗干扰视频恢复器，它由前端发送器(2)和末端接收器(4)组成，发送器(2)和接收器(4)之间由传输电缆(3)连接，其特征在于发送器(2)由放大电路与一个由RLC元件组成的滤波电路组成，是一个大动态输出摆幅的频率加权放大器；在传输电缆(3)末端的接收器(4)由一个RLC元件构成的无源逆加权滤波电路独立组成，接收器(4)具有可变幅度衰减和可变频率均衡两个调整电位器，并能形成符合K＝-No+NrL(1+mf)传输特性，实现视频恢复。

2、根据权利要求1所述的一种加权抗干扰视频恢复器，其特征在于所述的放大电路可以是增益带宽积足够的各种视频集成运算放大器，也可以是各种分立元件视频放大器电路，还可以是集成运算放大器和分立元件放大器电路的组合。

3、根据权利要求1或2所述的一种加权抗干扰视频恢复器，其特征在于所述的接收器(4)可由无源逆加权滤波电路与加权视频放大器共同组成，组合成有源接收器(4)。

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