一种多路视频信号分时远距离传输方法的实现

　　摘 要： 研究复用一根电缆分时传输多路视频信号的方法，设计多路视频分时传输系统，用于一台主控设备对多个对象进行视频监控。阐述了系统的硬件组成及原理，给出了视频发射/接收及电子开关电路的设计思路，制定了主控计算机和多路微控制器STC15F2K61S2的通信协议，给出了微控制器软件设计思路。测试结果表明，系统采用差分双绞线驱动器传输视频信号，结合对多路电子开关的控制，实现了多路视频信号有效的通断，进而实现了多路视频信号复用双绞线远距离传输，实际传输效果清晰，信号波形无失真。

　　关键词： 多路视频传输；分时复用；差分双绞线驱动器；485总线；电子开关

0 引言

　　视频图像智能监控[1]在安防领域越来越受到重视，在一些大范围的公共场所(如停车场、写字楼、学校等)。都设置了大量的图像采集区，用于安全监管，便于突发事件的报警。智能监控一般利用相关图像识别算法，提取图像特征来判断事件是否发生，不要求记录整个事件的过程。所以，如果每个摄像机都实时传输画面到终端，会大量使用传输线和接收设备，不但布线麻烦，而且成本很高。分时传输则可以用一台计算机和一根电缆对多个对象轮询进行监控管理，不但方便布线，而且大大降低了购买设备的成本。本文介绍一种实用的多大电流电感路视频信号分时远距离传输方法，并已经应用在某大型地下停车场，实现每个车位的视频信号轮询采集传输，用于识别每辆车的车牌信息。分时传输方案也可应用于多传感器共用一个采集通道，解决电路规模较大的问题。

1 系统整体组成

　　硬件系统由一台计算机、若干摄像机、发射器、微控制器、电子开关、一个接收器和一个视频采集卡组成。系统框图如图1所示，摄像机输出的单端逐行倒相(Phase Alteration Line，PAL)制式视频信号经差分双绞线驱动器(发射器)转换成差分信号，但信号由于被电子开关关断，无法被传输。此时计算机通过485总线用微控制器控制每一个多输入多输出的电子开关，对差分信号分别进行通断，并在一条双绞线上分时传输某一路的视频信号，终端则由一个接收器把差分信号转换回单端PAL视频信号，之后送入视频采集卡处理，计算机通过读取采集卡内的数据，可获取摄像机的画面并进行分析。其中，微控制器选用STC公司的STC15F2K61S2单片机，发射器和接收器分别选用Intersil公司的先进、高速、低成本视频差分放大器EL5171、EL5172芯片，电子开关选择CMOS 4000系列的CD4066，选择带有BNC接口的摄像机。视频采集卡选购市面通用型号即可，视频采集卡的作用是将摄像机输出的模拟视频信号转换成计算机可识别的数字信号，输入计算机后成为可编辑的数据文件。传输线可以选用屏蔽双绞线(Shielded Twisted Pair，STP)。

2 硬件设计及实现

　　2.1 视频发射/接收电路设计

　　我国视频信号制式一般是PAL制式或NTSC制式[2]，其幅度(Vp-p)一般是0.9～1.2 V，场扫描频率为50 Hz，行扫描频率为15 625 Hz，另外还包含亮度等高频率细节信号，所以视频信号的标称视频带宽为6 MHz。单端信号受传输距离增大或混入干扰的影响，会造成幅度衰减或信号变形，在远距离传输时会出现画面不清晰甚至出现黑场的情况。所以，选择EL5171用作单端信号转换成平衡差分信号传输，以及用EL5172再将差分信号转换回单端信号的方式，可延长传输距离和抵抗部分传输干扰。该芯片对输入信号的最大带宽是250 MHz(-3 dB)。在±5 V供电方式下，最大输出电流可在90 mA，满足视频信号的转换和传输。通过调节反馈电阻网络还可以改变带宽和增益[3]，适用不同距离传输，保证信号质量最佳。视频信号转换电路如图2所示。

　　在可靠性设计方面，EL5171供电电源必须经过低频和高频信号滤波，使纹波尽可能小，保证转换质量。

　　2.2 电子开关电路设计

　　系统根据主控设备的命令要求实现多路视频信号的传输，因此电子开关电路的设计是非常关键的。信号通断可利用继电器或三极管分立元件电路实现，但由于继电器本身功耗大、工作频率低、触点寿命短等缺点，一般用于控制电机等大功率器件。三极管模拟电路对频率响应不易调节，容易造成信号丢失或失真。选择集成CMOS芯片可以实现快速准确的通断，CD4066是四双向模拟开关集成电路[4]，管脚图如图3(a)所示，控制端接高电平开关导通，接低电平截止，导通电阻在几十欧姆，断开电阻达100 MΩ。在选通状态下的频率带宽为40 MHz。在正负双电源供电下，可传输幅度不大于电源的模拟或数字信号。其具备功耗低、导通速度快、抗干扰能力强、无机械触点等特点，可以应用在视频信号通断的设计中。

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