一種多路視頻分時傳輸系統(tǒng)的設計

一種多路視頻分時傳輸系統(tǒng)的設計

0總結視頻圖像智能監(jiān)控。1模擬視頻信號轉換電路硬件系統(tǒng)由一臺計算機、若干攝像機、發(fā)射器、微控制器、電子開關、一個接收器和一個視頻采集卡組成。系統(tǒng)框圖如圖1所示,攝像機輸出的單端逐行倒相(PhaseAlterationLine,PAL)制式視頻信號經(jīng)差分雙絞線驅動器(發(fā)射器)轉換成差分信號,但信號由于被電子開關關斷,無法被傳輸。此時計算機通過485總線用微控制器控制每一個多輸入多輸出的電子開關,對差分信號分別進行通斷,并在一條雙絞線上分時傳輸某一路的視頻信號,終端則由一個接收器把差分信號轉換回單端PAL視頻信號,之后送入視頻采集卡處理,計算機通過讀取采集卡內(nèi)的數(shù)據(jù),可獲取攝像機的畫面并進行分析。其中,微控制器選用STC公司的STC15F2K61S2單片機,發(fā)射器和接收器分別選用Intersil公司的先進、高速、低成本視頻差分放大器EL5171、EL5172芯片,電子開關選擇CMOS4000系列的CD4066,選擇帶有BNC接口的攝像機。視頻采集卡選購市面通用型號即可,視頻采集卡的作用是將攝像機輸出的模擬視頻信號轉換成計算機可識別的數(shù)字信號,輸入計算機后成為可編輯的數(shù)據(jù)文件。傳輸線可以選用屏蔽雙絞線(ShieldedTwistedPair,STP)。2硬件設計和實現(xiàn)2.1可靠性設計要求我國視頻信號制式一般是PAL制式或NTSC制式在可靠性設計方面,EL5171供電電源必須經(jīng)過低頻和高頻信號濾波,使紋波盡可能小,保證轉換質量。2.2cd4065電路設計系統(tǒng)根據(jù)主控設備的命令要求實現(xiàn)多路視頻信號的傳輸,因此電子開關電路的設計是非常關鍵的。信號通斷可利用繼電器或三極管分立元件電路實現(xiàn),但由于繼電器本身功耗大、工作頻率低、觸點壽命短等缺點,一般用于控制電機等大功率器件。三極管模擬電路對頻率響應不易調(diào)節(jié),容易造成信號丟失或失真。選擇集成CMOS芯片可以實現(xiàn)快速準確的通斷,CD4066是四雙向模擬開關集成電路用CD4066的前兩路輸入/輸出傳輸平衡差分信號(1、4腳輸入,2、3腳輸出),并把這兩路的控制端(5腳、13腳)接在一起,控制端接入的高低電平和芯片的正負電源電平是一樣的,是±5V。用單片機I/O口控制光電耦合器實現(xiàn)CD4066控制端電平的切換,系統(tǒng)上電后,MCU初始化管腳是高電平,則光耦輸出端默認是低電平-5V,故所有的開關均處于關斷狀態(tài);等接到開啟命令后,MCU_CTRL管腳輸出低電平,光耦工作,輸出高電平+5V,CD4066的前兩路處于同時導通狀態(tài),視頻信號可以通過。電路結構如圖3(b)所示。在可靠性設計方面,CD4066輸入端加入雙向鉗位二極管(BAT54S),防止輸入端電壓超過芯片電源電壓損壞電子開關,如圖3(b)。2.3微控制板、接口系統(tǒng)和測點布置出于成本和應用環(huán)境考慮,通信電路采用半雙工的485總線通信方式,選擇MAX485作為通信芯片,遵循RS-485串行總線標準。可靠性設計方面,MAX485使用隔離電源供電和光耦隔離,上電默認接收狀態(tài),輸出AB線兩側加TVS(瞬態(tài)抑制二極管)保護防電壓浪涌,AB線上加500mA自恢復式保險絲防雷擊短路。每隔300m接入485中繼器,增強信號。同時,避免和強電一起走線。3微控制軟件與通信協(xié)議的設計3.1離通信的實現(xiàn)實現(xiàn)多路視頻信號的傳輸,需制定微控制器與計算機的通信協(xié)議,協(xié)議中需要包含哪路視頻信號的開關命令。表1為開啟第一路視頻信號的協(xié)議?？紤]到遠距離通信,波特率不宜設置太高,選擇4800b/s、1個起始位、1個停止位、無硬件校驗。協(xié)議中,幀頭和幀尾字節(jié)固定為0x68H和0x16H,控制通信的發(fā)起和結束。地址字節(jié)范圍是0x01H~0x1EH,總線可以接入30個微控制器,0x00H、0x1FH地址可用于廣播控制,如全部關閉。由于只有單個開關的開啟命令,沒有單個關閉命令,命令和數(shù)據(jù)長度、數(shù)據(jù)字節(jié)留作擴展功能。校驗字節(jié)是所有字節(jié)的累加和,便于計算機在接到返回的校驗失敗信息時重發(fā)命令。3.2廣播地址的使用STC15F2K61S2微控制器使用MAX485芯片通過485總線接收計算機的指令,決定是否通斷各自的視頻信號。在485通信中,每個從設備都有不同的地址,可用5位撥碼開關來設定不同的地址,最多可設置32個從設備地址,實際中只用了1~30號地址,0和31號可用于廣播地址。通信協(xié)議中包含的地址字節(jié),用于指向要發(fā)送數(shù)據(jù)的設備。本設計利用485通信的廣播特性,當發(fā)送打開某個攝像頭信號的指令時,所有的微控制器都會收到同樣的指令,然后比對是否和設定的本機地址相同,如果相同則控制電子開關打開視頻信號,否則就保持或執(zhí)行關閉,微控制器軟件流程如圖4所示。只用一條指令即可控制信號傳輸,實現(xiàn)了雙絞線上總是只有一個攝像機的圖像信號存在,避免了信號混疊。計算機端的指令發(fā)送方式可以選用自動定時輪詢方式或者手動選擇方式。計算機運行VC++6.0軟件環(huán)境和界面,來發(fā)起輪詢命令?？梢赃x擇專業(yè)的工控機代替普通計算機,工控機一般含有多個串口,可以提高帶負載數(shù)量。但受篇幅限制,不在本文討論范圍之內(nèi)。4電子開關關斷視頻信號的分析由于電子開關CD4066在導通狀態(tài)下,仍有幾十歐姆的導通電阻,故需使用示波器觀察視頻信號經(jīng)過開關之前和之后的差別,以及從攝像機輸出的信號和最終視頻采集卡的輸入信號的差別,主要觀測值為信號幅度和頻率,幅度單位是mV,包括峰峰值Vp-p、最大值Vmax、最小值Vmin,測量頻率單位是kHz。測試位置點如圖5所示。在開關導通狀態(tài)下,差分信號經(jīng)過CD4066前后對比波形如圖6所示。圖6中(A)、(B)為轉換后的差分信號,(C)、(D)分別為經(jīng)過電子開關后的差分信號。單端視頻信號波形和恢復后的波形如圖7所示,圖7中(A)為攝像機輸出信號,(B)為接收器恢復后的信號。在開關關斷狀態(tài)下,電子開關輸出的波形如圖8所示。對比圖6,可以觀察到差分信號經(jīng)過電子開關后會有幾十毫伏的衰減,但對比圖7又可以觀察到,這種衰減可由雙絞線接收器給予一定的補償,幅度變大。圖8表明在關斷狀態(tài)下,信號幅度很弱,不會影響總線上的其他信號,實測結果可能由于測試方法的原因而引入了高頻噪聲,Vp-p實際值會接近0mV。通過波形測試發(fā)現(xiàn),CD4066可以有效關斷視頻信號,同時也可以真正傳輸視頻信號。另外,視頻頻段的信號在用雙絞線傳輸時,由于線上電阻損耗和介質損耗,信號的功率從進入雙絞線傳送到負載時會衰減,衰減大小和信號的頻率有關,信號的頻率越高,衰減量越大,主要衰減在信號頻點為5~6MHz時較明顯。用頻譜儀可以觀察到高頻成分的幅度衰減,這種衰減會影響畫面邊緣和細節(jié)質量。通過對高頻信號的幅度提升補償,可以改善傳輸損耗的情況5傳輸網(wǎng)絡rj45本設計實現(xiàn)了多路視頻信號分時傳輸?shù)姆椒?并成功應用于某大型停車場的車位圖像信息采集系統(tǒng)。設計新穎,布線簡單,