論自動增益補償技術在樓宇可視對講應用的可行性

□ 文/ 莊偉

作者系廈門狄耐克電子科技有限公司總工程師

樓宇可視對講系統是現代住宅強制性配套設施，近年來房地產業的興盛發展為樓宇可視對講系統的廣泛應用提供了一個很好的契機。

在樓宇可視對講的實際應用中，通常采用模擬復合視頻信號（CVBS）進行信息傳輸。

在信號傳輸、數據采集過程中，常常會因為輸入信號強度變化較大，且與系統的動態范圍不相一致，使系統不能正常工作。例如，在接收器中，無線電信號強弱差異很大，中頻放大器本身也有一定的動態范圍，輸入信號增大時會出現失真。

為了解決外界各種因素對接收機輸入信號的影響，常需要使用自動增益控制技術。

自動增益控制電路(AGC)是通信設備，特別是通信接收設備的重要電路之一，其主要作用是使設備的輸出電平保持為一定的數值。它能夠保證在接收弱信號時,接收機的增益高；而接收強信號時則增益低，從而使輸出信號保持適當的電平。

因為模擬復合視頻信號的長距離傳輸一直以來不盡人意，使得這一因素成為了制約可視對講系統普及化的一大障礙。目前市場上的樓宇對講視頻傳輸系統的增益控制分為兩種：一種為固定增益傳輸方式，該方式存在傳輸距離近時視頻信號過強、傳輸距離遠時圖象模糊等缺點；另一種為人工設置增益補償，通過人工調整增益電位器或增益撥碼開關調整補償增益，該方式存在安裝調試復雜、設備位置調整或傳輸線纜長度調整后需重新設置補償增益等缺點，浪費人力和財力。

本文提供了一種視頻傳輸裝置，以在視頻傳輸時根據傳輸距離自動改變增益補償，對視頻信號自動補償，因此圖像更清晰和穩定，不會因傳輸距離變遠而模糊；另外傳輸時無須人為干預，降低工程難度，使用簡單，減少成本。

視頻傳輸裝置簡介

該視頻傳輸裝置，包括視頻采集模塊、主控制模塊、視頻收發模塊和視頻顯示模塊（如圖1）；視頻收發模塊具體包括視頻轉換單元、控制單元、傳輸距離測量單元、視頻增益補償單元、通信單元和視頻傳輸單元；視頻轉換單元用于轉換視頻信號的傳輸模式進行；傳輸距離測量單元用于向目的裝置發送距離測量信號或接收其他裝置發送的檢測距離測量信號；通信單元用于接收目的裝置返回的信號傳輸距離，控制單元用于計算信號傳輸距離，并根據信號傳輸距離確認增益補償量；視頻增益補償單元用于對視頻信號進行自動加權增益補償。

視頻收發模塊又具體包括視頻轉換單元、控制單元、傳輸距離測量單元、視頻增益補償單元、通信單元和視頻傳輸單元（如圖2）；傳輸距離測量單元用于通過線纜向目的裝置發送距離測量信號；通信單元用于接收目的裝置返回的信號傳輸距離，其中，信號傳輸距離為目的裝置根據接收的檢測距離測量信號的衰減量計算得到的；控制單元用于根據所述信號傳輸距離確認增益補償量；視頻轉換單元，用于對視頻信號的傳輸模式進行轉換；視頻增益補償單元用于根據增益補償量對轉換模式后的視頻信號進行自動加權增益補償；視頻傳輸單元用于將自動加權增益補償后的視頻信號發送出去，以及接收其他裝置發送的視頻信號;傳輸距離測量單元還用于接收其他裝置發送的檢測距離測量信號；控制單元還用于根據所述其他裝置發送的檢測距離測量信號的衰減量計算其他裝置的信號傳輸距離；通信單元還用于將所述其他裝置的信號傳輸距離返回至其他裝置。

▲圖1 視頻傳輸裝置結構示意圖

▲圖2 視頻收發模塊結構示意圖

視頻傳輸裝置工作原理

視頻傳輸工作流程圖見圖3。

1. 源裝置采集視頻信號；

2. 根據源裝置和目的裝置間的不同距離對傳輸的視頻信號進行增益補償，并發送至所述目的裝置，具體包括：

所述源裝置的傳輸距離測量單元向所述目的裝置發送距離測量信號；

所述源裝置的控制單元接收所述目的裝置返回的信號傳輸距離，其中，所述信號傳輸距離為所述目的裝置根據接收的檢測距離測量信號的衰減量計算得到的；

所述源裝置的控制單元根據所述信號傳輸距離確認增益補償量；

所述源裝置的視頻轉換單元對采集的視頻信號的傳輸模式進行轉換；

所述源裝置的視頻增益補償單元根據所述增益補償量對轉換模式后的視頻信號的高頻部分進行預提升；

所述源裝置的視頻傳輸單元將提升后的視頻信號傳輸至所述目的裝置的增益補償單元；

所述目的裝置的增益補償單元根據所述增益補償量對接收到的視頻信號的高頻和低頻部分進行后補償；

所述目的裝置的視頻轉換單元對增益補償單元傳遞過來的信號進行轉換，再傳輸至所述目的裝置視頻顯示模塊顯示。

3. 目的裝置顯示接收的視頻信號；

▲圖3 工作流程示意圖

▲圖4 工作原理流程圖

視頻傳輸工作原理流程圖見圖4。

1、所述源裝置采集視頻信號

2-3、所述源裝置的傳輸距離測量單元向所述目的裝置發送距離測量信號

4、目的裝置的傳輸距離測量單元接收到檢測距離測量信號并傳至其控制單元；

5、目的裝置的控制單元根據接收的檢測距離測量信號的衰減量計算得到信號傳輸距離，并發送給其通信單元；

6、目的裝置的通信單元將信號傳輸距離發送至源裝置的通信單元。

7、所述源裝置的控制單元根據所述信號傳輸距離確認增益補償量。

8、所述源裝置的視頻轉換單元對采集的視頻信號的傳輸模式進行轉換。

9、所述源裝置的視頻增益補償單元根據所述增益補償量對轉換模式后的視頻信號的高頻部分進行預提升。

10、所述源裝置的視頻傳輸單元將提升后的視頻信號傳輸至所述目的裝置的增益補償單元。

11、所述目的裝置的增益補償單元根據所述增益補償量對接收到的視頻信號的高頻和低頻部分進行后補償。

12-13、所述目的裝置的視頻轉換單元對增益補償單元傳遞過來的信號進行轉換，再傳輸至所述目的裝置視頻顯示模塊顯示。

傳輸距離測量單元及自動增益控制電路設計

▲圖5 傳輸距離測量單元電路圖

傳輸距離測量單元電路圖見圖5。傳輸距離測量單元133具體包括：

正弦波振蕩電路1331，用于產生某一頻率的正弦波，所述正弦波為所述距離測量信號；

推挽電路1332，連接所述正弦波振蕩電路1031，用于提高驅動能力以便將所述距離測量信號進行長距離傳輸；

繼電器1333，不動端連接所述電纜，第一動端連接所述推挽電路1332，第二動端連接幅值檢波電路1334，用于切換在第一動端時發送所述距離測量信號，切換在第二動端時使所述幅值檢波電路1334接收所述檢測距離測量信號；

幅值檢波電路1334，用于接收并檢測所述檢測距離測量信號的幅度；

跟隨電路1335，用于提高所述檢測距離測量信號的幅度的驅動能力后發送至所述控制單元；

測距信號切換電路1336，連接所述繼電器1333，用于控制所述繼電器1333的通路切換。測距信號切換電路1336受控制單元132控制。

▲圖6 目的裝置傳輸距離測量單元

目的裝置傳輸距離測量單元見圖6。傳輸距離測量單元133的測量過程為：

源裝置通過正弦波振蕩電路和推挽電路產生距離測量信號，通過控制RC1，測距信號切換電路切換至發送狀態，從而將距離測量信號輸入傳輸線纜進行傳輸；

目的裝置通過控制RC1，將傳輸線切換及接收狀態，并將距離測量信號輸入幅值檢波電路接收整流電路進行幅值檢波；

MCU控制單元對接收的距離測量信號輸出的幅值電壓值進行AD采集，根據采集到的電壓值，通過比對存儲于MCU內部的距離--電壓匹配表，判斷線纜的傳輸距離；線纜距離與測距信號幅值電壓匹配表如表1所示。

表1

其中，視頻轉換單元131具體包括：

視頻單端轉差分電路，用于將自身的視頻采集模塊采集的視頻信號轉換為差分視頻信號；

視頻差分轉單端電路，用于將接收的其他裝置發送過來的差分視頻信號轉換為單端視頻信號以進行顯示。

其中，通過使用安捷倫E5071B網絡分析儀測試線纜衰減量，如表2所示。

表2

▲圖7 預提升子單元的電路圖

預提升子單元（如圖7），用于根據所述增益補償量對自身要發送的所述差分視頻信號的高頻部分進行預提升；如圖5所示，所述預提升子單元具體包括并聯的第一預提升支路、第二預提升支路和第三預提升支路，所述第一預提升支路包括第一切換控制電路、與所述第一切換控制電路連接的第一繼電器、與所述第一繼電器的一端連接的RC串聯電路，所述第二預提升支路包括第二切換控制電路、與所述第二切換控制電路連接的第二繼電器、與所述第二繼電器的一端連接的并聯的兩個RC串聯電路，所述第三預提升支路包括第三切換控制電路、與所述第三切換控制電路連接的第三繼電器、與所述第三繼電器的一端連接的并聯的三個RC串聯電路；所述第一切換控制電路、第二切換控制電路和第三切換控制電路分別連接所述控制單元，所述第一繼電器、第二繼電器和第三繼電器的另一端分別連接所述視頻單端轉差分電路的反相反饋端，所有RC串聯電路的另一端分別連接所述視頻單端轉差分電路的同相反饋端，用于將所述視頻單端轉差分電路轉換的差分視頻信號的高頻部分進行預提升；其中，FBP端和FBN端是增益反饋端，用于設置增益；CTR5、CTR6、CTR7是切換控制電路的輸入端，由控制單元控制，具體輸入表如表3所示，

表3

▲圖8 后補償子單元的電路圖

后補償子單元，用于根據所述增益補償量對接收到的其他裝置發送的差分視頻信號的低頻部分和高頻部分進行后增益補償；如圖8所示，所述后補償子單元具體包括若干并聯的后補償支路，每一所述后補償支路都包括一控制電路和與所述控制電路連接的RC電路，所述RC電路包括兩個RC串聯電路和一個電阻串聯電路，所述兩個RC串聯電路和一個電阻串聯電路并聯；所述控制電路還連接所述控制單元，所述RC電路連接所述視頻差分轉單端電路的反饋端FB端，用于將接收的其他裝置發送的差分視頻信號進行后補償。其中，FB端是反饋端，連接視頻差分轉單端電路；CTR1、CTR2、CTR3、CTR4是控制電路的輸入端，由控制單元控制，具體輸入表如表4所示。

表4

結論

本文提供的這種視頻傳輸裝置在視頻傳輸時根據傳輸距離自動改變增益補償，不受傳輸距離長短的影響，傳輸的圖像效果好，更清晰更穩定，傳輸是無需人為干預，降低工程難度，操作檢修簡單，減少工程成本。