井下数字视频信号传输技术.doc

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1引言在井下数据的传输中，铠装测井电缆传输是最常用的方法，但测井电缆较窄的传输带宽，长期以来一直是影响测井进度，导致大量测井信息得不到充分利用的瓶颈。光纤对信号的传输表现出优良的特性和强的抗干扰等性能, 但还有很多技术问题需要解决,同时, 该系统也不具有明显的经济优势,设备较贵。在本系统中，我们仍采用常规铠装电缆来传输视频信号，为了能在普通的测井电缆上高速的传输视频信号，我们必须对它的特性进行分析，然后才能确定出合适的传输体制。2均匀电缆的等效回路分析在均匀的电缆线路中，电阻和电感在导线上是沿其长度均匀分布的，而电容和电导则是在导线之间沿其长度均匀分布的。因此当信号沿着均匀电缆线路传输时，导线间的电压、导线中的电流都必然沿其长度连续不断的变化。可把一定长度的电缆看作由无数无限短长度的电缆段组成，其等效模型如图1所示。图1 均匀传输电缆的等效模型图中：单位长度电缆回路的有效电阻； 单位长度电缆回路的电感； 单位长度电缆回路的电容； 单位长度电缆回路的电导；无限短电缆段的长度。 根据上图可得:将上式对微分，令 得设始端电压为，电流为并解式(1-2)得由式（1-3）可以看出，信号在沿电缆传输的过程中，受到电缆电阻、电感和电容的影响，同时也受到本身频率的影响，而且它们的关系不是简单的线性关系。在上面对电缆的分析中，是指只传输一路有用信号和一路参考信号（地）时电缆对信号的影响。若在一根多芯电缆中同时传输两路信号，两导线之间还会有电感影响，其等效模型如图2所示。图中，为单位长度电缆回路的电感，为两导线之间的互感，其余与图1相同。图2传输两路信号电缆等效图 同样，我们可得:该式表明了电缆线上同时传输两路信号时，由于电缆之间电感的影响，这两路信号会相互耦合，从而较难分辨出原始的信号。3 传输方法分析在图像通信中，视频信号的传输占有十分重要的地位。根据所传输的视频信号的类型可分为模拟传输和数字传输。这里着重介绍了视频信号数字传输的基本原理及实现。数字传输抗干扰能力强，使用最新的信源编码与信道编码技术，提高了功率/频谱的综合利用率；可以提高视频图像质量，适合于多媒体通信网络。图3为载波数字传输系统的基本组成。图3 载波数字传输系统的基本组成数字信号在进行传输之前必须经过信道编码和调制。信道编码就是在信源的二进制序列中引入一些冗余度，这样可以克服非理想信道引起的失真和噪声干扰对发送信号的损坏，有助于接收机对荷载信息的序列进行正确的解码。经过信道编码后的序列要通过信道向接收机发送，必须选用适应信道特性的发送信号形式。载波数字传输系统的基本思想是选择一组有限离散的波形来代表二进制或多进制数字信息，而这些波形能够适合于在实际信道中传输。在传输系统的接收端，数字解码器的作用是处理经过信道传输而劣化了的信号，并对每个信号进行判决，还原成单一数值，该数值表示所发送数字符合的估计值，解调器将产生的判决输出到解码器，解码器根据信道编码器所使用的编码规则和接收数据中所包含的冗余度去恢复原始的信息序列。代表不同数字信息的波形集合中的各个元素应该有所差别，可以是频率不同、相位不同或幅度不同，而频移键控是利用不同的频率来传送信息的，且调频系统比调幅系统的抗干扰性能强，这里对本系统所用的频移键控（FSK）做一简单介绍。FSK信号形式为:该信号通过和两个不同频率的振荡，分别代表1码和0码，这里为码元持续时间，和代表初始相位。通常称为标称频率，称为频移，而称为调制指数，这里为码元速率。根据码元转换时相位的不同关系，FSK信号可以分为相位连续和相位不连续两种。相位不连续FSK信号：如果在两个码元的转换时刻，前后码元的相位不连续，则波形也不连续，称这种类型的信号为相位不连续FSK信号。信号波形如图4所示。图5为产生这种信号的原理框图。图4 相位不连续FSK信号波形图频率为和的振荡多通过晶体稳频的频率合成器提供，这种调制方法称为频移键控法。图5相位不连续FSK信号的产生相位连续FSK信号：若代表1码和0码的两个正弦波的相位在码元转换时刻保持连续，则称为相位连续FSK信号，波形如图6所示。图7是产生相位连续FSK信号的原理框图。图6 相位连续FSK信号波形图利用数字基带信号去控制压控振荡器的振荡频率，就可以产生相位连续的FSK信号，这种调制方法称为直接调频法。图7 相位连续FSK信号的产生FSK信号的解调方法很多，常用的有非相关检波法和相关检波法。非相关检波法中的过零检测法比较常用，这里稍做介绍。由于数字调频波的过零点数随载波频率的不同而不同，频率越高，过零点数越多，故检测出过零点数就找出了频率的差异。过零点检测法就是依据这个原理设计的。首先把输入调频信号限幅变成方波，再检测出脉冲的个数，就可以检出原基带数字信号。4 发送调制电路设计为了从实际上分析电缆对信号的影响，我们做一个简单两路信号传输的试验。从示波器上可以看出，接收到的两路信号相互叠加，很难分辨出所要包含信息，而且信号不过零点。两路信号相互叠加，是由于信号在同一电缆传输时相互耦合造成的；信号不过零点，是在传输地线时，地线电缆上的电阻所影响，通过测试发现，每1000米电缆上有33的电阻。从该试验可以看出，实际显示结果与理论分析是相符的，这也决定了我们在设计传输系统时，不能进行两路传输，而必须进行信号的一路传输。经过分析电缆特性，结合大量的试验，最终确定FSK调制的载波频率。图8 发送调制框图图8显示了发送调制电路的框图。DSP输出的视频数据控制调制电路，使其输出不同的调制电压值，不同的电压控制波形发生器使其产生不同频率的正弦波信号（FSK信号），最终由放大驱动电路将FSK信号的幅度和驱动能力放大适合电缆传输的程度。本系统采用MAX038作为波形发生器，在调制电路的控制下用于产生反映视频数据信息的以2MHz和6MHz为载波的FSK信号。MAX038是美信公司高性能的波形发生器，能够产生0.1Hz到20MHz大频率范围的正弦波、方波及锯齿波。调制电路由一个电位器及稳压管组成，当DSP芯片传输不同的码元时，调制电路产生不同的控制电压值，使得对应时间内波形发生器输出相应的正弦波信号。当DSP输出的视频数据为1时，调制电路输出控制电压值使得波形发生器产生6MHz的正弦波，为0时产生2MHz的正弦波信号。放大驱动电路由TI公司高带宽视频放大芯片THS4021组成二级放大电路，THS4021具有高达350MHz的增益带宽（G10，-3dB），高输出驱动电流（典型应用时为100mA），超低电压噪声、高速等特点，尤其适用于视频通信。经过放大驱动后的FSK调制信号便可通过3000米测井电缆传输至地面。5 接收解调电路设计地面接收与解调系统主要是接收携带井下图像信息的信号，并对这些接收信号进行处理，解调出所需要的数字基带信息，然后将这些数据送入DSP，进行地面系统的调试处理。对于FSK信号的解调方法很多，应用最广泛的是零交点检测法。FSK信号的波形因频率受调而随基带数字信号有疏密的变化，因而可以利用FSK信号波形在单位时间内与零电平轴的交叉点数把信号的频率信息检测出来，亦即把基带数字信号检测出来，原理方框图如图9所示。图9 过零检测法输入的FSK信号经限幅后产生近似的矩形波序列，经微分得到双向微分尖脉冲，整流后变成单一极性微分尖脉冲。这个脉冲序列在码元周期的脉冲数就代表者FSK信号波形的零交点数。用所得单极性微分脉冲触发一方波发生器，得到具有一定宽度的矩形波，这个矩形脉冲序列完全对应触发尖脉冲的疏密规律。通过在码元周期内计数矩形脉冲序列的个数即可还原出原来的基带数字信号。由于电缆特性的影响，在地面上接收到的FSK信号较弱，从示波器上可以看出，信号的幅度在0.5V1V之间，且有干扰信号，干扰信号的频率为50Hz。因此我们必须首先对接收到的波形进行滤波和放大。考虑到电缆的电阻，不能把传过来的“地”直接作为参考电平，在放大时，把“地”也当作一路信号，采用差分放大。经过接收高通滤波和放大处理后还原出与井下一致的FSK信号，并且将放大输出的信号采用限幅放大和反相器处理使其输出脉冲波形，接下来便可以应用FSK信号解调的方法解出视频数据。本系统采用Xilinx公司高性能的FPGA（Field Programmable Gate Array）芯片利用定时计数的方法解调视频数据。在一个码元周期内对输入的脉冲进行计数，当计数值大于门限值时判定相应的码元为1，反之为0；若计数值等于0，则认为停止传输，即传输线上没有FSK信号。在计数时采用载波同步的方法，当接收到脉冲上升沿时开始定时计数，同时由FPGA输出一个位同步时钟，每开始接收16位给出一个字同步时钟。FPGA的输出直接送给DSP控制器，用于井上回放或存储。参考文献：黎洪松.数字视频技术及其应用.清华大学出版社.1997樊昌信等. 通信原理.国防工业出版社.2001测井学.石油工业出版社.1998井下数字视频信号传输技术井下数字视频信号传输技术党瑞荣 罗兵武 谢雁 张珂 秦瑶西安石油大学710065 摘要：本文分析了通用铠装电缆的基本传输特性，说明了井下数字视频信号的传输方法，给出了数字视频信号的发送调制电路及接收解调电路的设计思路。关键词：电缆 传输 调制 解调 1引言在井下数据的传输中，铠装测井电缆传输是最常用的方法，但测井电缆较窄的传输带宽，长期以来一直是影响测井进度，导致大量测井信息得不到充分利用的瓶颈。光纤对信号的传输表现出优良的特性和强的抗干扰等性能, 但还有很多技术问题需要解决,同时, 该系统也不具有明显的经济优势,设备较贵。在本系统中，我们仍采用常规铠装电缆来传输视频信号，为了能在普通的测井电缆上高速的传输视频信号，我们必须对它的特性进行分析，然后才能确定出合适的传输体制。2均匀电缆的等效回路分析在均匀的电缆线路中，电阻和电感在导线上是沿其长度均匀分布的，而电容和电导则是在导线之间沿其长度均匀分布的。因此当信号沿着均匀电缆线路传输时，导线间的电压、导线中的电流都必然沿其长度连续不断的变化。可把一定长度的电缆看作由无数无限短长度的电缆段组成，其等效模型如图1所示。图1 均匀传输电缆的等效模型图中：单位长度电缆回路的有效电阻； 单位长度电缆回路的电感； 单位长度电缆回路的电容； 单位长度电缆回路的电导；无限短电缆段的长度。 根据上图可得:将上式对微分，令 得设始端电压为，电流为并解式(1-2)得由式（1-3）可以看出，信号在沿电缆传输的过程中，受到电缆电阻、电感和电容的影响，同时也受到本身频率的影响，而且它们的关系不是简单的线性关系。在上面对电缆的分析中，是指只传输一路有用信号和一路参考信号（地）时电缆对信号的影响。若在一根多芯电缆中同时传输两路信号，两导线之间还会有电感影响，其等效模型如图2所示。图中，为单位长度电缆回路的电感，为两导线之间的互感，其余与图1相同。图2传输两路信号电缆等效图 同样，我们可得:该式表明了电缆线上同时传输两路信号时，由于电缆之间电感的影响，这两路信号会相互耦合，从而较难分辨出原始的信号。3 传输方法分析在图像通信中，视频信号的传输占有十分重要的地位。根据所传输的视频信号的类型可分为模拟传输和数字传输。这里着重介绍了视频信号数字传输的基本原理及实现。数字传输抗干扰能力强，使用最新的信源编码与信道编码技术，提高了功率/频谱的综合利用率；可以提高视频图像质量，适合于多媒体通信网络。图3为载波数字传输系统的基本组成。图3 载波数字传输系统的基本组成数字信号在进行传输之前必须经过信道编码和调制。信道编码就是在信源的二进制序列中引入一些冗余度，这样可以克服非理想信道引起的失真和噪声干扰对发送信号的损坏，有助于接收机对荷载信息的序列进行正确的解码。经过信道编码后的序列要通过信道向接收机发送，必须选用适应信道特性的发送信号形式。载波数字传输系统的基本思想是选择一组有限离散的波形来代表二进制或多进制数字信息，而这些波形能够适合于在实际信道中传输。在传输系统的接收端，数字解码器的作用是处理经过信道传输而劣化了的信号，并对每个信号进行判决，还原成单一数值，该数值表示所发送数字符合的估计值，解调器将产生的判决输出到解码器，解码器根据信道编码器所使用的编码规则和接收数据中所包含的冗余度去恢复原始的信息序列。代表不同数字信息的波形集合中的各个元素应该有所差别，可以是频率不同、相位不同或幅度不同，而频移键控是利用不同的频率来传送信息的，且调频系统比调幅系统的抗干扰性能强，这里对本系统所用的频移键控（FSK）做一简单介绍。FSK信号形式为:该信号通过和两个不同频率的振荡，分别代表1码和0码，这里为码元持续时间，和代表初始相位。通常称为标称频率，称为频移，而称为调制指数，这里为码元速率。根据码元转换时相位的不同关系，FSK信号可以分为相位连续和相位不连续两种。相位不连续FSK信号：如果在两个码元的转换时刻，前后码元的相位不连续，则波形也不连续，称这种类型的信号为相位不连续FSK信号。信号波形如图4所示。图5为产生这种信号的原理框图。图4 相位不连续FSK信号波形图频率为和的振荡多通过晶体稳频的频率合成器提供，这种调制方法称为频移键控法。图5相位不连续FSK信号的产生相位连续FSK信号：若代表1码和0码的两个正弦波的相位在码元转换时刻保持连续，则称为相位连续FSK信号，波形如图6所示。图7是产生相位连续FSK信号的原理框图。图6 相位连续FSK信号波形图利用数字基带信号去控制压控振荡器的振荡频率，就可以产生相位连续的FSK信号，这种调制方法称为直接调频法。图7 相位连续FSK信号的产生FSK信号的解调方法很多，常用的有非相关检波法和相关检波法。非相关检波法中的过零检测法比较常用，这里稍做介绍。由于数字调频波的过零点数随载波频率的不同而不同，频率越高，过零点数越多，故检测出过零点数就找出了频率的差异。过零点检测法就是依据这个原理设计的。首先把输入调频信号限幅变成方波，再检测出脉冲的个数，就可以检出原基带数字信号。4 发送调制电路设计为了从实际上分析电缆对信号的影响，我们做一个简单两路信号传输的试验。从示波器上可以看出，接收到的两路信号相互叠加，很难分辨出所要包含信息，而且信号不过零点。两路信号相互叠加，是由于信号在同一电缆传输时相互耦合造成的；信号不过零点，是在传输地线时，地线电缆上的电阻所影响，通过测试发现，每1000米电缆上有33的电阻。从该试验可以看出，实际显示结果与理论分析是相符的，这也决定了我们在设计传输系统时，不能进行两路传输，而必须进行信号的一路传输。经过分析电缆特性，结合大量的试验，最终确定FSK调制的载波频率。图8 发送调制框图图8显示了发送调制电路的框图。DSP输出的视频数据控制调制电路，使其输出不同的调制电压值，不同的电压控制波形发生器使其产生不同频率的正弦波信号（FSK信号），最终由放大驱动电路将FSK信号的幅度和驱动能力放大适合电缆传输的程度。本系统采用MAX038作为波形发生器，在调制电路的控制下用于产生反映视频数据信息的以2MHz和6MHz为载波的FSK信号。MAX038是美信公司高性能的波形发生器，能够产生0.1Hz到20MHz大频率范围的正弦波、方波及锯齿波。调制电路由一个电位器及稳压管组成，当DSP芯片传输不同的码元时，调制电路产生不同的控制电压值，使得对应时间内波形发生器输出相应的正弦波信号。当DSP输出的视频数据为1时，调制电路输出控制电压值使得波形发生器产生6MHz的正弦波，为0时产生2MHz的正弦波信号。放大驱动电路由TI公司高带宽视频放大芯片THS4021组成二级放大电路，THS4021具有高达350MHz的增益带宽（G10，-3dB），高输出驱动电流（典型应用时为100mA），超低电压噪声、高速等特点，尤其适用于视频通信。经过放大驱动后的FSK调制信号便可通过3000米测井电缆传输至地面。5 接收解调电路设计地面接收与解调系统主要是接收携带井下图像信息的信号，并对这些接收信号进行处理，解调出所需要的数字基带信息，然后将这些数据送入DSP，进行地面系统的调试处理。对于FSK信号的解调方法很多，应用最广泛的是零交点检测法。FSK信号的波形因频率受调而随基带数字信号有疏密的变化，因而可以利用FSK信号波形在单位时间内与零电平轴的交叉点数把信号的频率信息检测出来，亦即把基带数字信号检测出来，原理方框图如图9所示。图9 过零检测法输入的FSK信号经限幅后产生近似的矩形波序列，经微分得到双向微分尖脉冲，整流井下数字视频信号传输技术党瑞荣 罗兵武 谢雁 张珂 秦瑶西安石油大学710065 摘要：本文分析了通用铠装电缆的基本传输特性，说明了井下数字视频信号的传输方法，给出了数字视频信号的发送调制电路及接收解调电路的设计思路。关键词：电缆 传输 调制 解调 1引言在井下数据的传输中，铠装测井电缆传输是最常用的方法，但测井电缆较窄的传输带宽，长期以来一直是影响测井进度，导致大量测井信息得不到充分利用的瓶颈。光纤对信号的传输表现出优良的特性和强的抗干扰等性能, 但还有很多技术问题需要解决,同时, 该系统也不具有明显的经济优势,设备较贵。在本系统中，我们仍采用常规铠装电缆来传输视频信号，为了能在普通的测井电缆上高速的传输视频信号，我们必须对它的特性进行分析，然后才能确定出合适的传输体制。2均匀电缆的等效回路分析在均匀的电缆线路中，电阻和电感在导线上是沿其长度均匀分布的，而电容和电导则是在导线之间沿其长度均匀分布的。因此当信号沿着均匀电缆线路传输时，导线间的电压、导线中的电流都必然沿其长度连续不断的变化。可把一定长度的电缆看作由无数无限短长度的电缆段组成，其等效模型如图1所示。图1 均匀传输电缆的等效模型图中：单位长度电缆回路的有效电阻； 单位长度电缆回路的电感； 单位长度电缆回路的电容； 单位长度电缆回路的电导；无限短电缆段的长度。 根据上图可得:将上式对微分，令 得设始端电压为，电流为并解式(1-2)得由式（1-3）可以看出，信号在沿电缆传输的过程中，受到电缆电阻、电感和电容的影响，同时也受到本身频率的影响，而且它们的关系不是简单的线性关系。在上面对电缆的分析中，是指只传输一路有用信号和一路参考信号（地）时电缆对信号的影响。若在一根多芯电缆中同时传输两路信号，两导线之间还会有电感影响，其等效模型如图2所示。图中，为单位长度电缆回路的电感，为两导线之间的互感，其余与图1相同。图2传输两路信号电缆等效图 同样，我们可得:该式表明了电缆线上同时传输两路信号时，由于电缆之间电感的影响，这两路信号会相互耦合，从而较难分辨出原始的信号。3 传输方法分析在图像通信中，视频信号的传输占有十分重要的地位。根据所传输的视频信号的类型可分为模拟传输和数字传输。这里着重介绍了视频信号数字传输的基本原理及实现。数字传输抗干扰能力强，使用最新的信源编码与信道编码技术，提高了功率/频谱的综合利用率；可以提高视频图像质量，适合于多媒体通信网络。图3为载波数字传输系统的基本组成。图3 载波数字传输系统的基本组成数字信号在进行传输之前必须经过信道编码和调制。信道编码就是在信源的二进制序列中引入一些冗余度，这样可以克服非理想信道引起的失真和噪声干扰对发送信号的损坏，有助于接收机对荷载信息的序列进行正确的解码。经过信道编码后的序列要通过信道向接收机发送，必须选用适应信道特性的发送信号形式。载波数字传输系统的基本思想是选择一组有限离散的波形来代表二进制或多进制数字信息，而这些波形能够适合于在实际信道中传输。在传输系统的接收端，数字解码器的作用是处理经过信道传输而劣化了的信号，并对每个信号进行判决，还原成单一数值，该数值表示所发送数字符合的估计值，解调器将产生的判决输出到解码器，解码器根据信道编码器所使用的编码规则和接收数据中所包含的冗余度去恢复原始的信息序列。代表不同数字信息的波形集合中的各个元素应该有所差别，可以是频率不同、相位不同或幅度不同，而频移键控是利用不同的频率来传送信息的，且调频系统比调幅系统的抗干扰性能强，这里对本系统所用的频移键控（FSK）做一简单介绍。FSK信号形式为:该信号通过和两个不同频率的振荡，分别代表1码和0码，这里为码元持续时间，和代表初始相位。通常称为标称频率，称为频移，而称为调制指数，这里为码元速率。根据码元转换时相位的不同关系，FSK信号可以分为相位连续和相位不连续两种。相位不连续FSK信号：如果在两个码元的转换时刻，前后码元的相位不连续，则波形也不连续，称这种类型的信号为相位不连续FSK信号。信号波形如图4所示。图5为产生这种信号的原理框图。图4 相位不连续FSK信号波形图频率为和的振荡多通过晶体稳频的频率合成器提供，这种调制方法称为频移键控法。图5相位不连续FSK信号的产生相位连续FSK信号：若代表1码和0码的两个正弦波的相位在码元转换时刻保持连续，则称为相位连续FSK信号，波形如图6所示。图7是产生相位连续FSK信号的原理框图。图6 相位连续FSK信号波形图利用数字基带信号去控制压控振荡器的振荡频率，就可以产生相位连续的FSK信号，这种调制方法称为直接调频法。图7 相位连续FSK信号的产生FSK信号的解调方法很多，常用的有非相关检波法和相关检波法。非相关检波法中的过零检测法比较常用，这里稍做介绍。由于数字调频波的过零点数随载波频率的不同而不同，频率越高，过零点数越多，故检测出过零点数就找出了频率的差异。过零点检测法就是依据这个原理设计的。首先把输入调频信号限幅变成方波，再检测出脉冲的个数，就可以检出原基带数字信号。4 发送调制电路设计为了从实际上分析电缆对信号的影响，我们做一个简单两路信号传输的试验。从示波器上可以看出，接收到的两路信号相互叠加，很难分辨出所要包含信息，而且信号不过零点。两路信号相互叠加，是由于信号在同一电缆传输时相互耦合造成的；信号不过零点，是在传输地线时，地线电缆上的电阻所影响，通过测试发现，每1000米电缆上有33的电阻。从该试验可以看出，实际显示结果与理论分析是相符的，这也决定了我们在设计传输系统时，不能进行两路传输，而必须进行信号的一路传输。经过分析电缆特性，结合大量的试验，最终确定FSK调制的载波频率。图8 发送调制框图图8显示了发送调制电路的框图。DSP输出的视频数据控制调制电路，使其输出不同的调制电压值，不同的电压控制波形发生器使其产生不同频率的正弦波信号（FSK信号），最终由放大驱动电路将FSK信号的幅度和驱动能力放大适合电缆传输的程度。本系统采用MAX038作为波形发生器，在调制电路的控制下用于产生反映视频数据信息的以2MHz和6MHz为载波的FSK信号。MAX038是美信公司高性能的波形发生器，能够产生0.1Hz到20MHz大频率范围的正弦波、方波及锯齿波。调制电路由一个电位器及稳压管组成，当DSP芯片传输不同的码元时，调制电路产生不同的控制电压值，使得对应时间内波形发生器输出相应的正弦波信号。当DSP输出的视频数据为1时，调制电路输出控制电压值使得波形发生器产生6MHz的正弦波，为0时产生2MHz的正弦波信号。放大驱动电路由TI公司高带宽视频放大芯片THS4021组成二级放大电路，THS4021具有高达350MHz的增益带宽（G10，-3dB），高输出驱动电流（典型应用时为100mA），超低电压噪声、高速等特点，尤其适用于视频通信。经过放大驱动后的FSK调制信号便可通过3000米测井电缆传输至地面。5 接收解调电路设计地面接收与解调系统主要是接收携带井下图像信息的信号，并对这些接收信号进行处理，解调出所需要的数字基带信息，然后将这些数据送入DSP，进行地面系统的调试处理。对于FSK信号的解调方法很多，应用最广泛的是零交点检测法。FSK信号的波形因频率受调而随基带数字信号有疏密的变化，因而可以利用FSK信号波形在单位时间内与零电平轴的交叉点数把信号的频率信息检测出来，亦即把基带数字信号检测出来，原理方框图如图9所示。图9 过零检测法输入的FSK信号经限幅后产生近似的矩形波序列，经微分得到双向微分尖脉冲，整流后变成单一极性微分尖脉冲。这个脉冲序列在码元周期的脉冲数就代表者FSK信号波形的零交点数。用所得单极性微分脉冲触发一方波发生器，得到具有一定宽度的矩形波，这个矩形脉冲序列完全对应触发尖脉冲的疏密规律。通过在码元周期内计数矩形脉冲序列的个数即可还原出原来的基带数字信号。由于电缆特性的影响，在地面上接收到的FSK信号较弱，从示波器上可以看出，信号的幅度在0.5V1V之间，且有干扰信号，干扰信号的频率为50Hz。因此我们必须首先对接收到的波形进行滤波和放大。考虑到电缆的电阻，不能把传过来的“地”直接作为参考电平，在放大时，把“地”也当作一路信号，采用差分放大。经过接收高通滤波和放大处理后还原出与井下一致的FSK信号，并且将放大输出的信号采用限幅放大和反相器处理使其输出脉冲波形，接下来便可以应用FSK信号解调的方法解出视频数据。本系统采用Xilinx公司高性能的FPGA（Field Programmable Gate Array）芯片利用定时计数的方法解调视频数据。在一个码元周期内对输入的脉冲进行计数，当计数值大于门限值时判定相应的码元为1，反之为0；若计数值等于0，则认为停止传输，即传输线上没有FSK信号。在计数时采用载波同步的方法，当接收到脉冲上升沿时开始定时计数，同时由FPGA输出一个位同步时钟，每开始接收16位给出一个字同步时钟。FPGA的输出直接送给DSP控制器，用于井上回放或存储。参考文献：黎洪松.数字视频技术及其应用.清华大学出版社.1997樊昌信等. 通信原理.国防工业出版社.2001测井学.石油工业出版社.1998后变成单一极性微分尖脉冲。这个脉冲序列在码元周期的脉冲数就代表者FSK信号波形的零交点数。用所得单极性微分脉冲触发一方波发生器，得到具有一定宽度的矩形波，这个矩形脉冲序列完全对应触发尖脉冲的疏密规律。通过在码元周期内计数矩形脉冲序列的个数即可还原出原来的基带数字信号。由于电缆特性的影响，在地面上接收到的FSK信号较弱，从示波器上可以看出，信号的幅度在0.5V1V之间，且有干扰信号，干扰信号的频率为50Hz。因此我们必须首先对接收到的波形进行滤