一种多路视频分时传输系统的设计

一种多路视频分时传输系统的设计

0总结视频图像智能监控。1模拟视频信号转换电路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(PhaseAlterationLine,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CMOS4000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(ShieldedTwistedPair,STP)。2硬件设计和实现2.1可靠性设计要求我国视频信号制式一般是PAL制式或NTSC制式在可靠性设计方面,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。2.2cd4065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用CD4066的前两路输入/输出传输平衡差分信号(1、4脚输入,2、3脚输出),并把这两路的控制端(5脚、13脚)接在一起,控制端接入的高低电平和芯片的正负电源电平是一样的,是±5V。用单片机I/O口控制光电耦合器实现CD4066控制端电平的切换,系统上电后,MCU初始化管脚是高电平,则光耦输出端默认是低电平-5V,故所有的开关均处于关断状态;等接到开启命令后,MCU_CTRL管脚输出低电平,光耦工作,输出高电平+5V,CD4066的前两路处于同时导通状态,视频信号可以通过。电路结构如图3(b)所示。在可靠性设计方面,CD4066输入端加入双向钳位二极管(BAT54S),防止输入端电压超过芯片电源电压损坏电子开关,如图3(b)。2.3微控制板、接口系统和测点布置出于成本和应用环境考虑,通信电路采用半双工的485总线通信方式,选择MAX485作为通信芯片,遵循RS-485串行总线标准。可靠性设计方面,MAX485使用隔离电源供电和光耦隔离,上电默认接收状态,输出AB线两侧加TVS(瞬态抑制二极管)保护防电压浪涌,AB线上加500mA自恢复式保险丝防雷击短路。每隔300m接入485中继器,增强信号。同时,避免和强电一起走线。3微控制软件与通信协议的设计3.1离通信的实现实现多路视频信号的传输,需制定微控制器与计算机的通信协议,协议中需要包含哪路视频信号的开关命令。表1为开启第一路视频信号的协议。考虑到远距离通信,波特率不宜设置太高,选择4800b/s、1个起始位、1个停止位、无硬件校验。协议中,帧头和帧尾字节固定为0x68H和0x16H,控制通信的发起和结束。地址字节范围是0x01H~0x1EH,总线可以接入30个微控制器,0x00H、0x1FH地址可用于广播控制,如全部关闭。由于只有单个开关的开启命令,没有单个关闭命令,命令和数据长度、数据字节留作扩展功能。校验字节是所有字节的累加和,便于计算机在接到返回的校验失败信息时重发命令。3.2广播地址的使用STC15F2K61S2微控制器使用MAX485芯片通过485总线接收计算机的指令,决定是否通断各自的视频信号。在485通信中,每个从设备都有不同的地址,可用5位拨码开关来设定不同的地址,最多可设置32个从设备地址,实际中只用了1~30号地址,0和31号可用于广播地址。通信协议中包含的地址字节,用于指向要发送数据的设备。本设计利用485通信的广播特性,当发送打开某个摄像头信号的指令时,所有的微控制器都会收到同样的指令,然后比对是否和设定的本机地址相同,如果相同则控制电子开关打开视频信号,否则就保持或执行关闭,微控制器软件流程如图4所示。只用一条指令即可控制信号传输,实现了双绞线上总是只有一个摄像机的图像信号存在,避免了信号混叠。计算机端的指令发送方式可以选用自动定时轮询方式或者手动选择方式。计算机运行VC++6.0软件环境和界面,来发起轮询命令。可以选择专业的工控机代替普通计算机,工控机一般含有多个串口,可以提高带负载数量。但受篇幅限制,不在本文讨论范围之内。4电子开关关断视频信号的分析由于电子开关CD4066在导通状态下,仍有几十欧姆的导通电阻,故需使用示波器观察视频信号经过开关之前和之后的差别,以及从摄像机输出的信号和最终视频采集卡的输入信号的差别,主要观测值为信号幅度和频率,幅度单位是mV,包括峰峰值Vp-p、最大值Vmax、最小值Vmin,测量频率单位是kHz。测试位置点如图5所示。在开关导通状态下,差分信号经过CD4066前后对比波形如图6所示。图6中(A)、(B)为转换后的差分信号,(C)、(D)分别为经过电子开关后的差分信号。单端视频信号波形和恢复后的波形如图7所示,图7中(A)为摄像机输出信号,(B)为接收器恢复后的信号。在开关关断状态下,电子开关输出的波形如图8所示。对比图6,可以观察到差分信号经过电子开关后会有几十毫伏的衰减,但对比图7又可以观察到,这种衰减可由双绞线接收器给予一定的补偿,幅度变大。图8表明在关断状态下,信号幅度很弱,不会影响总线上的其他信号,实测结果可能由于测试方法的原因而引入了高频噪声,Vp-p实际值会接近0mV。通过波形测试发现,CD4066可以有效关断视频信号,同时也可以真正传输视频信号。另外,视频频段的信号在用双绞线传输时,由于线上电阻损耗和介质损耗,信号的功率从进入双绞线传送到负载时会衰减,衰减大小和信号的频率有关,信号的频率越高,衰减量越大,主要衰减在信号频点为5~6MHz时较明显。用频谱仪可以观察到高频成分的幅度衰减,这种衰减会影响画面边缘和细节质量。通过对高频信号的幅度提升补偿,可以改善传输损耗的情况5传输网络rj45本设计实现了多路视频信号分时传输的方法,并成功应用于某大型停车场的车位图像信息采集系统。设计新颖,布线简单,