實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)中視頻監(jiān)控信號(hào)檢測(cè)方法與實(shí)現(xiàn)

汪進(jìn)

【摘 要】作者在開(kāi)發(fā)智能樓宇實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)中，使用了鎖相環(huán)音頻解碼電路檢測(cè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中視頻信號(hào)的有效性，手段新穎，方法簡(jiǎn)單，測(cè)量可靠，易于實(shí)現(xiàn)。提高了工作效率，取得了很好的應(yīng)用效果。文中對(duì)常用的視頻信號(hào)檢測(cè)方法進(jìn)行了分析探討，比較了各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)鎖相環(huán)音頻解碼電路的應(yīng)用做了詳細(xì)介紹，設(shè)計(jì)過(guò)程完整、清晰，有較高的參考價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】視頻監(jiān)控；CVBS；電路設(shè)計(jì)；LM567

1 問(wèn)題的提出

在現(xiàn)代化安防系統(tǒng)中，視頻監(jiān)控系統(tǒng)必不可少，隨處可見(jiàn)。為了滿足培養(yǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)安裝維護(hù)人員的需要，我們開(kāi)發(fā)出一套視頻監(jiān)控實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)，在這個(gè)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)中，我們?cè)O(shè)計(jì)了自動(dòng)判斷系統(tǒng)接線是否正確的成果評(píng)判功能。

智能成果評(píng)判的基本思路是通過(guò)單片機(jī)判斷系統(tǒng)接線和信號(hào)狀態(tài)，了解學(xué)生對(duì)實(shí)訓(xùn)任務(wù)的完成效果，自動(dòng)指出任務(wù)完成情況，并參考完成時(shí)間，給出相應(yīng)的成績(jī)。

在整個(gè)系統(tǒng)中，判斷任務(wù)完成情況是技術(shù)關(guān)鍵。

完成效果評(píng)判依據(jù)主要有2種，一種是判斷線路的連通性，另一種是判斷線路中信號(hào)的有效性。

判斷線路的連通性比較容易實(shí)現(xiàn)，通常使用判斷電阻或電壓的方法即可了解線路的連通性，但這種方法只能判斷線纜接線是否連通，線纜上是否有視頻信號(hào)在傳輸則無(wú)法判斷，這種方法有一定的局限性。

系統(tǒng)工作正常與否重點(diǎn)要看線纜上傳輸?shù)囊曨l信號(hào)是否正常，即如何判斷視頻信號(hào)的有效性呢？

傳統(tǒng)模擬視頻監(jiān)控信號(hào)傳輸方式多為視頻基帶傳輸，檢測(cè)視頻信號(hào)的方法主要有以下幾種。

方法一：監(jiān)視器直接監(jiān)視。

在視頻電纜上直接接上監(jiān)視器觀察圖像信息，這種方法最簡(jiǎn)單有效，可以直觀的看到畫(huà)面質(zhì)量，從而準(zhǔn)確了解視頻監(jiān)控系統(tǒng)工作狀態(tài)，判斷任務(wù)完成質(zhì)量。但此方法必須用人眼觀察，無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化判斷，而且人眼觀察具有一定的主觀性，不利于反映客觀現(xiàn)實(shí)。此法不可取。

方法二：采用視頻解碼芯片獲取視頻信息。

飛利浦公司視頻解碼系列芯片SAA711X廣泛應(yīng)用在視頻信號(hào)處理中，該芯片可以接收并處理各種視頻信號(hào)，可以把視頻信號(hào)數(shù)字化，并通過(guò)數(shù)據(jù)總線傳輸給單片機(jī)，通常應(yīng)用于視頻信號(hào)捕捉卡等處。在我們的實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)中，主要檢測(cè)考核是否有正常的視頻信號(hào)，對(duì)視頻信號(hào)的內(nèi)容并不關(guān)心，而SAA711X系列芯片控制過(guò)程較為復(fù)雜，在實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)中有些殺雞用牛刀，所以此法并不是最優(yōu)選擇。

方法三：測(cè)量視頻交流信號(hào)。

在對(duì)視頻信號(hào)內(nèi)容沒(méi)有檢測(cè)要求的場(chǎng)合，可以使用高頻毫伏表測(cè)量視頻信號(hào)幅度的方法判斷是否存在視頻信號(hào)。此方法簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。我們?cè)谙到y(tǒng)設(shè)計(jì)初期計(jì)劃采用這種方法。

但是在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)與實(shí)用系統(tǒng)不同，實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)由學(xué)生接線，接線工藝、接線質(zhì)量都無(wú)法得到保證，如果接線錯(cuò)誤或者屏蔽不好，會(huì)在視頻信號(hào)線上產(chǎn)生很大的干擾信號(hào)，這些干擾信號(hào)的頻率范圍有可能很寬、幅度有可能很大，采用一般的濾波電路較難把干擾信號(hào)和有效視頻信號(hào)區(qū)分出來(lái)，造成判斷失誤。此法也不可行。

方法四：測(cè)量視頻同步脈沖。

有效的視頻信號(hào)與干擾或噪音信號(hào)有一個(gè)顯著的不同，就是視頻信號(hào)有一個(gè)周期、幅度固定不變的“同步信號(hào)”，檢測(cè)是否存在這個(gè)同步信號(hào)就可以判斷線路中傳輸?shù)氖怯行б曨l信號(hào)還是噪音或干擾信號(hào)。使用這種方法技術(shù)簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)成本低、檢測(cè)過(guò)程穩(wěn)定可靠，在無(wú)需了解視頻信號(hào)內(nèi)容的場(chǎng)合是最優(yōu)選擇。

2 視頻信號(hào)分析與設(shè)計(jì)思路

模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)視頻信號(hào)通常采用CVBS信號(hào)傳輸，CVBS是Composite Video Blanking and Sync（復(fù)合視頻消隱和同步）的英文縮寫(xiě)，顧名思義，該視頻信號(hào)中不僅包含亮度、色彩等可視信息，同時(shí)還包含消隱與同步等控制信息。

依據(jù)國(guó)標(biāo)《GB3174-1995 PAL-D制電視廣播技術(shù)規(guī)范》得知，視頻信號(hào)基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

我們只要檢測(cè)到電纜中存在穩(wěn)定的、峰值達(dá)到300mV、頻率為15625Hz的信號(hào)，即可判定有視頻信號(hào)存在且信號(hào)穩(wěn)定。

如何檢測(cè)這個(gè)頻率為15625Hz的交流信號(hào)呢？

我們選用了原美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司研制的音頻解碼器LM567CN（也可使用飛利浦NE567CN）。

LM567CN內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括鎖相環(huán)、正交相位檢波器、放大器和一個(gè)輸出晶體管。鎖相環(huán)內(nèi)則包含一個(gè)電流控制振蕩器、一個(gè)鑒相器和一個(gè)反饋濾波器。

片內(nèi)振蕩電路固有頻率和輸入頻率相同時(shí)，輸出晶體管可輸出一個(gè)穩(wěn)定的低電平信號(hào)。LM567CN技術(shù)手冊(cè)推薦典型應(yīng)用電路如圖2所示。

LM567CN的工作頻率范圍是0.01Hz～500kHz，我們需檢測(cè)的視頻信號(hào)同步脈沖頻率是15.625kHz，處于正常工作頻率范圍。

查閱技術(shù)手冊(cè)，LM567CN輸入信號(hào)電平為>25mV，建議200mV左右，我們可在輸入信號(hào)前加一個(gè)限幅放大器，限制信號(hào)電平在合理范圍。

3 電路設(shè)計(jì)

檢測(cè)方法確定以后，初步設(shè)計(jì)LM567CN應(yīng)用電路如圖4所示。

彩色視頻監(jiān)控信號(hào)有PAL制和NTSC制，PAL制同步頻率為15625Hz，NTSC制同步頻率為15734Hz，二者相差約0.7%。選擇不同的C2可使檢測(cè)頻率帶寬在7%-14%范圍，可知選擇C2在推薦范圍內(nèi)任何容量都可兼容PAL和NTSC制式視頻信號(hào)。

為了兼顧元器件的離散型和系統(tǒng)的穩(wěn)定性，我們這里參照以往經(jīng)驗(yàn)，選取帶寬范圍為5%。參照器件手冊(cè)，C2、C3計(jì)算圖表如圖5所示。

在我們?cè)O(shè)計(jì)的電路中，該信號(hào)直接連接51系列單片機(jī)P1口，而P1口內(nèi)部已有上拉電阻，所以此電阻可以省略。

為了使該電路可以應(yīng)用在單片機(jī)開(kāi)路輸出端口，這里也可以外加一個(gè)10kΩ電阻。

至此，視頻信號(hào)檢測(cè)電路設(shè)計(jì)完成。設(shè)計(jì)結(jié)果如圖6所示。Vi接被測(cè)信號(hào)線，Vo接單片機(jī)P1口。

4 實(shí)際應(yīng)用效果

上述電路應(yīng)用在我們自主研發(fā)的智能樓宇實(shí)訓(xùn)臺(tái)中。

因電路成本很低，我們?cè)诿恳粭l需檢測(cè)的視頻線上都安裝了這樣一個(gè)檢測(cè)電路，Vi通過(guò)耦合器接被測(cè)線纜，省去了切換開(kāi)關(guān)，減少了外電路對(duì)被測(cè)信號(hào)的影響。Vo接單片機(jī)的IO口，將視頻信號(hào)的測(cè)量結(jié)果以高低電平方式送給單片機(jī)，由單片機(jī)程序進(jìn)行輪詢檢測(cè)和處理。

由于元器件的離散型，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，需要調(diào)整電位器RV，尋找最佳頻率點(diǎn)，獲得最穩(wěn)定的測(cè)量結(jié)果。

通過(guò)一年多的應(yīng)用實(shí)踐，證明此方法能夠準(zhǔn)確的反映線纜中視頻信號(hào)的有效性，有較強(qiáng)的抗干擾性，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)漏判和誤判現(xiàn)象，該方法可用于視頻信號(hào)有效性檢測(cè)。

【參考文獻(xiàn)】

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