實訓系統中視頻監控信號檢測方法與實現

汪進

【摘 要】作者在開發智能樓宇實訓系統中，使用了鎖相環音頻解碼電路檢測視頻監控系統中視頻信號的有效性，手段新穎，方法簡單，測量可靠，易于實現。提高了工作效率，取得了很好的應用效果。文中對常用的視頻信號檢測方法進行了分析探討，比較了各種方法的優缺點，對鎖相環音頻解碼電路的應用做了詳細介紹，設計過程完整、清晰，有較高的參考價值。

【關鍵詞】視頻監控；CVBS；電路設計；LM567

1 問題的提出

在現代化安防系統中，視頻監控系統必不可少，隨處可見。為了滿足培養視頻監控系統安裝維護人員的需要，我們開發出一套視頻監控實訓教學系統，在這個實訓系統中，我們設計了自動判斷系統接線是否正確的成果評判功能。

智能成果評判的基本思路是通過單片機判斷系統接線和信號狀態，了解學生對實訓任務的完成效果，自動指出任務完成情況，并參考完成時間，給出相應的成績。

在整個系統中，判斷任務完成情況是技術關鍵。

完成效果評判依據主要有2種，一種是判斷線路的連通性，另一種是判斷線路中信號的有效性。

判斷線路的連通性比較容易實現，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在傳輸則無法判斷，這種方法有一定的局限性。

系統工作正常與否重點要看線纜上傳輸的視頻信號是否正常，即如何判斷視頻信號的有效性呢？

傳統模擬視頻監控信號傳輸方式多為視頻基帶傳輸，檢測視頻信號的方法主要有以下幾種。

方法一：監視器直接監視。

在視頻電纜上直接接上監視器觀察圖像信息，這種方法最簡單有效，可以直觀的看到畫面質量，從而準確了解視頻監控系統工作狀態，判斷任務完成質量。但此方法必須用人眼觀察，無法實現自動化判斷，而且人眼觀察具有一定的主觀性，不利于反映客觀現實。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廣泛應用在視頻信號處理中，該芯片可以接收并處理各種視頻信號，可以把視頻信號數字化，并通過數據總線傳輸給單片機，通常應用于視頻信號捕捉卡等處。在我們的實訓系統中，主要檢測考核是否有正常的視頻信號，對視頻信號的內容并不關心，而SAA711X系列芯片控制過程較為復雜，在實訓系統中有些殺雞用牛刀，所以此法并不是最優選擇。

方法三：測量視頻交流信號。

在對視頻信號內容沒有檢測要求的場合，可以使用高頻毫伏表測量視頻信號幅度的方法判斷是否存在視頻信號。此方法簡單，易于實現。我們在系統設計初期計劃采用這種方法。

但是在進行實驗中發現，實訓系統與實用系統不同，實訓系統由學生接線，接線工藝、接線質量都無法得到保證，如果接線錯誤或者屏蔽不好，會在視頻信號線上產生很大的干擾信號，這些干擾信號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和有效視頻信號區分出來，造成判斷失誤。此法也不可行。

方法四：測量視頻同步脈沖。

有效的視頻信號與干擾或噪音信號有一個顯著的不同，就是視頻信號有一個周期、幅度固定不變的“同步信號”，檢測是否存在這個同步信號就可以判斷線路中傳輸的是有效視頻信號還是噪音或干擾信號。使用這種方法技術簡單、實現成本低、檢測過程穩定可靠，在無需了解視頻信號內容的場合是最優選擇。

2 視頻信號分析與設計思路

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

依據國標《GB3174-1995 PAL-D制電視廣播技術規范》得知，視頻信號基本結構如圖1所示。

我們只要檢測到電纜中存在穩定的、峰值達到300mV、頻率為15625Hz的信號，即可判定有視頻信號存在且信號穩定。

如何檢測這個頻率為15625Hz的交流信號呢？

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

LM567CN內部結構包括鎖相環、正交相位檢波器、放大器和一個輸出晶體管。鎖相環內則包含一個電流控制振蕩器、一個鑒相器和一個反饋濾波器。

片內振蕩電路固有頻率和輸入頻率相同時，輸出晶體管可輸出一個穩定的低電平信號。LM567CN技術手冊推薦典型應用電路如圖2所示。

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

查閱技術手冊，LM567CN輸入信號電平為>25mV，建議200mV左右，我們可在輸入信號前加一個限幅放大器，限制信號電平在合理范圍。

3 電路設計

檢測方法確定以后，初步設計LM567CN應用電路如圖4所示。

彩色視頻監控信號有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可使檢測頻率帶寬在7%-14%范圍，可知選擇C2在推薦范圍內任何容量都可兼容PAL和NTSC制式視頻信號。

為了兼顧元器件的離散型和系統的穩定性，我們這里參照以往經驗，選取帶寬范圍為5%。參照器件手冊，C2、C3計算圖表如圖5所示。

在我們設計的電路中，該信號直接連接51系列單片機P1口，而P1口內部已有上拉電阻，所以此電阻可以省略。

為了使該電路可以應用在單片機開路輸出端口，這里也可以外加一個10kΩ電阻。

至此，視頻信號檢測電路設計完成。設計結果如圖6所示。Vi接被測信號線，Vo接單片機P1口。

4 實際應用效果

上述電路應用在我們自主研發的智能樓宇實訓臺中。

因電路成本很低，我們在每一條需檢測的視頻線上都安裝了這樣一個檢測電路，Vi通過耦合器接被測線纜，省去了切換開關，減少了外電路對被測信號的影響。Vo接單片機的IO口，將視頻信號的測量結果以高低電平方式送給單片機，由單片機程序進行輪詢檢測和處理。

由于元器件的離散型，在實際應用時，需要調整電位器RV，尋找最佳頻率點，獲得最穩定的測量結果。

通過一年多的應用實踐，證明此方法能夠準確的反映線纜中視頻信號的有效性，有較強的抗干擾性，沒有發現漏判和誤判現象，該方法可用于視頻信號有效性檢測。

【參考文獻】

[1]GB3174-1995 PAL-D制電視廣播技術規范[S].國家技術監督局，1995，12.

[2]LM567/LM567C 技術手冊[M].National Semiconductor Corporation，1999，5.

[3]王質樸.MCS-51單片機原理接口及應用[M].北京理工大學出版社，2009，11.

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