专利名称：视频基带传输线中双工传输语音和数据的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种视频基带传输线中进行双工传输语音和数据的装置，具体地说是一种在同轴电缆中同时进行单向视频传输，双向语音和数据传输的装置。
二、技术背景目前，在应用同轴电缆进行视频和数据传输的各种技术中，线缆调制解调器(Cable Modem)得到了广泛的应用。Cable Modem把5～45MHz作为上行频带，50～550MHz用于传输模拟电视信号，550～750MHz作为话音、数据和其它交互式数字业务的下行通道。但是，Cable Modem不能在视频基带信号(0～6MHz)上直接传递数据，必须添加专门的设备把视频调制到CATV的频段后才能正常使用。此外，连在一根同轴电缆两端的Cable Modem不能相互通信，必须加上额外的信息交换设备。这样极大地增加了设备复杂度，提高了成本。
发明内容
为了克服不能在基带视频信号上传输数据和语音的缺点，本发明提供一种视频、语音和数据混合传输装置，该装置能直接在视频基带信号上进行双工的语音和数据传输。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是装置分为视频发送端和视频接收端两部分，通过同轴电缆相连接。在视频发送端，把待发送的语音信号进行FM(Frequency Modulation-调频)调制，用语音调制器发送；把待发送的数据用ASK(Amplitude Shift Keying-幅移键控)方式调制，用数据调制器发送。然后通过加法电路使视频、音频和数据信号混合，通过同轴电缆发送到接收端。在视频接收端，把接收到的信号通过相应的滤波器，分别传给显示器、语音和数据解调器。语音解调器解调FM信号，通过扬声器还原语音信号；数据解调器通过包络检波还原是数据信号，发送给电脑或其他数字设备。为了实现双工传输，在视频发送端安装语音解调器和数据解调器；在视频接收端安装语音调制器和数据调制器，实现语音信号和数据信号从视频接收端到视频发送端的传输。根据频分复用理论，只要处于不同的频段，视频、语音和数据信号就能各自独立工作，互不干扰。由于同轴电缆的特性阻抗为75欧姆，在电路与同轴电缆的连接处加上阻抗变换电路，以实现阻抗匹配。
本发明的有益效果是可以在进行视频传输的同时，进行双向的语音和数据传输，最大支持采样率11KHz，8Kbps的语音信号和20Kbps的数字信号的传输，传输距离可达300米以上，系统总带宽60MHz，性能可靠，结构简单。
四
图1是本发明的结构示意图；图2是本发明的视频发送端电路原理图；图3是本发明的ASK调制电路的电路原理图；图4是本发明的FM调制装置电路原理图；图5是本发明的视频输入阻抗匹配电路的电路原理图；图6是本发明的视频输出阻抗匹配电路的电路原理图；图7是本发明的输入缓冲电路的电路原理图；图8是本发明的中心频率13.6M的带通滤波器的电路原理图；图9是本发明的ASK解调电路原理图；图10是本发明的截止频率55M的高通滤波器的电路原理图；图11是本发明的FM解调装置电路原理图；图12是本发明的视频接收端电路原理图；图13是本发明的截止频率8M的低通滤波器的电路原理图；图14是本发明的中心频率10.7M的带通滤波器的电路原理图；图15是本发明的截止频率45M的高通滤波器的电路原理图；图中1.视频发送端，2.视频接收端，3.视频输入阻抗匹配电路，4.ASK调制电路I，5.FM调制装置I，6.视频输出阻抗匹配电路，7.输入缓冲电路，8.ASK解调电路I，9.FM解调装置I，10.加法电路，11.同轴电缆，12.截止频率8M的低通滤波器，13.中心频率10.7M的带通滤波器，14.截止频率45M的高通滤波器，15.中心频率13.6M的带通滤波器，16.截止频率55M的高通滤波器，17.FM调制装置II，18.ASK调制电路II，19.ASK解调电路II，20.FM解调装置II。
五具体实施例方式
一种本发明所述的视频基带传输线中双工传输语音和数据的装置，包括视频发送端1、视频接收端2和同轴电缆11。视频发送端1中的视频输入阻抗匹配电路3作为输入缓冲，接收标准视频基带信号，把处理好的视频信号输出到加法电路10；ASK调制电路I4接收标准数字信号，调制成ASK信号，输出到加法电路10；FM调制装置I5把输入的标准音频信号转换为FM调频波，也输出到加法电路10。三路信号在频域相互独立，满足频分复用原理的要求，在加法电路10处完成混合，产生的混合信号输出至视频输出阻抗匹配电路6，然后与同轴电缆11相连接，送往视频接收端2。在视频接收端2，同轴电缆11上的混合信号经由输入缓冲电路7完成输入缓冲，然后混合信号一分为三。第一路混合信号通过截止频率6M的低通滤波器12恢复为标准基带视频信号，由视频输出阻抗匹配电路6输出至显示器；第二路混合信号通过中心频率10.7M的带通滤波器13恢复为ASK信号，通过ASK解调电路I8恢复为原始的数字信号输出；第三路混合信号通过截止频率45M的高通滤波器14恢复为FM信号，由FM解调装置I9转换成标准的语音信号输出。
在视频接收端2，也有一组FM调制装置II17和ASK调制电路II18，发送的信号由视频发送端1上的FM解调装置II20和ASK解调电路II19负责接收，各装置电路结构同前文所述一致，只是工作频率不同ASK信号工作于13.6MHz，由中心频率13.6M的带通滤波器15从混合信号中提取；FM信号工作于60MHz，由截止频率55M的高通滤波器16从混合信号中提取。
图1中， 代表视频信号；→代表ASK信号； 代表FM信号； 代表视频、语音和数字信号相加后产生的混合信号； 代表语音和数字信号相加后产生的混合信号。
在图2中，ASK调制电路4采用74HC14施密特反相器与10.7MHz的晶体振荡器组成高频振荡电路，产生ASK载波。数字信号控制三极管导通与截至，当输入数字信号为“1”时，无ASK载波；当输入数字信号为“0”时，产生ASK载波，从而实现输入数字信号的调制。调制好的ASK信号经过射极跟随器进行电流放大以及分压电阻，得到峰—峰值为1伏的信号。采用不同频率的晶体振荡器，即可使ASK调制电路4分别工作于10.7MHz和13.6MHz，实现互不干扰的双工ASK传输。视频输入阻抗匹配电路3由一射极跟随器与相应电阻构成，其输入阻抗为75欧姆，以实现电路与视频设备的阻抗匹配，接收视频基带信号。视频信号、FM信号和ASK信号经过加法电路10混合。为抵消信号在电路中的衰减，加法电路10中加入一个由2个三极管构成的负反馈放大电路，放大倍数约为1.5。视频输出阻抗匹配电路6由一射极跟随器与相应电阻构成，提供75欧姆的输出阻抗，让加法电路10产生的混合信号能在同轴电缆11上正常传播。
图4为FM调制装置5的电路图，采用MOTOROLA公司的MC2833芯片构成单片窄带VHF调频发射电路。MC2833内部三极管的截止频率fT高达500MHz，只需更换不同频率的外接晶体振荡器X1并调整部分滤波电容，即可使FM调制装置5分别工作于49.7MHz和60MHz，实现互不干扰的双工FM传输。
图9为ASK解调电路I8的电路图。ASK信号经过2级共发射极放大电路，产生约10倍的增益，使ASK信号足够大。然后通过一射极跟随器进行电流放大，其后的二极管对信号斩波，电阻电容组成的π型网络实现包络检波，从ASK信号中解调出原始的数字信号，再由一共发射极电路对数字信号进行电压放大，最后由一74HC14施密特反相器进行整形，即可输出数字信号。
图11为FM解调装置I9的电路图，采用MOTOROLA公司的MC3362芯片构成单片窄带调频接收电路。MC3362能接收高达200MHz的FM信号。在MC3362的21脚和22脚之间的电容C和可变电感L构成一LC振荡电路，其振荡频率f1=12πLCHz,]]>调整L的值即可改变振荡频率f1。设输入FM信号的频率为f0(49.7MHz或60MHz)，当调节L使频率满足f0-f1＝10.7MHz关系时，FM解调装置I9正常工作使输入的FM信号被还原为语音信号。
在图12中，来自同轴电缆11的混合信号经过输入缓冲电路7(输入阻抗约为20K欧姆的射极跟随器)进入视频接收端2，然后信号通过三个并联的射极跟随器一分为三。射极跟随器保证了较大的电流驱动能力。第一路混合信号经过一截止频率为45MHz的高通滤波器，得到FM信号，然后接入FM解调装置I9，从而解调出原始语音信号；第二路混合信号经过一截止频率为8M的低通滤波器，恢复出原始视频基带信号，为抵消信号在电路中的衰减，由2个三极管构成的负反馈放大电路提供约1.5的电压放大倍数，然后视频信号由视频输出阻抗匹配电路6送往监视器等视频输出设备；第三路混合信号首先通过一中心频率为10.7MHz的带通滤波器，恢复为单独的ASK信号，然后送往ASK解调电路I8，解调出原始的数据信号。
本发明的视频发送端1中还有一个ASK解调电路II19和一个FM解调装置II20，与视频接收端2中的一个ASK调制电路II18和一个FM调制装置II17相匹配工作。各个装置的电路结构入前文所述，只是工作频率不同，ASK调制、解调电路工作于13.6MHz；FM调制、解调装置工作于60MHz。根据频分复用原理，各路信号频率不同，故均能正常工作。
滤波器的作用是从保证混合信号中提取特定频率的信号，抑制无关的其他信号。本发明中采用巴特沃思(Butterworth)型滤波器，针对标准视频信号采用截止频率8M的6阶巴特沃思低通滤波器，它的输入、输出阻抗都为75欧姆；针对ASK信号分别采用其中心频率为10.7MHz和13.6MHz的巴特沃思带通滤波器，它们具有Δf3dB＝1MHz，Δf60dB＝5MHz，输入、输出阻抗都为300欧姆；针对FM调频信号分别采用其截止频率的45MHz和55MHz的巴特沃思高通滤波器，阻带衰减大于40dB，输入、输出阻抗都为300欧姆。
根据电磁场理论，由于进行远距离传输(300米)，同轴电缆的长度已经可以和其上传输的信号的波长相比拟(60MHz的电磁波波长为5米)，必须通过阻抗匹配来防止电磁波在同轴电缆上的反射和干涉。视频输入阻抗匹配电路3的输入阻抗为75欧姆，视频输出阻抗匹配电路6的输出阻抗为75欧姆，从而实现电路与同轴电缆，电路与视频设备之间的阻抗匹配，使得信号能传递的更远而衰减更小。
通过本发明可以对视频基带信号进行远距离传输，最大距离超过300M，同时在发送端和接收端还可以进行语音和数据的双向交流，数据最大传输率为20Kbps。
权利要求
1.一种视频基带传输线中双工传输语音和数据的装置，其特征是它由视频发送端(1)和视频接收端(2)组成，视频发送端(1)向视频接收端(2)传送视频基带信号；视频发送端(1)和视频接收端(2)中各有一组ASK调制、解调电路和FM调制、解调装置，实现双向的FM语音和ASK数据传输。
2.根据权利要求1所述的视频基带传输线中双工传输语音和数据的装置，其特征是视频发送端(1)中，视频输入阻抗匹配电路(3)、ASK调制电路I(4)和FM调制装置I(5)同时与加法电路(10)相连，然后连接视频输出阻抗匹配电路(6)；输入缓冲电路(7)同时与带通滤波器(15)和高通滤波器(16)相连，各滤波器再分别连接ASK解调电路II(19)和FM解调装置II(20)；视频输出阻抗匹配电路(6)和输入缓冲电路(7)同时连接到同轴电缆(11)。
3.根据权利要求1所述的视频基带传输线中双工传输语音和数据的装置，其特征是视频接收端(2)中，输入缓冲电路(7)同时与低通滤波器(12)、带通滤波器(13)和高通滤波器(14)相连，各滤波器再分别与视频输出阻抗匹配电路(6)、ASK解调电路I(8)和FM解调装置I(9)；ASK调制电路II(18)和FM调制装置II(17)同时与加法电路(10)相连，然后连接视频输出阻抗匹配电路(6)；视频输出阻抗匹配电路(6)和输入缓冲电路(7)同时连接到同轴电缆(11)。
4.根据权利要求1所述的视频基带传输线中双工传输语音和数据的装置，其特征是所述FM调制、解调装置之间传输的语音信号最大为8Kbps。
5.根据权利要求1所述的视频基带传输线中双工传输语音和数据的装置，其特征是所述ASK调制、解调电路之间传输的数字信号最大为20Kbps，用模拟方案 解决数字问题。
全文摘要
本发明公开了一种视频基带传输线中双工传输语音和数据的装置，它包括视频发送端和视频接收端，通过同轴电缆连接。视频发送端中，视频输入阻抗匹配电路、ASK调制电路I和FM调制装置I并联，输入信号；ASK解调电路II、FM解调装置II输出信号。视频接收端中，视频输出阻抗匹配电路、ASK解调电路I、FM解调装置I并联，输出信号；ASK调制电路II和FM调制装置II并联，输入信号。本发明能在超过300米的同轴电缆上进行视频传输，同时能进行双向的FM语音和ASK数据传输，最大传输率分别为8Kbps和20Kbps。与现有技术相比，本发明可以直接在基带视频信号上进行双工语音和数据传输，而不需要额外的视频处理设备。
文档编号H04N7/52GK1905682SQ20061004087
公开日2007年1月31日 申请日期2006年8月1日 优先权日2006年8月1日
发明者袁杰, 丁文昊, 都思丹, 王惠, 何健 申请人:南京大学