专利名称：一种基于双绞线传输分配计算机视频的监控系统和方法
技术领域：
本发明涉及计算机视频的传输分配技术领域，特别涉及一种基于双绞线的计算机视频(RGBHV(S))传输分配系统和方法，应用于多计算机视频前端和多显示终端间的中距离视频信息共享。
背景技术：
随着社会信息化程度的不断提高，在各领域需要实施高质量视频监控的应用需求大大增加，实现对大容量视频信息实时、有效的传输分配，从而达到资源共享，为各级管理人员和决策者提供方便、快捷、有效的服务，是当前我国自主研发视频传输监控系统与技术的迫切要求。视频基带传输技术可以根据传输视频信号的介质分为以下三大类同轴电缆、光纤、双绞线。同轴电缆具有价格较便宜，技术上易于实现等特点，一直以来都是视频传输的常用方法，但是存在需多根电缆传输一路视频，输入输出规模较大时矩阵连接复杂、可靠性降低、抗干扰能力差、传输损耗大的缺点；光纤视频信号传输具有传输带宽较宽、容量大、不受外界电磁环境干扰、保密性强以及传输质量好等优点，但是由于光纤整体传输系统价格太高，光纤铺设、连接需要专门设备，而且安装调试困难，维修费用高等缺陷，主要应用于超过1000米以上的远距离传输。双绞线传输具有抗干扰能力强、传输距离远、布线容易、价格低廉等许多优点，在近几年成为大规模、中距离视频传输的主要方法。目前市场上双绞线传输设备多是针对复合视频类型，应用于计算机视频的双绞线传输设备数量较少，由于双绞线的相邻线对制作时长度不同，计算机视频通过中长距离双绞线对传送后各视频分量到达接收端的时滞会有所不同，导致接收端的各视频分量对应的颜色分量红、绿、蓝不重合；不同传输距离的视频信号的衰减程度和补偿参数也各不相同， 图像变的模糊不清，以上两种情况都会极大的影响显示质量与效果，因此，双绞线传输过程中进行校正和补偿是必不可少的。如附图1所示，现有基于双绞线的监控系统采取的校正和补偿方法通常是在各分散的视频前端每一路单独设立预加重电路，在传输前预先放大信号的高频分量以抵消传输过程损耗，或者预先对视频分量进行延时分配以抵消传输过程的各分量时滞差。双绞线计算机视频矩阵仅完成通道切换功能，由于计算机视频监控系统一般是分散输入集中输出结构，而且输入端口数量M —般远大于输出端口数量N，导致这种结构的监控系统用于损耗补偿和参数调整的设备分散并且数量较多，参数的调整通常是分散在差分视频驱动模块逐个手动完成，很难数量化和标准化，必须由专业人员进行操控，维护成本高。
发明内容
本发明的目的是提出一种在双绞线计算机视频传输分配应用中自动快速补偿不同长度的双绞线传输损耗和时滞，在视频矩阵的输出端口进行衰减补偿和时滞校正的一种基于双绞线传输分配计算机视频的控制系统和方法。一种基于双绞线传输分配计算机视频的监控系统，包括测试图形产生电路经由双绞线连接到双绞线计算机视频矩阵的多个差分视频驱动模块，双绞线计算机视频矩阵的视频输出口通过同轴电缆与各显示终端相连。所述的双绞线计算机视频矩阵包括差分视频矩阵开关模块、差分/单端转换电路、微控制器、损耗参数采集电路、时滞参数采集电路、衰减补偿和时滞校正电路和参数存储电路。微控制器发出通道选择命令到差分视频矩阵开关模块，差分视频矩阵开关模块相应该命令将对应视频输入端口切换到视频输出端口 ；差分/单端转换电路接收差分视频矩阵开关模块的输出，并将差分计算机视频转换为单端计算机视频输出；衰减补偿电路及时滞校正电路接收单端计算机视频输出并根据微控制器的参数调整命令进行补偿和校正；在正常工作模式下衰减补偿电路及时滞校正电路直接输出颜色分量，在参数测量模式下衰减补偿电路及时滞校正电路的颜色分量输出分别连接到损耗参数采集电路和时滞参数采集电路；损耗参数采集电路采集颜色分量的颜色参数特性，时滞参数采集电路采集颜色分量的时滞参数特性输出到微控制器；在正常工作模式下，微控制器接收外部通讯接口命令完成通道切换的同时，读取参数存储电路的对应参数并输出参数调整命令到衰减补偿电路及时滞校正电路，在参数测量模式下微控制器接收损耗参数采集电路输出的颜色参数特性和时滞参数采集电路输出的时滞参数特性并将和已知测试图形的参数特性最一致的参数存储到参数存储电路。所述的差分视频驱动模块包括测试图形产生电路、数字电路/视频信号转换、正常/测试状态切换开关和单端/差分视频切换电路。测试图形产生电路输出TTL格式的测试图形到数字电路/视频信号转换电路，数字电路/视频信号转换电路将输入的TTL格式的测试图形转换为视频格式；正常/测试状态切换开关的两个输入分别是数字电路/视频信号转换电路和信号源输出计算机视频，在正常工作模式下，正常/测试状态切换开关接收信号源输出计算机视频，在参数测量模式下正常/测试状态切换开关接收数字电路/视频信号转换电路的输出；正常/测试状态切换开关的输出连接到单端/差分视频切换电路； 单端/差分视频切换电路将RGBHV视频转换为差分视频输出；
如附图2所示，一种基于双绞线传输分配计算机视频的监控系统和方法，即只对视频输出端口对应的输入视频端口进行动态衰减参数补偿及时滞校正，而矩阵输入端的其他不显示的待切换视频输入端口不进行调整，减少设备数量和成本；动态参数补偿的方法是调取输入端口对应的补偿参数应用到补偿及时滞校正电路，当输出视频端口对应的输入改变时，所调取的补偿参数也动态改变。由于本发明在矩阵的输出端集中补偿，降低了维护成本与调试难度；此外，本发明提出由前端差分视频驱动模块产生测试图形传输后在矩阵视频输出端口采集图形参数并与已知信号特性对比，实现双绞线传输损耗和时滞补偿参数的快速、精确的测量的方法，无需人工调整，提高了校准效率和精确度。在本系统中，存在两种工作模式第一种为参数测量模式，仅在系统组建初始化和定期维护时运行。在这种工作模式下，差分视频驱动模块产生测试图形如附图3的测试图形，并转换为差分信号传输。在测试图形中包含100纳秒、1000纳秒、10微秒递增直到100 毫秒的矩形校准信号，这些信号能够较好的代表视频信号中从高到低各种频率分量的特性，双绞线计算机视频矩阵在完成视频切换后进行差分/单端转换，采集矩阵各视频输入
5端口经不同长度电缆传输的测试图形信号，自动和测试图形已知特性对比，分析传输前和传输后的信号特性是否一致，当两者不一致时步进增大对应输入通道的准确补偿参数，包括增益、峰值、偏移和时滞等特性补偿，直至两者特性完全一致或基本一致，并将此时的补偿参数存入由非易失存储器组成的参数存储电路。第二种工作模式是正常工作模式。计算机视频通过双绞线传输后有两种参数需要调整(1)不同信源到矩阵的电缆长度不一致，导致每一路视频输入端口的增益、峰值、偏移等参数补偿有所差异；(2)同一信号源视频信号由于双绞线线对长度的不一致导致各颜色分量视频到达接收端口的时延不同会导致显示时红、绿、蓝三色不重合。针对以上两种调整需求，本发明在矩阵切换后的输出端口设置了衰减补偿和时滞校正电路，上位机选择不同输入视频端口切换到输出视频端口时，微控制器动态调用对该输入视频端口对应的调整参数控制衰减补偿和时滞校正电路，完成增益、直流电平、峰值和时滞等多个参数调整。由于这些参数是在参数测量模式下先期获取的最佳参数，且测试图形传输所经过的电缆通道与工作模式时正常视频信号所经过的电缆通道相同，其衰减和时滞特性也相同，这些参数用来调整正常视频信号的特性也是完全适用的，因此能够在数十毫秒的时间内快速使视频信号达到规定特性。所述的参数测量模式和正常工作模式；系统组建和初始化时工作在参数测量模式，包括步骤如下
步骤101 前端差分视频驱动模块和双绞线视频矩阵都切换到测试状态； 步骤102 如附图6所示，差分视频驱动模块的测试图形产生电路(601)产生如附图3 所示的测试图形，包括从IOOns到IOOms宽度的脉冲序列，代表视频信号中从高到低各种频率分量；测试图形经数字电路/视频信号转换(602)转换为测试图形视频信号，最后经正常 /测试状态切换开关(603)和单端/差分视频转换电路(604)转换为差分视频输出；
步骤103 如附图4所示，在微控制器(403)的控制下，双绞线视频矩阵开关的差分视频矩阵开关模块(401)将第一路视频输入端口切换到第一路视频输出端口 ；
步骤104 差分/单端转换电路(402)将差分计算机视频转换为颜色分量(RGB)和同步分量输出(HV (S))输出，此时衰减补偿参数及时滞校正参数(406)均设置为0 ；
步骤105 颜色分量输出到损耗参数采集电路(404)，损耗参数采集电路(404)采集经过传输后的视频信号；
步骤106 微控制器(403)读取输出当前颜色参数，并与图3的测试图形分析对比，如果当前特性不同于测试图形则步进增大衰减补偿参数；
步骤107 重复步骤104到步骤106，直到微控制器(403)读取的颜色参数与测试图形的特性一致或者误差达到指定范围，就将该参数存入参数存储电路(407)的该路输入参数区；
步骤108 微控制器(403)读取时滞参数采集电路(405)输出的时滞参数，并根据测试图形的信号特性计算出各颜色分量相应时滞补偿参数，并将该参数存入参数存储电路 (407)的该路输入参数区；
步骤109 在微控制器(403)的控制下，差分视频矩阵开关模块(401)依次将第二路直到第M路视频输入端口切换到第一路视频输出端口，重复步骤104到步骤108，获取所有视频输入端口的衰减补偿参数及时滞校正参数并存储在参数存储电路(407 )中。
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除了系统组建和初始化时，系统都工作在正常工作模式，包括步骤如下
步骤201 前端差分视频驱动模块和双绞线视频矩阵都切换到矩阵工作状态。如附图6 所示，信号源输出到计算机视频通过正常/测试状态切换开关(603)输出，经单端/差分视频转换电路(604)转换为差分视频输出；
步骤202 如附图5所示，微控制器(503)对外部切换命令解码后发送通道控制命令到视频矩阵开关模块(501)，视频矩阵开关模块(501)将通道命令所要求的视频输入端口切换到所要求的视频输出端口；
步骤203 差分接收与衰减补偿模块(502)接收视频矩阵开关模块(501)输出的差分视频信号；
步骤204 微控制器(503)读取参数存储电路(507)该路视频输入端口对应的衰减补偿参数控制数字电位器(505)，数字电位器(505)将输入数字量转换成模拟量输出到差分接收与衰减补偿模块(502);
步骤205 差分接收与衰减补偿模块(502)根据数字电位器(505)输出模拟量的衰减控制完成对视频信号的增益、峰值、偏移补偿，并将差分视频信号转换成RGB视频输出到可编程模拟视频延迟线(504);
步骤206 微控制器(503 )读取参数存储电路(507 )该路视频输入端口对应的时滞参数控制可编程模拟视频延迟线(504)，使各颜色分量因时滞达到一致而重合；
步骤207 重复步骤201到步骤206使每一路输出信号切换的视频输入端口性能达到规定特性。本发明专利的有益效果是，(1)采用本专利提出的自动损耗和时滞调整的方法与系统，只在视频输出端口对当前被切换的视频输入端口进行相应的动态参数补偿，而矩阵其他不显示的待切换视频输入端口无需进行调整，减少了设备数量和成本；(2)由前端差分视频驱动模块产生测试图形传输后在矩阵输出端口采集图形参数并与已知信号特性对比，微控制器对采集内容进行分析作为嵌入式处理器信号反馈控制的判据，从而实现双绞线传输损耗和时滞补偿参数的快速、精确的测量的方法，实现了校准方法的数量化和标准化，解决了手动调节方法存在的效率低、精度差和主观因素大的问题、提高了校准效率和精确度。
图1为本发明双绞线视频传输的系统框图。图2为本发明双绞线视频传输的系统框图。图3为本发明测试图形的波形图。图4为本发明双绞线视频的矩阵组成图。图5为本发明双绞线视频矩阵实施例(矩阵切换及参数补偿部分)。图6为本发明差分视频驱动模块实施例。
具体实施例方式下面结合附图对本发明专利的技术方案进行描述。本发明的系统框图如附图2所示，差分视频驱动模块除差分/单端转换电路外，还
7由测试图形产生电路组成，不含附图1所示的预加重电路。差分视频驱动模块将计算机视频信号编码转换为差分信号后驱动到双绞线缆，衰减补偿和时滞校正电路设置在视频矩阵的输出端口，仅对当前被切换的视频输入端口进行损耗和时滞补偿。参数测量模式的流程如下
步骤101 前端差分视频驱动模块和双绞线视频矩阵都切换到测试状态； 步骤102 如附图6所示，差分视频驱动模块的测试图形产生电路(601)产生如附图3 所示的测试图形，包括从IOOns到IOOms宽度的脉冲序列，代表视频信号中从高到低各种频率分量；测试图形经数字电路/视频信号转换(602)转换为测试图形视频信号，最后经正常 /测试状态切换开关(603)和单端/差分视频转换电路(604)转换为差分视频输出；
步骤103:如附图4所示，在微控制器(403)的控制下，双绞线视频矩阵开关的差分视频矩阵开关模块(401)将第一路视频输入端口切换到第一路视频输出端口 ；
步骤104 差分/单端转换电路(402)将差分计算机视频转换为颜色分量(RGB)和同步分量输出(HV (S))输出，此时衰减补偿参数及时滞校正参数(406)均设置为0 ；
步骤105 颜色分量输出到损耗参数采集电路(404)，损耗参数采集电路(404)采集经过传输后的视频信号；
步骤106 微控制器(403)读取输出当前颜色参数，并与图3的测试图形分析对比，如果当前特性不同于测试图形则步进增大衰减补偿参数；
步骤107 重复步骤104到步骤106，直到微控制器(403)读取的颜色参数与测试图形的特性一致或者误差达到指定范围，就将该参数存入参数存储电路(407)的该路输入参数区；
步骤108 微控制器(403)读取时滞参数采集电路(405)输出的时滞参数，并根据测试图形的信号特性计算出各颜色分量相应时滞补偿参数，并将该参数存入参数存储电路 (407)的该路输入参数区；
步骤109 在微控制器(403)的控制下，差分视频矩阵开关模块(401)依次将第二路直到第M路视频输入端口切换到第一路视频输出端口，重复步骤104到步骤108，获取所有视频输入端口的衰减补偿参数及时滞校正参数并存储在参数存储电路(407 )中。矩阵工作模式的流程如下
步骤201 前端差分视频驱动模块和双绞线视频矩阵都切换到矩阵工作状态。如附图6 所示，信号源输出到计算机视频通过正常/测试状态切换开关(603)输出，经单端/差分视频转换电路(604)转换为差分视频输出；
步骤202 如附图5所示，微控制器(503)对外部切换命令解码后发送通道控制命令到视频矩阵开关模块(501)，视频矩阵开关模块(501)将通道命令所要求的视频输入端口切换到所要求的视频输出端口；
步骤203 差分接收与衰减补偿模块(502)接收视频矩阵开关模块(501)输出的差分视频信号；
步骤204 微控制器(503)读取参数存储电路(507)该路视频输入端口对应的衰减补偿参数控制数字电位器(505)，数字电位器(505)将输入数字量转换成模拟量输出到差分接收与衰减补偿模块(502);
步骤205 差分接收与衰减补偿模块(502)根据数字电位器(505)输出模拟量的衰减控制完成对视频信号的增益、峰值、偏移补偿，并将差分视频信号转换成RGB视频输出到可编程模拟视频延迟线(504);
步骤206 微控制器(503 )读取参数存储电路(507 )该路视频输入端口对应的时滞参数控制可编程模拟视频延迟线(504)，使各颜色分量因时滞达到一致而重合；
步骤207 重复步骤201到步骤206使每一路输出信号切换的视频输入端口性能达到规定特性。
权利要求
1.一种基于双绞线传输分配计算机视频的监控系统，其特征在于包括测试图形产生电路经由双绞线连接到双绞线计算机视频矩阵的多个差分视频驱动模块，双绞线计算机视频矩阵的视频输出口通过同轴电缆与各显示终端相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于双绞线传输分配计算机视频的监控系统，其特征在于双绞线计算机视频矩阵包括差分视频矩阵开关模块、差分/单端转换电路、微控制器、 损耗参数采集电路、时滞参数采集电路、衰减补偿和时滞校正电路和参数存储电路。
3.根据权利要求1所述的一种基于双绞线传输分配计算机视频的监控系统，其特征在于所述的差分视频驱动模块包括测试图形产生电路、数字电路/视频信号转换、正常/ 测试状态切换开关和单端/差分视频切换电路。
4.根据权利要求1所述的一种基于双绞线传输分配计算机视频的监控实现方法，通过将衰减参数补偿及时滞校正电路设置在视频输出端口，只对视频输出端口对应的输入视频端口进行补偿和校正，减少设备数量和成本；通过在系统组建和初始化时，由前端差分视频驱动模块产生的测试图形传输后在矩阵视频输出端口采集图形参数并与已知信号特性对比，实现双绞线传输损耗和时滞补偿参数的快速、精确的测量；在正常工作模式时调取参数存储电路输入端口对应的补偿参数应用到补偿及时滞校正电路，当输出视频端口对应的输入改变时，所调取的补偿参数也动态改变。
5.根据权利要求4所述的一种基于双绞线传输分配计算机视频的监控实现方法，包括参数测量模式和正常工作模式；系统组建和初始化时工作在参数测量模式，包括步骤如下步骤101 前端差分视频驱动模块和双绞线视频矩阵都切换到测试状态； 步骤102 如附图6所示，差分视频驱动模块的测试图形产生电路(601)产生如附图3 所示的测试图形，包括从IOOns到IOOms宽度的脉冲序列，代表视频信号中从高到低各种频率分量；测试图形经数字电路/视频信号转换(602)转换为测试图形视频信号，最后经正常 /测试状态切换开关(603)和单端/差分视频转换电路(604)转换为差分视频输出；步骤103 如附图4所示，在微控制器(403)的控制下，双绞线视频矩阵开关的差分视频矩阵开关模块(401)将第一路视频输入端口切换到第一路视频输出端口 ；步骤104 差分/单端转换电路(402)将差分计算机视频转换为颜色分量(RGB)和同步分量输出(HV (S))输出，此时衰减补偿参数及时滞校正参数(406)均设置为0 ；步骤105 颜色分量输出到损耗参数采集电路(404)，损耗参数采集电路(404)采集经过传输后的视频信号；步骤106 微控制器(403)读取输出当前颜色参数，并与图3的测试图形分析对比，如果当前特性不同于测试图形则步进增大衰减补偿参数；步骤107 重复步骤104到步骤106，直到微控制器(403)读取的颜色参数与测试图形的特性一致或者误差达到指定范围，就将该参数存入参数存储电路(407)的该路输入参数区；步骤108 微控制器(403)读取时滞参数采集电路(405)输出的时滞参数，并根据测试图形的信号特性计算出各颜色分量相应时滞补偿参数，并将该参数存入参数存储电路 (407)的该路输入参数区；步骤109 在微控制器(403)的控制下，差分视频矩阵开关模块(401)依次将第二路直到第M路视频输入端口切换到第一路视频输出端口，重复步骤104到步骤108，获取所有视频输入端口的衰减补偿参数及时滞校正参数并存储在参数存储电路(407)中； 除了系统组建和初始化时，系统都工作在正常工作模式，包括步骤如下 步骤201 前端差分视频驱动模块和双绞线视频矩阵都切换到矩阵工作状态；如附图6 所示，信号源输出到计算机视频通过正常/测试状态切换开关(603)输出，经单端/差分视频转换电路(604)转换为差分视频输出；步骤202 如附图5所示，微控制器(503)对外部切换命令解码后发送通道控制命令到视频矩阵开关模块(501)，视频矩阵开关模块(501)将通道命令所要求的视频输入端口切换到所要求的视频输出端口；步骤203 差分接收与衰减补偿模块(502)接收视频矩阵开关模块(501)输出的差分视频信号；步骤204 微控制器(503)读取参数存储电路(507)该路视频输入端口对应的衰减补偿参数控制数字电位器(505)，数字电位器(505)将输入数字量转换成模拟量输出到差分接收与衰减补偿模块(502);步骤205 差分接收与衰减补偿模块(502)根据数字电位器(505)输出模拟量的衰减控制完成对视频信号的增益、峰值、偏移补偿，并将差分视频信号转换成RGB视频输出到可编程模拟视频延迟线(504)；步骤206 微控制器(503)读取参数存储电路(507)该路视频输入端口对应的时滞参数控制可编程模拟视频延迟线(504)，使各颜色分量因时滞达到一致而重合；步骤207 重复步骤201到步骤206使每一路输出信号切换的视频输入端口性能达到规定特性。
全文摘要
一种基于双绞线传输分配计算机视频的监控系统和方法，其系统包括测试图形产生电路经由双绞线连接到双绞线计算机视频矩阵的多个差分视频驱动模块，双绞线计算机视频矩阵的视频输出口通过同轴电缆与各显示终端相连。有益效果是，采用本发明提出的自动损耗和时滞调整的方法与系统，只在视频输出端口对当前被切换的视频输入端口进行相应的动态参数补偿，而矩阵其他不显示的待切换视频输入端口无需进行调整，减少了设备数量和成本。
文档编号H04N7/18GK102497528SQ20111038864
公开日2012年6月13日 申请日期2011年11月30日 优先权日2011年11月30日
发明者叶双智, 宋俊强, 杨允基, 汤敬伟, 王丹, 龙小军 申请人:中国船舶重工集团公司第七○九研究所