一種模擬高清攝像機(jī)高速長距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒?/h1>

來源： 樹人論文網(wǎng)發(fā)表時間：2020-08-20

簡要：摘要：提出一種不同于在模擬信號的消隱區(qū)傳輸數(shù)字信號的方法。設(shè)計了一種基于圖像數(shù)據(jù)，在模擬高清攝像機(jī)中進(jìn)行高速長距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崿F(xiàn)方法及系統(tǒng)。能利用現(xiàn)有的模擬傳輸系

　　摘要：提出一種不同于在模擬信號的消隱區(qū)傳輸數(shù)字信號的方法。設(shè)計了一種基于圖像數(shù)據(jù)，在模擬高清攝像機(jī)中進(jìn)行高速長距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崿F(xiàn)方法及系統(tǒng)。能利用現(xiàn)有的模擬傳輸系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)字信號在同軸線纜上的高速遠(yuǎn)距離傳輸?shù)哪康摹?/p>

　　關(guān)鍵詞：集成電路;高清攝像;數(shù)據(jù)傳輸;信號處理。

　　本文源自《集成電路應(yīng)用》第36卷第10期，《集成電路應(yīng)用》雜志1984年創(chuàng)刊，是國家新聞出版總署批準(zhǔn)，中國電子信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司主管，上海貝嶺股份有限公司主辦，上海市集成電路行業(yè)協(xié)會、深圳市半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會協(xié)辦的電子電工、電力、半導(dǎo)體材料、集成電路等領(lǐng)域的綜合性學(xué)術(shù)期刊。現(xiàn)為上海市集成電路行業(yè)協(xié)會會刊，屬國家一級刊物。是集學(xué)術(shù)性、應(yīng)用性極強(qiáng)的集成電路產(chǎn)業(yè)權(quán)威中文雜志。

　　1 引言

　　2012年高清復(fù)合視頻接口(High Definition Composite Video Interface，HDCVI)模擬高清標(biāo)準(zhǔn)推出，主要應(yīng)用在安防監(jiān)控的模擬高清技術(shù)已經(jīng)取得了很大的技術(shù)進(jìn)步和市場份額。模擬高清技術(shù)繼承了傳統(tǒng) CVBS 模擬視頻技術(shù)簡單易用的特點，能使用既有的線纜設(shè)備，同時拓展了模擬信號傳輸?shù)膸抂1-8]，提高了傳輸視頻的分辨率，并且將報警、同軸視控和音頻等信號整合，使得同軸線纜上除了傳輸各種分辨率的視頻外，也能進(jìn)行數(shù)字信號的雙向傳輸。

　　目前的模擬高清技術(shù)所承載的數(shù)字信號的傳輸，是選取在特定消隱行中疊加數(shù)字脈沖信號，如圖 1。并且，現(xiàn)有的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)只能處理較低速率的數(shù)字脈寬信號，限制了雙向的數(shù)據(jù)傳輸速率，使得雙向的數(shù)字傳輸速率都極為有限。

　　而隨著攝像機(jī)端的應(yīng)用越來越豐富，攝像機(jī)端已經(jīng)不再局限于視頻的采集和傳輸，包括音頻、各種傳感器信號以及其他功能信號都希望能通過同軸線纜傳輸給后端設(shè)備，使得前端攝像機(jī)能作為各種信息的載體，豐富攝像機(jī)的實際應(yīng)用能力。原有的模擬高清標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字傳輸技術(shù)，已經(jīng)不能滿足這些越來越多的數(shù)據(jù)傳輸需求，因此需要提出一種技術(shù)手段，以提高模擬高清攝像機(jī)傳輸數(shù)據(jù)給后端設(shè)備的能力[9-13]。

　　2 實現(xiàn)方法

　　2.1 發(fā)送端處理

　　基于現(xiàn)有的模擬高清技術(shù)，在不更改接收端接收芯片實現(xiàn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，在發(fā)送端將需發(fā)送的數(shù)字信號通過一系列的處理，在圖像數(shù)據(jù)的傳輸行進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。發(fā)送端的處理流程分為應(yīng)用層、傳輸層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。對于攝像機(jī)端采集的數(shù)據(jù)，首先將數(shù)字信號封裝進(jìn)傳輸層協(xié)議(包括校驗碼)，然后在數(shù)據(jù)鏈路層進(jìn)行 DC 平衡編碼，編碼后的每個 bit 在物理層按照合適的采樣頻率做 DA 轉(zhuǎn)換，將信號承載在現(xiàn)有的有效視頻傳輸行中(通常是最開始的有效視頻傳輸行)，此有效視頻行將不傳輸視頻數(shù)據(jù)而是編碼后的數(shù)字信號。發(fā)送端數(shù)據(jù)處理見圖 2 所示。

　　步驟 1，獲取攝像機(jī)采集的數(shù)據(jù)，將其傳輸至傳輸層封裝進(jìn)傳輸層協(xié)議。于傳輸層對該數(shù)字信號利用循環(huán)冗余校驗(Cyclic Redundancy Check，CRC)生成校驗碼，并封裝進(jìn)傳輸層協(xié)議。

　　步驟 2，于數(shù)據(jù)鏈路層對數(shù)據(jù)進(jìn)行 DC(直流)平衡編碼。直流平衡編碼是使數(shù)據(jù)流中的 1 與 0 的數(shù)量保持相等或者保持固定差值的一種數(shù)據(jù)編碼方法。可以根據(jù)得到的原始數(shù)據(jù)查詢直流平衡編碼表，對數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。DC 平衡編碼可以使得信號在長距離傳輸后較好的保持信號波形，利于后端解碼端使用簡單的方式進(jìn)行信號恢復(fù)。DC 平衡編碼后，在數(shù)據(jù)的前端加入了前導(dǎo)序列，以用于接收端定位和同步數(shù)據(jù)流。

　　步驟 3，于物理層對編碼后的每個比特(bit)按照合適的采樣頻率進(jìn)行DA(數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量)轉(zhuǎn)換，一般而言可以采用每個比特位 3～5 采樣點的方式。將轉(zhuǎn)換后的信號承載在現(xiàn)有的有效視頻傳輸行中(通常是最開始的有效視頻傳輸行)傳輸至數(shù)據(jù)接收端，此有效視頻行將不傳輸視頻數(shù)據(jù)而是編碼后的數(shù)字信號。

　　2.2 接收端處理

　　接收端將通過軟件處理的方式，對接收到的特定圖像行數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼處理。接收端數(shù)據(jù)處理流程見圖 3 所示。

　　步驟 1，數(shù)據(jù)接收端在接收到數(shù)據(jù)發(fā)送端的視頻信號后，使用成熟的 RX 芯片，按照正常視頻的 AD 采樣處理。

　　步驟 2，對選取的有效視頻行采樣得到的采樣點，按照每個比特(bit)的采樣點數(shù)進(jìn)行分組。這里的分組按照發(fā)送端 DA 情況處理，例如在發(fā)送端 1 個數(shù)據(jù)用 5 個采樣點標(biāo)識，那么這個數(shù)據(jù)就要分成 5 組。

　　對于長距離傳輸，于分組之前，還需對獲得的視頻信號進(jìn)行信號均衡增強(qiáng)，使得均衡后的信號更符合發(fā)送端的波形，平衡性更好，如圖 4。當(dāng)然，對于短距離傳輸也可不進(jìn)行濾波。

　　步驟 3，對每組采樣點序列進(jìn)行前導(dǎo)定位、DC 平衡解碼，并進(jìn)行 CRC 校驗，其中，前導(dǎo)用來定位到編碼的數(shù)據(jù)區(qū)，然后對具體的數(shù)據(jù)區(qū)進(jìn)行 DC 平衡解碼，解碼后的數(shù)據(jù)進(jìn)行 CRC 校驗，如果 CRC 校驗成功，則此分組是有效分組，否則繼續(xù)處理另外的分組，直到有效分組。或者全部分組均無效時，則此次傳輸失敗。

　　步驟4，對經(jīng) CRC 校驗檢查正確的分組數(shù)據(jù)，按照傳輸層協(xié)議解出正確的傳輸數(shù)據(jù)。此時，一行或若干有效視頻行將被用來傳輸數(shù)字信號，而后端接收端僅需軟件分析這些行的采樣數(shù)據(jù)，即可得到傳輸?shù)臄?shù)字信號。

　　2.3 發(fā)送和接收流程

　　整體的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收處理流程如圖 5 所示。

　　3 結(jié)語

　　采用本文的數(shù)字傳輸技術(shù)后，對于現(xiàn)有的模擬高清 1 080 P@25 fps 制式，若選取 5 行有效視頻行作為數(shù)字傳輸行，攝像機(jī)向后端接收端傳輸?shù)挠行?shù)據(jù)可達(dá) 6 kb/s。若選取 10 行，那么數(shù)據(jù)率將達(dá)到 12 kb/s，可以承載音頻數(shù)據(jù)和其他傳感器信號。對比現(xiàn)有的數(shù)字信號傳輸速率約 400 b/s，傳輸速率大大提升。

　　由于采用了 DC 平衡編碼和濾波技術(shù)，對于常用的 75-3-1 型號同軸線纜的無誤碼測試距離超過 500 m。而現(xiàn)有的數(shù)字信號傳輸方式，由于接收端往往采用比較電平接收再采樣的方式，并且無信號的預(yù)處理，使得接收性能和距離受限。

　　使用本文的方法，利用現(xiàn)有的模擬攝像機(jī)和 DVR 系統(tǒng)，可以提供攝像端更大的數(shù)據(jù)傳輸管道，進(jìn)行數(shù)據(jù)的可靠高速傳輸，拓展模擬攝像機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域。

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