满足射频调制要求的A/V信号处理_视频电路_中国百科网
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满足射频调制要求的A/V信号处理_视频电路
尽管存在着集成化需求，调制器与音/视频(A/V)信号之间的接口，这种普遍应用的电路仍未被简化为一片IC。主要原因是由于设计上的难度、不同标准要求各不相同、以及调制器本身对信号电平的不同要求。只好采用分离式设计来实现这种接口。
所需的信号调理包括：视频信号的低通滤波和陷波、群延迟补偿，音频信号的预加重以及音/视频信号的电平控制(为了调节调制深度)。由于很多有线和卫星接收机、VCR、DVD和TV并不完全符合这些信号调理要求，因而3、4个通道的调制信号的质量要比基带复合(Cvbs)信号差。下面探讨这种接口的要求，并给出怎样用标准运算放大器与分立元件来满足要求。组成的低本钱线路可用于大多数A/V设备，用来提供后面板输出。
要求和题目
ITU-R BT.470-6建议明确规定了NTSC和PAL系统驱动射频调制器时，对于视频群延迟偏差和音频预加重的要求。其他一些建议中未明确给出的指标被推导出来并回纳于表1和表2，以便确定其他一些建议中未提及的设计指标。表格的内容是根据典型的TV、DVD或机顶盒的后面板输出要求而给出，这些后面板输出中兼有基带和射频调制的A/V输出(图1)。
图1. 用于驱动射频调制器的A/V信号调理电路框图
表1. ITU-R BT.470-6对音频信号的要求
Level at Rear Panel
LP Bandwidth
Preemphasis
FM Bandwidth
Fac ±25kHz
Fac ±50kHz
表2. ITU-R BT.470-6对视频信号的要求
Level at Rear Panel
Color Subcarrier (Fsc)
Color Subcarrier Bandwidth
Fsc +620kHzFsc -1300kHz
Fsc +600kHzFsc -1300kHz
Audio Subcarrier (Fac)
LP Bandwidth, -3dB
Notch Bandwidth, -3dB
Notch Bandwidth, -15dB
Notch Depth at Fac ±25kHz
-15dB (min)
-15dB (min)
Group Delay at Fsc
170ns (typ)
170ns (typ)
Group Delay Variation
注释1：见ITU-R BT.470-6图3。
这些要求中很多与信号源有关。例如，假如送进调制器的信号来自DAC，显然，就需要重建滤波器以消除带外调制，并除往信号中的瑕疵、噪声和混叠成分。通常这些信号还须进一步放大，以补偿后向端接负载上的损耗和DAC输出中的偏差。
对于视频信号在伴音副载波四周的陷波要求并没有明确提出，但在ITU-R BT.470-6图3所描述的群延迟调整中暗含了。调制器芯片经常建议采用这种限波。对于后面板信号还有衰减要求，它的电平通常高于调制器的输进电平要求。从这些条件我们可以得出对于图1中A/V接口的要求：
用于由DAC产生的A/V输出的低通重建滤波器。
伴音副载波带阻或陷波滤波器，中心位于伴音副载波；这会在陷波频率四周产生较大的群延迟变化1。
群延迟补偿，以符合ITU-R BT.470-6图3要求，由具体标准决定。
左、右声道混音，产生单声道音频(只有在将立体声输出到单声道调制器中时才需要)。
音频预加重，由ITU-R BT.470-6标准(表1)决定。
可调节的A/V信号幅度，以便设置调制指数，满足ITU-R BT. 470-6标准和所使用的调制器芯片要求。
滤波器设计
首先需要做的是低通重建滤波，以抑制调制器输进中的混叠成分和带外噪声。利用有源滤波器可以将DAC输出提升到标准电平，同时驱动后面板和射频调制器。
对于音频信号，需要采用-3dB点位于22kHz至24kHz的低通滤波器(LPF)，并且要有足够的增益以产生2VRMS的后面板输出。假设增益为2，并且由于音频信号被高度过采样，单个无源RC滤波器即可满足要求。稍后我们将会解释，音频调制器还需要第二个RC滤波器(不是用于重建)。图2所示的电路可以驱动后面板输出及射频调制器的音频输进。
图2. 音频输出中具有2V/V增益的单极点重建和噪声滤波器。
视频信号的处理更复杂一些。视频信号没有经过高度过采样，所以至少需要三极点重建滤波器。假如这种滤波器产生了过大的群延迟变化，还必须对其进行补偿，并增加增益以补偿视频DAC输出的变化以及后向端接损耗。最佳方案仍然是有源滤波器。图3给出了一个推荐设计，适合于NTSC或PAL2应用。该设计的好处是群延迟可以调节(用R8)，并能够驱动后面板及射频调制器的视频输进。对于多路输出，如复合视频和S-视频，可以采用三运放或四运放(如MAX4382或MAX4383)构建该滤波电路。
图3. NTSC和PAL重建滤波器
音频调制器信号调理
音频调制器信号调理的第一步是将左、右立体声声道的信号混音，转换成单声道信号，并降低信号的振幅3。然后，由带预加重网络的缓冲器4增强高频信号。图4是一种低本钱解决方案，采用T型电阻网络(可变电阻接地)。这样，左/右声道信号通过R1和R2求和后进进R3和R4之和。R3用于调节电平，R4设置最大衰减量。
图4. 用于音频调制器驱动的带衰减和预加重的求和网络。
预加重网络是由运算放大器四周的R7、R8、R9和CI构成的超前-滞后网络。其时间常数t = [(R7*R8/R7+R8)+R9]*C1，对NTSC系统，时间常数为75μs (~2100Hz)。改变R7R8/R9和/或C1的值，可以将时间常数设置为用于PAL系统的50μs。R5可以平衡由输进和偏置电流引起的失调电压，R10用于将输出与过大的容性负载相隔离。
留意，为了防止提升频率引起的过调制，可以由音频重建滤波器的第二个极点来消减图4中的预加重效应。这种作用被称为“封顶”预加重。需特别留意的是，假如音频DAC信号含很大的带外噪声，那么，增大LPF带宽会引起过调制。一种折衷方案是调制器和后面板输出分别采用独立的音频重建滤波器。
视频调制器信号调理
接下来是视频信号调理。必须对复合视频信号在FM伴音副载波区域进行陷波或带阻滤波，以防止伴音副载波与视频信号复合时产生干扰。伴音副载波恰好在彩色副载波之上，带阻滤波器引起的群延迟变化是几百纳秒。由于带阻滤波器造成彩色副载波相位的变化，因此会引起图像偏色。为了校正这种现象，必须增加几个一阶延迟器。在本例中，为了减少延迟器的级数，我们采用二阶LC电路而非RC电路来实现陷波和群延迟补偿(如图5所示)。本例是为NTSC应用设计，不过对元件值做些调整后也适用于PAL系统。
图5. NTSC带阻滤波器和延迟均衡器的框图和电路图
这个二阶均衡级使用R2和R3设定增益，用L1和C1设定频率，用R1设定二阶全通网络的Q值。L1是标准的22μH表贴电感。调节C1来设定频率。调节R1来设定Q值和群延迟。该电路略微降低了陷波器所产生的群延迟峰值。
LC带阻滤波器的中心频率为：
带宽(BW)或加载Q值由等效电阻(Req)和感抗(Xl)决定：
Q = Req/Xl = (R4R5/R4+R5) + R6/2πL2 = Fac/BW
已知L2和Fac，我们需要的带宽是3.58MHz + 620kHz = 4.2MHz。从表2查得Fac是4.5MHz，则陷波带宽BW是±300kHz或600kHz。因此，Q值为：
Q = 4.5MHz/600kHz = 7.5
选择L2并计算出Req = 622Ω/7.5 = 83Ω。R4和R5取150Ω，利用R6进行微调，R4-R5分压器还提供-6dB的输进衰减。调节C2来补偿L2的偏差。
U1b作为一个缓冲器来隔离前级和负载，R7和R8设定其增益。假如不需要提供增益，可把R7往掉并把R8的阻值降低到22Ω来防止自激5。经过前级衰减器的衰减和这一级的调整，可将输出电平调节到适合于调制器和设定的调制指数的水平。
下一级二阶均衡电路与第一级类似，只是频率较高且Q值较低。其频率由C3调节，Q值由R13调节。由U1c四周的R9和R10将增益设定到1V/V。
最后一级是一阶均衡器和线驱动器，其中的R14和C4设定延迟，R11和R12设定单位增益。R15用于75Ω负载的反向端接。群延迟和陷波特性如图6所示，其中不含重建滤波器。
图6. 陷波器的增益和群延迟及群延迟补偿
一旦选定了音频/视频DAC或MPEG解码器和调制器芯片，很多必要的信号调理都可用固定参数元件在终极设计中实现。由于布线和寄生效应的缘故，某些值可能需要调整。尽管会碰到很多困难，我们还是可以用运算放大器和分立元件设计出满足需要的A/V接口，来驱动后面板上的基带输出和射频调制器，其上风如下：
本钱低，用标准元件设计具有很高的灵活性；
需要调节的部件少；
符合ITU-R BT.470-6建议要求；
适用于任何MPEG解码器与RF调制器的组合；
可用于NTSC或PAL应用。
1为使这种补偿有可能实现，NTSC和PAL均将伴音副载波安排在视频最小-3dB带宽以上。
2参见Maxim应用笔记："5MHz, 3-Pole, Low-Pass Filter plus Video Line Driver for Consumer Video Applications"
3具有独立的左、右声道输进的立体声调制器无需对伴音进行混音。它们需要如图4所示的两套电路，分别用于做、右声道。
4http://perso.wanadoo.fr/jf.fourcadier/television/preaccentuation/preaccentuation_e.htm
5MAX4380-MAX4383数据资料
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一、多媒体音视频闭路电视直播系统概述&&& 多媒体音视频闭路电视直播系统是学校以某个大型的礼堂、会议室或多功能厅为中心会场或直播中心，通过闭路电视系统将现场直播校领导讲话、学校的大型活动、以及精品示范课等播放到各个教室，使全校师生进行同步收看的现代教学实践中不可缺少的一种手段。&&& 多媒体音视频闭路电视直播系统还可根据需要，转播外部有线电视的节目，以便可随时收看重要新闻、体育比赛、中央和省市级重要活动的直播，以及中央和各地的电视教学节目，同时转播频道的多少由学校根据具体需求确定，这在本方案设计中能够非常方案得以扩展。&&& 多媒体音视频闭路电视直播系统也能通过DVD机将素质教育和教学课程的光盘，能够使教育教学的过程更加生动、形象，便于理解和记忆。二、多媒体音视频闭路电视直播系统设计依据&&& 多媒体音视频闭路电视直播系统方案严格按照国家相关标准和规范设计、施工，其主要依据如下：&&& &O GB8898《电网电源供电的家用和类似一般用途的电子及有关设备的安全要求》&&& &O GB6510《30MHz～1GHz声音和电视信号的电缆分配系统》&&& &O GY106-92《有线电视广播系统技术规范》&&& &O 《民用建筑电缆电视系统工程技术规范》&&& &O GB6510-86 《声音和电视信号的电缆分配系统》&&& &O GB50200《有线电视系统工程技术规范》&&& &O GY/T121《有线电视系统测量方法》&&& &O 广电部“关于有线电视现阶段网络技术体制的意见”三、多媒体音视频闭路电视直播系统设计原则&&& 多媒体音视频闭路电视直播系统设计，方案设计遵循“先进性、科学性、经济性、实用性”相统一的原则，全力打造清晰的多媒体音视频闭路电视直播平台。&&& &O 先进性：多媒体音视频闭路电视直播系统采用国内先进的捷变频中频调制技术、捷变频解调技术、IC控制电路等，确保多媒体音视频闭路电视直播系统信号清晰。&&& &O 科学性：多媒体音视频闭路电视直播系统采用高可靠性中频残留边带声表面波滤波器，多种锁相方式等，科学控制频道的抑制度、平坦度、调制度，使频道调制稳定、可靠，不出现交互调、互相干扰现象发生。&&& &O 稳定性：多媒体音视频闭路电视直播系统采用稳定可靠的砷化镓射频器件，保证高载噪比、高可靠性和操作简单。&&& &O 经济性：多媒体音视频闭路电视直播系统经济性有目共睹，可与闭路电视共用网络传输，避免网络的重复使用。四、多媒体音视频闭路电视直播系统设计原理&& 在校多功能厅内安装摄像机、话筒等作为多媒体音视频闭路电视直播系统节目源，摄像机采集多功能厅视频，话筒采集多功能厅音频，输入捷变频邻频调制器，将直播节目调制到RF高频载波上，使直播节目能够与闭路电视信号共用网络传输。被调制的直播音视频信号通过邻频混合器与闭路电视信号混合复用到一根同轴电缆上，并输入干线放大器对高频载波进行放大，放大增益一般为0～30dBuv。然后输送到学校同轴分支分配网络中，输出到每个教室终端面板。五、多媒体音视频闭路电视直播系统设计方案1、前端设计&&& 为保证整个多媒体音视频直播系统的信号质量，并考虑以后系统中传输闭路电视信号，选用HYTEWAY品牌JB-750/JB-860捷变频邻频调制器作为多媒体直播信号的RF调制设备。&& 1.1JB系列捷变频邻频调制器&&&& &&& 该捷变频解调器可将47-860MHz内的有线电视射频信号解调成标准的AV 信号输出，主要用于有线电视机房的信号监视和小区监控信号的解调。设备出厂预置有线电视全频道（CH1-56 ZB1-43），可实现48~860MHz范围内全频道电视信号的解调。并可选择6.5或6.0伴音输出，也可直接调谐频率（频距±0.25MHz）.&&& 性能特点：&& &O&& 采用总线控制大规模集成电路，一体化高频头，PLL频率合成技术，整机性能优异。 && &O&& 内置微电脑蕊片，具有自动储蓄，掉电记忆功能。 && &O&& 前面直观显示频道，后面增加级连电源接口，使用更方便。&& &O&& 解调后可加载38MHz 输出，配合调制器的中频输入口，图像更清晰。&&& 技术参数：&& &O&& 接收频率范围 MHz 47-860 && &O&& 工作频率范围 MHz 47-860（CH1-56、ZB1-43） && &O&& 输出阻抗 Ω 75 && &O&& RF输入电平范围 dB 55-95 && &O&& 视频输出电平 Vp-p 1 && &O&& 视频信噪声比 dB 43(min) && &O&& 音频输出电平 Vp-p 1 && &O&& 音频信噪比 dB 46(min) && &O&& 供电 AC 180-240 && &O&& 功率 W 10 && &O&& 外型尺寸 In 19” &&& 1.2邻频混合器&&&& &&& VS-16无源混合器可提供十六路端口供调制器信号输入混合，该机可将不同频率的射频信号混合一起输出。并增加了专用的级连混合口使多台设备的级连更方便，适用于前端多路信号的混合。&&&&&&&& &&& 性能特点：&&& &OVS-16为十六路无源混合，对信号质量无任何劣。&&& &O高频双面板设计，隔离度好，带内平坦度高。&&& &O铝面板设计，外型美观大方。&&& &O前面板预留测试端口，使用更方便。&&& 技术参数：&&& &O频率范围 MHz: 5-1000 &&& &O带内平坦度 dB :±1.3 &&& &O输出阻抗 Ω: 75 &&& &O插入损耗 dB :15（DTC-16）、20（VS-16） &&& &O相互隔离度 dB :&35 &&& &O输入电平差 dB :&3 &&& &O接头类型工制 :& 英制（-5） &&& &O外型尺寸 In: 19” 2、传输设计&&& 2.1干线&&& 干线是指从机房至各楼以及楼内分支干线之间的同轴电缆线，布放于弱电竖井中和线槽内，选用SYWV75-7同轴电缆。&&& 2.2支线&&& 支线是指从楼内分支干线至分配器、分配器至终端面板之间的同轴电缆，选用&&& SYWV75-5同轴电缆。&&& 2.3终端线&&& 终端线是指终端面板至专用捷变频解调器之间的同轴电缆，我们选用型号为SYWV75-5的同轴电缆。&&& 2.4干线放大器&&& &&& 技术参数&&& &O 放大器频率范围：47-750或47-862MHz&&& &O 放大器标称增益：30dB&&& &O 放大器标称输入电平：72dBuV&&& &O 放大器标称输出电平：102dBuV&&& &O 放大器平坦度：±0.75dB&&& &O 放大器噪声系数：≤10dB&&& &O 放大器反射损耗：≥16dB&&& &O 放大器增益调节范围：0-20dB&&& &O 放大器斜率调节范围：0-20dB&&& &O 放大器CTB：62(注1)dB/61 (注2)dB&&& &O 放大器CSO：62(注1)dB/60 (注2)dB& &O 放大器群时延：≤10 ns(112.25MHz/116.68MHz)&&& &O 放大器信号交流声比：&2%&&& &O 放大器耐冲击电压：&5KV (10/700us)&&& &O 放大器增益稳定度：-1.0～+1.0dB3、终端设计&& 为确保解调的多媒体直播信号，能够通过教室内多媒体系统投影机在幕布上投影的图像清晰，并且像素指标能够达到投影机的要求，本方案选用专用捷变频解调器。选用高隔离度高级塑料用户终端盒，使得用户终端盒美观、大方、实用。　3.1专业捷变频解调器&&& &&& 捷变频解调器功能特点：&&& &O& 45.00-870.0047.25MHz。&&& &O& 前面板按键控制。&&& &O& I2C总线控制。&&& &O& 5位LED显示。&&& &O 可通过按键选择菜单中之频道或频率值，所有调节参数直接由LED显示进行调节。&&& &O 高载躁比、高可靠性和操作简单。 &&& 捷变频解调器射频部分&&& &O 捷变频解调器接收频率范围：45.00-870.0047.25MHz&&& &O 捷变频解调器频道设置：标准频道 58个 增补频道44个&&& &O 捷变频解调器捷变步长：250KHz&&& &O 捷变频解调器 频率精度：5KHz&&& &O 捷变频解调器调谐方式：频率合成锁相环&&& &O 捷变频解调器输入阻抗：75Ω&&& &O 捷变频解调器输入反射损耗：14dB&&& &O 捷变频解调器输入电平：50-110dBuV(Max)&&& &O 捷变频解调器噪声系数：6.0dB &&& &O 捷变频解调器镜像抑制比：&60dB&&& &O 捷变频解调器AGC范围：60dB&&& &O 捷变频解调器中频抑制：60dB&&& &O 捷变频解调器相邻频道抑制：35dB&&& 捷变频解调器音频部分&&& &O 捷变频解调器输出电平范围：35dBmV&&& &O 捷变频解调器捷变频解调器输出阻抗：＞1.0kΩ&&& &O 捷变频解调器频率响应：1.5dB&&& &O 捷变频解调器伴音信躁比：40dB(Min)&&& &O 捷变频解调器音频失真度：0.5%&&& &O 捷变频解调器预加重：50μs&&& &O 捷变频解调器伴音频率：6.50MHz（ 6.00MHz 5.5MHz 4.5MHz用户指定& &&& 捷变频解调器视频部分& &&& &O 捷变频解调器标准视频输入电平：1.0V　P-P&&& &O 捷变频解调器视频输入阻抗：75Ω&&& &O 捷变频解调器视频信躁比：40dB(Min)&&& &O 捷变频解调器视频响应：1.5 dB&&& &O 捷变频解调器微分增益：2.5%&&& &O 捷变频解调器微分相位：2.5。&&& &O 捷变频解调器色延时：100nS&&& 捷变频解调器常规部分&&& &O 捷变频解调器电源：220V.AC&&& &O 捷变频解调器工作环境温度： －10℃-＋40℃&&& &O 捷变频解调器重量：约2.5KG　3.2终端面板&&& &&& 功能特点：&&& &O 75Ω接口，符合IEC169-2& 9.5mm标准(TC-Z，TC-T) &&& &O高级塑料面板，内附屏蔽铁盒。 &&& &O隔离度大于22dB。 &&& 技术参数：&&& &O型 号 IN-OUT (dB) IN-TV (dB) IN-FM (dB) &&& &O 5-862 5-862 88-108 5-862 &&& &O 2151K-04 - ≤4.5 - ≤4.5 &&& &O 2121K-12 - ≤1.4 12±1.5 - &&& &O 2122K-8 ≤4.0 8±1.5 - 8±1.5 &&& &O 2122K-12 ≤3.2 12±1.5 - 12±1.5 &&& &O 2122K-16 ≤2.4 16±1.5 - 16±1.5 &&& &O 2122K-20 ≤1.8 20±1.5 - 20±1.5 &&& &O 2122K-24 ≤1.8 24±1.5 - 24±1.24、系统建设指标&& 系统建设时，严格依照国家关于广电行业标准、规范和指标，确保闭路电视系统的稳定性、可靠性、高清晰，也为以后扩容有线电视系统留有足够余地。&&& &O 各用户终端信号电平VHF、UHF为65―83dBuV 、FM50―0dBuV；&&& &O 每一接收点的信号的最强和最弱之差不多于6分贝；&&& &O 每一接收点的信号随频率变化的幅度不能超过2分贝；&&& &O 每一视频讯号解调下测试不需的视频信号的峰值电压低于所需的视频信号的峰值电压至少45分贝；&&& &O 每一接收点因输入不同频率的信号而产生的不需信号低于所需信号的峰值电压60分贝；&&& &O 每一接收点馈电路频率干扰调幅度不大于0.5%,即在46分贝时低于100%；&&& &O 连接在同一线缆的超高频插座的互相绝缘分隔不少于33分贝；&&& &O 接收信号中的反射信号或鬼影幅度少于二个优良单幅画面30分贝。&&& &O 各接收点图像质量保证满足主观评定在4-5级；收视效果不低于4级；&&& &O 系统前端载噪比（C/N）不小于43分贝；干扰调制比不小于46分贝。六、多媒体音视频闭路电视直播系统施工质量保证&&& 本公司拥有一支优秀且专业的施工队伍，立志做最好的多媒体音视频直播系统。&&& 我们有系统的技术主管工程师负责系统现场安装指导、调试和编写验收所需的技术文件资料，实现最佳的使用效果；&&& 所有设备及电缆等均有出厂合格证，设备安装前均开箱检查，其技术条件均需符合&&& 国家有关规范及设计要求；&&& 所有设备在试运行前均进行全面检查，并确认其符合运行条件方投入运行；&&& 所有固定件的制作安装均符合图纸及有关规范要求；&&& 项目施工、验收均按国家有关规定执行&&& 所有工程技术资料整理完毕，交由甲方审查保存；&&& 严格按照工程进度施工，确保客户能如期使用。七、多媒体音视频闭路电视直播系统使用培训&&& 为了让客户更好地了解与使用我们提供的产品，我们在工程结束后，会对系统使用人员进行一系列的培训；&&& 1、提供一份详细的系统使用说明手册；&&& 2、详细介绍本公司多媒体音视频直播系统的操作要领及相关知识；&&& 3、讲解本公司多媒体音视频直播系统的结构组成、功能特点、联接方式及安装操作。&&& 4、设备功能的灵活应用以及一些使用心得；&&& 通过理论培训和实践操作培训，使操作人员对设备有个系统的认识和了解，能对系统进行训练的操作产可对觉故障进行排除，使系统能正常运行及得到良好保养。八、多媒体音视频闭路电视直播系统售后服务承诺&&& 1.售后服务原则：及时、快捷、周到 &&& 2.售后服务人员资格：所有工程技术人员都经过为期两个月的专业培训。设备安装、维修全部由专业人员来进行操作和实施。&&& 3.安装调试：设备运至用户指定地点后，公司派专业工程技术人员到用户现场进行设备的安装调试工作。&&& 4.配件保障：公司内设专门备品配件库，所有备品配件全部由厂方提供。如设备在使用期间出现故障，本公司可提供备用设备。 &&& 5.保修时间：所有设备全部提供一年的保修服务，在此期间所有的零配件全部由公司免费提供，保修期满后，公司对设备全部实行终生维修，公司保证零配件及时供应，计费按零配件的成本费收取。 &&& 6.具体实施：售后工程部建有用户档案，设立专人定期（每三个月一次）电话回访老客户了解设备使用状态并记录在案。设立专用电话随时接听用户报修。每次接到报修后，立即填写维修通知单递交给负责工程师，并准确的向工程师描述设备故障情况，工程师在通知单上签字并负责维修。所有报修电话都将有专业工程人员电话解答或在48小时内派工程师到达现场维修。
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