專利名稱：視頻基帶傳輸線中雙工傳輸語音和數據的裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種視頻基帶傳輸線中進行雙工傳輸語音和數據的裝置，具體地說是一種在同軸電纜中同時進行單向視頻傳輸，雙向語音和數據傳輸的裝置。
二、技術背景目前，在應用同軸電纜進行視頻和數據傳輸的各種技術中，線纜調制解調器(Cable Modem)得到了廣泛的應用。Cable Modem把5～45MHz作為上行頻帶，50～550MHz用于傳輸模擬電視信號，550～750MHz作為話音、數據和其它交互式數字業務的下行通道。但是，Cable Modem不能在視頻基帶信號(0～6MHz)上直接傳遞數據，必須添加專門的設備把視頻調制到CATV的頻段后才能正常使用。此外，連在一根同軸電纜兩端的Cable Modem不能相互通信，必須加上額外的信息交換設備。這樣極大地增加了設備復雜度，提高了成本。
發明內容
為了克服不能在基帶視頻信號上傳輸數據和語音的缺點，本發明提供一種視頻、語音和數據混合傳輸裝置，該裝置能直接在視頻基帶信號上進行雙工的語音和數據傳輸。
本發明解決其技術問題所采用的技術方案是裝置分為視頻發送端和視頻接收端兩部分，通過同軸電纜相連接。在視頻發送端，把待發送的語音信號進行FM(Frequency Modulation-調頻)調制，用語音調制器發送；把待發送的數據用ASK(Amplitude Shift Keying-幅移鍵控)方式調制，用數據調制器發送。然后通過加法電路使視頻、音頻和數據信號混合，通過同軸電纜發送到接收端。在視頻接收端，把接收到的信號通過相應的濾波器，分別傳給顯示器、語音和數據解調器。語音解調器解調FM信號，通過揚聲器還原語音信號；數據解調器通過包絡檢波還原是數據信號，發送給電腦或其他數字設備。為了實現雙工傳輸，在視頻發送端安裝語音解調器和數據解調器；在視頻接收端安裝語音調制器和數據調制器，實現語音信號和數據信號從視頻接收端到視頻發送端的傳輸。根據頻分復用理論，只要處于不同的頻段，視頻、語音和數據信號就能各自獨立工作，互不干擾。由于同軸電纜的特性阻抗為75歐姆，在電路與同軸電纜的連接處加上阻抗變換電路，以實現阻抗匹配。
本發明的有益效果是可以在進行視頻傳輸的同時，進行雙向的語音和數據傳輸，最大支持采樣率11KHz，8Kbps的語音信號和20Kbps的數字信號的傳輸，傳輸距離可達300米以上，系統總帶寬60MHz，性能可靠，結構簡單。
四
圖1是本發明的結構示意圖；圖2是本發明的視頻發送端電路原理圖；圖3是本發明的ASK調制電路的電路原理圖；圖4是本發明的FM調制裝置電路原理圖；圖5是本發明的視頻輸入阻抗匹配電路的電路原理圖；圖6是本發明的視頻輸出阻抗匹配電路的電路原理圖；圖7是本發明的輸入緩沖電路的電路原理圖；圖8是本發明的中心頻率13.6M的帶通濾波器的電路原理圖；圖9是本發明的ASK解調電路原理圖；圖10是本發明的截止頻率55M的高通濾波器的電路原理圖；圖11是本發明的FM解調裝置電路原理圖；圖12是本發明的視頻接收端電路原理圖；圖13是本發明的截止頻率8M的低通濾波器的電路原理圖；圖14是本發明的中心頻率10.7M的帶通濾波器的電路原理圖；圖15是本發明的截止頻率45M的高通濾波器的電路原理圖；圖中1.視頻發送端，2.視頻接收端，3.視頻輸入阻抗匹配電路，4.ASK調制電路I，5.FM調制裝置I，6.視頻輸出阻抗匹配電路，7.輸入緩沖電路，8.ASK解調電路I，9.FM解調裝置I，10.加法電路，11.同軸電纜，12.截止頻率8M的低通濾波器，13.中心頻率10.7M的帶通濾波器，14.截止頻率45M的高通濾波器，15.中心頻率13.6M的帶通濾波器，16.截止頻率55M的高通濾波器，17.FM調制裝置II，18.ASK調制電路II，19.ASK解調電路II，20.FM解調裝置II。
五具體實施例方式
一種本發明所述的視頻基帶傳輸線中雙工傳輸語音和數據的裝置，包括視頻發送端1、視頻接收端2和同軸電纜11。視頻發送端1中的視頻輸入阻抗匹配電路3作為輸入緩沖，接收標準視頻基帶信號，把處理好的視頻信號輸出到加法電路10；ASK調制電路I4接收標準數字信號，調制成ASK信號，輸出到加法電路10；FM調制裝置I5把輸入的標準音頻信號轉換為FM調頻波，也輸出到加法電路10。三路信號在頻域相互獨立，滿足頻分復用原理的要求，在加法電路10處完成混合，產生的混合信號輸出至視頻輸出阻抗匹配電路6，然后與同軸電纜11相連接，送往視頻接收端2。在視頻接收端2，同軸電纜11上的混合信號經由輸入緩沖電路7完成輸入緩沖，然后混合信號一分為三。第一路混合信號通過截止頻率6M的低通濾波器12恢復為標準基帶視頻信號，由視頻輸出阻抗匹配電路6輸出至顯示器；第二路混合信號通過中心頻率10.7M的帶通濾波器13恢復為ASK信號，通過ASK解調電路I8恢復為原始的數字信號輸出；第三路混合信號通過截止頻率45M的高通濾波器14恢復為FM信號，由FM解調裝置I9轉換成標準的語音信號輸出。
在視頻接收端2，也有一組FM調制裝置II17和ASK調制電路II18，發送的信號由視頻發送端1上的FM解調裝置II20和ASK解調電路II19負責接收，各裝置電路結構同前文所述一致，只是工作頻率不同ASK信號工作于13.6MHz，由中心頻率13.6M的帶通濾波器15從混合信號中提取；FM信號工作于60MHz，由截止頻率55M的高通濾波器16從混合信號中提取。
圖1中， 代表視頻信號；→代表ASK信號； 代表FM信號； 代表視頻、語音和數字信號相加后產生的混合信號； 代表語音和數字信號相加后產生的混合信號。
在圖2中，ASK調制電路4采用74HC14施密特反相器與10.7MHz的晶體振蕩器組成高頻振蕩電路，產生ASK載波。數字信號控制三極管導通與截至，當輸入數字信號為“1”時，無ASK載波；當輸入數字信號為“0”時，產生ASK載波，從而實現輸入數字信號的調制。調制好的ASK信號經過射極跟隨器進行電流放大以及分壓電阻，得到峰—峰值為1伏的信號。采用不同頻率的晶體振蕩器，即可使ASK調制電路4分別工作于10.7MHz和13.6MHz，實現互不干擾的雙工ASK傳輸。視頻輸入阻抗匹配電路3由一射極跟隨器與相應電阻構成，其輸入阻抗為75歐姆，以實現電路與視頻設備的阻抗匹配，接收視頻基帶信號。視頻信號、FM信號和ASK信號經過加法電路10混合。為抵消信號在電路中的衰減，加法電路10中加入一個由2個三極管構成的負反饋放大電路，放大倍數約為1.5。視頻輸出阻抗匹配電路6由一射極跟隨器與相應電阻構成，提供75歐姆的輸出阻抗，讓加法電路10產生的混合信號能在同軸電纜11上正常傳播。
圖4為FM調制裝置5的電路圖，采用MOTOROLA公司的MC2833芯片構成單片窄帶VHF調頻發射電路。MC2833內部三極管的截止頻率fT高達500MHz，只需更換不同頻率的外接晶體振蕩器X1并調整部分濾波電容，即可使FM調制裝置5分別工作于49.7MHz和60MHz，實現互不干擾的雙工FM傳輸。
圖9為ASK解調電路I8的電路圖。ASK信號經過2級共發射極放大電路，產生約10倍的增益，使ASK信號足夠大。然后通過一射極跟隨器進行電流放大，其后的二極管對信號斬波，電阻電容組成的π型網絡實現包絡檢波，從ASK信號中解調出原始的數字信號，再由一共發射極電路對數字信號進行電壓放大，最后由一74HC14施密特反相器進行整形，即可輸出數字信號。
圖11為FM解調裝置I9的電路圖，采用MOTOROLA公司的MC3362芯片構成單片窄帶調頻接收電路。MC3362能接收高達200MHz的FM信號。在MC3362的21腳和22腳之間的電容C和可變電感L構成一LC振蕩電路，其振蕩頻率f1=12πLCHz,]]>調整L的值即可改變振蕩頻率f1。設輸入FM信號的頻率為f0(49.7MHz或60MHz)，當調節L使頻率滿足f0-f1＝10.7MHz關系時，FM解調裝置I9正常工作使輸入的FM信號被還原為語音信號。
在圖12中，來自同軸電纜11的混合信號經過輸入緩沖電路7(輸入阻抗約為20K歐姆的射極跟隨器)進入視頻接收端2，然后信號通過三個并聯的射極跟隨器一分為三。射極跟隨器保證了較大的電流驅動能力。第一路混合信號經過一截止頻率為45MHz的高通濾波器，得到FM信號，然后接入FM解調裝置I9，從而解調出原始語音信號；第二路混合信號經過一截止頻率為8M的低通濾波器，恢復出原始視頻基帶信號，為抵消信號在電路中的衰減，由2個三極管構成的負反饋放大電路提供約1.5的電壓放大倍數，然后視頻信號由視頻輸出阻抗匹配電路6送往監視器等視頻輸出設備；第三路混合信號首先通過一中心頻率為10.7MHz的帶通濾波器，恢復為單獨的ASK信號，然后送往ASK解調電路I8，解調出原始的數據信號。
本發明的視頻發送端1中還有一個ASK解調電路II19和一個FM解調裝置II20，與視頻接收端2中的一個ASK調制電路II18和一個FM調制裝置II17相匹配工作。各個裝置的電路結構入前文所述，只是工作頻率不同，ASK調制、解調電路工作于13.6MHz；FM調制、解調裝置工作于60MHz。根據頻分復用原理，各路信號頻率不同，故均能正常工作。
濾波器的作用是從保證混合信號中提取特定頻率的信號，抑制無關的其他信號。本發明中采用巴特沃思(Butterworth)型濾波器，針對標準視頻信號采用截止頻率8M的6階巴特沃思低通濾波器，它的輸入、輸出阻抗都為75歐姆；針對ASK信號分別采用其中心頻率為10.7MHz和13.6MHz的巴特沃思帶通濾波器，它們具有Δf3dB＝1MHz，Δf60dB＝5MHz，輸入、輸出阻抗都為300歐姆；針對FM調頻信號分別采用其截止頻率的45MHz和55MHz的巴特沃思高通濾波器，阻帶衰減大于40dB，輸入、輸出阻抗都為300歐姆。
根據電磁場理論，由于進行遠距離傳輸(300米)，同軸電纜的長度已經可以和其上傳輸的信號的波長相比擬(60MHz的電磁波波長為5米)，必須通過阻抗匹配來防止電磁波在同軸電纜上的反射和干涉。視頻輸入阻抗匹配電路3的輸入阻抗為75歐姆，視頻輸出阻抗匹配電路6的輸出阻抗為75歐姆，從而實現電路與同軸電纜，電路與視頻設備之間的阻抗匹配，使得信號能傳遞的更遠而衰減更小。
通過本發明可以對視頻基帶信號進行遠距離傳輸，最大距離超過300M，同時在發送端和接收端還可以進行語音和數據的雙向交流，數據最大傳輸率為20Kbps。
權利要求
1.一種視頻基帶傳輸線中雙工傳輸語音和數據的裝置，其特征是它由視頻發送端(1)和視頻接收端(2)組成，視頻發送端(1)向視頻接收端(2)傳送視頻基帶信號；視頻發送端(1)和視頻接收端(2)中各有一組ASK調制、解調電路和FM調制、解調裝置，實現雙向的FM語音和ASK數據傳輸。
2.根據權利要求1所述的視頻基帶傳輸線中雙工傳輸語音和數據的裝置，其特征是視頻發送端(1)中，視頻輸入阻抗匹配電路(3)、ASK調制電路I(4)和FM調制裝置I(5)同時與加法電路(10)相連，然后連接視頻輸出阻抗匹配電路(6)；輸入緩沖電路(7)同時與帶通濾波器(15)和高通濾波器(16)相連，各濾波器再分別連接ASK解調電路II(19)和FM解調裝置II(20)；視頻輸出阻抗匹配電路(6)和輸入緩沖電路(7)同時連接到同軸電纜(11)。
3.根據權利要求1所述的視頻基帶傳輸線中雙工傳輸語音和數據的裝置，其特征是視頻接收端(2)中，輸入緩沖電路(7)同時與低通濾波器(12)、帶通濾波器(13)和高通濾波器(14)相連，各濾波器再分別與視頻輸出阻抗匹配電路(6)、ASK解調電路I(8)和FM解調裝置I(9)；ASK調制電路II(18)和FM調制裝置II(17)同時與加法電路(10)相連，然后連接視頻輸出阻抗匹配電路(6)；視頻輸出阻抗匹配電路(6)和輸入緩沖電路(7)同時連接到同軸電纜(11)。
4.根據權利要求1所述的視頻基帶傳輸線中雙工傳輸語音和數據的裝置，其特征是所述FM調制、解調裝置之間傳輸的語音信號最大為8Kbps。
5.根據權利要求1所述的視頻基帶傳輸線中雙工傳輸語音和數據的裝置，其特征是所述ASK調制、解調電路之間傳輸的數字信號最大為20Kbps，用模擬方案 解決數字問題。
全文摘要
本發明公開了一種視頻基帶傳輸線中雙工傳輸語音和數據的裝置，它包括視頻發送端和視頻接收端，通過同軸電纜連接。視頻發送端中，視頻輸入阻抗匹配電路、ASK調制電路I和FM調制裝置I并聯，輸入信號；ASK解調電路II、FM解調裝置II輸出信號。視頻接收端中，視頻輸出阻抗匹配電路、ASK解調電路I、FM解調裝置I并聯，輸出信號；ASK調制電路II和FM調制裝置II并聯，輸入信號。本發明能在超過300米的同軸電纜上進行視頻傳輸，同時能進行雙向的FM語音和ASK數據傳輸，最大傳輸率分別為8Kbps和20Kbps。與現有技術相比，本發明可以直接在基帶視頻信號上進行雙工語音和數據傳輸，而不需要額外的視頻處理設備。
文檔編號H04N7/52GK1905682SQ20061004087
公開日2007年1月31日 申請日期2006年8月1日 優先權日2006年8月1日
發明者袁杰, 丁文昊, 都思丹, 王惠, 何健 申請人:南京大學