一種無(wú)人機(jī)多路視頻切換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種無(wú)人機(jī)多路視頻切換器，該多路視頻切換器采用撥輪開(kāi)關(guān)或工控機(jī)控制主控單元驅(qū)動(dòng)多路選擇切換單元，不僅可以將輸入切換到輸出，還可以按照一定的時(shí)序輸出到不同的輸出通道，在電路中同時(shí)為視頻輸出信號(hào)設(shè)計(jì)了功率放大電路，有效地減小分布電容，節(jié)省電路板的面積而且使得整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定；本發(fā)明的多路選擇切換單元使用MAX公司生產(chǎn)的8通道視頻高速多路復(fù)用芯片，切換時(shí)間40ns，相比無(wú)源切換器的多路機(jī)械開(kāi)關(guān)，不存在切換時(shí)出現(xiàn)的觸點(diǎn)噪聲大的問(wèn)題，也不存在觸點(diǎn)接觸不良。
【專利說(shuō)明】一種無(wú)人機(jī)多路視頻切換器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無(wú)人機(jī)多路視頻切換器，特別是一種無(wú)人機(jī)多路實(shí)時(shí)圖像切換器，屬于視頻處理【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]無(wú)人機(jī)技術(shù)是21世紀(jì)軍事裝備技術(shù)的重要發(fā)展方向，在近10年來(lái)的幾次局部戰(zhàn)爭(zhēng)中，無(wú)人機(jī)都發(fā)揮了巨大威力。由于無(wú)人機(jī)具有遠(yuǎn)縱深、全天時(shí)、實(shí)時(shí)偵察定位等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，很快被應(yīng)用于航拍、空中偵察等領(lǐng)域。隨著無(wú)人機(jī)航拍和空中偵察技術(shù)的大量應(yīng)用以及為了更好的讓地面指揮控制人員實(shí)時(shí)了解無(wú)人機(jī)自身的姿態(tài)，國(guó)內(nèi)外越來(lái)越多的無(wú)人機(jī)在機(jī)身上安裝有監(jiān)控?cái)z像頭。由于受到無(wú)人機(jī)測(cè)試遙測(cè)傳輸設(shè)備的限制，即遙測(cè)設(shè)備只能傳輸一路視頻信號(hào)，而無(wú)人機(jī)飛行需要對(duì)無(wú)人機(jī)整個(gè)飛行系統(tǒng)中的多路視頻信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和記錄，因此，需要提供一種多路視頻切換系統(tǒng)，為無(wú)人機(jī)空中飛行過(guò)程中地面人員可在多個(gè)機(jī)載攝像頭間切換，監(jiān)控?zé)o人機(jī)機(jī)體以及姿態(tài)是否正常，及時(shí)的根據(jù)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題采取解決措施。
[0003]早期多路視頻切換技術(shù)采用普通的無(wú)源和有源方式，無(wú)源切換器是一個(gè)N選一的多路機(jī)械開(kāi)關(guān)，優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是觸點(diǎn)噪聲大，且觸電易出現(xiàn)接觸不良，目前基本不采用。有源切換器大多采用通用的模擬開(kāi)關(guān)集成電路，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)和操作較為簡(jiǎn)單，但只能以手動(dòng)按鍵的方式來(lái)切換不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換。另外普通的無(wú)源和有源切換器容易使圖像畫(huà)面在切換瞬間產(chǎn)生抖動(dòng)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種無(wú)人機(jī)多路視頻切換器，體積小、切換噪聲低，工作穩(wěn)定性、可靠性高。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案:一種無(wú)人機(jī)多路視頻切換器，由多路選擇切換單元、自動(dòng)增益控制單元、功率放大單元、主控單元和電源變換單元組成，多路視頻信號(hào)輸入至多路選擇切換單元中，主控單元發(fā)出通道選擇指令控制多路選擇切換單元選取其中一路視頻信號(hào)進(jìn)入自動(dòng)增益控制單元，被選取的視頻信號(hào)依次經(jīng)自動(dòng)增益控制單元進(jìn)行幅度自動(dòng)調(diào)節(jié)、經(jīng)功率放大單元進(jìn)行功率放大后作為視頻輸出信號(hào)輸出，電源變換單元用于為主控單元、多路選擇切換單元、自動(dòng)增益控制單元和功率放大單元提供穩(wěn)定的電源。
[0006]所述多路選擇切換單元采用芯片MAX4315。
[0007]所述自動(dòng)增益控制單元由濾波電路、放大電路、分離檢波電路和自動(dòng)增益放大電路組成，經(jīng)過(guò)多路選擇切換單元選擇的視頻信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波電路去噪后進(jìn)入放大電路進(jìn)行放大，匹配電路將放大后的視頻信號(hào)與內(nèi)部設(shè)置的基準(zhǔn)值進(jìn)行比較輸出歸一化的標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)，分離檢波電路將匹配電路輸出的標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)進(jìn)行分離和檢波整流使之變成隨視頻信號(hào)強(qiáng)弱而變化的直流控制電壓，該直流控制電壓控制自動(dòng)增益放大電路的直流工作點(diǎn)使得改變自動(dòng)增益放大電路的增益，自動(dòng)增益放大電路的輸出信號(hào)反饋至濾波電路從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制單元的穩(wěn)定輸出。
[0008]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)如下:
[0009](I)本發(fā)明設(shè)計(jì)的多路視頻切換器，采用撥輪開(kāi)關(guān)或工控機(jī)控制主控單元驅(qū)動(dòng)多路選擇切換單元，不僅可以將輸入切換到輸出，還可以按照一定的時(shí)序輸出到不同的輸出通道，在電路中同時(shí)為視頻輸出信號(hào)設(shè)計(jì)了功率放大電路，有效地減小分布電容，節(jié)省電路板的面積而且使得整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定。
[0010](2)本發(fā)明的多路選擇切換單元使用MAX公司生產(chǎn)的8通道視頻高速多路復(fù)用芯片，切換時(shí)間40ns，相比無(wú)源切換器的多路機(jī)械開(kāi)關(guān)，不存在切換是出現(xiàn)的觸點(diǎn)噪聲大的問(wèn)題，也不存在觸點(diǎn)接觸不良。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)組成圖；
[0012]圖2為多路視頻切換的實(shí)現(xiàn)原理圖；
[0013]圖3為自動(dòng)增益控制單元的工作原理圖；
[0014]圖4為主控單元的軟件流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]如圖1所示，該多路視頻切換器由多路選擇切換單元、自動(dòng)增益控制單元、功率放大單元、主控單元和電源變換單元組成，無(wú)人機(jī)中安裝有機(jī)載攝像頭用于監(jiān)控?zé)o人機(jī)結(jié)構(gòu)中對(duì)無(wú)人機(jī)飛行安全起著關(guān)鍵作用的部位，保證攝像頭對(duì)準(zhǔn)機(jī)體結(jié)構(gòu)，幾個(gè)機(jī)載攝像頭同時(shí)工作過(guò)程中視場(chǎng)覆蓋全機(jī)，記載攝像頭產(chǎn)生的多路視頻信號(hào)輸入至多路選擇切換單元中，主控單元發(fā)出通道選擇指令控制多路選擇切換單元選取其中一路視頻信號(hào)進(jìn)入自動(dòng)增益控制單元，由多路選擇切換單元選擇相應(yīng)的通道并完成切換，被選取的視頻信號(hào)依次經(jīng)自動(dòng)增益控制單元進(jìn)行幅度自動(dòng)調(diào)節(jié)、經(jīng)功率放大單元進(jìn)行功率放大后作為視頻輸出信號(hào)輸出，電源變換單元用于為主控單元、多路選擇切換單元、自動(dòng)增益控制單元和功率放大單元提供穩(wěn)定的電源。
[0016]1、多路選擇切換單元:多路選擇切換單元采用芯片MAX4315，該芯片是具有高速，低功率，多達(dá)八個(gè)視頻通道的視頻放大芯片，并且MAX4315芯片內(nèi)部集成了 2V/V的增益運(yùn)放。頻道之間切換速度40ns，開(kāi)關(guān)瞬變10mVp-p。所以該芯片非常適合應(yīng)用為視頻切換器的主要切換單元芯片。
[0017]借助主控單元(單片機(jī))的控制和視頻切換芯片的處理，就可以達(dá)到從多路視頻輸入信號(hào)中選擇輸出某一路視頻信號(hào)的目的。如圖2所示，多路選擇切換單元由視頻信號(hào)切換器(芯片MAX4315)來(lái)實(shí)現(xiàn)，它的輸入端可同時(shí)接收8路視頻信號(hào)，并在主控單元(單片機(jī)MC14053B)輸出的通道選擇指令的作用下，選出其中I路視頻信號(hào)輸出到自動(dòng)增益控制單元，從而實(shí)現(xiàn)多選I視頻信號(hào)的切換功能。當(dāng)輸入視頻帶寬在8MHz左右時(shí)，芯片MAX4315的所有通道的輸入阻抗均大于10千歐姆，因此，不會(huì)影響原飛機(jī)綜合顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)。考慮到多路選擇切換單元的安裝位置，設(shè)計(jì)2種通道選擇方式，并且通過(guò)單片機(jī)MC14053B來(lái)完成。單片機(jī)MC14053B接收撥輪開(kāi)關(guān)選擇或外部飛控計(jì)算機(jī)傳來(lái)的選擇指令從而生成通道選擇指令輸出給MAX4315作為視頻信號(hào)“通道選擇指令”和譯碼器(采用芯片MC74HC138A)，譯碼器(采用芯片MC74HC138A)用作點(diǎn)亮通道指示二極管，提示所選的通道。
[0018]2、自動(dòng)增益控制單元
[0019]由于切換器傳輸視頻信號(hào)，所以輸入信號(hào)強(qiáng)度變化較大，且與系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍不相一致，極易使切換系統(tǒng)不能正常工作，所以本系統(tǒng)創(chuàng)新性的引入了自動(dòng)增益控制單元，使視頻切換器的輸出視頻信號(hào)的電平保持為一定數(shù)值，能夠在接收到弱信號(hào)時(shí)，自動(dòng)增益控制單元的增益高；而接收到強(qiáng)信號(hào)時(shí)增益低，從而使輸出的視頻信號(hào)保持適當(dāng)電平。
[0020]自動(dòng)增益控制要完成對(duì)視頻信號(hào)幅度的自動(dòng)調(diào)節(jié)，是設(shè)計(jì)中的最重要部分。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)輸出選擇IVPP固定輸出幅度，此控制部分必須始終輸出幅度為IVPP的視頻信號(hào)。如圖3所示，自動(dòng)增益控制單元主要由濾波電路、放大電路、分離檢波電路和自動(dòng)增益放大電路組成，視頻通過(guò)光纖傳輸過(guò)來(lái)，經(jīng)過(guò)調(diào)整去噪后進(jìn)入視頻放大電路，自動(dòng)增益控制單元的反饋從輸出中取得視頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)分離和檢波整流，使之變成隨視頻信號(hào)的強(qiáng)弱而變化的直流控制電壓，該電壓反饋控制視頻放大器三極管的直流工作點(diǎn)，從而改變其增益，達(dá)到穩(wěn)定輸出的目的。它根據(jù)視頻信號(hào)中同步頭幅度最大的特點(diǎn)，取出同步頭峰值作為放大器增益的控制電壓，與傳輸圖像內(nèi)容無(wú)關(guān)，并且能夠抑制混在視頻信號(hào)中的低頻干擾。
[0021]具體的實(shí)現(xiàn)方式如:本發(fā)明的自動(dòng)增益控制單元采用芯片MAX7450實(shí)現(xiàn)，根據(jù)MAX7450使用要求，允許輸入幅度為(0.5?2.0)VPP，而經(jīng)過(guò)視頻信號(hào)切換器MAX4315調(diào)節(jié)放大處理后輸出的視頻信號(hào)幅度為(I?4) VPP，因此需要在MAX4315和MAX7450之間加入電阻分壓網(wǎng)絡(luò)，使得在MAX7450輸入端口可得到(0.5?2.0)VPP視頻信號(hào)。MAX7450通過(guò)比較檢測(cè)同步脈沖幅度與內(nèi)部設(shè)置的基準(zhǔn)值，對(duì)輸入的視頻信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)增益控制；經(jīng)過(guò)調(diào)理和優(yōu)化，同步信號(hào)幅度被歸一化到標(biāo)準(zhǔn)視頻IVPP電平。MAX7450輸出信號(hào)放大增益最大為12Db，最小為-6Db，設(shè)計(jì)中輸出緩沖器增益選擇ODb.最后將MAX7450輸出幅度為IVPP的標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)輸入到功率放大單元部分。
[0022]3、電源變換單元
[0023]電源變換是把輸入的機(jī)載28VDC電源變換為5VDC，以供各單元使用。為了提高可靠性和安全性，在電源與電壓轉(zhuǎn)換芯片之間設(shè)計(jì)了輸入反接保護(hù)，電壓轉(zhuǎn)換芯片采用隔離型芯片。輸入反接保護(hù)電路用于防止電源意外反接而損壞；DC-DC電源變換芯片采用金升陽(yáng)2405隔離型，以提高電源的可靠性。
[0024]4、功率放大單元
[0025]為了使視頻輸出單元有較強(qiáng)的負(fù)載能力，選用芯片MAX4380對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行功率放大，使輸出視頻信號(hào)完全能驅(qū)動(dòng)I個(gè)以上75歐姆負(fù)載。
[0026]主控單元軟件設(shè)計(jì):如圖4所示，MC14053B軟件由主控程序和中斷服務(wù)程序這兩部分組成。主控程序主要完成單片機(jī)初始化設(shè)置及控制MC14053B。接通MC14053B的輸出通道與輸入通道、撥輪開(kāi)關(guān)通道選擇指令代碼，并通過(guò)MC14053B送入MAX4315和MC74HC138A，實(shí)現(xiàn)通道選擇切換和通道指示二極管點(diǎn)亮。
[0027]中斷服務(wù)程序是為接收外部PC設(shè)置選擇通道指令專門(mén)設(shè)計(jì)的。一旦單片機(jī)接收到PC機(jī)設(shè)置選擇通道請(qǐng)求，則立即進(jìn)入中斷服務(wù)程序，確認(rèn)中斷請(qǐng)求，并進(jìn)行相關(guān)端口的設(shè)置；然后單片機(jī)發(fā)出控制指令通過(guò)輸出通道送入MAX4315和MC74HC138A，實(shí)現(xiàn)通道選擇切換和通道點(diǎn)亮。
[0028]多路切換測(cè)試:在機(jī)載多路視頻信號(hào)切換器的輸入端分別輸入幾路視頻信號(hào)，并在它的輸出端接上示波器和視頻顯示器，觀察波形和視頻圖像。波動(dòng)撥輪開(kāi)關(guān)或通過(guò)PC機(jī)設(shè)置控制輸入值，則相對(duì)應(yīng)輸入通道信號(hào)燈點(diǎn)亮，并在示波器和視頻顯示器上觀察對(duì)應(yīng)的波形和視頻圖像。當(dāng)控制地址出現(xiàn)110和11的組合時(shí)，信號(hào)燈全部熄滅無(wú)信號(hào)輸出，測(cè)試結(jié)果表明，多路視頻切換系統(tǒng)具有良好的切換功能。
[0029]穩(wěn)定幅度輸出測(cè)試:以視頻彩條信號(hào)為例，將視頻信號(hào)發(fā)生器輸出的彩條信號(hào)接到多路視頻切換器的輸入端，輸出端則和視頻信號(hào)發(fā)生器的輸出端分別連接到通用示波器的CHl和CH2通道。調(diào)節(jié)視頻信號(hào)發(fā)生器幅度旋鈕，改變信號(hào)輸出幅度，經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)試，多路視頻切換器能夠穩(wěn)定輸出。經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)試證明，設(shè)計(jì)的無(wú)人機(jī)多路視頻切換系統(tǒng)功能正確，可靠性高，體積小，對(duì)使用環(huán)境要求低，本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于軍用和民用的多攝像頭多角度間切換。
[0030]本發(fā)明未詳細(xì)描述內(nèi)容為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種無(wú)人機(jī)多路視頻切換器，其特征在于:由多路選擇切換單元、自動(dòng)增益控制單元、功率放大單元、主控單元和電源變換單元組成，多路視頻信號(hào)輸入至多路選擇切換單元中，主控單元發(fā)出通道選擇指令控制多路選擇切換單元選取其中一路視頻信號(hào)進(jìn)入自動(dòng)增益控制單元，被選取的視頻信號(hào)依次經(jīng)自動(dòng)增益控制單元進(jìn)行幅度自動(dòng)調(diào)節(jié)、經(jīng)功率放大單元進(jìn)行功率放大后作為視頻輸出信號(hào)輸出，電源變換單元用于為主控單元、多路選擇切換單元、自動(dòng)增益控制單元和功率放大單元提供穩(wěn)定的電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無(wú)人機(jī)多路視頻切換器，其特征在于:所述多路選擇切換單元采用芯片MAX4315。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無(wú)人機(jī)多路視頻切換器，其特征在于:所述自動(dòng)增益控制單元由濾波電路、放大電路、分離檢波電路和自動(dòng)增益放大電路組成，經(jīng)過(guò)多路選擇切換單元選擇的視頻信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波電路去噪后進(jìn)入放大電路進(jìn)行放大，匹配電路將放大后的視頻信號(hào)與內(nèi)部設(shè)置的基準(zhǔn)值進(jìn)行比較輸出歸一化的標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)，分離檢波電路將匹配電路輸出的標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)進(jìn)行分離和檢波整流使之變成隨視頻信號(hào)強(qiáng)弱而變化的直流控制電壓，該直流控制電壓控制自動(dòng)增益放大電路的直流工作點(diǎn)使得改變自動(dòng)增益放大電路的增益，自動(dòng)增益放大電路的輸出信號(hào)反饋至濾波電路從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制單元的穩(wěn)定輸出。
【文檔編號(hào)】H04N5/268GK103647907SQ201310356116
【公開(kāi)日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年8月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月15日
【發(fā)明者】崔寧 申請(qǐng)人:中國(guó)航天空氣動(dòng)力技術(shù)研究院