Устройство гальванической развязки и частотной коррекции коаксиальной видеолинии

 

Изобретение относится к телевизионной технике и может быть использовано в замкнутых ТВ системах наблюдения (охранном телевидении), в студийных системах, в технологическом телевидении и т.д. Сущность изобретения заключается в том, что полный ТВ сигнал с выхода источника 1 полного телевизионного сигнала на этапе передачи по коаксиальной линии в блоке 3 гальванической развязки гальванически "отвязывается" от земли, усиливается и регулируется по уровню в блоке 4 согласования, подвергается двойной частотной коррекции в блоке 5 частотной коррекции на средних (корректор 6 низкочастотных составляющих видеосигнала) и высоких (корректор 7 высокочастотных составляющих видеосигнала) частотах и фиксируется по уровню "черного" в блоке 10 неуправляемой фиксации, причем все схемы обработки видеосигнала "развязаны" по питанию за счет применения нескольких независимых источников 14 питания блока 12 питания, преобразователь 13 напряжения которого построен на основе многообмоточного низковольтного трансформатора. Технический результат - повышение качества изображения за счет устранения наводок от линий питания. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к телевизионной технике и может быть использовано в замкнутых ТВ системах наблюдения (охранном телевидении), в студийных системах, в технологическом телевидении и т.д. (далее - ТВ системах). Высокая эффективность функционирования подобного рода систем может быть реализована только при выполнении следующих требований: - высокое качество телевизионного изображения, что позволяет реализовать высокие параметры разрешения применяемых источников видеосигнала и, следовательно, с поста наблюдения принимать грамотные решения о степени угрозы охраняемому объекту, - возможность в ТВ системе разнесения на расстояние до нескольких сот метров ТВ камер и поста наблюдения, что существенно расширяет зону наблюдения и охраны; - высокая помехозащищенность ТВ системы, необходимость в которой продиктована большим уровнем фоновых помех, возникающих при реализации систем ТВ наблюдения, при подключении к разным фазам электропитания или при подключении оборудования передающей и приемной сторон к разным точкам заземления. Кроме того, необходимо учитывать наличие электромагнитных помех, присутствующих в зонах, подлежащих охране или наблюдению; - возможность коррекции видеосигнала при использовании коаксиальной линии большой протяженности, - высокая надежность ТВ системы, характеризующая ее нечувствительность к упоминаемым электромагнитным помехам, а также к целенаправленным воздействиям на ТВ систему наблюдения со стороны посторонних лиц.

Анализируя перечисленные выше требования к ТВ системе, можно сделать вывод, что, наряду с высоким качеством элементов, составляющих ТВ систему, необходимо обеспечить ее максимальную помехозащищенность. Однако качество ТВ изображения и помехозащищенность в ряде случаев вступают в противоречие: на длинных линиях, при указанном значительном удалении ТВ камер увеличение помехозащищенности путем использования, например, коаксиального кабеля, приведет к снижению качества ТВ изображения из-за внесения коаксиальным кабелем частотных затуханий. Кроме того, в большинстве практических случаев в ТВ системе возникают, т. н. "земляные токовые петли", связанные с появлением разности потенциалов между точками заземления элементов системы. Следует отметить, что в ТВ системе наблюдения возникают помехи, связанные с наводками от линий питания, причем такого рода наводки (аддитивные искажения) трудно поддаются устранению, и на экране видеоконтрольного блока воспринимаются в виде движущихся яркостных полос или в виде сбоев в синхронизации.

Таким образом, высокое качество ТВ изображения в системах охраны и наблюдения может быть достигнуто путем применения дополнительного устройства гальванической развязки и частотной коррекции, обеспечивающего устранение помех и коррекции амплитудно-частотной характеристики всей цепи - от выхода ТВ камеры до входа видеоконтрольного блока.

Известна кабельная соединительная линия [1], содержащая дифференциальный усилитель, прямой вход которого соединен с внутренним проводом выхода входящего коаксиального кабеля, инверсный вход дифференциального усилителя - с движком потенциометра, выводы которого соединены с корпусом усилителя - разветвителя и внешним проводом коаксиального кабеля. Недостатком такого технического решения является сложность трассировки коаксиального кабеля прежде всего потому, что кабель должен иметь изоляцию от "земли", что не всегда конструктивно реализуемо, кроме того, использование указанного технического решения не решает второй задачи: коррекции амплитудно-частотной характеристики коаксиального кабеля.

Известен приемный видеоусилитель-корректор (EA2010 - "Приемный видеоусилитель-корректор [2] ), предназначенный для коррекции искажений в коаксиальном кабеле типа RG-59/U длиной до 900 м. Указанный корректор позволяет регулировать общее усиление и дополнительный подъем раздельно" на низких и высоких частотах, однако корректор не подавляет помехи, возникающие как за счет "земляных токовых петель", так и за счет проникновения аддитивных наводок от линий питания.

Наиболее близким по технической сущности является техническое решение [3], где целью изобретения является устранение земляных токовых петель и помех, связанных с наводками от линий питания, содержащее блок гальванической развязки, содержащий изолирующий трансформатор, предназначенный для изоляции земли на коаксиальных видеолиниях с нагрузкой 75 Ом. Изолирующий трансформатор содержит входную шину, подключенную через коаксиальный кабель к источнику видеосигнала, и выходную шину, подключенную ко входу видеоконтрольного блока. Поскольку входная и выходная шины изолирующего трансформатора изолированы друг от друга, он обеспечивает устранение влияния питания и случайных шумовых потенциалов между точками заземления на линиях передачи сигналов. Изолирующий трансформатор обеспечивает изоляцию земли на частоте 60 Гц до 115 dB с уменьшением с частотой на 6 dB/октаву до 30 dB минимум на 1 МГц, причем максимальное напряжение изоляции составляет 500В. Высокие технические характеристики изолирующего трансформатора обеспечивают его высокую эксплуатационную ценность, однако определенный спад амплитудно-частотной характеристики на средних и высоких частотах приводит к снижению качества ТВ изображения, кроме того, изолирующий трансформатор не устраняет аддитивные помехи в видеосигнале и, как и любой трансформатор, является главной причиной проникновения в систему магнитных наводок, которые резко снижают качество изображения.

В основу изобретения положен принцип комплексной обработки видеосигнала, позволяющий передать полный телевизионный сигнал по коаксиальному кабелю без снижения качества ТВ изображения.

На чертеже представлена структурная электрическая схема устройства гальванической развязки и частотной коррекции коаксиальной видеолинии.

Устройство гальванической развязки и частотной коррекции коаксиальной видеолинии содержит: источник 1 видеосигнала, коаксиальную линию 2, блок 3 гальванической развязки, блок 4 согласования, блок 5 частотной коррекции, содержащий корректор 6 низкочастотной составляющей видеосигнала и корректор 7 высокочастотной составляющей видеосигнала, блок 8 подавления аддитивной помехи, содержащий схему 9 согласования и схему 10 неуправляемой фиксации, видеоконтрольный блок 11, блок 12 питания, содержащий преобразователь 13 напряжения питания и формирователь 14 независимых источников напряжения.

Сущность изобретения заключается в том, что видеосигнал с выхода источника 1 видеосигнала на этапе передачи по коаксиальной линии в блоке 3 гальванической развязки гальванически "отвязывается" от земли, усиливается и регулируется по уровню в блоке 4 согласования, подвергается двойной частотной коррекции в блоке 5 частотной коррекции, на средних (корректор 6 низкочастотных составляющих видеосигнала) и высоких (корректор 7 высокочастотных составляющих видеосигнала) частотах, и фиксируется по уровню "черного" в блоке 10 неуправляемой фиксации, причем все схемы обработки видеосигнала "развязаны" по питанию за счет применения нескольких независимых источников питания, построенных на основе многообмоточного низковольтного трансформатора.

Устройство гальванической развязки и частотной коррекции коаксиальной линии видеосигнала работает следующим образом. В источнике 1 формирования видеосигнала оптическое изображение объекта преобразуется в полный телевизионный сигнал. Функции блока 1 могут исполнять телевизионная камера, коммутатор видеосигналов и т.д. В данном случае важно, что полученный видеосигнал должен быть передан к посту наблюдения (не показан), где расположен видеоконтрольный блок 11, находящийся от источника 1 видеосигнала сигнала на расстоянии до нескольких сот метров, а питание источника 1 осуществляется блоком 12 питания, расположенным вблизи блока 1 (или вблизи блока 11). С выхода источника 1 видеосигнала видеосигнал через коаксиальную линию 2 поступает на блок 3 гальванической развязки, причем блок 3, построенный на основе, например, оптопары, обеспечивает изоляцию земли и, тем самым, устранение влияния линий питания и случайных шумовых потенциалов между точками заземления отдельных блоков устройства. Наиболее часто с проблемой устранения влияния линий питания приходится сталкиваться из-за перекоса фаз электропитания, возникающего при неравномерной нагрузке на фазах питания. Видеосигнал, сформированный блоками 1, прошедший через линию 2 и гальванически отвязанный от земли блоком 3, поступает на блок 4 согласования, назначение которого усилить и отрегулировать видеосигнал по уровню, что позволяет компенсировать потери в линии 2 и в блоке 3. Поскольку блоки 1 и 4 питаются от отдельных секций формирователя 14 независимых источников питания, все наводки (искажения, импульсные помехи и т. д.), возникающие в точках заземления источника 1, линии 2, блока 3 гальванической развязки, локализуются в зоне расположения блока 1 формирования полного телевизионного сигнала (или, что то же, в зоне блока 12 питания). Из структурной схемы устройства видно, что блок 3 гальванической развязки питается от двух источников формирователя 10 независимых источников напряжения. Такое разнесение питающих напряжений позволяет резко снизить упомянутые наводки от источника 1, линии 2 и выполнить дальнейшее формирование сигнала, не учитывая негативных эффектов, возникающих на этапе предварительной обработки сигнала. Как указывалось выше, назначение блока 4 - компенсировать потери в линии 2 и в блоке 3 скорректировать неизбежные амплитудные потери, возникающие в результате прохождения видеосигнала через линию 2, т.к. применение протяженной коаксиальной линии вызывает потери уровня из-за омического сопротивления кабеля (резистивная составляющая). Компенсацию указанных потерь легко реализовать путем увеличения коэффициента усиления блока 3, но при использовании коаксиального кабеля для передачи видеосигнала на большие расстояния (как линия 2), возникают амплитудно-частотные искажения, которые приводят к снижению четкости изображения. Для получения изображения высокого качества необходима полоса частот видеосигнала 50 Гц - 6 МГц, тогда четкость ТВ изображения может составить 570 телевизионных линий, т. е. предельное значение четкости для высококачественной телевизионной камеры. Следует учитывать, что на протяженных линиях в указанной полосе коаксиальный кабель имеет не только резистивную, но и реактивную составляющую (эквивалентную распределенную емкость), поэтому с увеличением длины линии 2 снижается коэффициент передачи на высоких частотах, падает разрешающая способность и ухудшается четкость получаемого изображения, поэтому необходимо предусмотреть частотную коррекцию в двух полосах: 3 МГц и подъем в диапазоне 3 - 6 МГц. Поскольку длина (а следовательно, потери) линии 2 зависит от конструктивных особенностей системы, частотная коррекция осуществляется в блоке 5 коррекции двумя независимыми корректорами: корректор 6 низкочастотной составляющей видеосигнала и корректор 7 высокочастотной составляющей видеосигнала. Блок 5 обеспечивает коррекцию амплитудно-частотной характеристики всего устройства, которая была искажена линией 2 и блоком 3. Устранение мультипликативных помех видеосигнала осуществляется в блоке 5 путем перемножения частотного спектра сигнала, полученного на выходе блока 3, на функцию, обратную частотным затуханиям в линии 2 и в блоке 3, однако устранить с помощью блока 5 аддитивную помеху невозможно, поскольку такая помеха расположена в области низких частот видеосигнала (порядка сотен Гц) и не может быть устранена фильтрами. В устройстве применен блок 8 подавления аддитивной помехи, содержащий схему 9 согласования и схему 10 неуправляемой фиксации. После частотной обработки в блоке 5 видеосигнал формируется в схеме 9 таким образом, чтобы обеспечить входные параметры для надежной работы схемы 10, поскольку схема неуправляемой фиксации, наряду с определенными преимуществами (не требует управляющих импульсов), надежно функционирует только в условиях оптимального выбора выходного сопротивления предыдущего каскада [3]. С выхода блока 8 подавления аддитивных помех видеосигнал поступает на видеоконтрольный блок 11, в качестве которого может быть использован видеомонитор видеомагнитофон, детектор контроля движения и т.д. В устройстве применен специальный блок 12 питания, содержащий преобразователь 13 и формирователь 14 независимых источников питания. Преобразователь 13 преобразует сетевое напряжение переменного тока в набор напряжений переменного тока, необходимых для создания комплекса независимых источников питания, каждый из которых отсоединен от общей земляной шины, а заземление осуществляется согласно общеизвестным принципам питания малошумящей аппаратуры [4, 5].

ЛИТЕРАТУРА 1. Авторское свидетельство СССР N953746 от 18.04.78 "Коаксиальная соединительная линия".

2. Приемный видеоусилитель - корректор EA2010, Проспект фирмы Philips, 1997 г., с. 146, копия прилагается.

3. Изолирующий трансформатор TC8235GIT, Проспект фирмы Philips, 1997 г., с.366, копия прилагается (прототип).

3. Телевидение: Учебник для вузов/ В.Е. Джакония и др. -М.: Радио и связь, 1997, с. 328-335.

4. Хорвиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. Пер. с англ. 4-е изд. -М.: Мир, 1993, с. 72.

5. В. Н. Малиновский, В.П. Прокопышин. Методы защиты средств измерений сигналов от помех общего вида. Приборы и системы управления, 1988, N1, с. 26-29.

Формула изобретения

1. Устройство гальванической развязки и частотной коррекции коаксиальной видеолинии, содержащее источник видеосигнала, выход которого через коаксиальную линию соединен с входом блока гальванической развязки, видеоконтрольный блок, отличающееся тем, что введены последовательно соединенные блок согласования, блок частотной коррекции, блок подавления аддитивной помехи, причем блок частотной коррекции включает последовательно соединенные корректор низкочастотных составляющих видеосигнала и корректор высокочастотных составляющих видеосигнала, выход которого является выходом блока частотной коррекции, блок подавления аддитивной помехи содержит последовательно соединенные схему согласования и схему неуправляемой фиксации, выход которого является выходом блока подавления аддитивной помехи и подключен к входу видеоконтрольного блока, а вход блока частотной коррекции соединен с выходом блока согласования, преобразователь напряжения питания, выход которого подключен к входу формирователя независимых источников напряжения, выходы которого подключены к входам питания блока согласования, корректора низкочастотной составляющей видеосигнала, корректора высокочастотной составляющей видеосигнала, схемы согласования, схемы неуправляемой фиксации.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок независимых источников напряжения выполнен в виде многообмоточного трансформатора, каждая из обмоток которого подключена к соответствующему выпрямителю и стабилизатору напряжения, причем выходы выпрямителей и стабилизаторов напряжений не имеют гальванических связей.

РИСУНКИ

Рисунок 1