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标题: [分享]VGA视频传输技术原理 [打印本页]

作者: fukeshixun 时间: 2011-3-15 09:03
标题: [分享]VGA视频传输技术原理
VGA信号传输是最近的视频信号传输的热点，各种不同的传输方式引发很多工程商的关注，各种不同的宣传也模糊了工程商的正常判断，作为双绞线传输的生产商，就VGA传输的发展及原理做一个小小的论述，希望可以澄清大家可能的误判！
VGA信号包含有R/G/B/H/V五种，分别是三原色和行场同步信号。VGA线材虽然包含15根线，VGA线材里面实际传输图像信号的只有5根线，所以看VGA线材好不好首先看用来传输RGBHV的那五根线的线芯质量。
VGA线芯虽然很细小，衰减比较大，VGA线材在短距离传输的时候基本不会有问题，。而早期为解决传输距离远的难题，一般都是加大线芯直径，将铜芯做得很粗。但是传输距离长以后，VGA线里面五种信号相互之间产生串扰的问题就严重起来，同时在比较复杂的环境中粗大的VGA线材布线极为困难，拐弯时候VGA线容易折断，其他问题也是非常多（如：外部干扰，焊接点不好等）。
工程中为解决VGA视频传输问题，依照时间顺序VGA视频传输的发展依次是：（VGA线材＋VGA放大器）→（RGB线缆＋RGB长线驱动器）→（双绞线＋双绞线传输设备）
A）VGA信号放大器
它采用简单的放大原理，或将发送端信号放大，或将接收端已经衰减的信号放大。在接收端放大的方式一出来就被抛弃，因为他会将传输中的干扰一起放大，包括内部信号间的串扰。采用发送端放大的设备在采用特制VGA视频线缆为传输介质后，可以将电脑的VGA视频信号传输上几十米。但是随后人们将VGA线材线芯越做越粗，没有改变VGA传输技术原理的缺点越来越明显：
第一，长距离VGA线材又粗又硬，不容易找到，需要到工厂定做，拐弯剧烈还容易出现内部断裂，布线极为不便。
第二，VGA头在焊接的时候也非常容易出各种问题（如驻波干扰，虚焊等）。
第三，它不能抵抗干扰，不能消去串扰。VGA线材本身决定它长距离传输内部串扰、共模干扰非常大。而随着距离的增加，一些本来不是很强的干扰也在长距离的线材里面变得强大，导致有些试验环境下能成功而实际工程做了却根本没有办法应用，造成返工或无法验收的巨大损失。所以超过30米距离这种方式就不应该采用。
B）RGB传输技术
人们根据VGA信号分为RGBHV五种信号的原理，将VGA线缆拆分开来，用五根同轴线缆来传输，这种传输方式叫RGB传输。这种方式有效的解决了衰减的问题（RGB线缆的线芯比VGA线缆的单根线芯粗很多），同时同轴线缆的屏蔽层，对串扰也有一定的抑制作用，但是由于传输技术原理没有根本的改变，串扰问题并没有真正解决！而且RGB方式传输距离达到一定距离以后，由于施工现场环境复杂，布线的时候就出现RGB五根传输RGBHV信号的线缆长度不一致、到达时间不同的现象，造成RGB三原色及行场信号不能同步到达。屏幕上面就出现三种颜色不能重合在一起、甚至无法显示的现象。这就是RGB 传输中容易出现的不同步的问题，这个问题很难得到廉价的解决方法。
C)VGA双绞线传输技术
为解决这些传输中的问题，近两年一种采用普通网线（双绞线）为传输介质的VGA视频传输技术迅速成为目前VGA视频传输技术的热点。
该传输方式采用一个发送器一个收接受器，发送器将VGA视频信号进行重新编码以差分信号在网线上面传输，到远端接收器解码还原成VGA视频信号。网线传输采用的视频差分技术，每对双绞线传输一个信号的时候，都是同时发出波形相同、极性相反的信号，这样一对双绞线对外发散的信号就相互抵消为零，从技术上就解决VGA信号内部的串扰问题。
网线里面只有4对双绞线，用网线传输VGA的五种信号的时候怎么办？早期我们把VGA信号里面的RGB分3对双绞线传输，剩下一对传输HV信号，
网线里面每对双绞线长度也是不一样的，不是也存在不同步的问题吗?解决办法：线路补偿！和RGB线缆传输不同的是：网线里面每对双绞线长度差别都有国际标准，我们可以根据这个标准来知道每对双绞线的线路长度大致差别，根据这个长度来进行线路补偿，这样VGA信号用RGB方式不能解决问题在这里也得到解决！
VGA视频双绞线传输技术其他优势
采用的差分技术本身抗干扰性能就强，再加上一些技术处理，抗干扰性得到大大提高。即使最恶劣的电厂强电强磁环境都可以使用它来长距离传输VGA视频。抗干扰性是保证工程质量的重要指标，如何保证产品的抗干扰性就显示出设计电路的研发人员的水平了。不同的产品抗干扰效果不一样，有条件用户在选择产品的时候最好先做干扰测试，没有条件的用户最好在现场或者比现场更恶劣的情况下测试了再定型选购。这样才能保证工程质量得到甲方认可，保证双方合作愉快。以网线为线材取材便宜，水晶头制作比VGA或者RGB线缆的焊接容易，线材柔软，布线也方便。目前VGA视频延长器和VGA长线驱动器价格相差并不大，距离越远，线材成本越低，对比抗干扰效果越好，性价比更高。可以说30米以上距离VGA视频延长器取代VGA信号放大器已经是一种趋势。
技术是不断进步的，双绞线传输技术也是在不断进步！当VGA视频传输技术可以用双绞线传输方式解决后，技术人员的又在思考是否可以用一对双绞线传输更多信号：网线里面只有4对双绞线，VGA信号里面的RGB分3对双绞线传输，剩下一对传输HV信号，当我们同时需要电脑其他功能的时候，这个办法就不行了。技术人员将H/V信号重新编码，混入RGB信号里面传输，到接收器那边再解码出来。这样就只需要3对就可以完成VGA的R/G/B/H/V五种信号的传输。省下的一对线我们可以传输音频或RS485信号或鼠标键盘信号，甚至可以是USB信号。当然同时传输鼠标键盘VGA这三种信号，技术难度更高，要求的抗干扰性更强。本公司拥有双绞线传输电脑外设各种接口信号的技术并一直在这方面保持领先，可以为工程用户提供性能更好功能更全面的产品。
小结：
新技术的发展都是为了解决老技术的问题，从发展时间顺序上面就可以看出：近两年出现的双绞线传输技术就是为了解决VGA传输传统技术的问题，具有更好的优越性。从产品的抗干扰，布线施工，线材的取材，技术具有的多功能特点等多方面具有无庸置疑的优势。
***
双绞线长距离传输视频信号工作原理
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　双绞线长距离传输视频信号的驱动和接收器的
工作原理及性能参数

1概述：
在监控系统中常常要把视频信号进行一定距离的传送，有时往往会利用电话线（双绞线）来传，但是在双绞线上传送视频信号，信号跌落很大，而且微分增益、微分相位失真很大，给图像带来严重失真，特别是彩色图像，所以研制一定长距离的双绞线传输视频信号的驱动和接收电路很有用处。

2工作原理
2．1驱动器原理和作用
驱动器作用：这节电路分为两部分，第一部分由T1和T2组成，主要把从75Ω电缆来的单端信号转换成双端信号，供驱动电路放大；第二部分由T3和T4组成，把平衡视频信号进一步放大驱动（见图1（b））



驱动器原理：T1作用是反向放大，T2作用是跟随放大，这样在其输出形成平衡输出；R3和R5为匹配本节输出和下一节电路的输入用；本节增益为一。T3和T4实际上是个双跟随器；R3，R5是前后级匹配电阻，调R6可调节本级增益，R8，R10是与双绞线匹配电阻。
2．2接收器原理和作用
接收器原理和作用：T5把经过长距离双绞线传输后的视频信号进行平衡放大和进行双端-单端的转换（平衡-不平衡转换）；补偿网络根据双绞线长度不同而进行不同的补偿，T6把已放大了的视频信号进行整型和缓冲放大输出。
R11，R15为输入匹配电阻，R13调节T5的增益；R16起到前后级匹配作用，R17调节T6的增益，T5，T6的增益都均为1左右（见1（C））。

3元器件的采用
3．1双绞线驱动器的运算放大器的选用
本线路采用了Elantec公司的差分线驱动运算放大器作为驱动电路和接收电路，其-3dB带宽为63MHZ，正负电源供电，其微分增益误差（DG）为0。17%，微分相位误差（DP）为0。06°。而驱动器和接收器的双端的转换采用了Elantec公司的电流反馈运算放大器（CFA），其中相输入阻抗高（2MΩ）,0.1Db AV=2时的带宽为50MHZ,-3dB Av=1时的带宽为250MHZ.DG为0.01%,DP为0.01°(AV=1时).
3.2电流反馈放大器的原理
(1) CFA的工作原理
CFA的工作原理如图2所示,同相输入端具有很高的输入阻抗,其输入信号通过互补射极跟随器Q1和Q2,直接缓冲输出到反相输入端,由于发射极电阻很小,所以反相输入端电阻很小,仅为10～100Ω.Q1和Q2的集电极驱动电流镜Q3和Q4该电流镜把反相输入的电流传输给高阻节点T(S),该高阻节点特性用RT和CP来表示，假设给CFA同相输入端加一个阶跃进信号，Q1立即把相应的电流输出给外部反馈电阻，产生一个误差电流I，Q3同时把I加到高阻节点上，高阻节点电压等于I乘以等效阻抗Rt//Zc，可见CFA的开环增益T（S）是一个阻抗，而不是VFA（电压反馈放大器）中无量纲的开环增益A（S），所以CFA也可称为互阻放大器。
    因为误差电流I不受输入极偏置电流限制，所以以理想CFA的SR不受限制，可以非常高。电流镜从电源上取得电流供给高阻节点。负反馈环路迫使输出达到某个电压值，该电压值使反向输入的误差电流为0.CFA的等效模型和相应的波特图如图3图4图所示，

输入缓冲单元的输出抗阻为RO，输入误差电流为1，动用负反馈原理列出节点方程，可得：
      Vout=            1+R2/R1
      Vin          1+jωCPP2(1+ RO/R1   + RO/R2 )

在闭环-3dB带宽fd处满足2fdCP R2 (1+ RO/R1   + RO/R2 )=1.当RO<< R1,RO<< R2时,由上式可得:
     fd = 1   CP R2
2
上式表明CFA由内部极点电容CP和外部反馈电阻R2决定,而与增益设置电阻R1无关,由于fd 和R2成反比，所以制造商常把CFA的R2优化成某个特定值。R2大于此值，带宽会降低，R2小于此值，CFA会由于高频寄生极点而产生振荡，工作不稳定，
（2）CFA的基本特性
（a）由于CFA的转换速率不受限制，所以在同样的制造工艺、同样的静态电流条件下，CFA能比VFA获得更高的全功率带宽（FPBW），CFA的全功率带宽和小信号带宽近似相等。
（b）由于CFA的反相输入电阻非常小，所以它对反想输入端杂散电容的敏感和度比CFA小很多。把CFA接成反相工作方式（如I/V转换器）会很有利。
（c） CFA的闭环带宽由内部极点电容和外部反馈电阻决定，与增益无关。而CFA具有恒定的增益带宽积，增益增加，带宽下降。CFA带宽与增益无关的物性使它特另适用于可编程增益应用场合。



3．3差分线接收器和视频运算放大器
     接收器采用差分线接收器作信号的平衡放大，用视频运算放大器作接受器的输出放大。其—3dB带宽为150MHZ，输入差分信号最小可低到±V；视频运算放大器。
4线性失真
4．1幅频特性
(1) 多波群测试
一般测量系统的幅频物性方法采用多波群信号来观察最为直接，由于双绞线间的阻抗为ZO≈100Ω，标准交互电容大约为14PF/ft,在4MHz的的衰减为4.1Db/100m,在采用多波群信号测量时，在4.8MHZ处幅度略有下降(见图5).

(2) 绞合线的回波和K指数
根据网络理论,可实现网的幅频特性K(ω)为ω的偶函数,相频特性φ(ω)为ω的奇函数,即   K(—ω)=K（ω），φ（—ω）= －φ（ω）。余弦状的幅频特性与相频物性为
K（ω）=a+b cos    nπω
ω
φ（ω）=ωto.
式中，n为正整数，ωc为截止角频率，a,b为常数，则在通带内频率特性可以表示为
K（ω）=K（ω ）e-jφ(ω)
=（a+ b ejnπω/ωC+b ejnπω/ωC ）e-jωto    (1.1)
                                             2             2
─若以ri(t)表示信号ei(t)经传输系数为1、相频特性为ωto、截止角频率为ωC，为理想低通后的响应，则经传输系数为（1.1）所示网络后的响应为
r(t)=ari(t)+b ri(t+nπ)+bri(t—nπ).(1.2)
2             ωC   2        ωC
若ei(t)的频谱不超过   ωC，则ri(t)=ri(t-to).式（1.2）表明输出信号中除了有一个延迟to的主波外,另有两个同极性的回波,一个超前nπ/ωC,另一个滞后nπ/ωC,对2T脉冲来说,fc=fu,而
n    =    n     =   n = nT
ωυ　　　　　2f　          2f
即两个回波分别距主波±nT，在1km绞合线传输视频信号的接收波形中也可以看到类似回波，只是其余弦的系数b的幅度和a相比较小，大约b=a/11,即回波的幅度为主波的3%～4%左右，所以2T信号的脉冲响应（KP）为 3%～4%；用副载波填充的10T正弦平方脉冲去测时发现亮度-色增益有一定的不均匀性；我们知道亮度-色增益不均匀性△G～2（VL-VA）×100%。从波形中可以看出Vb=0.Va=1/ 7V.所以△G=-2/7×100%.=28.5%.而由于V1=0 所以亮度-色延时不均匀性为0，在图像上也可以看到10T波中窜入亮度，而彩色却没有错位，所以图像质量尚可以，只是彩色上的亮度稍微亮了些，可以用亮度控制旋钮来改善。

5非线性失真
（1）亮度的非线性幅度失真，一般用阶梯波经过一微分电路来进行测量，其失真系数：
Dm =   Amnx -Amnm    × 100%
从波形上看五节阶梯的微分幅度完全一致，因此Dm=0

（2）色度信号非线性失真
（a）微分增益（DG）
DG的测量常用阶梯波叠加副载波的测试信号来测量，经过带通滤波器的副载波波形如图6：

实测：Amax=1.02V,ABL=1.0V,Amin=0.98V.
所以   DGP=   |Amax-ABL|   ×100%　　　
                    ABL
= | 1.02-1.0 | ×100%
       1.0
=2%
DGn=　Amin-ABL ×100%
          ABL
   =0.98-1.0×100%
1. 0
=2%
DGPP=　Aman-Amin ×100%
          ABL
   =1.02-0.98×100%
1. 0
=4%
(b)微分相位（DP）
测量DP用的测试信号与测量DG用的测试信号相同，但必须带彩色同步信号，测出以黑电平出副载波相位作基准的副载波最大相移，即
    DPP=|φmax-φBL|.
    DPn=|φmin-φBL|.
    DPPP=|φmax-φmin|.
在实际测量中当测试信号为NTSC行时测出的DP值为2.6°,当测试信号为PAL行时测出的DP值为2.4°。同于PAL制的逐行倒相作用中，DP主要造成色饱和度失真，这可以用其他办法进行补偿。
为了保证视频信号的高频部分经过双绞线能较好的恢复，在驱动器中和接收器中分别加入了高频预提升和补偿，其补偿特性曲线和衰减特性曲线的相互作用可见图7。可以根据传输线的不同具体长度进行不同程度的补偿。

作者: tosea 时间: 2011-3-18 16:06
看的懂一半，有的太深奥了，神

作者: panhong81 时间: 2011-3-18 16:30

如果利用视频线来做传输线，从监控主机传出画面，在电视那段连接上电视原配的视频线。这样也能行，问题就是效果有点差。

作者: 广州鼎铭视讯-老邱 时间: 2011-3-19 23:24
VGA转换成Video后传输可以采用光端机或者射频模式传输的

作者: sunjlg 时间: 2011-3-28 14:03
厉害啊

作者: china226 时间: 2012-5-21 16:50
看不到

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