实训系统中视频监控信号检测方法与实现

【摘 要】作者在开发智能楼宇实训系统中，使用了锁相环音频解码电路检测视频监控系统中视频信号的有效性，手段新颖，方法简单，测量可靠，易于实现。提高了工作效率，取得了很好的应用效果。文中对常用的视频信号检测方法进行了分析探讨，比较了各种方法的优缺点，对锁相环音频解码电路的应用做了详细介绍，设计过程完整、清晰，有较高的参考价值。

【关键词】视频监控；CVBS；电路设计；LM567

1 问题的提出

在现代化安防系统中，视频监控系统必不可少，随处可见。为了满足培养视频监控系统安装维护人员的需要，我们开发出一套视频监控实训教学系统，在这个实训系统中，我们设计了自动判断系统接线是否正确的成果评判功能。

智能成果评判的基本思路是通过单片机判断系统接线和信号状态，了解学生对实训任务的完成效果，自动指出任务完成情况，并参考完成时间，给出相应的成绩。

在整个系统中，判断任务完成情况是技术关键。

完成效果评判依据主要有2种，一种是判断线路的连通性，另一种是判断线路中信号的有效性。

判断线路的连通性比较容易实现，通常使用判断电阻或电压的方法即可了解线路的连通性，但这种方法只能判断线缆接线是否连通，线缆上是否有视频信号在传输则无法判断，这种方法有一定的局限性。

系y工作正常与否重点要看线缆上传输的视频信号是否正常，即如何判断视频信号的有效性呢？

传统模拟视频监控信号传输方式多为视频基带传输，检测视频信号的方法主要有以下几种。

方法一：监视器直接监视。

在视频电缆上直接接上监视器观察图像信息，这种方法最简单有效，可以直观的看到画面质量，从而准确了解视频监控系统工作状态，判断任务完成质量。但此方法必须用人眼观察，无法实现自动化判断，而且人眼观察具有一定的主观性，不利于反映客观现实。此法不可取。

方法二：采用视频解码芯片获取视频信息。

飞利浦公司视频解码系列芯片SAA711X广泛应用在视频信号处理中，该芯片可以接收并处理各种视频信号，可以把视频信号数字化，并通过数据总线传输给单片机，通常应用于视频信号捕捉卡等处。在我们的实训系统中，主要检测考核是否有正常的视频信号，对视频信号的内容并不关心，而SAA711X系列芯片控制过程较为复杂，在实训系统中有些杀鸡用牛刀，所以此法并不是最优选择。

方法三：测量视频交流信号。

在对视频信号内容没有检测要求的场合，可以使用高频毫伏表测量视频信号幅度的方法判断是否存在视频信号。此方法简单，易于实现。我们在系统设计初期计划采用这种方法。

但是在进行实验中发现，实训系统与实用系统不同，实训系统由学生接线，接线工艺、接线质量都无法得到保证，如果接线错误或者屏蔽不好，会在视频信号线上产生很大的干扰信号，这些干扰信号的频率范围有可能很宽、幅度有可能很大，采用一般的滤波电路较难把干扰信号和有效视频信号区分出来，造成判断失误。此法也不可行。

方法四：测量视频同步脉冲。

有效的视频信号与干扰或噪音信号有一个显著的不同，就是视频信号有一个周期、幅度固定不变的“同步信号”，检测是否存在这个同步信号就可以判断线路中传输的是有效视频信号还是噪音或干扰信号。使用这种方法技术简单、实现成本低、检测过程稳定可靠，在无需了解视频信号内容的场合是最优选择。

2 视频信号分析与设计思路

模拟视频监控系统视频信号通常采用CVBS信号传输，CVBS是Composite Video Blanking and Sync（复合视频消隐和同步）的英文缩写，顾名思义，该视频信号中不仅包含亮度、色彩等可视信息，同时还包含消隐与同步等控制信息。

依据国标《GB3174-1995 PAL-D制电视广播技术规范》得知，视频信号基本结构如图1所示。

我们只要检测到电缆中存在稳定的、峰值达到300mV、频率为15625Hz的信号，即可判定有视频信号存在且信号稳定。

如何检测这个频率为15625Hz的交流信号呢？

我们选用了原美国国家半导体公司研制的音频解码器LM567CN（也可使用飞利浦NE567CN）。

LM567CN内部结构包括锁相环、正交相位检波器、放大器和一个输出晶体管。锁相环内则包含一个电流控制振荡器、一个鉴相器和一个反馈滤波器。

片内振荡电路固有频率和输入频率相同时，输出晶体管可输出一个稳定的低电平信号。LM567CN技术手册推荐典型应用电路如图2所示。

LM567CN的工作频率范围是0.01Hz～500kHz，我们需检测的视频信号同步脉冲频率是15.625kHz，处于正常工作频率范围。

查阅技术手册，LM567CN输入信号电平为>25mV，建议200mV左右，我们可在输入信号前加一个限幅放大器，限制信号电平在合理范围。

3 电路设计

检测方法确定以后，初步设计LM567CN应用电路如图4所示。

彩监控信号有PAL制和NTSC制，PAL制同步频率为15625Hz，NTSC制同步频率为15734Hz，二者相差约0.7%。选择不同的C2可使检测频率带宽在7%-14%范围，可知选择C2在推荐范围内任何容量都可兼容PAL和NTSC制式视频信号。

为了兼顾元器件的离散型和系统的稳定性，我们这里参照以往经验，选取带宽范围为5%。参照器件手册，C2、C3计算图表如图5所示。

在我们设计的电路中，该信号直接连接51系列单片机P1口，而P1口内部已有上拉电阻，所以此电阻可以省略。

为了使该电路可以应用在单片机开路输出端口，这里也可以外加一个10kΩ电阻。

至此，视频信号检测电路设计完成。设计结果如图6所示。Vi接被测信号线，Vo接单片机P1口。

4 实际应用效果

上述电路应用在我们自主研发的智能楼宇实训台中。

因电路成本很低，我们在每一条需检测的视频线上都安装了这样一个检测电路，Vi通过耦合器接被测线缆，省去了切换开关，减少了外电路对被测信号的影响。Vo接单片机的IO口，将视频信号的测量结果以高低电平方式送给单片机，由单片机程序进行轮询检测和处理。

由于元器件的离散型，在实际应用时，需要调整电位器RV，寻找最佳频率点，获得最稳定的测量结果。

通过一年多的应用实践，证明此方法能够准确的反映线缆中视频信号的有效性，有较强的抗干扰性，没有发现漏判和误判现象，该方法可用于视频信号有效性检测。

【参考文献】

[1]GB3174-1995 PAL-D制电视广播技术规范[S].国家技术监督局，1995，12.

[2]LM567/LM567C 技术手册[M].National Semiconductor Corporation，1999，5.

[3]王质朴.MCS-51单片机原理接口及应用[M].北京理工大学出版社，2009，11.