Устройство качественной передачи видеосигнала на средние расстояния

Задача

Разработать электронное устройство для качественной передачи видеосигнала на расстояние не меньше 100 метров со следующими функциональными характеристиками:

• передача аналогового видеосигнала от видеокарты компьютера к монитору с поддержкой разрешения не менее 1600x1200 с частотой 75Гц;
• передача аналогового видеосигнала от видеокарты компьютера к телевизору с поддержкой стандарта PAL;
• передача цифрового сигнала DVI от видеокарты компьютера к телевизору с поддержкой стандарта HDTV.

Решение А

В настоящее время для передачи видеосигнала на расстояние широко используются системы на основе кабелей витой пары (UTP). Такие системы позволяют передавать видеосигнал на расстояние до 600м (черно-белый видеосигнал) и до 300м (RGB сигнал) для UTP кабеля 5-той категории. Если требуется большая дальность передачи, то используется оптоволоконный кабель. Дальность передачи сигнала по многомодовому оптоволоконному кабелю несколько километров, а по одномодовому оптоволоконному кабелю до 20км.

При выборе кабеля необходимо учитывать полосу пропускания на определенных частотах. В нашем случае при разрешении 1600x1200 и частотой 75 кадров в секунду нам необходим кабель с минимальным затуханием на частоте 150 МГц. UTP кабель 5 категории на частоте 150МГц имеет ослабление 40дб (рис.1).

При передачи аналогового сигнала по UTP кабелю 5 категории возникает необходимость применения аналоговых повторителей, компенсаторов взаимного влияния, корректоров АЧХ. Аналоговую схему придется подстраивать под характеристики конкретного кабеля.

Таким образом, для передачи видеосигнала с аналогового выхода видеокарты (RGB или PAL/NTSC) к соответствующим аналоговым входам ТВ или видеокарты, необходимы интерфейсные разъемы к UTP кабелю, аналоговая схемотехника для усиления видеосигнала и коррекции АЧХ кабеля.

Рисунок 1. АЧХ передачи данных по UTP кабелю 5-той категории.

Применение повторителя увеличит число линий кабеля так как придется подавать питание для него. Ниже представлена общая структурная схема передачи аналогового видеосигнала (рис. 2).

Рисунок 2.Структурная схема решения A

Преимущества и недостатки решения

Преимущества:

• возможно дешевое решение;
• отсутствие какого либо программного обеспечения.

Недостатки:

• высокая чувствительность к помехам, сложности при отладке и настройке аналоговой части;
• нет поддержки цифровых стандартов передачи видеосигнала;
• необходимость использования нескольких повторителей (repeater), сложности с организацией питания для него.

Решение B

В данном решении предлагается использовать в качестве линии передачи UTP кабель 5-той категории (рис. 3).

Для этого предлагается:

• преобразовать входной аналоговый видеосигнал при помощи ADC. ADC выбирается в зависимости от типа входного видеосигнала DVI или RGB;
• сжать полученный поток данных с ADC используя FPGA, для уменьшения линий передачи и преобразования в LVDS уровни;
• отфильтровать полученный видеосигнал используя микросхемы Equalizer;
• разжать и в зависимости от используемого конечного стандарта преобразовать в необходимый вид.

Рисунок 3. Структурная схема решения B.

Преимущества и недостатки решения

Преимущества:

• высокая степень помехозащищенности;
• отсутствие повторителя;
• возможность использования свободных каналов передачи для других нужд.
• Использование распространенного и дешевого кабеля 5 категории.

Недостатки:

• более дорогое решение по сравнению с решением A;
• длительное время на разработку и тестирование опытных образцов;
• большое количество линий передачи.

Решение C

Для передачи данных предлагаем использовать один специализированный кабель для передачи данных с использованием микросхем семейства Serializer- Deserializer от Texas Instruments либо микросхемы GigaSTAR от Innova Semiconductors, либо аналогичное решение. (рис. 4)

Рисунок 4. Структурная схема решения C.

В качестве линии передачи также можно использовать оптоволоконный кабель. Это позволит отказаться от микросхемы Equalizer и позволит проводить линию передачи вблизи мощного силового оборудования. Данное решение будет дороже из-за применения фотоприемника и передатчика для оптоволоконной линии передачи данных. Стоимость приемопередатчика 80-100$.

Преимущества и недостатки решения

Преимущества:

• высокая степень помехозащищенности;
• отсутствие повторителя;
• малая толщина кабеля.

Недостатки:

• более дорогое решение по сравнению с решением A;
• длительное время на разработку и тестирование опытных образцов;
• использование дорогого кабеля.