CADEKA长距离线缆传输高清视频的需求不断增长，如安防摄像头。许多情况下，线缆的敷设是预先存在的，采用低成本RG-59线缆。不过，这种线缆仅限于大部分应用中的低频使用 (<200MHz)，(1GHz时的衰减量为28dB/100米)。现有高清视频传输方法包括采用三条同轴线缆的独立模拟RGB/YPbPr，或HD-SDI串行数字传输方法，传输速率为1.485Gbps，这种线缆只能实现短距离传输。

aCVI采用经过修改的NTSC模拟合成视频格式建立传输信号，aCVI意为高级复合视频接口。传输距离大于300米，720p/60Hz时超过500米，有一定程度的信号衰减。与大部分模拟传输方法一样，信号衰减“很平滑”，没有数字传输方法中出现的信号陡变现象。aCVI兼容大部分高清视频标准，以及非标视频标准 (如HD-CCD摄像机)。发射器由用于配置小型FPGA的数字知识产权内核和大量供应商的标准模拟器件组成。输出级也兼容NTSC/PAL基带传输。接收器也由标准模拟器件和小型IP内核组成，可兼容现有NTSC/PAL基带传输及SDI/HD-SDI传输。

aCVI还支持接收器/发射器以及发射器/接收器之间双向数据传输，前者用于诸如控制摄像机功能，后者用于嵌入发射器信号源和标准或摄像机环境的相关信息。数据接口还可以进行自动线缆均衡。单声道也可采用32kHz/16位速率传输。
RG-59线缆技术规格

线缆供应商之间的技术规格各不相同，但这些线缆有效频率范围内，50MHz平均衰减率约为2.4dB/100英尺，100MHz约为3.5dB/100英尺 (分别为7.8db/100米和11.5dB/100米)。

这些指标未考虑线缆敷设问题或其他问题，如交流声拾取。aCVI接收器通过伪差分接收器输入级可在一定程度上抑制交流声。因此，对于目标距离300米和最高传输频率 (720p/60Hz = 60MHz)，我们要求的衰减约为3dB/100英尺 (9.8dB/100米)，或29.5dB损耗。300米线缆100kHz时的损耗为0.9dB。

典型线缆技术规格如图1所示。
aCVI概述

下面简要说明aCVI接口。更详细说明参见本单Verilog模块的内容。

aCVI接口基本概念基于成熟可靠的NTSC传输方法 (PAL的优点 – v.v.多径接收 – 与线缆系统无关，因此采用NTSC作为模型)。NTSC采用RG-59线缆的传输距离大于1km，但带宽限于5MHz。NTSC还存在接收器一端很难解决的色度/亮度串扰问题。

由于线缆系统是一种封闭系统，只需发射器与接收器之间相互“了解”，因此我们可以修改NTSC基本方法满足高清传输要求。

首先要克服线缆带宽限制。高清720p/60Hz传输要求亮度带宽为30MHz。由于仅采用一条同轴线缆传输，我们选择传输亮度和色差信号 (而不是红、绿、蓝分量)，对于色差信号，由于眼睛对颜色的视觉敏感度较弱，因此可采用一半带宽传送：即亮度和色差信号分别采用15MHz带宽。

从摄像机到DVR或监视器，向整个系统传输视频信号时，我们需要考虑带宽限制，如Kell系数。简言之，就是提供一个带宽限制系数，约为0.7，即在不影响系统图像质量的情况下，亮度和色度带宽可降低0.7个系数。为此，我们将所需的亮度带宽和色度带宽分别取20MHz 和10MHz。

为进一步降低传输带宽，色差信号可在载波上进行正交调制，以便有效使用相同带宽。不过，为避免NTSC信号恢复问题 (因为我们没有向后兼容问题)，亮度带宽之上需要加副载波，这样，两个信号之间不会产生干扰。对于720p/60Hz传输，载波频率为49.5Hz。这个频率远高于亮度最大频率，发射器和接收器可使用低廉的滤波器 (就硅片面积而言)。

因此，完整信号有效带宽约为10MHz (色度上边带) + 49.5MHz 或约 59.5MHz。这也设定了2 x 59.5MHz或119MHz的最小采样频率。为方便起见，我们选择148.5MHz作为采样频率，因为这个采样频率与720p/60 SMPTE标准有关。49.5 MHz的副载波频率为148.5MHz/3。

对于300米长的RG-59线缆，我们预计这个频率的损耗为30dB。不过，频率低得多的同步信号，损耗仅为1-2dB左右，因此可以始终保证接收信号可靠的光栅扫描。

为改善信噪比 (SNR)，可采用预加重传输。预加重程度可根据不同线缆长度编程。最大预加重设定值为30dB，频响设定值近似RG-59线缆损耗。

通过发送与网络中原有标清 (SD) 设备保持兼容，并可共用低功率5V驱动器的2V峰-峰视频电平信号，可进一步改善SNR。

线缆长度超过300米，带宽开始进一步下降。这种情况首先影响频率分量最高的色度信号。不过，接收器中的自动色彩控制功能可在20dB信号衰减范围内 (约500米) 保持色彩饱和度。长距离传输压缩色度带宽可改善SNR。

接收器电路少量提升可补偿亮度带宽下降。在传输距离的最远端，信号恢复为单色，而同步信号的接收距离大于1公里。亮度带宽随距离的增加“平滑”下降。

由于与NTSC传输方法相似，发射器和接收器可以轻松实现传统的NTSC/PAL传输。

aCVI还可以在接收器与发射器之间双向传输。每个方向每帧发送一字节数据 (即50或60 字节/秒数据速率，取决于视频帧速率)。有意保持低数据速率是为了减少线缆衰减的影响。垂直消隐间隔中，采用两条专用线路传送数据。

发射器与接收器之间也可以传送音频信号。垂直扫描期间，音频以数字数据传输。一个信道的音频数据可按32kHz/16位速率“实时”传输。

aCVI编码器

下面介绍aCVI编码器的Verilog模块。设计中最上面的一个模块是HDCVI_encoder.v。aCVI Verilog模块简易方框图如下所示。

aCVI编码器有两个时钟输入，分别为Clk74 (74.25MHz) 和Clk148 (148.5MHz)。两个时钟上升沿应对齐。Clk74用于输入数据时钟，Clk148用于输出时钟定时。另外，还可以用于Cb/Cr信号（37.125MHz），如果输入格式为4:2:2。

此外，还有两路同步输入，HSync (水平同步) 和VSync (垂直同步)。HSync是水平线速输入，这个脉冲的下沿应与输入视频数据的0H定时参考点一致 (HD三电平同步模拟波形的中点–参见图3)。Hsync时钟周期脉宽最小应为4 x 74MHz。

VSync输入下沿应占1行输入视频数据。VSync最小为3行脉宽

aCVI_SPG.v模块生成输出复合同步波形，以及各种其他必要的定时信号。

HSync输入用来复位运行频率为74MHz的计数器，经过输出解码生成80时钟宽度正确定位的水平同步输出脉冲。

同样，VSync输入用来复位HSync定时的行计数器，经过解码生成5行宽VSync输出脉冲。通过水平脉冲门控生成正确的垂直同步脉冲，OR’d与水平脉冲生成复合同步波形。

aCVI同步波形采用传统同步，而不是三电平同步，上升和下降时间较慢。上升和下降波形在28个时钟周期内近似上升余弦形状。同步沿10-90%转换时间约为215ns。

形成的复合同步信号进行缩放和偏移量补偿，避免输出放大器中产生任何负向削波。同步信号供aCVI_Yin.v模块使用。

aCVI 720p/60Hz模拟定时波形。

亮度处理

aCVI_Yin.v 模块进行输入亮度处理。

10位亮度数据首先减去其中的小数值64 (假定Y输入符合BT656格式，黑电平值为64)。然后，通过缩放添加到aCVI_SPG.v模块的模拟复合同步输出。

然后，复合同步+亮度信号在49头FIR滤波器中从74.25MHz到148MHz进行插值。滤波器带通为25MHz，带阻衰减34MHz处大于-50dB。这个滤波器的频响优于SMPTE技术规格(30MHz)，但按系统Kell系数(0.7)计算。

滤波器频响如图4所示。
 
亮度插值输出传送给输出处理器模块。
色度处理

aCVI_Cin.v模块进行输入色度处理。

10位 B-Y和R-Y数据首先采用NTSC缩放参数进行缩放。

经过缩放的U和V信号在63头FIR滤波器中从37.125MHz至148MHz进行插值。滤波器带通为10MHz，带阻衰减15MHz 处大于-50dB。这个滤波器的频响符合SMPTE技术规格(15MHz)，但按系统Kell系数(0.7)计算。

滤波器频响如图5所示。

 色度插值输出传送给色度调制器。

色度调制器

用来调制色度的副载波频率采用32位比例计数器生成148.5MHz时钟主频。


这个比例计数器的前11位 (相位字) 用于解调器生成正弦和余弦波形。

较低频率的亮度滤波器截止频率为34MHz，色度滤波器截止频率为15MHz。因此，副载波频率避免串扰的最小值为34+15 = 49MHz。720p/60Hz标准选择的副载波为49.5MHz，即148.5MHz/3，因此可以有3采样/副载波周期。

副载波相位字用于寻址含有正弦和余弦值的ROM。整形后，视频信号后沿增加正弦波形样本，同步接收器的色度解调器。这个色彩突发信号在场脉冲期间消隐。

正弦和余弦值依次乘以B-Y和R-Y。所得U.sin(2πFsc.t) 和V.cos(2πFsc.t) 数据加在一起形成最终色度信号。

预加重和输出级

色彩突发、色度和亮度与复合同步信号相加生成完整的aCVI输出波形。完整aCVI波形的频谱如图6所示。.

这个复合视频信号加给可选sinx/x修正滤波器，滤波器在30MHz处通过少量频率提升补偿输出DAC损耗。

然后，这个波形进行变量预加重，大于50MHz处最大提升量为+30dB。预加重滤波器是5头FIR。

预加重的大小取决于线缆长度，用于近似补偿300米RG-59线缆损耗。预加重滤波器频响如下图所示。

     我们将继续讨论aCVI系统的硬件配置。在此，特别感谢Singmai Electronics 公司Daniel Ogilvie为本文提供的技术内容。SingMai Electronics (泰国) 与Cadeka Microcircuits (美国和中国) 已于2013年3月18日宣布建立合作关系，共同促进高级复合视频接口aCVi的发展。

SingMai Electronics是这种开放视频标准的发起单位，提供支持这一标准的知识产权内核和硬件以及技术文档http://www.acvi.singmai.com/index.htm

Cadeka Microcircuits提供各种高性能放大器、模数转换器、数模转换器及其他器件，降低aCVi模拟接口的实施成本。

用户可通过演示评估aCVi。 欲了解详细联系信息，请访问daniel@singmai.com 或craig.swing@cadeka.com。

关于SingMai Electronics:

SingMai Electronics设计制造视频、图像和广播应用器件，是aCVi接口的原创厂商。SingMai总部位于泰国，在新加坡拥有分包商，从高端广播电视到低成本消费电子，拥有视频市场多年积累的丰富经验。在提出aCVI标准的同时，SingMai还提供硬件和知识产权内核支持用户在自己的产品中采用aCVI。

关于Cadeka Microelectronics:

CADEKA团队自上世纪八十年代末期开始，经过长期发展形成独特实力。在此期间，大部分CADEKA团队现有成员首次加盟科罗拉多州福特-柯林斯堡的Comlinear公司。团队在这里激发了对于放大器和模拟技术的极大热情。从早年的Comlinear开始，这个团队在三次公司转换过程中得以进一步巩固，其中包括美国国家半导体，KOTA微电路公司，以及最近在中国显著发展的飞兆半导体。在近30年的时间里，团队主要成员紧密团结共同经历了每一次公司转换的考验。
设计高性能视频传输系统时，将系统分解为构成系统的不同功能块是十分重要的。根据整个系统的技术指标，如视频数据传输速率和分辨率，这些指标可用来决定系统组件 (包括有源组件和无源组件) 所需的许多模拟性能参数。线缆是高性能视频传输和接收系统中的首要无源组件。了解这种单一组件正面和负面的影响可显著提高您的系统设计能力。

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