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數字視頻光端機的原理及其應用
09 2013-05

   一、 概述

 
    當今世界,光纖通信已成為通信的主要手段。同時,光纖通訊技術也在飛速的發展,使得光纖傳輸系統以其眾多的優點,贏得了大家的青睞。
 
光纖傳輸系統具有以下顯著優點:容量大、傳輸距離遠。光纖理論帶寬可達20000GHz,無中繼傳輸距離可達50-80公里。由玻璃制成,抗電磁干擾、傳輸質量好,可用于電力網和變電所內等強電磁環境中。光纖重量輕,可以彎曲,易于鋪設。可節約貴重金屬,且抗腐蝕能力很強。制作光纖的原料豐富,隨著工藝的進步、規模的擴大,其成本進一步下降,整個傳輸系統的成本也低。
 
 
    二、 光纖傳輸系統簡介
 
    光纖傳輸即是以光波為載頻,以光導纖維為傳輸介質的一種通信方式,因其擁有傳輸頻帶寬、信號損耗低、抗干擾能力強、重量輕等優點。光纖通信在近二十年來得到了飛速的發展。
 
 
    1、光纖的結構
 
    光纖裸纖一般分為三層:中心高折射率玻璃芯(芯徑一般為50或62.5μm),中間為低折射率硅玻璃包層(直徑一般為125μm),最外是加強用的樹脂涂層。
 
 
    2、光纖的分類
 
    1) 按傳輸模式來劃分:
 
    單模光纖(Single-mode)
 
    單模光纖只傳輸主模,由于完全避免了模式色散,使得單模光纖的傳輸頻帶很寬,因而適用于大容量、長距離的傳輸系統。
 
    多模光纖(Multi-mode)
 
    多模光纖有多個模式在光纖中傳輸,由于色散和相差,其傳輸性能較差、頻帶較窄、容量小、距離也較短。
 
 
    2) 按折射率分布來劃分:
 
    多模光纖可分為:階躍型(突變型)和梯度型(漸變型、自聚焦型)。
 
    單模光纖則為階躍型。
 
 
    3、常用光纖規格
 
    單模:8/125μm,9/125μm,10/125μm
 
    多模:50/125μm 歐洲標準;62.5/125μm 美國標準
 
    工業,醫療和低速網絡:100/140μm,200/230μm
 
    塑料:98/1000μm 用于汽車控制。
 
 
    4、光纖的衰減
 
    造成光纖衰減的主要因素有:本征,彎曲,擠壓,雜質,不均勻和對接等。
 
    本征:是光纖的固有損耗,包括:瑞利散射,固有吸收等。
 
    彎曲:光纖彎曲時部分光纖內的光會因散射而損失掉,造成的損耗。
 
    擠壓:光纖受到擠壓時產生微小的彎曲而造成的損耗。
 
    雜質:光纖內雜質吸收和散射在光纖中傳播的光,造成的損失。
 
    不均勻:光纖材料的折射率不均勻造成的損耗。
 
    對接:光纖對接時產生的損耗,如:不同軸(單模光纖同軸度要求小于0.8μm),端面與軸心不垂直,端面不平,對接心徑不匹配和熔接質量差等。
 
 
    5、光纖傳輸系統原理
 
    光傳輸系統由三部分組成:光源(光發送機),傳輸介質、檢測器(光接收機)。
 
    按傳輸信號劃分,可分為數字傳輸系統和模擬傳輸系統。
 
    在模擬傳輸系統中,是把輸入信號變為傳輸信號的振幅(頻率或相位)的連續變化。光纖的模擬傳輸系統是把光強進行模擬調制,其光源的調制功率隨調制信號的幅度變化而變化。但由于光源的非線性較嚴重,因此其信噪比、傳輸距離和傳輸頻率都十分有限。
 
 
    數字傳輸系統是把輸入的信號變換成“1”,“0”表示的脈沖信號,并以它作為傳輸信號。在接受端再把它還原成原來的信息。這樣光源的非線性對數字碼流影響很小,再加上數字通信可以采用一些編碼糾錯的方法,且易于實現多路復用,因此數字傳輸系統占有很大的優勢,并在很多地方得到了廣泛的應用。
 
 
    三、數字視頻光傳輸簡介
 
 
    目前在高速公路、交通、電子警察、監控、安防、工業自動化、電力、海關、水利、銀行等領域視頻圖像、音頻、數據、以太網、電話等光端機開始普遍大量應用。初期主要以模擬調頻、調幅、調相的模擬光端機為主,但數字代替模擬是光纖通信技術的發展趨勢。由于數字光端機具有傳輸信號質量高,沒有模擬調頻、調相、調幅光端機多路信號同傳時的交調干擾嚴重、容易受環境影響、傳輸質量低劣、長期工作穩定性差的缺點,因此許多大型重點工程已普遍采用數字光端機。
 
 
    人們早就知道數字通信具有許多優點,它最適于長途通信。由于數字信號在傳輸過程中可以不斷地通過整形和判決再生,因此它可以實現無噪聲積累和無非線性失真的高質量長途傳輸。光纖所具有的極寬傳輸帶寬和極小傳輸損耗,使數字通信的廣泛應用成為可能。數字視頻光傳輸與傳統的模擬光傳輸相比,具有如下顯著特性:
 
 
    1) 可級聯,隨距離的增加,SNR信噪比不會下降。
 
    2) 由于是數字傳輸方式,采用數字編碼糾錯方式,具有高穩定性和高可靠性。
 
    3) 多路信號同傳時,采用數字時分復用技術(TMD),不會產生模擬傳輸時的交調失真。
 
    4) 穩定性好,環境適應性高,比模擬傳輸系統易于維護與調節。
 
    5) 易于實現大容量傳輸,且性價比高。
 
    6) 采用無壓縮編碼,圖像信號質量高,達廣播級。
 
 
    STF系列數字視頻光端機采用國際最先進的10位數字視頻編碼技術,圖像信號可達廣播級質量。視頻格式兼容PAL、NTSC、SECAM制式。可采用獨立式,插卡式(配插卡機箱)安裝方式。
 
 
    STF系列數字視頻光端機可使用一根光纖同時傳輸多達8路視頻(采用CWDM可達64路)以及多路雙向音頻和多路雙向數據。數據格式有:RS-232、RS-422、RS-485、Manchester碼。其前面板上有電源指示及工作狀態指示。該系列數字視頻光端機性能優異,是一種可靠性高、性價比好的遠距離光傳輸系統。
 
 
    四、 應用示例
 
 
    STF系列數字視頻光端機型號齊全、配置靈活,可廣泛應用于社會的各行各業。其主要應用的行業有:智能交通監控系統(ITS)、安防系統、智能樓宇/智能小區、校園網、工業監控(電力、化工、鋼鐵、鐵路等等)、軍事監控(邊防、守衛等)和體育場館(現場直播音視頻傳輸)。
 
 
    1、城市交通監控應用示例
 
    目前許多城市使用的交通監控系統采用光端機傳輸視頻圖像。每個監視點安裝有CCD攝像機、云臺和光端發射機。交通監控中心到每個監視點要鋪設一條單芯或雙芯光纜。光纜一端與光端發射機相連,另一端與監控中心的光接收機相連。視頻圖像信號從現場攝像機輸出到光發射機,光發射機將電信號轉換為光信號送入光纜。光信號通過光纜到監控中心的光接收機。光接收機將接收機還原為視頻信號送入圖像顯示控制系統中處理。云臺控制信號也是通過光端機傳輸的。交通指揮中心的云臺控制信號通過光端機的串行接口輸入,由監視現場的光端機將光信號變為電信號,送到譯碼器后輸出云臺、鏡頭控制信號。同時電子警察占用了一路同向RS-232數據;交通信號指示燈占用了一路反向RS-232數據;對講系統通過光端機的雙向音頻通道傳輸。
 
 
    2、高速公路監控應用示例
 
    由于高速公路各個收費站之間距離監控中心較遠,且全線監控系統需要上傳的圖像也較多,因而采用點對點式光端機進行圖像傳輸的性價比不理想,所以在高速公路收費站采用多路視頻傳輸節點機級聯方式進行圖像傳輸,即N個收費站均通過視頻矩陣切換出2(或3、4路)視頻圖像通過視頻節點光端機由1芯光纖級聯傳送到監控中心。同時,各收費站的監控用(云臺、鏡頭、矩陣切換等)反向控制數據傳輸由各收費通信站提供一條數據通道。
 
 
    3、安防系統監控應用示例
 
    將同一監倉中監視用的幾路視頻通過光端機傳送到監控中心,然后經視頻矩陣切換后,在監視屏上顯示。同時監倉中麥克風收集的音頻信號也通過光端機傳送到監控中心,監控中心的對講系統也經過光端機的雙向音頻通道進行傳輸。控制和數據傳輸也由光端機雙向數據通道來完成。圖3為安防監控系統的框圖結構。
 

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