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数字视频光端机的原理及其应用
09 2013-05

   一、 概述

 
    当今世界,光纤通信已成为通信的主要手段。同时,光纤通讯技术也在飞速的发展,使得光纤传输系统以其众多的优点,赢得了大家的青睐。
 
光纤传输系统具有以下显著优点:容量大、传输距离远。光纤理论带宽可达20000GHz,无中继传输距离可达50-80公里。由玻璃制成,抗电磁干扰、传输质量好,可用于电力网和变电所内等强电磁环境中。光纤重量轻,可以弯曲,易于铺设。可节约贵重金属,且抗腐蚀能力很强。制作光纤的原料丰富,随着工艺的进步、规模的扩大,其成本进一步下降,整个传输系统的成本也低。
 
 
    二、 光纤传输系统简介
 
    光纤传输即是以光波为载频,以光导纤维为传输介质的一种通信方式,因其拥有传输频带宽、信号损耗低、抗干扰能力强、重量轻等优点。光纤通信在近二十年来得到了飞速的发展。
 
 
    1、光纤的结构
 
    光纤裸纤一般分为三层:中心高折射率玻璃芯(芯径一般为50或62.5μm),中间为低折射率硅玻璃包层(直径一般为125μm),最外是加强用的树脂涂层。
 
 
    2、光纤的分类
 
    1) 按传输模式来划分:
 
    单模光纤(Single-mode)
 
    单模光纤只传输主模,由于完全避免了模式色散,使得单模光纤的传输频带很宽,因而适用于大容量、长距离的传输系统。
 
    多模光纤(Multi-mode)
 
    多模光纤有多个模式在光纤中传输,由于色散和相差,其传输性能较差、频带较窄、容量小、距离也较短。
 
 
    2) 按折射率分布来划分:
 
    多模光纤可分为:阶跃型(突变型)和梯度型(渐变型、自聚焦型)。
 
    单模光纤则为阶跃型。
 
 
    3、常用光纤规格
 
    单模:8/125μm,9/125μm,10/125μm
 
    多模:50/125μm 欧洲标准;62.5/125μm 美国标准
 
    工业,医疗和低速网络:100/140μm,200/230μm
 
    塑料:98/1000μm 用于汽车控制。
 
 
    4、光纤的衰减
 
    造成光纤衰减的主要因素有:本征,弯曲,挤压,杂质,不均匀和对接等。
 
    本征:是光纤的固有损耗,包括:瑞利散射,固有吸收等。
 
    弯曲:光纤弯曲时部分光纤内的光会因散射而损失掉,造成的损耗。
 
    挤压:光纤受到挤压时产生微小的弯曲而造成的损耗。
 
    杂质:光纤内杂质吸收和散射在光纤中传播的光,造成的损失。
 
    不均匀:光纤材料的折射率不均匀造成的损耗。
 
    对接:光纤对接时产生的损耗,如:不同轴(单模光纤同轴度要求小于0.8μm),端面与轴心不垂直,端面不平,对接心径不匹配和熔接质量差等。
 
 
    5、光纤传输系统原理
 
    光传输系统由三部分组成:光源(光发送机),传输介质、检测器(光接收机)。
 
    按传输信号划分,可分为数字传输系统和模拟传输系统。
 
    在模拟传输系统中,是把输入信号变为传输信号的振幅(频率或相位)的连续变化。光纤的模拟传输系统是把光强进行模拟调制,其光源的调制功率随调制信号的幅度变化而变化。但由于光源的非线性较严重,因此其信噪比、传输距离和传输频率都十分有限。
 
 
    数字传输系统是把输入的信号变换成“1”,“0”表示的脉冲信号,并以它作为传输信号。在接受端再把它还原成原来的信息。这样光源的非线性对数字码流影响很小,再加上数字通信可以采用一些编码纠错的方法,且易于实现多路复用,因此数字传输系统占有很大的优势,并在很多地方得到了广泛的应用。
 
 
    三、数字视频光传输简介
 
 
    目前在高速公路、交通、电子警察、监控、安防、工业自动化、电力、海关、水利、银行等领域视频图像、音频、数据、以太网、电话等光端机开始普遍大量应用。初期主要以模拟调频、调幅、调相的模拟光端机为主,但数字代替模拟是光纤通信技术的发展趋势。由于数字光端机具有传输信号质量高,没有模拟调频、调相、调幅光端机多路信号同传时的交调干扰严重、容易受环境影响、传输质量低劣、长期工作稳定性差的缺点,因此许多大型重点工程已普遍采用数字光端机。
 
 
    人们早就知道数字通信具有许多优点,它最适于长途通信。由于数字信号在传输过程中可以不断地通过整形和判决再生,因此它可以实现无噪声积累和无非线性失真的高质量长途传输。光纤所具有的极宽传输带宽和极小传输损耗,使数字通信的广泛应用成为可能。数字视频光传输与传统的模拟光传输相比,具有如下显著特性:
 
 
    1) 可级联,随距离的增加,SNR信噪比不会下降。
 
    2) 由于是数字传输方式,采用数字编码纠错方式,具有高稳定性和高可靠性。
 
    3) 多路信号同传时,采用数字时分复用技术(TMD),不会产生模拟传输时的交调失真。
 
    4) 稳定性好,环境适应性高,比模拟传输系统易于维护与调节。
 
    5) 易于实现大容量传输,且性价比高。
 
    6) 采用无压缩编码,图像信号质量高,达广播级。
 
 
    STF系列数字视频光端机采用国际最先进的10位数字视频编码技术,图像信号可达广播级质量。视频格式兼容PAL、NTSC、SECAM制式。可采用独立式,插卡式(配插卡机箱)安装方式。
 
 
    STF系列数字视频光端机可使用一根光纤同时传输多达8路视频(采用CWDM可达64路)以及多路双向音频和多路双向数据。数据格式有:RS-232、RS-422、RS-485、Manchester码。其前面板上有电源指示及工作状态指示。该系列数字视频光端机性能优异,是一种可靠性高、性价比好的远距离光传输系统。
 
 
    四、 应用示例
 
 
    STF系列数字视频光端机型号齐全、配置灵活,可广泛应用于社会的各行各业。其主要应用的行业有:智能交通监控系统(ITS)、安防系统、智能楼宇/智能小区、校园网、工业监控(电力、化工、钢铁、铁路等等)、军事监控(边防、守卫等)和体育场馆(现场直播音视频传输)。
 
 
    1、城市交通监控应用示例
 
    目前许多城市使用的交通监控系统采用光端机传输视频图像。每个监视点安装有CCD摄像机、云台和光端发射机。交通监控中心到每个监视点要铺设一条单芯或双芯光缆。光缆一端与光端发射机相连,另一端与监控中心的光接收机相连。视频图像信号从现场摄像机输出到光发射机,光发射机将电信号转换为光信号送入光缆。光信号通过光缆到监控中心的光接收机。光接收机将接收机还原为视频信号送入图像显示控制系统中处理。云台控制信号也是通过光端机传输的。交通指挥中心的云台控制信号通过光端机的串行接口输入,由监视现场的光端机将光信号变为电信号,送到译码器后输出云台、镜头控制信号。同时电子警察占用了一路同向RS-232数据;交通信号指示灯占用了一路反向RS-232数据;对讲系统通过光端机的双向音频通道传输。
 
 
    2、高速公路监控应用示例
 
    由于高速公路各个收费站之间距离监控中心较远,且全线监控系统需要上传的图像也较多,因而采用点对点式光端机进行图像传输的性价比不理想,所以在高速公路收费站采用多路视频传输节点机级联方式进行图像传输,即N个收费站均通过视频矩阵切换出2(或3、4路)视频图像通过视频节点光端机由1芯光纤级联传送到监控中心。同时,各收费站的监控用(云台、镜头、矩阵切换等)反向控制数据传输由各收费通信站提供一条数据通道。
 
 
    3、安防系统监控应用示例
 
    将同一监仓中监视用的几路视频通过光端机传送到监控中心,然后经视频矩阵切换后,在监视屏上显示。同时监仓中麦克风收集的音频信号也通过光端机传送到监控中心,监控中心的对讲系统也经过光端机的双向音频通道进行传输。控制和数据传输也由光端机双向数据通道来完成。图3为安防监控系统的框图结构。
 

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