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数字光端机

数字光端机

[] [] [] [收藏]阅读:4425   来源:广州邮通   时间:2010-4-7 22:05:53   编辑:admin

  数字光端机的出现:应用初期,模拟调频、调幅、调相光端机在市场上占有相当的比例,其传输方式是将基带的视频、音频、数据等信号调制在某一载频上,通过发射光端机进行光纤传输,然后通过另一端的接收光端机进行解调,恢复成相应的基带视频、音频、数据信号。而国内、国外工程上开始大量应用的数字式光端机是将多路模拟基带的视频、音频、数据进行高分辨率数字化,形成高速数字流,然后将多路数字流进行复用,通过发射光端机进行发射,然后通过另一端的接收光端机进行接收,解复用,恢复成各路数字化信号,再通过数字模拟变换(A/D模数转换)恢复成模拟视频、音频、数据。从目前市场情况来看,模拟光端机已逐步退出市场,而数字光端机如雨后春笋般开始在市场上普及,数字代替模拟,这也是光纤通信技术显著的历史发展趋势。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交调干扰严重、容易受环境干扰影响、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。

  模拟视频光端机与数字光端机究竟有何区别,本文从以下几个方面进行如下论述:

  1、 光纤上传输的信号方式不一样

  模拟光端机上光头发射的光信号是模拟光调制信号,它随输入的模拟载波信号的幅度、频率、相位变化引起光信号幅度、频率、相位变化而分别称为调幅、调频、调相光端机。而数字光端机上光头发射的光信号是数字信号即0或1对应光信号强、弱两种状态,不同的0和1组合代表不同幅度的视频、音频、数据信号。

  2、 模拟信号传输输入和输出处理方式不一样

  无论模拟、数字光端机,对输入的基带的视频、音频、数据信号都必须进行处理。对于模拟调幅光端机,处理方式是将视频、音频、数据的幅度对一高频载波信号进行调制,使高频载波信号的幅度随视频、音频、数据的幅度变化而变化;而数字式光端机对输入的基带的视频、音频、数据进行高分辨率的模拟-数字转换,如1Vp-p幅度范围的幅度信号利用12bits的数字信号来表示,1V等分成4096,因此模数转换后引起的最大电压幅度误差为1/4096V(约2.5mV),此误差电压称为量化误差电压,各种幅度的电压数值从0V、1/4096V、2/4096V...最大1V分别对应的数字编码为000000000000、000000000001、000000000010...111111111111。数字编码信号直接控制光头发射的光信号的强、弱两种状态(对应0或1),接收光端机再将数字编码进行数字-模拟转换,恢复成原始的基带的视频、音频、数据信号。

  3、 处理方式的不同,引起的视频、音频、数据信号信号失真、变畸变、干扰不同

  模拟光端机由于要进行调幅、调频、调相,所以模拟信号的幅度的变化与载波信号因调制而引起的幅度、频率、相位的变化是否为一一对应的线形关系成为拟光端机质量好坏的关键,到目前为止,很难做到真正线性调制,非线形必然引起信号失真;同时调制好的载波信号还要调制光信号,光信号的非线性也是一个非常重要的因素,众所周知,光器件的非线性与环境温度变化、工作电压的稳定性、光发射功率有很大的影响,因此光器件在生产时需进行7-10天的热循环老化等等工艺筛选、老化、测试也只能做到将这种变换控制在一定的范围;光信号在光纤中长距离传输,会引起光信号的功率衰减,传输频率漂移、相位失真,光信号色散效应同样也会引起光信号畸变;光信号到达接收端,接收光器件仍然要引起非线性失真,由光电转换后的模拟信号进入解调,解调与调制一样会产生非线性畸变。所以综合模拟光端机,从输入信号调制-电光转换-光输出-光电转换-解调这五个过程,都会引起非线形失真,而这些信号畸变失真是固有的,所以也必然是不可消除的,因此模拟光端机传输视频图象、音频质量、数据的效果很难达到很满意的效果。数字式光端机仅只有模数转换的量化误差(如1V视频信号12bits时仅为2.5mv),不足以引起信号畸变。

  4、 多路信号同传引起的交调失真

  在现场监控应用中,用户可能有许多各种信号,如视频图像、音频、数据、以太网、电话或其它用户自定义的信号,每种信号分别用一对光端机来传输,必然价格昂贵,所以为了提高光纤的利用效率,降低成本,必须的各种信号在光端机进行复用,以便在一对或一根光纤上传输。对调频、调幅、调相光端机来讲,传输10/100M以太网信号或多路电话等高速信号是难以做到的,将多路视频或音频信号混合调频、调幅、调相在某一载波上必然会引起各种镜像、交调干扰。所以目前市场上不乏很多著名国外品牌的调频、调幅、调相光端机多路视频、音频、数据同传时经常出现相互干扰的现象,这些不稳定的现象都是模拟调制技术长期以来一直所固有且难以解决的问题和缺点。所以模拟光端机传输信号容量有限,一般不会超过4路信号同传。而数字光端机传输的是数字信号,很容易进行大容量复用并且不会出现相互干扰。如深圳市南华伟业科技有限公司的全数字光端机,最多可以实现128路视频、音频、数据、以太网、电话在同一根光纤上传输而无任何交调干扰。

  5、 稳定性不同

  模拟调制光端机由于采取载波调制方式,载波及光头很容易受环境温度影响。出现传输质量随环境变化而变化的缺点。正因为这种缺点,对一些大型、重要工程来讲,模拟光端机的维护成了很令人头疼的问题,由此也给很多工程承包商或业主带来了很大不满。所以对一些重要的工程选用数字光端机是一种明智的选择。

  通常所说的光端机是传输视频的非压缩光端机

  视频光端机在中国的发展是伴随着监控发展开始的.

  1)、光端机从模拟走向数字

  从上个世纪80年代末模拟光端机开始进入中国应用,到2001年开始数字光端机的出现;演绎了经济发展带动科学技术进步,科学技术推动经济发展的过程。

  最早出现的模拟光端机主要是采用模拟调频、调幅、调相的方式将基带的视频、音频、数据等传输信号调制到某一载项,通过另一端的接收光端机进行解调,恢复成相应的基带视频、音频、数据信号。

  把信号调制到光上,通过光纤进行视频传输,通常使用以下几种调制方式:

  调幅或强调制系统(AM):全模拟系统,光学发射单元内发光二极管(LED)的亮度或强度随输入视频幅度线性变化。调幅的光信号通过光纤发送给光接收单元,由其将信号转换为模拟基带视频。调频或脉冲频率调制(FM):也是一个模拟系统,射频载波通过输入的视频信号线性调节频率,经过调制的载波又用于光发射单元的LED或激光发射器,经过频率调制的信号通过光纤发送给光接收单元,由其将信号转换为模拟基带视频。AM视频传输被广泛用于工业安全市场上从低端到中端CCTV监视及安全应用场合。适用于5.5公里(3.5英里)或更短距离的传输,这样一个系统能够提供的定性视频性能是相当不错的,并且总是能够达到RS-250C长距离传输的品质要求。但是,AM视频传输设备仅适合850nm。多模工作波长这就限制了最大可用传输距离。更显著的是,对于每1dB的光学路径损耗而言,基于调幅系统的信噪比的线性相关衰减为2dB,因此,可接受的视频传输质量仅能在相对较短的光缆距离下获得。一些生产商的设备可能在初始安装阶段需要接收机增益调节,从而使安装过程复杂化。最后一点,AM产品达不到今天ITS及高端工业安全应用中所需达到的RS-250C中短距离视频传输技术要求。FM视频传输是曾广泛应用于ITS及高端工业安全市场的传输方式。能够提供极高质量的视频传输性能,通常能达到RS-250C中距离传输的质量要求并且成本合理。不象AM设备,FM产品适用于1330nm。多模或单模操作,以及1550nm。单模操作,其典型应用的传输距离可达66公里(42英里)。无需为了方便安装而要求用户进行调节。尽管FM方式能够提供高质量传输,但是其信噪比在更高水平的光衰减,或者更长的传输距离的光缆传输过程中会衰减,并且信噪比与光衰减之间不再是线性关系,因此其性能并不是可以完全预测或保持不变的。另外,基于调频的系统很难达到RS-250C短距离传输的技术要求,而且调频视频发射与接收单元也容易受到外界电磁源以及来自蜂窝电话和手机等的无线电波的干扰(EMI/RFI),通常出现在野外或路边环境中。  受技术限制,光端机主要有单路、双路、四路、八路视频及带PTZ控制数据的光端机,在一芯上传输实现点对点,传输容量严重不足对于具有足够传输容量的光纤造成了浪费,复杂的、大容量、高路数的设备则需要多芯传输;加上模拟视频技术的缺陷带来的易受干扰、易衰减的特点,实现多级中继、级联比较困难,传输业务的单一化(一般只有视频及数据信号),模拟视频传输在应用了粗波分复用也同样受技术条件和波分复用设备价格昂贵的限制,在光纤及光传输设备昂贵的年代许多行业即使有明确的需求也望而却步其应用了。多路信号同传引起的交调失真。  在现场监控应用中,用户可能有许多各种信号,如视频图像、音频、数据、以太网、电话或其它用户自定义的信号,为了提高光纤的利用效率,降低成本,必须将各种信号在光端机进行复用,以便在一对或一根光纤上传输。对调频、调幅、调相光端机来讲,将多路视频、音频或数据信号混合调频、调幅、调相在某一载波上必然会引起各种镜像、交调干扰。所以目前市场上不乏很多著名国外品牌的调频、调幅、调相光端机多路视频、音频、数据同传时出现相互干扰的现象,这些不稳定的现象都是模拟调制技术长期以来一直所固有的缺点。
  
  数字光端机传输的是数字信号,很容易进行大容量复用并且不会出现相互干扰。对于日益发展的市场需求,模拟光端机已经不能适应大容量、多业务(视频、数据、音频、开关量、以太网、对讲、电话等)传输的要求,多路串扰、易衰减、易老化的、售后服务麻烦等问题使得模拟光端机逐渐随着新技术的出现,市场和应用走向了下坡路。

  数字光端机的出现解决了模拟光端机所出现的问题。2000年开始通讯技术的发展使得光传输器件技术和数字视频技术的发展,数字光端机开始走向了市场及行业的应用。随着数字光端机和模拟光端机的的对比发展,慢慢数字光端机开始逐渐代替模拟光端机,到目前为止已经形成了模拟光端机和数字光端机二八分天下的局面。相信不久的将来模拟光端机只能成为监控史上的一个名词。如果说早期模拟光端机是国外光端机厂商带来的最早的传输市场,那么数字光端机可就是国内和国外竞力,国内厂商优势与国外厂商的一个过程。

  最新一代光纤视频传输设备借助于光学传输单元内部的一个模-数转换器或数字信号编码器(编码/解码器),对于输入的模拟基带视频信号(来自CCTV摄像机视频、音频、数据、开关量、以太网等)采用数字解码技术进行处理。然后数字信号又调制到LED或激光发射器上,通过光纤传输到光接收单元,在这里先前的数字信号被一个内部的数-模转换器重新转化为模拟基带视频信号。这样,系统在电气上完全透明地将光发射器的视频输入通过光纤发送到了光接收单元的视频输出,并且能够直接匹配目前使用的NTSC、PAL或SECAM制式CCTV摄像机。
可以说,将模拟信号进行数字化处理后再进行传输是光端机技术质的飞跃发展。数字光端机解决了模拟光端机的传输容量少、业务能力少、信号易衰减、易串扰等缺点,优势突显:传输容量大、业务种类多,单纤传输容量可达几十路上百路非压缩视频,传输的业务也多样化的传输视频、音频、数据、以太网、电话信号、开关量等各种信号。这样节省了光纤,也提高了光纤带宽的利用率,提高了性价比;信号质量的提升到更高的层次,视频图象的信噪比在10bit编码量化下可达到67~70db,远远超出了远距离下模拟信号的50~60db的参数指标。在级联技术应用了更是得心应手于模拟光端机。

  当我们讨论数字解码视频传输设备时,评价产品与产品之间的性能时所需考虑的性能参数是系统所使用的数字位数。数字位数从根本上定义了系统的电气动态范围以及端到端的信噪比,并且是视频传输性能的主要影响因素。现在任何一个分辨率为6位的系统从技术上讲都是落后的,不能代表目前的最高技术水准,这样的系统肯定会产生图像上可见的非自然信号以及视频衰减。有鉴于此,在一个数字解码视频传输系统中所采用的比特数最少应为8位。8位的分辨率或解码能力能够使视频传输品质满足或超过RS-250C短距离传输或真正的视频传播质量要求。

  采用数字非压缩技术、10位数字式视频编码技术(10bit)和15Mhz采样频率技术使得视频数字化过程时的数字采样点的表示更为精确,得到的图像效果更逼真,更加完美。

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