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不同类型光端机的工作原理与区别-源拓光电

来源:源拓光电发布日期:2013-10-10 12:04:27点击次数:

    1.监控用光端机:用来传输视频信号(如普通摄像机输出的就是视频信号),并同时能辅助传输音频、控制数据、开关量信号和以太网信号,主要应用于高速公路、城市交通、社区安防以及需要监控的各个领域;

 

    2.广电用光端机:用来传输射频信号,其端机非点对点传输,它在光路中直接做分支,可由一个发射机对多个接收机,主要应用在有线电视的光传输领域;

 

    3.电信用光端机:其端机每个基本通道为2M,又俗称2M端机,每个2M通道可传输30路电话或传输2M带宽的网络信号,它只是一个固定带宽的通道,用途主要取决于和光端机相连的配套设备,其支持的协议为G.703协议,主要应用于固定带宽的电信光通讯领域。

 

    基于这几个领域的不同应用,广电和电信所使用的光端机相对固定,品种也较少,这里就不详述。现主要介绍一下监控领域所用光端机的配置。

 

   光端机,收发器,组件模块-源拓光电

 

    光端机的配置

 

    对于光端机的配置主要是根据工程的设计和实际需要来确定,光端机主要传输的信号为视频、音频与控制信号,所以配置上也按这几方面来分。

 

    视频指标

 

    视频主要技术指标有:输入/输出电平、阻抗、信噪比、带宽、微分增益、微分相位等。输入/输出电平、阻抗和带宽在监控领域都有标准可遵循。视频输入输出:1VP-P,阻抗:75Ω,带宽:10Hz-10MHz(特殊应用要求除外)。在视频部分影响到光端机性能的主要指标有:

 

    ·信噪比(S/N):信号和噪声的比值,此项值越高越好,在直观上图像有雪花、飘动状干扰图案,有规则的细斜纹图案等都属信噪比较低,在信噪比上数字光端机一般能达到67dB,而模拟光端机一般不超过60dB;

 

    ·微分增益(DG):其指标主要影响彩色信号的饱和度,视频信号的DG失真是指系统的增益特性随输入信号的电平而变化。通俗的说,由于亮度消隐电平变到白电平时,在视频通道输出端产生色度信号幅度的变化,这样,在亮的部分和暗的部分,其彩色饱和度,色调(尤其是饱和度)有不同的变化。数字光端机DG≤1%,而模拟光端机DG≤3%;

 

    ·微分相位(DP):其指标主要影响彩色信号的色调,视频信号的DP失真是指系统的相移特性随输入视频信号而变化。传输线路上的相移量随不同亮度电平而变化,则色同步和色副载波之间相移就起变化,于是画面亮的部分和暗的部分的色调就不同。数字光端机DP≤0.70,而模拟光端机DP≤30;

 

    ·编码位数(只在数字光端机中体现):一般有8/10/12bit,位数越高采样量越大,图像质量也就越好,但是数据通讯量也就会随之大幅增加,对传输介质的带宽要求比较严格。

 

    从视频方面选择光端机主要跟据这些指标来评定光端机的质量,然后按路数进行选择,如:1、2、4、8、16、32等。

 

    光端机的工作原理

 

    光端机是用来将光信号和电信号互相转换的一种设备,它对所传信号不会进行任何压缩.它的作用主要就是实现电-光和光-电转换。

 

    光端机知识-光纤的优点

 

    1.光纤的通频带很宽.理论可达30亿兆赫兹。

 

    2.无中继段长.几十到100多公里,铜线只有几百米。

 

    3.不受电磁场和电磁辐射的影响。

 

    4.重量轻,体积小。

 

    5.光纤通讯不带电,使用安全可用于易燃,易暴场所。

 

    6.使用环境温度范围宽。

 

    7.化学腐蚀,使用寿命长。

 

    模拟光端机和数字光端机区别

 

    光端机又分为模拟光端机和数字光端机: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。

 

  光端机,收发器,组件模块-源拓光电

 

    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 光端机,收发器,组件模块-源拓光电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, 光端机,收发器,组件模块-源拓光电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 光端机,收发器,组件模块-源拓光电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。

 

    1)模拟光端机

 

    模拟光端机采用了PFM调制技术实时传输图象信号,是目前使用较多的一种。发射端将模拟视频信号先进行PFM调制后,再进行电-光转换,光信号传到接收端后,进行光-电转换,然后进行PFM解调,恢复出视频信号。由于采用了PFM调制技术,其传输距离很容易就能达到30Km左右,有些产品的传输距离可以达到60Km,甚至上百公里。并且,图象信号经过传输后失真很小,具有很高的信噪比和很小的非线性失真。通过使用波分复用技术,还可以在一根光纤上实现图象和数据信号的双向传输,满足监控工程的实际需求。不过,这种模拟光端机也存在一些缺点:

 

    a)生产调试较困难;

 

    b)单根光纤实现多路图象传输较困难,性能会下降,目前这种模拟光端机一般只能做到单根光纤上传输4路图象;

 

    c)由于采用的是模拟调制解调技术,其稳定性不够高,随着使用时间的增加或环境特

 

    性的变化,光端机的性能也会发生变化,给工程使用带来一些不便。

 

    2)数字光端机

 

    由于数字技术与传统的模拟技术相比在很多方面都具有明显的优势, 光端机,收发器,组件模块-源拓光电所以正如数字技术在许多领域取代了模拟技术一样,光端机的数字化也是一种必然趋势。目前,数字图象光端机主要有两种技术方式:一种是MPEGII图象压缩数字光端机,另一种是非压缩数字图象光端机。图象压缩数字光端机一般采用MPEGII图象压缩技术,它能将活动图象压缩成N×2Mbps的数据流通过标准电信通信接口传输或者直接通过光纤传输。由于采用了图象压缩技术,它能大大降低信号传输带宽。

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