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数字视音频传输系统的优势...

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光端机 发布于: 2003-6-26 16:48 974 次浏览 6 位用户参与讨论
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数字视音频传输系统的优势 简介 在过去的二十多年里,作为传输视频、音频、数据和其它各种模拟信号的先进方式,光纤通讯一直倍受推崇,与双绞线和同轴电缆相比,光纤具有许多人所共知的优点,包括不受电信号干扰和具有极宽的频带。由于上述优势及其它的因素,光纤传输系统越来越广泛地被许多行业用于各种各样的应用场合。 然而,尽管光纤传输比传统的以铜缆为主的介质极大地提高了传输质量,但光纤技术仍然持续使用着同样的、传统的、以模拟为基础的信号处理技术。现在新一代的产品使用纯数字处理技术传输模拟信号,这又进一步提高了信号传输的水平,将光纤传输带入一个崭新的世界。 本文从功能效果和经济性两个方面探讨通过光纤的纯数字信号处理技术以及它所带来的好处。另外,本文还介绍了纯数字技术是如何使单芯光纤能在单向或双向同时传输多重信号的,以及这种功能带来的益处。 模拟光纤传输 为了更好地了解数字光传输的好处,让我们先回顾一下模拟光通讯系统是如何传输模拟信号的。 模拟光传输系统分调幅和调频两种类型。这两种系统中,光发射机接受输入的模拟基带视频、音频或数据信号,然后把它们转换为光信号。从这一步开始,两系统开始以不同的方式工作。 在一个调幅(AM)系统里,根据原本输入的模拟信号的变化,光信号被表示为密度不同的光束,由发光二极管或激光二极管作为光信号源。令人失望的是,发光二极管和激光二极管都不是线性的,这导致很难控制持续的亮度的逐渐变化。然而,在调幅系统里,就是使用的这种方法。这不可避免地导致信号的失真,例如: 随着光缆长度的增加,信噪比递减 视频信号的非线性微分增益和相位差错 较差的音频频响范围 作为提高AM光传输效果的一种努力,人们引入了调频光传输技术。在这种系统里,信号由发光二极管或激光二极管彻底地开或关的脉冲来表达,针对来源信号的不同,表现为脉冲的速度不同。 对于熟悉以FM传输的其它媒介的人来说,光纤系统的FM这一术语可能有些混淆。FM 指的是频率调制,在光纤系统里它可能被理解为调制光本身的频率。其实这不是正确的,更精确的说法是PPM,指的是脉冲位置调制,F意味的频率是脉冲的频率而不是光本身的频率。 FM系统本身有它独特的问题: 在 FM系统里一种常见的失真被称为“串扰”。这发生在多个 FM载频在单芯光纤上传输时,比如当使用复用器时,串扰源于发生器或接收器, 它产生的原因是由于将多重载波加以区分的关键滤波电路, 是由这些关键电路校正的漂移引起的。当这些滤波电路不是很正常工作时, 一个FM载波可能会干扰和影响另一个 FM载波。工程师可以在设计FM光纤系统时尽量减少这种串扰现象的可能性,然而任何设计方面的改进又意味着成本的提高。 另一种失真叫做“交调”。像“串扰”一样,交调同样产生于当用一芯光缆传输多路信号的时候。然而,不象“串扰”仅发生于相类似信号间,例如两个视频信号,交调可发生在不同种类的信号之间。它产生于发生器且大多数情况下是由于电路中线性特征的出现。其结果是,两个或多个源信号在被复用为一路光信号前就产生互相干扰,导致传输的光信号保真度降低。 数字处理的不同之处 与模拟光纤系统一样,数字系统的光发射机输入基带视频、音频和数据信号并在光接收端输出这些信号的原本格式。数字的不同体现在这些信号是如何在发生器和接收器间被处理和传输的。 在数字系统中,输入的基带信号立即经过发生器内的ADC模数转换器,将输入的信号变为一系列的1和0,这叫做“数字流”。然后,如果有多路信号,发生机将所有转换后的数据流整合成一个单一的数字流。以其发射的1和0做参照,这一单一数字流被用来以极快的速度驱动发射二极管的开或关。 在接收端,发射机上的过程被反转。这条单一的数字比特流又被解分为多重数字流。分别代表原始的几路信号。然后,经过DAC数模转换器,光接收机以它们原来的格式输出这几路信号。 数字处理的好处 与传统的AM和FM系统相比,纯数字处理有很多优点。比如提高系统功能和灵活性以及降低安装成本等等。让我们更详细地讨论数字系统为系统集成商和最终用户带来的直接益处。 工作的一致性 不象AM和FM系统,纯数字传输保证了基带视频、音频和数据信号在整个可用光纤传输预算内保真度始终如一。无论你传输一路或还是多路信号,也不管传输距离的长短(长到系统允许最大距离)。这是‘数字’系统的一个特点,模拟系统无法比拟。在传统的系统里,接收端信号强度取决于信号被传输的距离。而且,在传统的系统里,把多路信号结合起来意味着整个系统的工作指标将会降低。 同样地,多路模拟传输系统,例如一根光纤传输四路视频或音频,为了容纳所有发射的信号会使得每一路信号的带宽受到限制。或者,复用器会增加一个额外的光载波以支持所有频道,这会增加系统的成本。在一个纯数字的系统里,根本不需要作上述的妥协。不管是通过光纤发送一路还是四路信号,每一路信号的保真度自始至终保持一致。 低信号失真 正如前面讨论的,AM 和 FM 模拟系统面监着各种信号失真问题。这些问题发生在整个传输过程中的几个环节,问题根源在于使用传统技术将输入的基带信号转换和叠加成单一的光信号加以传输,然后又需将它转换回信号的原本形态。 在一个纯数字系统里,无论在传输过程中还是由于不同的调制方法,都没有机会发生信号失真。信号失真仅发生在将模拟信号转为数字信号以及将其在接收端转回模拟信号的编解码过程上。尽管没有任何转换是完美的,以今天先进的ADC和DAC转换技术来讲,即便最经济的编解码算法产生的视、音频质量也远远超过传统的AM或FM传输系统所能达到的质量。 成本和质量间简单的平衡 这是纯数字系统的一个重要特征。在传统的系统里,系统设计者和用户不得不考虑很多因素,反复权衡投入多少才能达到一定水平的系统工作指标。当使用一个纯数字系统,这项工作将被极大地简化。基带信号的质量取决于发射机和接收机的设计而与光波长、调制方法、以及光纤类型无关。 当评估传输系统的成本时,为了使系统工作最佳,设计问题将仅围绕着A/D和D/A转换的质量和二极管可工作的速度。更好的数模转换器和更快的二极管增加设备的成本。 灵活多样的信号复用 在一个纯数字系统中,所有来源信号:视频、音频或数据信号被转换成同样的1和0。由于它们被简化成这种通用的代码,传输系统可以同一种方法来处理它们。这提供给我们前所未有的系统设计的灵活性。比如,代表间频的比特可以由代表数据的比特来表示。而且,比特可以被轻易地叠加和结合,不管它们是代表多路同类型的信号还是多路不同类型的信号,例如四路视频或叠加的音频和数据。在传统的AM和FM系统中,多路不同信号的复用变得昂贵而且受到技术的局限。 系统长度的扩展 纯数字光纤系统的另一个优点是它能够将传输的信号再次生成而不引起原来基带视频,音频或数据信号的额外衰减。这是由一个叫重复器的设备来完成的。 随着光在一定长度光纤上传输,它的光功率逐渐的削弱,最终将可能没有足够的光被接收机检测到。将光重复器放置在光纤上的某一处,该处的光信号已经衰减很多但还能被检测到,光重复器能够将数字信号再生和恢复到它原来的形式。然后,这一再生的数字信号以和最初发射点同样的光功率又在同样的波长上继续发射。 一个重要的提示是,模拟基带的视频、音频或数据信号从来不会真正的被光重复器所恢复,只有代表原始信号的数据流能够被处理。以这种方式,无论信号被重生多少次或是传输多远的距离,原始基带信号的质量都不会衰减。 数字系统的这一特性提供给系统设计者的益处显而易见。不仅仅是系统能够覆盖很长的距离,这种传输的距离远远超过任何 AM或FM系统,而且设计者将有信心保证接收信号的质量将永远是一致的,并用总能满足其应用的要求。 单根光纤的好处 当评估点对点光纤传输设备时,很重要的是考虑系统整体的成本而不仅仅是系统终端设备,无论是在新建设施还是已铺光缆的项目,都应使用这种方法考虑成本。 今天,光纤的成本仍然很高。对于新建设施,节省光纤等于很大程度的降低总体项目成本。对于光纤已事先铺好的项目,能够更充分使用现有光纤资源,而无须铺设更多新光纤,能够大大的减低费用。 纯数字传输系统在利用单光纤传输方面,比传统的AM或FM系统具有极大的优越性,它能够以传统不可比的价格和工作指标在单根光纤上单向或双向传输一路或多路信号,这些优点在要求双向支持的应用于中尤为明显。 双向传输---使用模拟系统 在监控、交通、视频会议和音视频等方面应用的点对点系统中,信号同时双向传输是很普遍的。在传统的AM和FM系统中,双向传输是由两根光纤(每一个方向一根)或者是一种被称为波分复用(WDM)的技术以单纤完成的。使用WDM, 在一个方向,信号以一个波长传输,而相反方向的信号以不同波长来传输。 在AM和FM单纤双向系统中,用于双向传输的两个波长通常如下: 多模系统:850和1310nm 单模系统:1310和1550nm 双向系统一定要使用不同的波长才能是双向传输的信号不相互干扰,而且系统第一端的二级管接收机可以区分来源信号和发出信号。将接收机设置在一个频率上,它接受想要的信号拒绝其它任何信号。 在需要双线传输的场合,使用 WDM 单纤系统中,通常低于在整个传输路径安装第二根光纤的成本。然而,这一技术也们伴随着一些问题。由于在不同方向上使用不同波长,系统在不同方向上工作效果不同。在任何给定工作效果上,较高波长的路径比较低波长的路径可以传送更远距离。毫不奇怪,支持更高波长的原器件也更昂贵。因此,系统设计者一定要使用较低波长路径的指标来保证相同水平的质量和工作效果。由此可风,系统的成本包括了支持较高波长的费用,即便其应用并不享有较高波长的功能。 双向传输----使用数字视音频传输系统系统 在纯数字光纤传输系统中,不存在波长非充分利用的问题。尽管每一个接受二极管同时发射和接收信号,信号的数字特性使它很容易识别所要的信号和拒绝干扰信号。因此,在每一个方向可以使用同一波长。 因为只用一个波长,人们现在可以在使用波长和成本之间作最佳的选择。没有必要花费更多的资源支持人们并不需要的更高波长。
[此贴子已经被作者于2003-6-26 16:50:14编辑过]
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已有6人评论

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沙发
十三 发表于 2003-6-28 15:11:00
谢谢
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板凳
qhwoffice 发表于 2003-6-28 15:37:00
好东西!!!Thank you !!
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地板
郭大侠 发表于 2003-6-29 19:48:00
不错,希望经常发一些这方面的文章。
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5#
sui 发表于 2003-6-30 11:30:00
楼主下面两个贴图让我很难堪,我上网的时候有女同事在旁边. 人家以为我在上SEX 文章不错! 但是我觉得很熟悉!
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6#
jack.zhao 发表于 2003-7-2 14:18:00
我的签名是沙滩排球中的截图,很不错哟!!(自认为) 这篇文章是我们 公司视音频光端机白皮书的一部分内容,感到熟悉,可能见过巴!!!
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7#
aqkld 发表于 2009-5-27 17:08:00
好东西!!!Thank you !!
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