數(shù)字光端機

   

   數(shù)字光端機的出現(xiàn)：應用初期，模擬調頻、調幅、調相光端機在市場上占有相當?shù)谋壤�，其傳輸方式是將基帶的視頻、音頻、數(shù)據等信號調制在某一載頻上，通過發(fā)射光端機進行光纖傳輸，然后通過另一端的接收光端機進行解調，恢復成相應的基帶視頻、音頻、數(shù)據信號。而國內、國外工程上開始大量應用的數(shù)字式光端機是將多路模擬基帶的視頻、音頻、數(shù)據進行高分辨率數(shù)字化，形成高速數(shù)字流，然后將多路數(shù)字流進行復用，通過發(fā)射光端機進行發(fā)射，然后通過另一端的接收光端機進行接收，解復用，恢復成各路數(shù)字化信號，再通過數(shù)字模擬變換（A/D模數(shù)轉換）恢復成模擬視頻、音頻、數(shù)據。從目前市場情況來看，模擬光端機已逐步退出市場，而數(shù)字光端機如雨后春筍般開始在市場上普及，數(shù)字代替模擬，這也是光纖通信技術顯著的歷史發(fā)展趨勢。由于數(shù)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交調干擾嚴重、容易受環(huán)境干擾影響、傳輸質量低劣、長期工作穩(wěn)定性差的缺點，因此許多大型重點工程已普遍采用數(shù)字光端機。
模擬視頻光端機與數(shù)字光端機究竟有何區(qū)別，本文從以下幾個方面進行如下論述：
1、 光纖上傳輸?shù)男盘柗绞讲灰粯?BR> 模擬光端機上光頭發(fā)射的光信號是模擬光調制信號，它隨輸入的模擬載波信號的幅度、頻率、相位變化引起光信號幅度、頻率、相位變化而分別稱為調幅、調頻、調相光端機。而數(shù)字光端機上光頭發(fā)射的光信號是數(shù)字信號即0或1對應光信號強、弱兩種狀態(tài)，不同的0和1組合代表不同幅度的視頻、音頻、數(shù)據信號。
2、 模擬信號傳輸輸入和輸出處理方式不一樣
無論模擬、數(shù)字光端機，對輸入的基帶的視頻、音頻、數(shù)據信號都必須進行處理。對于模擬調幅光端機，處理方式是將視頻、音頻、數(shù)據的幅度對一高頻載波信號進行調制，使高頻載波信號的幅度隨視頻、音頻、數(shù)據的幅度變化而變化；而數(shù)字式光端機對輸入的基帶的視頻、音頻、數(shù)據進行高分辨率的模擬-數(shù)字轉換，如1Vp-p幅度范圍的幅度信號利用12bits的數(shù)字信號來表示，1V等分成4096，因此模數(shù)轉換后引起的最大電壓幅度誤差為1/4096V（約2.5mV）,此誤差電壓稱為量化誤差電壓，各種幅度的電壓數(shù)值從0V、1/4096V、2/4096V...最大1V分別對應的數(shù)字編碼為000000000000、000000000001、000000000010...111111111111。數(shù)字編碼信號直接控制光頭發(fā)射的光信號的強、弱兩種狀態(tài)（對應0或1），接收光端機再將數(shù)字編碼進行數(shù)字-模擬轉換，恢復成原始的基帶的視頻、音頻、數(shù)據信號。
3、 處理方式的不同，引起的視頻、音頻、數(shù)據信號信號失真、變畸變、干擾不同
模擬光端機由于要進行調幅、調頻、調相，所以模擬信號的幅度的變化與載波信號因調制而引起的幅度、頻率、相位的變化是否為一一對應的線形關系成為擬光端機質量好壞的關鍵，到目前為止，很難做到真正線性調制，非線形必然引起信號失真；同時調制好的載波信號還要調制光信號，光信號的非線性也是一個非常重要的因素，眾所周知，光器件的非線性與環(huán)境溫度變化、工作電壓的穩(wěn)定性、光發(fā)射功率有很大的影響，因此光器件在生產時需進行7-10天的熱循環(huán)老化等等工藝篩選、老化、測試也只能做到將這種變換控制在一定的范圍；光信號在光纖中長距離傳輸，會引起光信號的功率衰減，傳輸頻率漂移、相位失真，光信號色散效應同樣也會引起光信號畸變；光信號到達接收端，接收光器件仍然要引起非線性失真，由光電轉換后的模擬信號進入解調，解調與調制一樣會產生非線性畸變。所以綜合模擬光端機，從輸入信號調制-電光轉換-光輸出-光電轉換-解調這五個過程，都會引起非線形失真，而這些信號畸變失真是固有的，所以也必然是不可消除的，因此模擬光端機傳輸視頻圖象、音頻質量、數(shù)據的效果很難達到很滿意的效果。數(shù)字式光端機僅只有模數(shù)轉換的量化誤差（如1V視頻信號12bits時僅為2.5mv），不足以引起信號畸變。
4、 多路信號同傳引起的交調失真
在現(xiàn)場監(jiān)控應用中，用戶可能有許多各種信號，如視頻圖像、音頻、數(shù)據、以太網、電話或其它用戶自定義的信號，每種信號分別用一對光端機來傳輸，必然價格昂貴，所以為了提高光纖的利用效率，降低成本，必須的各種信號在光端機進行復用，以便在一對或一根光纖上傳輸。對調頻、調幅、調相光端機來講，傳輸10/100M以太網信號或多路電話等高速信號是難以做到的，將多路視頻或音頻信號混合調頻、調幅、調相在某一載波上必然會引起各種鏡像、交調干擾。所以目前市場上不乏很多著名國外品牌的調頻、調幅、調相光端機多路視頻、音頻、數(shù)據同傳時經常出現(xiàn)相互干擾的現(xiàn)象，這些不穩(wěn)定的現(xiàn)象都是模擬調制技術長期以來一直所固有且難以解決的問題和缺點。所以模擬光端機傳輸信號容量有限，一般不會超過4路信號同傳。而數(shù)字光端機傳輸?shù)氖菙?shù)字信號，很容易進行大容量復用并且不會出現(xiàn)相互干擾。如深圳市南華偉業(yè)科技有限公司的全數(shù)字光端機，最多可以實現(xiàn)128路視頻、音頻、數(shù)據、以太網、電話在同一根光纖上傳輸而無任何交調干擾。
5、 穩(wěn)定性不同
模擬調制光端機由于采取載波調制方式，載波及光頭很容易受環(huán)境溫度影響。出現(xiàn)傳輸質量隨環(huán)境變化而變化的缺點。正因為這種缺點，對一些大型、重要工程來講，模擬光端機的維護成了很令人頭疼的問題，由此也給很多工程承包商或業(yè)主帶來了很大不滿。所以對一些重要的工程選用數(shù)字光端機是一種明智的選擇。

通常所說的光端機是傳輸視頻的非壓縮光端機
視頻光端機在中國的發(fā)展是伴隨著監(jiān)控發(fā)展開始的.
1）、光端機從模擬走向數(shù)字
從上個世紀80年代末模擬光端機開始進入中國應用，到2001年開始數(shù)字光端機的出現(xiàn)；演繹了經濟發(fā)展帶動科學技術進步，科學技術推動經濟發(fā)展的過程。
最早出現(xiàn)的模擬光端機主要是采用模擬調頻、調幅、調相的方式將基帶的視頻、音頻、數(shù)據等傳輸信號調制到某一載項，通過另一端的接收光端機進行解調，恢復成相應的基帶視頻、音頻、數(shù)據信號。
把信號調制到光上，通過光纖進行視頻傳輸，通常使用以下幾種調制方式：
調幅或強調制系統(tǒng)（AM）：全模擬系統(tǒng)，光學發(fā)射單元內發(fā)光二極管（LED）的亮度或強度隨輸入視頻幅度線性變化。調幅的光信號通過光纖發(fā)送給光接收單元，由其將信號轉換為模擬基帶視頻。調頻或脈沖頻率調制（FM）：也是一個模擬系統(tǒng)，射頻載波通過輸入的視頻信號線性調節(jié)頻率，經過調制的載波又用于光發(fā)射單元的LED或激光發(fā)射器，經過頻率調制的信號通過光纖發(fā)送給光接收單元，由其將信號轉換為模擬基帶視頻。AM視頻傳輸被廣泛用于工業(yè)安全市場上從低端到中端CCTV監(jiān)視及安全應用場合。適用于5.5公里（3.5英里）或更短距離的傳輸，這樣一個系統(tǒng)能夠提供的定性視頻性能是相當不錯的，并且總是能夠達到RS-250C長距離傳輸?shù)钠焚|要求。但是，AM視頻傳輸設備僅適合850nm。多模工作波長這就限制了最大可用傳輸距離。更顯著的是，對于每1dB的光學路徑損耗而言，基于調幅系統(tǒng)的信噪比的線性相關衰減為2dB，因此，可接受的視頻傳輸質量僅能在相對較短的光纜距離下獲得。一些生產商的設備可能在初始安裝階段需要接收機增益調節(jié)，從而使安裝過程復雜化。最后一點，AM產品達不到今天ITS及高端工業(yè)安全應用中所需達到的RS-250C中短距離視頻傳輸技術要求。FM視頻傳輸是曾廣泛應用于ITS及高端工業(yè)安全市場的傳輸方式。能夠提供極高質量的視頻傳輸性能，通常能達到RS-250C中距離傳輸?shù)馁|量要求并且成本合理。不象AM設備，F(xiàn)M產品適用于1330nm。多�；騿文２僮�，以及1550nm。單模操作，其典型應用的傳輸距離可達66公里（42英里）。無需為了方便安裝而要求用戶進行調節(jié)。盡管FM方式能夠提供高質量傳輸，但是其信噪比在更高水平的光衰減，或者更長的傳輸距離的光纜傳輸過程中會衰減，并且信噪比與光衰減之間不再是線性關系，因此其性能并不是可以完全預測或保持不變的。另外，基于調頻的系統(tǒng)很難達到RS-250C短距離傳輸?shù)募夹g要求，而且調頻視頻發(fā)射與接收單元也容易受到外界電磁源以及來自蜂窩電話和手機等的無線電波的干擾（EMI/RFI），通常出現(xiàn)在野外或路邊環(huán)境中。  受技術限制，光端機主要有單路、雙路、四路、八路視頻及帶PTZ控制數(shù)據的光端機，在一芯上傳輸實現(xiàn)點對點，傳輸容量嚴重不足對于具有足夠傳輸容量的光纖造成了浪費，復雜的、大容量、高路數(shù)的設備則需要多芯傳輸；加上模擬視頻技術的缺陷帶來的易受干擾、易衰減的特點，實現(xiàn)多級中繼、級聯(lián)比較困難，傳輸業(yè)務的單一化（一般只有視頻及數(shù)據信號），模擬視頻傳輸在應用了粗波分復用也同樣受技術條件和波分復用設備價格昂貴的限制，在光纖及光傳輸設備昂貴的年代許多行業(yè)即使有明確的需求也望而卻步其應用了。多路信號同傳引起的交調失真。  在現(xiàn)場監(jiān)控應用中，用戶可能有許多各種信號，如視頻圖像、音頻、數(shù)據、以太網、電話或其它用戶自定義的信號，為了提高光纖的利用效率，降低成本，必須將各種信號在光端機進行復用，以便在一對或一根光纖上傳輸。對調頻、調幅、調相光端機來講，將多路視頻、音頻或數(shù)據信號混合調頻、調幅、調相在某一載波上必然會引起各種鏡像、交調干擾。所以目前市場上不乏很多著名國外品牌的調頻、調幅、調相光端機多路視頻、音頻、數(shù)據同傳時出現(xiàn)相互干擾的現(xiàn)象，這些不穩(wěn)定的現(xiàn)象都是模擬調制技術長期以來一直所固有的缺點。   
數(shù)字光端機傳輸?shù)氖菙?shù)字信號，很容易進行大容量復用并且不會出現(xiàn)相互干擾。對于日益發(fā)展的市場需求，模擬光端機已經不能適應大容量、多業(yè)務（視頻、數(shù)據、音頻、開關量、以太網、對講、電話等）傳輸?shù)囊�求，多路串擾、易衰減、易老化的、售后服務麻煩等問題使得模擬光端機逐漸隨著新技術的出現(xiàn)，市場和應用走向了下坡路。
數(shù)字光端機的出現(xiàn)解決了模擬光端機所出現(xiàn)的問題。2000年開始通訊技術的發(fā)展使得光傳輸器件技術和數(shù)字視頻技術的發(fā)展，數(shù)字光端機開始走向了市場及行業(yè)的應用。隨著數(shù)字光端機和模擬光端機的的對比發(fā)展，慢慢數(shù)字光端機開始逐漸代替模擬光端機，到目前為止已經形成了模擬光端機和數(shù)字光端機二八分天下的局面。相信不久的將來模擬光端機只能成為監(jiān)控史上的一個名詞。如果說早期模擬光端機是國外光端機廠商帶來的最早的傳輸市場，那么數(shù)字光端機可就是國內和國外競力，國內廠商優(yōu)勢與國外廠商的一個過程。
最新一代光纖視頻傳輸設備借助于光學傳輸單元內部的一個模-數(shù)轉換器或數(shù)字信號編碼器（編碼/解碼器），對于輸入的模擬基帶視頻信號（來自CCTV攝像機視頻、音頻、數(shù)據、開關量、以太網等）采用數(shù)字解碼技術進行處理。然后數(shù)字信號又調制到LED或激光發(fā)射器上，通過光纖傳輸?shù)焦饨邮諉卧�，在這里先前的數(shù)字信號被一個內部的數(shù)-模轉換器重新轉化為模擬基帶視頻信號。這樣，系統(tǒng)在電氣上完全透明地將光發(fā)射器的視頻輸入通過光纖發(fā)送到了光接收單元的視頻輸出，并且能夠直接匹配目前使用的NTSC、PAL或SECAM制式CCTV攝像機。
可以說，將模擬信號進行數(shù)字化處理后再進行傳輸是光端機技術質的飛躍發(fā)展。數(shù)字光端機解決了模擬光端機的傳輸容量少、業(yè)務能力少、信號易衰減、易串擾等缺點，優(yōu)勢突顯：傳輸容量大、業(yè)務種類多，單纖傳輸容量可達幾十路上百路非壓縮視頻，傳輸?shù)臉I(yè)務也多樣化的傳輸視頻、音頻、數(shù)據、以太網、電話信號、開關量等各種信號。這樣節(jié)省了光纖，也提高了光纖帶寬的利用率，提高了性價比；信號質量的提升到更高的層次，視頻圖象的信噪比在10bit編碼量化下可達到67~70db，遠遠超出了遠距離下模擬信號的50~60db的參數(shù)指標。在級聯(lián)技術應用了更是得心應手于模擬光端機。
當我們討論數(shù)字解碼視頻傳輸設備時，評價產品與產品之間的性能時所需考慮的性能參數(shù)是系統(tǒng)所使用的數(shù)字位數(shù)。數(shù)字位數(shù)從根本上定義了系統(tǒng)的電氣動態(tài)范圍以及端到端的信噪比，并且是視頻傳輸性能的主要影響因素。現(xiàn)在任何一個分辨率為6位的系統(tǒng)從技術上講都是落后的，不能代表目前的最高技術水準，這樣的系統(tǒng)肯定會產生圖像上可見的非自然信號以及視頻衰減。有鑒于此，在一個數(shù)字解碼視頻傳輸系統(tǒng)中所采用的比特數(shù)最少應為8位。8位的分辨率或解碼能力能夠使視頻傳輸品質滿足或超過RS-250C短距離傳輸或真正的視頻傳播質量要求。
采用數(shù)字非壓縮技術、10位數(shù)字式視頻編碼技術（10bit）和15Mhz采樣頻率技術使得視頻數(shù)字化過程時的數(shù)字采樣點的表示更為精確,得到的圖像效果更逼真,更加完美。

   

• 通信詞典解釋