视频光端机基础

最近几年，光纤通信得到了突飞猛进的发展，光纤现在也可以用在视频传输，特别是数字视频传输应用。随着多媒体业务的发展，用户对同时传输多个视频图像信号和多个数据信号的需求越来越高，但是，传统的非压缩视频传输系统并不能实现同时传输多个视频和数据信号的功能，而视频光端机的出现打破了这一格局。

什么是视频光端机？

视频光端机是视频传输设备的统称，有时也叫视频多路复用器或视频延长器。大多数情况下，视频延长器是指具有高品质接口的视频转换器（例如HDMI视频转换器）；视频多路复用器是指多通道的多媒体视频转换器（例如，4通道视频/音频/数据光纤多路复用器）。视频光端机一般成对使用，一个用作发射器，一个用作接收器，其作用是用来进行光电转换。此外，为了充分利用光纤链路，还可以用视频光端机将多个视频通道和音频、数据等其他类型的信号复用成一个数字流（该数字流内的各个信号互不影响）进行传输，这个复用的过程是通过时分复用（TDM，Time Division Multiplexing）技术来实现的。此外，视频光端机还可以复用多个频谱的光信号，增加了光纤链路的密度，例如，在闭路电视监控系统中，粗分波复用（CWDM，Coarse Wavelength Division Multiplexing）技术常常用来复用光信号，因为这种技术可以将不同波长的光信号复用到一根光纤上传输。

视频光端机的类型

模拟光端机

由于有着不同的信号传输方式，光端机又有着模拟光端机和数字光端机之分，但是这两种光端机都属于视频光端机。模拟光端机采用PFM调制技术来传输信号，因此传输距离可达50km。当然，模拟光端机也存在稳定性差、容易受环境影响、抗干扰能力差以及生产调试较困难等弊端，所以模拟光端机一般只能做到单根光纤上传输4路图象。

数字光端机

和模拟光端机相比，数字光端机的处理技术更加成熟，它有传输距离长（可达120km）、受环境干扰较小、传输质量高以及支持的信号容量可达16路（甚至32路/64路/128）路等优点。

视频光端机的常见接口类型

BNC（Bayonet Neill–Concelman）接口

用于BNC接口的连接器叫做刺刀螺母连接器（Bayonet Nut Connector），简称BNC接头，是一种小型可快速连接/断开的射频（RF）连接器，主要与同轴电缆一起使用。BNC接头可以隔绝视频输入信号，使信号相互间干扰减少且信号频宽较普通D-SUB（一种模拟信号接口）大，可达到最佳信号响应效果。此外，BNC接头常常和小型/微型的同轴电缆一起用在广播、电视等射频电子设备中。现在，许多复合视频设备上仍然设计有BNC接口，这是因为BNC接头的价格比其他类型的视频接头便宜，而且BNC接头在视频光端机（也叫光纤转同轴转换器或视频多路复用器）等商用视频设备上广泛使用。

视频图形阵列（VGA）接口

视频图形阵列（VGA）接口也叫D-SUB接口，在显卡、电脑显示器和高清电视上十分常见。VGA接头共有15针，分成3排，每排5个孔，可以传送红、绿、蓝模拟信号、同步信号(水平和垂直信号)和VESA显示数据频道数据信号。尽管视频图形阵列（VGA）模拟接口是用来传送高清视频信号（1080P甚至更高），视频图形阵列（VGA）接口的传输带宽仍然可以支持更高的分辨率，图片的质量与所使用的线缆质量和长度息息相关。事实上，在使用带有视频图形阵列（VGA）接口的设备时，使用的线缆最好不要超过10m。

数字视频接口（DVI，Digital Visual Interface）

数字视频接口（DVI）是由数字显示工作组（由Silicon Image、英特尔、康柏、IBM、惠普、NEC、富士通等公司共同组成）发明的一种高速传送数字信号的接口，在PC、DVD、高清晰电视（HDTV）、高清晰投影仪等设备上有广泛的应用。与视频图形阵列（VGA）接口（模拟信号接口）不同的是，数字视频接口（DVI）是一种数字信号接口，因此，数字信号可以直接传送到显示器上，不需要经过数/模或模/数转换。数字视频接口（DVI）有DVI-A、DVI-D和DVI-I三种不同的接口形式，其中，DVI-A只有模拟接口，DVI-D只有数字接口，DVI-I有数字和模拟接口。与视频图形阵列（VGA）接口一样，数字视频接口（DVI）同样广泛应用于电脑显示器和视频传输设备中。

高清晰度多媒体接口（HDMI）

与数字视频接口（DVI）一样，高清晰度多媒体接口（HDMI）也是一种传送数字信号的接口，不同的是，高清晰度多媒体接口（HDMI）可以同时传送音频和视频信号，而数字视频接口（DVI）只能传送视频信号。具体来讲，高清晰度多媒体接口（HDMI）不仅可以满足1080P的分辨率，还能支持数字音频格式，支持八声道96kHz或立体声192kHz数码音频传送，还可以传送无压缩的音频信号及视频信号。这种接口是高清设备连接的标准接口，可应用于机顶盒、DVD播放机、个人电脑、电视游乐器、综合扩大机、数字音响与电视机等。与其他接口的设备相比，高清晰度多媒体接口（HDMI）的设备价钱更高。

串行数字接口（SDI）

串行数字接口（SDI）是由电影与电视工程师学会（SMPTE，The Society of Motion Picture and Television Engineers）于1989年规定的数字视频接口。常见的串行数字接口（SDI）是高清数字串行接口（HD-SDI），是根据SMPTE 292M在1.485Gb/s的信号速率条件下传输的接口规格。高清数字串行接口（HD-SDI）在光端机中广泛使用，常用来传送无压缩、未加密的数字视频信号，也可以传送分组数据。

光纤接口

视频光端机上还可能会有光纤接口，这种光纤接口只是用来连接光缆的物理接口。光纤接口常用的接头有SC、ST、FC等。

几种接口

视频监控领域

有线电视光端机射频光端机技术问答

有线电视光端机/射频光端机技术问答

2021-04-16 18:09

1、有线电视光端机/射频光端机发展和优势是怎样的？

答：用光波传输电视信号和数据信息是20世纪末发展起来的一门新的科学技术，它的出现使世界信息产业得到了飞速发展，现在光纤传输技术正以超出人们想像的速度发展，其光传输速度比10年前提高了100倍，在今后的发展中估计还要提高100倍左右。随着光纤传输技术的不断发展，在光域上可进行复用、解复用、选路、交换，网络可利用光纤的巨大带宽资源，增加网络的容量，实现多种业务的“透明”传输。

2、有线电视光端机传输光信号的基本原理是什么？

答： 光传输是在发送方和接收方之间以光信号形态进行传输的技术。光传输电视信号的工作过程是在光发射机、光纤和光接收机三者之间进行的; 在中心机房的光发射机把输入的RF电视信号变换成光信号，它由电/光变换器(Electric-Optical Transducer，E/O)完成，变换成的光信号由光纤传输导向接收设备(光接收机)接收，光接收机把从光纤中获取的光信号变换还原成电信号。因此光传输信号的基理就是电/光和光/电变换的全过程，也称为光链路。

3、光纤是如何导向传输光信号的呢？

答：目前有线电视系统使用的光纤是圆柱体的光纤，它由光纤圆柱体和包层组成，是石英玻璃材料。包层起着把光严密地封闭在光纤内的作用，保护纤芯，增强光纤本身的强度。而纤芯的作用是传输光信号。纤芯和包层虽然都是石英玻璃材料生产而成，但在生产时对两者的掺杂成份有区别，因而导致了所产生的折射率大小不同(纤芯为1.463~ 1.467，包层为1.45~1.46)，当然也与所采用的材料不同有关。当激光器发射的光源进入纤芯后，光入射到包层界面时，只要入射角大于临界角，就会在纤芯内产生全反射，光不会漏射到包层中，这样聚入到纤芯内的光信号就会不间断地传播下去，直到导向光接收机为止。这个过程就是光信号在光纤中传输的基理。

4、有线电视光传输产生失真的原因有哪些？

答：光在光纤中传输时，也会产生一些失真，产生失真的原因有以下几点:

(1)在光纤传输系统中，由于半导体激光器的电/光转换特性的非线性，使输出的光信号与激励电流的变化不一致导致了失真，它称为调制失真。调制指数M值不允许太大，选择高性能、预失真处理技术强的光发射机很有必要，预失真处理技术是利用人为的设计产生预失真改善调制线性，达到消除和减轻光纤传输系统中CSO与CTB的目的。

(2)在光传输系统中，由于驱动RF放大器和接收RF放大器产生失真的机会很小，线性PIN光电二极管因信号电平不太高，产生的微小失真可不计，而它的主要原因来自于半导体激光器调制特性的失真和光纤的色散。

(3)激光器在光强度调制时，光的波长会发生变化，出现附加频率调制，使信号频率展宽，出现啁啾效应 ，主要表现为CSO失真。

(4)光纤的色散特性会使不同波长的群时延发生差异，形成到达终端的时间会先后不一致所引起的失真，主要是CSO失真。

在光纤传输系统中产生的失真主要是CSO失真，而CTB失真的程度远比CSO失真小，为了确保系统的传输质量，使系统载噪比和失真性能处于合理的范围之内，采取的措施一般利用CNR指标来平衡CSO、CTB指标。如果增加或者减小CNR值1dB，那么CSO就会恶化或者改善1dB，CTB指标就会恶化或者改善2dB。

5、有线电视光传输系统组成部分有哪些？

答：有线电视光传输系统主要由光发射机、光接收机、光分路器和光纤电缆及其它器件组成。

6、有线电视光发射机的工作原理是什么？

答：有线电视光发射机中最重要的光器件就是半导体激光器，实际上它是一只激光二极管(Laser Diode，LD)，当然也有不使用激光二极管，而是使用半导体发光二级管(Light Emitting Diode，LED)的。

光发射机的功能是把电信号转换成光信号，它通过外部电路改变注入激光器的电源来实现。它设置的偏置电路能为激光器提供最佳偏置工作电源，偏置电流不同，激光器就会有不同的功率输出，为确保稳定的输出光功率，应设计光功率和激光器温度的自动控制电路，如采用微电脑达到自动控制光发射机的最佳工作状态。

激光器正在广泛地用作光振荡器(即发光器件)，它是依靠本身所成的激光器媒质材料的能量状态与光的相互作用工作。

为使激光器工作，必须有一定大小的电流，这一电流的大小与光强度之间有一定关系，当增加电流时，光的强度急剧增加，这一点说明激光器已开始工作，这个使激光器开始工作的电流叫门限电流，它越小越好，因为这已经能使激光器开始工作，如再继续增加门限电流，就会形成输出的饱和区，饱和区的电流达到一定值后，就会使传输信号的质量下降甚至损坏激光二极管，对于光纤传输所需功率来讲，在线性区域有数兆瓦的输出功率满足远距离传输信号和信息的要求。光的传输质量除光强的量以外，还与光谱和噪声等问题有一定关系。

多波长的光谱对高质量的模拟信号的传输是不太适合的，即使以单模方式来工作，它的发光谱线也有宽度，宽度越窄，光波变得越纯，越会成为时间相干，即相干性好的光波。相干性好的光波不需用透镜和其它器件将它会聚成小的光点，也越适合光纤的入射。

7、有线电视光发射机按波长分为几类，有什么区别？

答：有线电视光发射机按照波长分为1310nm光发射机和1550nm光发射机，不同的波长在光缆中的衰减值不同，1310nm波长光信号在光纤中每公里衰减0.35dB,1550nm波长光信号在光纤中每公里衰减0.25dB。

8、有线电视光发射机按工作方式分为几类，有什么区别？

答：有线电视光发射机按照工作方式分为直接调制型光发射机和外调制型光发射机。

直接调制型光发射机多用于DFB激光器，DFB激光器线性好，可以不用预失真电路的补偿而获得较好的CTB值和CSO值，但由于直接调制存在附加的频率调制，非线性失真指标（特别是CSO值）很难做到很高。

直接调制型光发射机的功率一般不可太大，在24mw以内，因此，限制了传输距离，一般用于本地分配网和乡镇级光缆传输网。该类型光发射机多用于1310nm光纤网中，1310nm光纤衰减是0.35db/km，故最大传输距离不超过35公里。 这种光发射机性能稳定，结构简章，价格低廉，所以被普遍选用。

外调制光发射机一般用YAG激光器，YAG激光器采用外调制后，线性很差，必须使用预失真电路来补偿。由于它色散较少，故YAG光发射机很适合1550nm波长光纤，多用于1550nm光纤网中。YAG光发射机在1550nm光纤网中，可用用放大中继，1550nm光纤衰减又小（0.25db/km），所以，YAG光发射机可用超远距离传输。

外调制光发射机：输出功率大，可达2×20mw以上（两路输出），噪声小，又无类似LD的附加频率调制和光纤色散特性复合产生的cso失真。因此，常用于远距离传输或大型有线电视传输系统。外调制型光发射机价格高，近距离传输的光纤网很少选用外调制作为光发射。

9、有线电视光接收机的工作原理是什么？

答： 光接收机的主要部件是光检测器，也就是高灵敏度的光电二极管(PIN)，光电二极管利用半导体的光电效应完成对光信号的检测工作，使光信号还原成RF电视信号，然后对RF信号进行放大，以及AGC电平控制等处理后输出合格的RF信号供网络分配。

光接收机的主要技术是C/N、C/CTB、C/CSO。这三大技术指标又都是由光电转换模块的性能所确定，在相同光功率输入的情况下，转换输出的RF电平就有大小之分，当光电模块转换效率高时，它的输出电平高，所带来的C/N值指标也好，反之，C/N值指标变差。而C/CSO、C/CTB两项技术指标由光电模块的线性度而定，高质量的光电模块在C/CSO、C/CTB指标相同的情况下，允许更宽的接收功率范围。

10、有线电视光接收机的分类及应用如何？

答：有线电视光接收机按输出路数分为两路光接收机和四路光接收机，按应用场所分为野外型和室内型。用户可以根据实际需要选用相应类型的有线电视光接收机。

11、有线电视光分路器有什么作用？

答：光分路器将1路光信号分为N路信号，N＝2叫光二分路器，N＝4叫光四分路器，依此类推。一般1∶N 的光分路器均由一分为二和一分为三的光分路器组合而成。光分路器将一路光信号按不同功率比例分成多路的光信号输出，实际的光缆传输干线中，常用光分路器将一路光信号分成强度不等的几路输出，光强较大的一路传输到较远距离，光强较弱的一路传输到较近距离，使各个光节点的光功率近似相等。

12、有线电视光分路器的分类及区别是什么？

答：有线电视光分录器分为熔融拉锥光纤分路器和平面光波导功率分路器（PLC Optical Power Splitter）。目前常用的是第1种。

熔融拉锥光纤分路器（Fused Fiber Splitter） ：熔融拉锥技术是将两根或多根光纤捆在一起，然后在拉锥机上熔融拉伸，并实时监控分光比的变化，分光比达到要求后结束熔融拉伸，其中一端保留一根光纤（其余剪掉）作为输入端，另一端则作多路输出端。目前成熟拉锥工艺一次只能拉1×4以下。1×4以上器件，则用多个1×2连接在一起。再整体封装在分路器盒中。

优点：拉锥耦合器已有二十多年的历史和经验, 许多设备和工艺只需沿用而已, 开发经费只有PLC的几十分之一甚至几百分之一。原材料只有很容易获得的石英基板, 光纤, 热缩管, 不锈钢管和少些胶, 价格便宜。 分光比可以根据需要实时监控，可以制作不等分分路器。

缺点：损耗对光波长敏感，一般要根据波长选用器件，这在三网合一使用过程是致命缺陷，因为在三网合一传输的光信号有1310nm、1490nm、1550nm等多种波长信号。

平面光波导功率分路器（PLC Optical Power Splitter）

平面光波导技术是用半导体工艺制作光波导分支器件，分路的功能在芯片上完成，可以在一只芯片上实现多达1X32以上分路，然后，在芯片两端分别耦合封装输入端和输出端多通道光纤阵列。

优点：损耗对传输光波长不敏感，可以满足不同波长的传输需要。分光均匀，可以将信号均匀分配给用户。结构紧凑，体积小(博创科技 1×32 尺寸：4×7×50mm),可以直接安装在现有的各种交接箱内，不需特殊设计留出很大的安装空间。单只器件分路通道很多，可以达到32路以上。多路成本低，分路数越多，成本优势越明显。

缺点：器件制作工艺复杂，技术门槛较高，目前芯片被国外几家公司垄断，国内能够大批量封装生产的企业也只有博创科技等很少几家。相对于熔融拉锥式分路器成本较高，特别在低通道分路器方面更处于劣势。

13、有线电视光端机安装调试应注意哪些问题？

答：有线电视光端机调试应注意以下几个方面：

1）正确选择射频信号的输入电平。

DFB光发射机的RF驱动电平直接决定光发射机的调制度，同时也决定了C/N、CTB、CSO值的大小。如果，加入光发射机的RF电平达大，会引起光调制度m值增大，将劣化CTB、CSO非线性指标，还会造成DFB激光器的过驱动，导致光发射机输出功率下降；输入电平过小，使光调制度降低，导致光发射机的载噪比指标不能满足需求。所以，正确选择RF驱动电平，是保证光纤传输网各项指标的关键。不同厂家生产的光发射机要求RF驱动电平是不相同，所以应根据厂家产品说明书来设置发射机的输入RF电平。若产品说明书，只给一定范围电平值（如75-85db），则根据网络传输频道数确定RF值，如果传输频数N>40，取RF值为76-78dB;若30，取RF值为78-80dB；若20，取RF值80-83bB。如果产品说明书给出75+10Lg60/N，先根据网络传输道数N，求出10Lg60/N值后再与75相加，如N=35，则10Lg60/N=2.34dB，75+2.34=77.34，取RF=78dB。

2）有线电视信号光传输选用光跳线一般选用FC/APC接口。

3）光接收机端光功率要符合其接收指标，一般最佳值为0～-3dB，一般有效区间为2～-6dB。

4）在安装光活动接头时，先用酒精棉球擦拭光发射机输出口和连接插头，然后将光纤插头的突棱对准光发输出口的缺口，将螺丝旋到底，不要过紧也不要太松，确保两插头对准接触良好。

5） 保证光发射机有连续不间断，电压稳定的正常供电电源。

光发射机的激光器组件和光电转换模块最忌瞬间脉冲电流的冲击，因此，在使用中一定要避免或减少频频开关机，以确保激光器的使用寿命。

6） 一旦激光器进入工作状态，人眼切不可直视光发射机后面板上的光输出口，以免激光器烧坏人眼视网膜。

7）接通电源开始进入正常工作状态后（工作正常时发射机面板上缘灯亮，不正常时告警红灯亮），按前面板上的TEST（检测）按钮，看LCD显示屏，依次顺序检查激光器的工作相关的状态。

8）在外部电源正常的前提下，光发射机通电后或工作时一旦出现红灯闪烁或长亮说明光发已出现故障，应迅速切断电源，检查维护或返厂修理。

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