數(shù)字光端機(jī)

   

   數(shù)字光端機(jī)的出現(xiàn)：應(yīng)用初期，模擬調(diào)頻、調(diào)幅、調(diào)相光端機(jī)在市場(chǎng)上占有相當(dāng)?shù)谋壤�，其傳輸方式是將基帶的視頻、音頻、數(shù)據(jù)等信號(hào)調(diào)制在某一載頻上，通過(guò)發(fā)射光端機(jī)進(jìn)行光纖傳輸，然后通過(guò)另一端的接收光端機(jī)進(jìn)行解調(diào)，恢復(fù)成相應(yīng)的基帶視頻、音頻、數(shù)據(jù)信號(hào)。而國(guó)內(nèi)、國(guó)外工程上開(kāi)始大量應(yīng)用的數(shù)字式光端機(jī)是將多路模擬基帶的視頻、音頻、數(shù)據(jù)進(jìn)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(jìn)行復(fù)用，通過(guò)發(fā)射光端機(jī)進(jìn)行發(fā)射，然后通過(guò)另一端的接收光端機(jī)進(jìn)行接收，解復(fù)用，恢復(fù)成各路數(shù)字化信號(hào)，再通過(guò)數(shù)字模擬變換（A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換）恢復(fù)成模擬視頻、音頻、數(shù)據(jù)。從目前市場(chǎng)情況來(lái)看，模擬光端機(jī)已逐步退出市場(chǎng)，而數(shù)字光端機(jī)如雨后春筍般開(kāi)始在市場(chǎng)上普及，數(shù)字代替模擬，這也是光纖通信技術(shù)顯著的歷史發(fā)展趨勢(shì)。由于數(shù)字光端機(jī)具有傳輸信號(hào)質(zhì)量高，沒(méi)有模擬調(diào)頻、調(diào)相、調(diào)幅光端機(jī)多路信號(hào)同傳時(shí)交調(diào)干擾嚴(yán)重、容易受環(huán)境干擾影響、傳輸質(zhì)量低劣、長(zhǎng)期工作穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)，因此許多大型重點(diǎn)工程已普遍采用數(shù)字光端機(jī)。
模擬視頻光端機(jī)與數(shù)字光端機(jī)究竟有何區(qū)別，本文從以下幾個(gè)方面進(jìn)行如下論述：
1、 光纖上傳輸?shù)男盘?hào)方式不一樣
模擬光端機(jī)上光頭發(fā)射的光信號(hào)是模擬光調(diào)制信號(hào)，它隨輸入的模擬載波信號(hào)的幅度、頻率、相位變化引起光信號(hào)幅度、頻率、相位變化而分別稱(chēng)為調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相光端機(jī)。而數(shù)字光端機(jī)上光頭發(fā)射的光信號(hào)是數(shù)字信號(hào)即0或1對(duì)應(yīng)光信號(hào)強(qiáng)、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(jù)信號(hào)。
2、 模擬信號(hào)傳輸輸入和輸出處理方式不一樣
無(wú)論模擬、數(shù)字光端機(jī)，對(duì)輸入的基帶的視頻、音頻、數(shù)據(jù)信號(hào)都必須進(jìn)行處理。對(duì)于模擬調(diào)幅光端機(jī)，處理方式是將視頻、音頻、數(shù)據(jù)的幅度對(duì)一高頻載波信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，使高頻載波信號(hào)的幅度隨視頻、音頻、數(shù)據(jù)的幅度變化而變化；而數(shù)字式光端機(jī)對(duì)輸入的基帶的視頻、音頻、數(shù)據(jù)進(jìn)行高分辨率的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換，如1Vp-p幅度范圍的幅度信號(hào)利用12bits的數(shù)字信號(hào)來(lái)表示，1V等分成4096，因此模數(shù)轉(zhuǎn)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(chēng)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(duì)應(yīng)的數(shù)字編碼為000000000000、000000000001、000000000010...111111111111。數(shù)字編碼信號(hào)直接控制光頭發(fā)射的光信號(hào)的強(qiáng)、弱兩種狀態(tài)（對(duì)應(yīng)0或1），接收光端機(jī)再將數(shù)字編碼進(jìn)行數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換，恢復(fù)成原始的基帶的視頻、音頻、數(shù)據(jù)信號(hào)。
3、 處理方式的不同，引起的視頻、音頻、數(shù)據(jù)信號(hào)信號(hào)失真、變畸變、干擾不同
模擬光端機(jī)由于要進(jìn)行調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相，所以模擬信號(hào)的幅度的變化與載波信號(hào)因調(diào)制而引起的幅度、頻率、相位的變化是否為一一對(duì)應(yīng)的線(xiàn)形關(guān)系成為擬光端機(jī)質(zhì)量好壞的關(guān)鍵，到目前為止，很難做到真正線(xiàn)性調(diào)制，非線(xiàn)形必然引起信號(hào)失真；同時(shí)調(diào)制好的載波信號(hào)還要調(diào)制光信號(hào)，光信號(hào)的非線(xiàn)性也是一個(gè)非常重要的因素，眾所周知，光器件的非線(xiàn)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(chǎn)時(shí)需進(jìn)行7-10天的熱循環(huán)老化等等工藝篩選、老化、測(cè)試也只能做到將這種變換控制在一定的范圍；光信號(hào)在光纖中長(zhǎng)距離傳輸，會(huì)引起光信號(hào)的功率衰減，傳輸頻率漂移、相位失真，光信號(hào)色散效應(yīng)同樣也會(huì)引起光信號(hào)畸變；光信號(hào)到達(dá)接收端，接收光器件仍然要引起非線(xiàn)性失真，由光電轉(zhuǎn)換后的模擬信號(hào)進(jìn)入解調(diào)，解調(diào)與調(diào)制一樣會(huì)產(chǎn)生非線(xiàn)性畸變。所以綜合模擬光端機(jī)，從輸入信號(hào)調(diào)制-電光轉(zhuǎn)換-光輸出-光電轉(zhuǎn)換-解調(diào)這五個(gè)過(guò)程，都會(huì)引起非線(xiàn)形失真，而這些信號(hào)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(jī)傳輸視頻圖象、音頻質(zhì)量、數(shù)據(jù)的效果很難達(dá)到很滿(mǎn)意的效果。數(shù)字式光端機(jī)僅只有模數(shù)轉(zhuǎn)換的量化誤差（如1V視頻信號(hào)12bits時(shí)僅為2.5mv），不足以引起信號(hào)畸變。
4、 多路信號(hào)同傳引起的交調(diào)失真
在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控應(yīng)用中，用戶(hù)可能有許多各種信號(hào)，如視頻圖像、音頻、數(shù)據(jù)、以太網(wǎng)、電話(huà)或其它用戶(hù)自定義的信號(hào)，每種信號(hào)分別用一對(duì)光端機(jī)來(lái)傳輸，必然價(jià)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(hào)在光端機(jī)進(jìn)行復(fù)用，以便在一對(duì)或一根光纖上傳輸。對(duì)調(diào)頻、調(diào)幅、調(diào)相光端機(jī)來(lái)講，傳輸10/100M以太網(wǎng)信號(hào)或多路電話(huà)等高速信號(hào)是難以做到的，將多路視頻或音頻信號(hào)混合調(diào)頻、調(diào)幅、調(diào)相在某一載波上必然會(huì)引起各種鏡像、交調(diào)干擾。所以目前市場(chǎng)上不乏很多著名國(guó)外品牌的調(diào)頻、調(diào)幅、調(diào)相光端機(jī)多路視頻、音頻、數(shù)據(jù)同傳時(shí)經(jīng)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(diào)制技術(shù)長(zhǎng)期以來(lái)一直所固有且難以解決的問(wèn)題和缺點(diǎn)。所以模擬光端機(jī)傳輸信號(hào)容量有限，一般不會(huì)超過(guò)4路信號(hào)同傳。而數(shù)字光端機(jī)傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào)，很容易進(jìn)行大容量復(fù)用并且不會(huì)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(jī)，最多可以實(shí)現(xiàn)128路視頻、音頻、數(shù)據(jù)、以太網(wǎng)、電話(huà)在同一根光纖上傳輸而無(wú)任何交調(diào)干擾。
5、 穩(wěn)定性不同
模擬調(diào)制光端機(jī)由于采取載波調(diào)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(zhì)量隨環(huán)境變化而變化的缺點(diǎn)。正因?yàn)檫@種缺點(diǎn)，對(duì)一些大型、重要工程來(lái)講，模擬光端機(jī)的維護(hù)成了很令人頭疼的問(wèn)題，由此也給很多工程承包商或業(yè)主帶來(lái)了很大不滿(mǎn)。所以對(duì)一些重要的工程選用數(shù)字光端機(jī)是一種明智的選擇。

通常所說(shuō)的光端機(jī)是傳輸視頻的非壓縮光端機(jī)
視頻光端機(jī)在中國(guó)的發(fā)展是伴隨著監(jiān)控發(fā)展開(kāi)始的.
1）、光端機(jī)從模擬走向數(shù)字
從上個(gè)世紀(jì)80年代末模擬光端機(jī)開(kāi)始進(jìn)入中國(guó)應(yīng)用，到2001年開(kāi)始數(shù)字光端機(jī)的出現(xiàn)；演繹了經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶動(dòng)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過(guò)程。
最早出現(xiàn)的模擬光端機(jī)主要是采用模擬調(diào)頻、調(diào)幅、調(diào)相的方式將基帶的視頻、音頻、數(shù)據(jù)等傳輸信號(hào)調(diào)制到某一載項(xiàng)，通過(guò)另一端的接收光端機(jī)進(jìn)行解調(diào)，恢復(fù)成相應(yīng)的基帶視頻、音頻、數(shù)據(jù)信號(hào)。
把信號(hào)調(diào)制到光上，通過(guò)光纖進(jìn)行視頻傳輸，通常使用以下幾種調(diào)制方式：
調(diào)幅或強(qiáng)調(diào)制系統(tǒng)（AM）：全模擬系統(tǒng)，光學(xué)發(fā)射單元內(nèi)發(fā)光二極管（LED）的亮度或強(qiáng)度隨輸入視頻幅度線(xiàn)性變化。調(diào)幅的光信號(hào)通過(guò)光纖發(fā)送給光接收單元，由其將信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬基帶視頻。調(diào)頻或脈沖頻率調(diào)制（FM）：也是一個(gè)模擬系統(tǒng)，射頻載波通過(guò)輸入的視頻信號(hào)線(xiàn)性調(diào)節(jié)頻率，經(jīng)過(guò)調(diào)制的載波又用于光發(fā)射單元的LED或激光發(fā)射器，經(jīng)過(guò)頻率調(diào)制的信號(hào)通過(guò)光纖發(fā)送給光接收單元，由其將信號(hào)轉(zhuǎn)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(chǎng)上從低端到中端CCTV監(jiān)視及安全應(yīng)用場(chǎng)合。適用于5.5公里（3.5英里）或更短距離的傳輸，這樣一個(gè)系統(tǒng)能夠提供的定性視頻性能是相當(dāng)不錯(cuò)的，并且總是能夠達(dá)到RS-250C長(zhǎng)距離傳輸?shù)钠焚|(zhì)要求。但是，AM視頻傳輸設(shè)備僅適合850nm。多模工作波長(zhǎng)這就限制了最大可用傳輸距離。更顯著的是，對(duì)于每1dB的光學(xué)路徑損耗而言，基于調(diào)幅系統(tǒng)的信噪比的線(xiàn)性相關(guān)衰減為2dB，因此，可接受的視頻傳輸質(zhì)量?jī)H能在相對(duì)較短的光纜距離下獲得。一些生產(chǎn)商的設(shè)備可能在初始安裝階段需要接收機(jī)增益調(diào)節(jié)，從而使安裝過(guò)程復(fù)雜化。最后一點(diǎn)，AM產(chǎn)品達(dá)不到今天ITS及高端工業(yè)安全應(yīng)用中所需達(dá)到的RS-250C中短距離視頻傳輸技術(shù)要求。FM視頻傳輸是曾廣泛應(yīng)用于ITS及高端工業(yè)安全市場(chǎng)的傳輸方式。能夠提供極高質(zhì)量的視頻傳輸性能，通常能達(dá)到RS-250C中距離傳輸?shù)馁|(zhì)量要求并且成本合理。不象AM設(shè)備，F(xiàn)M產(chǎn)品適用于1330nm。多�；騿文２僮�，以及1550nm。單模操作，其典型應(yīng)用的傳輸距離可達(dá)66公里（42英里）。無(wú)需為了方便安裝而要求用戶(hù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。盡管FM方式能夠提供高質(zhì)量傳輸，但是其信噪比在更高水平的光衰減，或者更長(zhǎng)的傳輸距離的光纜傳輸過(guò)程中會(huì)衰減，并且信噪比與光衰減之間不再是線(xiàn)性關(guān)系，因此其性能并不是可以完全預(yù)測(cè)或保持不變的。另外，基于調(diào)頻的系統(tǒng)很難達(dá)到RS-250C短距離傳輸?shù)募夹g(shù)要求，而且調(diào)頻視頻發(fā)射與接收單元也容易受到外界電磁源以及來(lái)自蜂窩電話(huà)和手機(jī)等的無(wú)線(xiàn)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(shù)限制，光端機(jī)主要有單路、雙路、四路、八路視頻及帶PTZ控制數(shù)據(jù)的光端機(jī)，在一芯上傳輸實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，傳輸容量嚴(yán)重不足對(duì)于具有足夠傳輸容量的光纖造成了浪費(fèi)，復(fù)雜的、大容量、高路數(shù)的設(shè)備則需要多芯傳輸；加上模擬視頻技術(shù)的缺陷帶來(lái)的易受干擾、易衰減的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)多級(jí)中繼、級(jí)聯(lián)比較困難，傳輸業(yè)務(wù)的單一化（一般只有視頻及數(shù)據(jù)信號(hào)），模擬視頻傳輸在應(yīng)用了粗波分復(fù)用也同樣受技術(shù)條件和波分復(fù)用設(shè)備價(jià)格昂貴的限制，在光纖及光傳輸設(shè)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(yīng)用了。多路信號(hào)同傳引起的交調(diào)失真。  在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控應(yīng)用中，用戶(hù)可能有許多各種信號(hào)，如視頻圖像、音頻、數(shù)據(jù)、以太網(wǎng)、電話(huà)或其它用戶(hù)自定義的信號(hào)，為了提高光纖的利用效率，降低成本，必須將各種信號(hào)在光端機(jī)進(jìn)行復(fù)用，以便在一對(duì)或一根光纖上傳輸。對(duì)調(diào)頻、調(diào)幅、調(diào)相光端機(jī)來(lái)講，將多路視頻、音頻或數(shù)據(jù)信號(hào)混合調(diào)頻、調(diào)幅、調(diào)相在某一載波上必然會(huì)引起各種鏡像、交調(diào)干擾。所以目前市場(chǎng)上不乏很多著名國(guó)外品牌的調(diào)頻、調(diào)幅、調(diào)相光端機(jī)多路視頻、音頻、數(shù)據(jù)同傳時(shí)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(diào)制技術(shù)長(zhǎng)期以來(lái)一直所固有的缺點(diǎn)。   
數(shù)字光端機(jī)傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào)，很容易進(jìn)行大容量復(fù)用并且不會(huì)出現(xiàn)相互干擾。對(duì)于日益發(fā)展的市場(chǎng)需求，模擬光端機(jī)已經(jīng)不能適應(yīng)大容量、多業(yè)務(wù)（視頻、數(shù)據(jù)、音頻、開(kāi)關(guān)量、以太網(wǎng)、對(duì)講、電話(huà)等）傳輸?shù)囊�求，多路串�(dāng)_、易衰減、易老化的、售后服務(wù)麻煩等問(wèn)題使得模擬光端機(jī)逐漸隨著新技術(shù)的出現(xiàn)，市場(chǎng)和應(yīng)用走向了下坡路。
數(shù)字光端機(jī)的出現(xiàn)解決了模擬光端機(jī)所出現(xiàn)的問(wèn)題。2000年開(kāi)始通訊技術(shù)的發(fā)展使得光傳輸器件技術(shù)和數(shù)字視頻技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字光端機(jī)開(kāi)始走向了市場(chǎng)及行業(yè)的應(yīng)用。隨著數(shù)字光端機(jī)和模擬光端機(jī)的的對(duì)比發(fā)展，慢慢數(shù)字光端機(jī)開(kāi)始逐漸代替模擬光端機(jī)，到目前為止已經(jīng)形成了模擬光端機(jī)和數(shù)字光端機(jī)二八分天下的局面。相信不久的將來(lái)模擬光端機(jī)只能成為監(jiān)控史上的一個(gè)名詞。如果說(shuō)早期模擬光端機(jī)是國(guó)外光端機(jī)廠(chǎng)商帶來(lái)的最早的傳輸市場(chǎng)，那么數(shù)字光端機(jī)可就是國(guó)內(nèi)和國(guó)外競(jìng)力，國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商優(yōu)勢(shì)與國(guó)外廠(chǎng)商的一個(gè)過(guò)程。
最新一代光纖視頻傳輸設(shè)備借助于光學(xué)傳輸單元內(nèi)部的一個(gè)模-數(shù)轉(zhuǎn)換器或數(shù)字信號(hào)編碼器（編碼/解碼器），對(duì)于輸入的模擬基帶視頻信號(hào)（來(lái)自CCTV攝像機(jī)視頻、音頻、數(shù)據(jù)、開(kāi)關(guān)量、以太網(wǎng)等）采用數(shù)字解碼技術(shù)進(jìn)行處理。然后數(shù)字信號(hào)又調(diào)制到LED或激光發(fā)射器上，通過(guò)光纖傳輸?shù)焦饨邮諉卧�，在這里先前的數(shù)字信號(hào)被一個(gè)內(nèi)部的數(shù)-模轉(zhuǎn)換器重新轉(zhuǎn)化為模擬基帶視頻信號(hào)。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(guò)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(jī)。
可以說(shuō)，將模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理后再進(jìn)行傳輸是光端機(jī)技術(shù)質(zhì)的飛躍發(fā)展。數(shù)字光端機(jī)解決了模擬光端機(jī)的傳輸容量少、業(yè)務(wù)能力少、信號(hào)易衰減、易串?dāng)_等缺點(diǎn)，優(yōu)勢(shì)突顯：傳輸容量大、業(yè)務(wù)種類(lèi)多，單纖傳輸容量可達(dá)幾十路上百路非壓縮視頻，傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)也多樣化的傳輸視頻、音頻、數(shù)據(jù)、以太網(wǎng)、電話(huà)信號(hào)、開(kāi)關(guān)量等各種信號(hào)。這樣節(jié)省了光纖，也提高了光纖帶寬的利用率，提高了性?xún)r(jià)比；信號(hào)質(zhì)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(dá)到67~70db，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了遠(yuǎn)距離下模擬信號(hào)的50~60db的參數(shù)指標(biāo)。在級(jí)聯(lián)技術(shù)應(yīng)用了更是得心應(yīng)手于模擬光端機(jī)。
當(dāng)我們討論數(shù)字解碼視頻傳輸設(shè)備時(shí)，評(píng)價(jià)產(chǎn)品與產(chǎn)品之間的性能時(shí)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(dòng)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�，F(xiàn)在任何一個(gè)分辨率為6位的系統(tǒng)從技術(shù)上講都是落后的，不能代表目前的最高技術(shù)水準(zhǔn)，這樣的系統(tǒng)肯定會(huì)產(chǎn)生圖像上可見(jiàn)的非自然信號(hào)以及視頻衰減。有鑒于此，在一個(gè)數(shù)字解碼視頻傳輸系統(tǒng)中所采用的比特?cái)?shù)最少應(yīng)為8位。8位的分辨率或解碼能力能夠使視頻傳輸品質(zhì)滿(mǎn)足或超過(guò)RS-250C短距離傳輸或真正的視頻傳播質(zhì)量要求。
采用數(shù)字非壓縮技術(shù)、10位數(shù)字式視頻編碼技術(shù)（10bit）和15Mhz采樣頻率技術(shù)使得視頻數(shù)字化過(guò)程時(shí)的數(shù)字采樣點(diǎn)的表示更為精確,得到的圖像效果更逼真,更加完美。

   

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