CN1220346C - 一种多业务双向传输光端机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多业务双向传输光端机，它将视音频信号、以太网信号和低速信号等多种业务信号在同一平台上传输。该光端机的发送部分包含将数字音频信号与低速数据信号复接为预复接信号的预复接器、将以太网信号转换为以太网并行信号的以太网接口发送部分和将上述信号复接为串行码流的复接器，预复接器、以太网接口发送部分和复接器同步于同一时钟信号；接收部分包含恢复出与发送端同步的时钟信号并将串行码流解复接为并行输出信号的解复接器、将以太网并行信号转换为以太网信号的以太网接口接收部分和从预复接信号中解复接出数字音频信号和低速数据信号的解预复接器，解预复接器、以太网接口接收部分和复接器同步于发送端的时钟信号。
Description
技术领域
本发明涉及光传输设备，特别涉及一种在光纤网络中进行多种业务传输的设备，其将视音频信号、10/100M以太网信号和RS485/232信号通过数字复接技术复接在一根光纤上进行双向传输。
背景技术
随着网络技术的发展，传统以视音频传输为主要业务的广电、监控等领域也逐步需要采用高速IP数据传输方式。目前的解决方法是在已有视音频传输网络的基础上，利用冗余光纤另外构建IP数据网络，这样会占用大量宝贵的光纤资源。所以如何充分利用光纤资源，将多种业务在同一平台上传输一直是业界关注的一个重要问题。这些业务包括传统广播电视业务、基于以太网的网络业务和基于RS485/232串行协议的低速数据业务等。
传统广电传输网主要传输的是模拟视音频信号，为了实现数字复接，首先需将模拟视音频信号抽样、量化和编码以转换成用二进制码表示的数字视音频信号。与模拟信号相比，数字信号更加适合于经光纤传输，这是因为数字光纤传输系统的抗干扰能力强，接收机灵敏高，传输距离长，对激光器的线性要求低，可降低系统成本，并且可实现无损伤中继。这使系统具有更高的传输质量和可靠性，很容易使视频指标超过广播甲级的要求。
高速以大网信号可以作为广电网建立IP数据的B平台，也可在公安、交通监控等专用领域内用于传送基于IP的压缩视频流等数据。低速RS485/232通道则可用于传输云台控制等信号。
发明内容
本发明的目的是提供一种多业务双向传输光端机，它将视音频信号、以太网信号和低速信号等多种业务信号在同一平台上传输。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种多业务双向传输光端机，包括将数字音频信号、数字视频信号、低速数据信号以及以太网信号等多种业务信号复接为串行码流的发送部分、调制串行码流的光发送模块、合波处理调制信号和分波处理接收信号的波分复用器、解调分波信号以获得串行码流的光接收模块以及解复接处理串行码流的接收部分，其特征在于，
发送部分包含将数字音频信号与低速数据信号复接为预复接信号的预复接器，将以太网信号转换为以太网并行信号的以太网接口发送部分，将并行输出的所述预复接信号、数字视频并行信号和以太网并行信号复接为串行码流的复接器，其中所述预复接器、以太网接口发送部分和复接器同步于同一时钟信号；
接收部分包含恢复出与发送端同步的时钟信号并将串行码流解复接为并行输出信号的解复接器、将以太网并行信号转换为以大网信号的以大网接口接收部分和从预复接信号中解复接出数字音频信号和低速数据信号的解预复接器，解预复接器、以太网接口接收部分和复接器同步于发送端的时钟信号。
在上述多业务双向传输光端机中，所述以太网信号为10/100M以太同信号，以太网接口发送部分和接收部分由一块媒质无关接口芯片实现，并且所述时钟信号的频率为25MHz。
在上述多业务双向传输光端机中，所述媒质无关接口芯片将复接器和解复接器作为媒质无关接口的物理层，并且所述以太网并行信号为5位并行信号，其中4位为数据信号，1位为数据有效信号。
在上述多业务双向传输光端机中，所述媒质无关接口芯片还包含交换核心和缓存单元以实现自适应地工作于10/100M以方网信号。
在上述多业务双向传输光端机中，所述数字音频信号为I2S格式信号，所述低速数据信号为RS485/232信号，所述数字视频并行信号为10位并行信号，所述串行码流的速率为500Mbps并包含4比特同步信息。
在上述多业务双向传输光端机中，所述数字视频信号通过在所述时钟信号频率下对模拟复合视频信号进行采样和模数转换获得，所述数字音频信号通过在48.83KHz频率下对模拟音频信号进行采样和模数转换获得，并且所述低速数据信号预复接时的采样频率为16倍于所述时钟信号的频率。
在上述多业务双向传输光端机中，所述预复接器和解预算接器由可编程逻辑阵列CPLD实现。
在上述多业务双向传输光端机中，所述波分复用器为普通的1310nm/1550nm粗波分复用器。
附图说明
图1为本发明多业务双向传输光端机的总体框图。
图2为图1所示多业务双向传输光端机中发送部分的框图。
图3为图1所示多业务双向传输光端机中接收部分的框图。
图4为快速以太网MII接口的示意图。
图5为实现图2和图3中以太网接口发送和接收部分的接口芯片功能框图。
具体实施方式
按照本发明的多业务双向传输光端机的总体框图如图1所示，发送部分1将输入的视音频(A/V)信号、以太网信号和RS232/485低速信号变换为高速串行信号并输出至光发送模块2，经光发送模块2调制后的光信号被送至粗波分复用器(WDM)3，由其进行合波处理后在光纤中传输。光纤线路上输入的光信号经WDM 3分波处理后进入光接收模块4，由其解调处理后的高速串行信号被送至接收部分5。光发送模块2和光接收块4可采用用于千兆以太网的收发一体光模块，WDM可采用普通的1310nm/1550nm粗波分复用器。由于是双向传输，所以本发明的光端机没有收发之分，同一端既是发端又是收端，在电路上完全相同，只是在光路上一端是1310nm发送/1550nm接收，而另一端是1550nm发送/1310nm接收。接收部分1和发送部分5是本发明的核心部分，以下结合附图作进一步的描述。
图2为图1所示光端机发送部分1一个较佳实施例的电路框图。如图2所示，模拟复合视频信号(VIDEO)经钳位后输入A/D(模数)变换器，由其变换为10位数字视频信号后并行输出至复接器6。两路音频信号(AUDIO)经A/D后变换为20位数字音频信号并按照一位I2S格式的串行码流输出至预复接器7，这样可大大简化布线。低速的RS485和RS232信号经接口变换为TTL电平后也输出至预复接器7。预复接器7由可编程逻辑阵列(CPLD)实现，其将输入的数字音频信号和低速RS385/RS232TTL电平信号复接为高速的一位串行信号并送至复接器6。以太网变压器将经RJ45端口输入的10/100M以太网信号转换为合适电平的信号并送至以太网接口发送部分8，由其将这些合适电平的信号变换为4位数据(TXD[0-3])和一位数据有效信号(TXEN)后并行输出至复接器6。复接器6可由可编程门阵列(FPGA)实现，其将并行输出的10位数字视频信号、5位以太网数据信号和1位预复接器输出信号复接为高速串行数据流，并输出至光发送模块2发送。光端机的视频信号采用10比特采样可确保视频信号的信噪比超过65dB，而音频信号采用20比特采样可确保音频信号的信噪比达到70dB，这样的视音频指标都已经超过广播甲级的水平。
图3为图1所示光端机中接收部分5一个较佳实施例的电路框图，如图3所示，光接收模块4输出的高速串行信号经解调处理后输出至解复接器9。解复接器9将输入的串行信号解复接为16位并行数据并输出至相应的后续处理单元。并行信号中的10位为数字视频信号，其直接进入视频D/A(数模)转换器以恢复为复合视频信号；一位信号经解预复接器10进行解预复接处理后输出I2S格式的串行数字音频信号及低速数据信号，前者经音频D/A转换器转换为模拟音频信号输出，后者经接口变换后输出RS485、RS232信号，解预复接器10也由可编程逻辑阵列(CPLD)实现；其余5位并行数据分别为4位数据RXD[0-3]和1位数据有效信号RXDV，它们被输入以太网接口发送部分11，由其变换为串行输出信号并由以太网变压器转换为10/100Base-Tx信号后经RJ45输出。值得指出的是，为了简化结构，以太网接口发送部分8及接收部分11可由同一芯片实现。
在上述发送部分1中，复接器6的复接过程实际上是以参考时钟为基准，将并行输入的16位数据线上的信号依次读出，并且变换为速率为参考时钟整数倍(这里为20倍)的高速串行数据信号，即频率为500Mbps的串行信号，这里的其余4位信号被用于同步。因此为了保证各种业务的同步，必须使复接前各部分的工作时钟都同步于参考时钟。
在上述接收部分3中，解复接器9的解复接过程实际上是恢复出与发送端同步的参考时钟信号并以该参考时钟为基准，将串行输入的信号变换为16位数据线上并行输出的信号，并且解复接后各部分的工作时钟都同步于恢复出来的与发送端同步的参考时钟。
在本发明的该实施例中，采用媒质无关接口(MII)来完成以太网信号与并行信号之间的转换。考虑到100M快速以太网的接口速率，复接和解复接过程的参考时钟信号频率被选择为25MHz。具体而言，对于MII接口，如图4所示，其接口信号分为发送及接收两组，其中，MII接口将100Mbps串行数据流变为25M的并行4位码组传输，所以以太网接口需要的时钟信号频率为25MHz。
标准MII接口虽然也提供发送时钟TXCLK及接收时钟RXCLK(TXCLK即25MHz外时钟，RXCLK由数据流中恢复)，但是都由物理层提供，由于物理层接口芯片输出的数据流RXD[0-3]同步于RXCLK，因此如果直接将以太网物理层芯片通过MII接口接到复接器上，则其与复接器的参考时钟并不同步，所以无法实现同步复接。
为此本发明采用具有下述特殊结构的芯片来实现以太网接口的输出数据流与参考时钟的同步。如图5所示，该芯片包含以太网物理层接口功能和MAC层功能，并且包含一个交换核心和数据缓存单元。在这种实现方式中，复接器6及解复接器9均被视为MII接口的物理层，MAC层的功能由该接口芯片实现，因此该芯片的时钟信号都由复接器6及解复接器9提供，由此实现了时钟同步。采用这种芯片后，光端机外部的以太网接口仍然是RJ45，数据进入光端机后将经过缓存及交换，这里的交换核心可以起到隔离内部网的作用，而大容量缓存则可实现速率变换。由于MAC层和复接器/解复接器的MII接口为全双工工作，因此可省去TXER、RXDV、CRS、RXER、COL等半双工作时需要的信号线，使需要传送的信号线简化为TXD[0-3]、TXEN、RXD[0-3]和RXDV等10位。此外，由于包含交换和缓存单元，所以可以自适应地工作于10/100M以太网信号。
以上确定了复接的主参考时钟为25MHz，由这个参考时钟可以得到各部分的工作时钟。复合视频的采样可以直接采用25MHz参考时钟，注意应选用采样率大于25Mz的视频A/D转换器。本发明采用Δ-∑双声道音频A/D变换器，芯片内部将输入时钟256分频作为采样时钟，在预复接器中将25MHz参考时钟2分频之后作为音频A/D的输入时钟，这样音频采样频率约为48.83KHz，满足采样定律的要求。低速数据的复接是直接在预复接器中对输入低速数据进行16倍采样，采样时钟也是由主参考时钟分频得来。
由以上的分析，在发送部分1内，所有功能模块的时钟都同步于25MHz主参考时钟，这样在复接器中就可以完成所有功能的同步复接。同样，接收部分5内各功能模块都工作于解复接器恢复出的25MHz时钟，因此接收和发送的时钟同步可以确保各部分正确恢复出原始信号。
为了实现同步，视音频的采样可采用满足采样定理的非标准采样频率，由于本发明实现的多业务双向传输光端机可以独立构成一个系统，因此采样率及量化位数的选取只要满足采样定理及视音频指标即可。
虽然在上述较佳实施例中，以太网信号为10/100M以太网信号，并且所述时钟信号的频率为25MHz。但是本发明也可以应用于其他的以太网信号，而且时钟信号的频率也可根据实际的应用采用取其他数值，这些都是本领域内普通技术人员在阅读上述说明书中很容易预见到的，因此不作赘述。
在上述较佳实施例中，以太网并行信号为5位并行信号，其中4位为数据信号，1位为数据有效信号，数字视频并行信号为10位并行信号，串行码流的速率为500KHz并包含4比特同步信息，视频信号的采样频率为25MHz，音频信号的采样频率为48.83，低速数据信号预复接时的采样频率为16倍于所述时钟信号的频率。上述这些具体数值的选取取决于具体的应用场合并且如何选取对于本领域内普通技术人员也是显而易见的，因此具体数值不应理解为对本发明精神和保护范围的限定。
Claims (8)
1、一种多业务双向传输光端机，包括将数字音频信号、数字视频信号、低速数据信号以及以太网信号等多种业务信号复接为串行码流的发送部分、调制串行码流的光发送模块、合波处理调制信号和分波处理接收信号的波分复用器、解调分波信号以获得串行码流的光接收模块以及解复接处理串行码流的接收部分，其特征在于，
发送部分包含将数字音频信号与低速数据信号复接为预复接信号的预复接器，将以太网信号转换为以太网并行信号的以太网接口发送部分，将并行输出的所述预复接信号、数字视频并行信号和以太网并行信号复接为串行码流的复接器，其中所述预复接器、以太网接口发送部分和复接器同步于同一时钟信号；
接收部分包含恢复出与发送端同步的时钟信号并将串行码流解复接为并行输出信号的解复接器、将以太网并行信号转换为以大网信号的以大网接口接收部分和从预复接信号中解复接出数字音频信号和低速数据信号的解预复接器，解预复接器、以太网接口接收部分和复接器同步于发送端的时钟信号。
2、如权利要求1所述的多业务双向传输光端机，其特征在于，所述以太网信号为10/100M以太同信号，以太网接口发送部分和接收部分由一块媒质无关接口芯片实现，并且所述时钟信号的频率为25MHz。
3、如权利要求2所述的多业务双向传输光端机，其特征在于，所述MII接口芯片将复接器和解复接器作为媒质无关接口的物理层，并且所述以太网并行信号为5位并行信号，其中4位为数据信号，1位为数据有效信号。
4、如权利要求3所述的多业务双向传输光端机，其特征在于，所述媒质无关接口芯片还包含交换核心和缓存单元以实现自适应地工作于10/100M以大网信号。
5、如权利要求3或4所述的多业务双向传输光端机，其特征在于，所述数字音频信号为I2S格式信号，所述低速数据信号为RS485/232信号，所述数字视频并行信号为10位并行信号，所述串行码流的速率为500Mbps并包含4比特同步信息。
6、如权利要求5所述的多业务双向传输光端机，其特征在于，所述数字视频信号通过在所述时钟信号频率下对模拟复合视频信号进行采样和模数转换获得，所述数字音频信号通过在48.83KHz频率下对模拟音频信号进行采样和模数转换获得，并且所述低速数据信号预复接时的采样频率为16倍于所述时钟信号的频率。
7、如权利要求1所述的多业务双向传输光端机，其特征在于，所述预复接器和解预复接器由可编程逻辑阵列CPLD实现。
8、如权利要求1所述的多业务双向传输光端机，其特征在于，所述波分复用器为普通的1310nm/1550nn粗波分复用器。
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