CN2751314Y - 数字视音频光纤传输系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种数字视音频光纤传输系统，发射电路的视频信号处理及A/D转换电路线先后与高速串并转换和复用电路、专用控制逻辑复用/解复用电路连接，高速串并转换和复用电路的输出端与高速激光驱动电路及光接收电路相连，经激光管后进入进行光路传输，接收电路的光接收电路经高速串并转换和解复用电路和专用控制逻辑复用/解复用电路连接，专用控制逻辑复用/解复用电路并与激光驱动电路相连，高速串并转换和解复用电路直接通过并行数据总线接入到视频信号处理及D/A转换电路输出部分模拟视频输出，解决了多路快速传输高清晰图像等问题，具有稳定性好、高清晰度和可靠性高等优点，广泛适合于信息、图像传输应用。
Description
技术领域 本实用新型涉及一种数字视音频光纤传输系统，更具体地说，涉及一种高速传输SDI和非压缩数字视音频信号的多业务光传输系统。
背景技术 在现有技术中，高速公路、交通、电子警察、监控、安防、工业自动化、电力、海关、水利、银行、广播电视传输等领域视频图像、音频、数据、以太网、电话等主要以数字调频、调幅、调相的模拟光端机为主，存在数字调频、调相、调幅光端机多路信号同传时的交调干扰严重、容易受环境影响、传输质量低劣、长期工作稳定性差等缺点。
发明内容 本实用新型的目的在于提供一种采用全数字高速传输、可传输多路高清晰图像、全免维修设计、性能稳定和多路传输的数字视音频及多业务光纤传输系统。
为了达到上述目的，本实用新型提供了如下的技术方案：设计一种数字视音频及光纤传输系统，包括发射电路和接收电路，两电路具有视频信号处理及转换电路、激光驱动电路、光接收电路、数据接口和音频接口，其发射电路的视频信号处理及A/D转换电路的数据总线与高速串并转换和复用电路连接，再通过串行数据线与专用控制逻辑复用/解复用电路连接，高速的SDI和ASI信号经过整形和同步锁相之后也通过数据总线先后进入专用控制逻辑复用/解复用电路和高速串并转换和复用电路，高速串并转换和复用电路的输出端与高速激光驱动电路及光接收电路相连，经激光管进入波分复用电路，进行光路传输，接收电路的光接收电路输出端与专用控制逻辑复用/解复用电路相连，光接受电路经高速串并转换和解复用电路和专用控制逻辑复用/解复用电路连接，专用控制逻辑复用/解复用电路并与激光驱动电路相连，专用控制逻辑复用/解复用电路也通过数据总线与高速的SDI和ASI信号线路相连，高速串并转换和解复用电路直接通过并行数据总线接入到视频信号处理及D/A转换电路输出部分模拟视频输出。具体地说，在视频信号处理及A/D转换电路将模拟的视频信号转换成高速的数字视频信号流，该并行数字流通过数字总线连接到高速串并转换和复用电路，同样模拟高保真音频处理及A/D转换电路将模拟的音频信号转换成数字音频数字流，该串行数字流通过串行数字线进入专用控制逻辑复用/解复用电路；另外高速的SDI和ASI信号经过整形和同步锁相之后也通过数据总线进入专用控制逻辑复用电路和高速串并转换和复用电路，经过该电路的复接之后，高速的串行数据流通过FLAG线进入高速串并转换和复用电路。在该电路中上述数据流重新进行编码和复接。输出已达2.5G的高速数据流进入2.5G高速激光驱动及接收电路，通过这个部分驱动2.5G激光器进入光路传输。在接收端高速高灵敏度光接受电路将2.5G的高速数据流接受进来，转换为电信号，进入专用控制逻辑解复用电路和高速串并转换和解复用电路，将所有的信息按时序分解出来，给到不同的输出接口，如视频数据流直接通过并行数据总线接入到视频D/A转换及复用电路输出部分，通过该部分的数字到模拟的转换后，成为模拟视频输出给用户；而其它的数据流通过FALG线接入专用控制逻辑解复用电路，在该电路中将数据，以太网信号以及音频等信号解复用开，通过相应的D/A转换以及转换接口输出，就完成了整个传输过程。其中光路自动增益控制专用电路和激光器电子制冷专用电路是为了光通路能够稳定安全的工作的辅助电路，其直接连接在光器件和驱动电路之间，产生反馈控制作用。
本实用新型是将多路数字基带的视频、音频、数据进行高分辨率数字化，形成高速数字流，然后将多路数字流进行复用，通过发射光端机进行发射，然后通过另一端的接收光端机进行接收，解复用，恢复成各路数字化信号，再通过模拟数字变换恢复成数字视频、音频、数据，同时还可以将数字电视的标准SDI以及数字音频ASI信号进行复用传输，非常适合数字电视节目源的传输。本实用新型是将多路数字基带的视频、音频、数据进行高分辨率数字化，形成高速数字流，然后将多路数字流进行复用，通过发射光端机进行发射，然后通过另一端的接收光端机进行接收，解复用，恢复成各路数字化信号，再通过模拟数字变换恢复成数字视频、音频、数据。同时还可以将数字电视的标准SDI以及数字音频ASI信号进行复用传输。非常适合数字电视节目源的传输。数字视频信号的处理与复原与现有的相比有了很大的性能提高，以至于能满足高清晰的数字电视节目源的传输。由于采用10BIT或12BIT的编码，以及高速15M的采样，使数字化的视频质量远远高于R-601《数字演播室标准》的要求，可以到达广播甲级质量。同时视频的还原的参数控制很好，象同步幅度，以及视频信噪比等等指标，都非常适合广播电视做为节目源传输。具有如下功能：1、可同时传输各种业务信号：以前的传输系统一般只能用于传输单一的视频或音频。而这种高速传输SDI和非压缩数字视音频信号的多业务光传输系统不但可以传输高品质的数字视音频信号，还可同时将数字电视的标准SDI以及数字音频ASI信号进行复用传输。非常适合数字电视节目源的传输；2、还可以同时传输控制数据信号、以太网信号、开关量信号、以及电话信号等等，这样就可以应用的高品质，远距离的监控应用上。以前监控的传输设备不能用在广播电视上，而且要实现各种信号的传输比较困难。这样的高速传输SDI和非压缩数字视音频信号的多业务光传输系统比以前的传输系统应用范围更广，应用的品质也更高。
本实用新型将高速的SDI信号以及高清晰的数字视音频信号通过专用的高速复用/解复用芯片合成到高速2.5G的光路上进行传输。同时能够方便的将各种业务接入复用设备，达到能够同时传输：多路高清晰的数字视频、多路高保真的数字音频、高速的数字电视SDI信号、高速的DVB-ASI信号、多路控制数据(如RS232，RS485，RS422，曼彻斯特码等)、以太网网络数据、开关量信号数据和电话双向数据。
为了实现上述功能，本系统主要由如下电路及控制逻辑构成：模拟复合视频处理，滤波、嵌位电路；视频D/A转换及复用电路输出部分；视频A/D转换及复用电路；数字电视SDI串行数字接口电路；数字音频DVB-ASI信号接口电路；以太网数据接口电路；模拟高保真音频处理及A/D、D/A转换电路；控制数据(RS232、RS485、RS422、Manchester)接口电路；专用控制逻辑复用/解复用电路；高速串并转换和复用/解复用电路；2.5G高速激光驱动及接口电路；高速高灵敏度光接受电路；光路自动增益控制专用电路和大功率激光器电子制冷专用电路。
本实用新型较好的技术方案是：高速串并转换和复用电路包括并行数据输入锁存器、帧编码控制逻辑和C场编码器、D场编码器、帧复用器、信号复用器、PLL锁相环及时钟产生器和输出选择电路，外部采集的数据信号通过并行数据总线进入并行数据输入锁存器，锁存器通过内部总线接入帧编码控制逻辑和C场编码器，外部控制信号经过锁存器直接进入D场编码器处理编码，C场编码器和D场编码器处理编码后的数据流同时进入帧复用器和信号复用器，再进入加速与反相电路，然后进入输出选择电路。高速串并转换和解复用电路包括输入选择器、状态机、C场解码器、D场解码器、帧解复用器、时钟选择电路、相位/频率侦测器、滤波器、压控振荡器、控制时序发生器，从光路接收来的高速串行PECL数据直接接入输入选择器，然后一路进入相位/频率侦测器，提取时钟后的信号经过滤波器和压控振荡器进入时钟选择和控制时序发生器，输入选择器处理过后的另一路数据经过输入采样器进入帧解复用器，再分别进入C场解码器和D场解码器，D场解码器输出并行数据，C场解码器输出各种控制信号，C场解码器输也和状态机相连并由状态机输出各种控制信息。所述的专用专用控制逻辑复用/解复用电路采用大规模现场可编程逻辑门阵列(FPGA)实现，逻辑电路主要包括：伪随机码发生器、视频A/D转换芯片时序控制逻辑产生器、音频A/D转换芯片时序控制逻辑产生器、数字SDI接口时序产生器、高速串并转换芯片状态采集和控制电路、数据接口2线485收发控制电路、数据流时分复用(TDM)逻辑、以太网数据复用电路、以太网扩展板控制和采集电路；解复用电路主要包括：伪随机码侦测电路、视频D/A转换芯片时序控制逻辑产生器、音频D/A转换芯片时序控制逻辑产生器、数据流解复用逻辑、时钟同步侦测逻辑、控制时钟产生与分频器。
所述的模拟复合视频处理，滤波、嵌位电路分路隔离分布，每通道模拟视频占用一路隔离的通道传输，每4个通道为一个扩展模块，而每个扩展模块通过标准2×10的双排连接器和主板相连，以达到可接入多路视频的目的。
所述的专用控制逻辑复用/解复用电路采用大规模现场可编程逻辑门阵列(FPGA)实现。里面的逻辑电路主要包括：伪随机码发生器、视频A/D转换芯片时序控制逻辑产生器、音频A/D转换芯片时序控制逻辑产生器、数字SDI接口时序产生器、高速串并转换芯片状态采集和控制电路、数据接口2线485收发控制电路、数据流时分复用(TDM)逻辑、以太网数据复用电路、以太网扩展板控制和采集电路；解复用电路主要包括：伪随机码侦测电路、视频D/A转换芯片时序控制逻辑产生器、音频D/A转换芯片时序控制逻辑产生器、数据流解复用逻辑、时钟同步侦测逻辑、控制时钟产生与分频器。
上述的模拟复合视频处理，滤波、嵌位电路分路隔离分布，每通道模拟视频占用一路隔离的通道传输，每4个通道为一个扩展模块，而每个扩展模块通过标准2×10的双排连接器和主板相连，以达到可接入多路视频的目的。
上述的以太网数据扩展电路采用独立扩展模块。通过标准2×10的双排连接器和主板相连，以太网扩展模块采用以太网物理层交换芯片(886021)实现其主要功能：可提供QOS服务、以太网接口支持标准网络协议、以太网：IEEE802.3，10Base-T、快速以太网：IEEE802.3u，100Base-TX；以太网接口具有自动协商、连接识别功能和端口速率绑定功能；以太网口支持自动交叉，接工作站(DTE)或接集线器和交换机(DCE)时，使用交叉线或直连线均可以正常连接；以太网接口数据帧的转发：采用存储转发方式，能支持1522字节的数据帧长(VLAN)；完备的LED状态指示；以太网接口具有数据帧的过滤功能和MAC地址自动学习功能；太网物理层交换芯片通过以太网接口接受外部以太网信号，将其转化为光路可传输的PECL信号后，通过接插件联入主板上的专用控制逻辑复用/解复用电路，通过该电路复用后，进入光路双向传输。
上述的2.5G高速激光驱动及接口电路主要包括：光路调制电路：包括输入缓存器、调制电流发生器、高速电流开关等；安全电路包括：APC(自动功率控制器)采用本地反馈回路检测驱动电流以保障激光管安全、OFC(开路光纤控制器)采用互锁电路保障使用者的眼睛安全、调制脉冲产生器、错误状态侦测器；以上所述的高速高灵敏度光接受电路主要包括：前置放大器(跨阻放大器)、后置放大器(限幅放大器)。
与现有技术相比，本实用新型还具有以下明显的优点：1、可级联，随距离的增加，SNR信噪比不会下降；2、由于是数字传输方式，采用数字编码纠错方式，具有高稳定性和高可靠性；3、多路信号同传时，采用数字时分复用技术(TMD)，不会产生模拟传输时的交调失真；4、稳定性好，环境适应性高，比模拟传输系统易于维护与调节；5、易于实现大容量传输，且性价比高；6、采用无压缩编码，图象信号质量高，达广播级。
附图说明 以下是本实用新型的附图说明：
图1是发射电路原理框图；
图2是接收电路原理框图；
图3是高速串并转换和复用电路原理框图；
图4是高速串并转换和解复用电路原理框图。
具体实施方式 以下通过具体的实施方式对本实用新型进行更加详细的描述：
参照图1，数字视音频及光纤传输系统的发射电路的视频信号处理及A/D转换电路的数据总线与高速串并转换和复用电路连接，再通过串行数据线与专用控制逻辑复用/解复用电路连接，高速的SDI和ASI信号经过整形和同步锁相之后也通过数据总线先后进入专用控制逻辑复用/解复用电路和高速串并转换和复用电路，高速串并转换和复用电路的输出端与高速激光驱动电路及光接收电路相连，经激光管进入波分复用电路，进行光路传输。
参照图2，光接收电路输出端与专用控制逻辑复用/解复用电路相连，接收电路的光接受电路经高速串并转换和解复用电路和专用控制逻辑复用/解复用电路连接，专用控制逻辑复用/解复用电路并与激光驱动电路相连，专用控制逻辑复用/解复用电路也通过数据总线与高速的SDI和ASI信号线路相连，高速串并转换和解复用电路直接通过并行数据总线接入到视频信号处理及D/A转换电路输出部分模拟视频输出。
参照图3，高速串并转换和复用电路包括并行数据输入锁存器、帧编码控制逻辑和C场编码器、D场编码器、帧复用器、PLL锁相环及时钟产生器和输出选择电路，外部采集的数据信号通过20bit的并行数据总线进入并行数据输入锁存器，视频数据经过锁存后通过内部总线接入帧编码控制逻辑和C场编码器处理，而其它外部控制信号经过锁存后直接进入D场编码器处理编码。C场编码器和D场编码器处理编码后的数据流同时进入帧复用器和信号复用器处理，处理后的数据流进入加速与反相电路处理，经过处理的数据流进入输出选择电路，转化为PECL电平输出。另外PLL锁相环及时钟产生器做为内部时钟的产生，接入以上各个部分提供不同频率的时钟。
参照图4，高速串并转换和解复用电路包括状态机、C场解码器、D场解码器、帧解复用器、时钟选择电路、相位/频率侦测器、压控振荡器、控制时序发生器。从光路接收来的高速串行PECL数据直接接入输入选择器，选择后一方面接入相位/频率侦测器进行相位和频率锁定。提取时钟后的信号经过滤波器和压控振荡器进入时钟选择和控制时序发生器，产生各种时钟提供给各个部分工作用。输入选择器处理过后的另一部分数据经过输入采样后进入帧解复用器，帧解复用器处理后的数据分别进入C场解码器和D场解码器。然后由D场解码器输出并行数据，C场解码器输出各种控制信号。另外C场解码器输也和状态机相连，状态机根据C场解码器提供的信息输出各种控制信息。
Claims (3)
1、一种数字视音频光纤传输系统，包括发射电路和接收电路，两电路具有视频信号处理及转换电路、激光驱动电路、光接收电路、数据接口和音频接口，其特征在于：发射电路的视频信号处理及A/D转换电路的数据总线与高速串并转换和复用电路连接，再通过串行数据线与专用控制逻辑复用/解复用电路连接，高速的SDI和ASI信号经过整形和同步锁相之后也通过数据总线先后进入专用控制逻辑复用/解复用电路和高速串并转换和复用电路，高速串并转换和复用电路的输出端与高速激光驱动电路及光接收电路相连，经激光管进入波分复用电路，进行光路传输，接收电路的光接收电路输出端与专用控制逻辑复用/解复用电路相连，光接受电路经高速串并转换和解复用电路和专用控制逻辑复用/解复用电路连接，专用控制逻辑复用/解复用电路并与激光驱动电路相连，专用控制逻辑复用/解复用电路也通过数据总线与高速的SDI和ASI信号线路相连，高速串并转换和解复用电路直接通过并行数据总线接入到视频信号处理及D/A转换电路输出部分模拟视频输出。
2、根据权利要求1所述的系统，其特征在于：高速串并转换和复用电路包括并行数据输入锁存器、帧编码控制逻辑和C场编码器、D场编码器、帧复用器、信号复用器、PLL锁相环及时钟产生器和输出选择电路，外部采集的数据信号通过并行数据总线进入并行数据输入锁存器，锁存器通过内部总线接入帧编码控制逻辑和C场编码器，外部控制信号经过锁存器直接进入D场编码器处理编码，C场编码器和D场编码器处理编码后的数据流同时进入帧复用器和信号复用器，再进入加速与反相电路，然后进入输出选择电路。
3、根据权利要求1所述的系统，其特征在于：高速串并转换和解复用电路包括输入选择器、状态机、C场解码器、D场解码器、帧解复用器、时钟选择电路、相位/频率侦测器、滤波器、压控振荡器、控制时序发生器，从光路接收来的高速串行PECL数据直接接入输入选择器，然后一路进入相位/频率侦测器，提取时钟后的信号经过滤波器和压控振荡器进入时钟选择和控制时序发生器，输入选择器处理过后的另一路数据经过输入采样器进入帧解复用器，再分别进入C场解码器和D场解码器，D场解码器输出并行数据，C场解码器输出各种控制信号，C场解码器输也和状态机相连并由状态机输出各种控制信息。
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