DE4403803A1 - Übertragungssystem für Video- und Audiosignale - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Übertragungssystem, insbesondere zur optischen Übertragung von räumlich weit auseinander liegenden Video- und Audiosignalen über Signalleitungen mittels Sende- und Empfangs­ einheiten.

Es ist bereits ein Videosignal-Übertragungssystem, bestehend aus Sender und Empfänger, bekannt, mit dem über Lichtleitfasern Punkt-zu-Punkt-Verbindungen zwischen dem Sender und dem Empfänger hergestellt werden.

Es ist auch bereits eine sequentielle Aufschaltung mehrerer Kameras auf eine Glasfaser bekannt. Dazu werden die Signale der an unterschiedlichen Orten installierten Kameras in Einschleifboxen mit optischen Relais zusammengefaßt und über Lichtwellenleiter- Strecken zu einem Videoempfänger geleitet, der mit einer zentralen Leitstelle verbunden ist. Die zentrale Leitstelle bedient einerseits den Monitor mit Signalen und ist andererseits über eine gesonderte Steuer­ leitung mit den Einschleifboxen verbunden. Mit dieser Struktur ist es möglich, die Kameras mit Hilfe der optischen Relais nacheinander für eine bestimmte Zeit einzuschleifen und auf dem Monitor nacheinander abzurufen. (Broschüre der Firma Siemens:
"LWL-Komponenten - Videosignal-Übertragungssystem", Ausgabe 08/91, Seiten 6 und 10).

Nachteilig ist bei den bekannten Übertragungssystemen, daß durch die Punkt-zu-Punkt-Verbindung von optischem Sender und optischem Empfänger über eine optische Faser bei der Realisierung von Überwachungsanlagen ein hoher ökonomischer Aufwand entsteht, der noch dadurch verstärkt wird, daß für die Kanalauswahl teure Video-Kreuzschienen verwendet werden müssen. Im Falle der sequentiellen Aufschaltung mehrerer Kameras können die Signale nur nacheinander empfangen werden.

Von daher ist es Aufgabe der Erfindung, ein Übertra­ gungssystem zu entwickeln, mit dem eine kostengünstige Überwachungsanlage für räumlich weit auseinander­ liegende Objekte aufgebaut werden kann, bei dem in der Zentrale eine simultane Abfrage und Darstellung der eingespeisten Signale gewährleistet wird.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Anspruches 1. Gegenüber der bekannten kostenintensiven Punkt-zu-Punkt-Übertragung mit dem hohen gerätetechnischen Aufwand wird durch die erfindungsgemäße Zusammenführung der Sendestellen mittels Koppler, insbesondere optischer Koppler, zu einem einzigen Empfänger ein Übertragungssystem geschaffen, welches durch seine Wirtschaftlichkeit für eine breite Anwendergruppe geeignet ist. Als Übertragungsmedium dient dämpfungsarme Glasfaser oder Koaxialkabel. Die Netzstruktur kann den räumlichen Gegebenheiten und der Anzahl der Sendestellen optimal angepaßt werden. Als Sichtgeräte, beispielsweise zur Videoüberwachung von Anlagen, können handelsübliche Fernsehempfänger verwendet werden, die gegenüber dem Einsatz von Video-Kreuzschienen wesentlich preisgün­ stiger sind und den Aufbau kostengünstiger Klein­ anlagen gestatten. Die eingespeisten Video- und Ton­ signale stehen in der Zentrale simultan zur Verfügung.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles einer Systemkonfiguration für ein optisches Übertragungs­ system näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Systemkonfi­ guration für eine Videoüberwachungs­ anlage mit drei Sendestellen,

Fig. 2 das Blockschaltbild einer Sendeeinheit und

Fig. 3 das Blockschaltbild der Empfangsein­ heit.

Durch den modularen Aufbau des Systems können ver­ schiedene Systemkonfigurationen, z. B. angefangen von einem 1-Kanal-Übertragungssystem bis hin zu einem 10-Kanal-Übertragungssystem mit Bus- oder Stern­ struktur, realisiert werden. Spätere Erweiterungen sind jederzeit möglich.

In der Fig. 1 ist eine Systemkonfiguration für eine Videoüberwachungsanlage mit drei Sendeeinheiten OSE1 bis OSE3 dargestellt, die über dämpfungsarme Glas­ faser-Leitungen GF mit optischen Kopplern K1, K2 verbunden sind. Die Sendeeinheiten OSE2 und OSE3 liegen beispielsweise mehrere 100 m voneinander entfernt, die Sendeeinheit OSE1 kann beispielsweise mehrere km entfernt sein. Die optischen Koppler K1, K2 führen die einzelnen Sendeeinheiten OSE1 bis OSE3 zusammen und verbinden sie mit einer optischen Empfangseinheit OEE. Die optischen Koppler K1, K2 müssen so gewählt sein, daß am Eingang 02 der Empfangseinheit OEE die optische Leistung jedes Bild/Tonübertragungskanals 1 bis 3 möglichst gleich groß ist. Jede Sendeinheit OSE1 bis OSE3 besitzt einen Videosignaleingang V und einen Audiosignal­ eingang A sowie eine optische Ausgangsschnittstelle 01 und eine Stromversorgung S. Die Empfangseinheit OEE enthält ebenfalls eine Stromversorgung S und eine Schnittstelle HF für den Anschluß eines nicht darge­ stellten Monitors bzw. von handelsüblichen Fernseh­ empfängern.

In den Sendeeinheiten OSE1 bis OSE3 werden die elektrischen Bild- und Tonsignale in optische Signale umgewandelt. In der Empfangseinheit OEE werden die optischen Signale in ein elektrisches Breitbandsignal rückgewandelt. Jede Sendeeinheit OSE wandelt einen der Bild/Tonübertragungskanäle 1 bis 3, während die Empfangseinheit OEE alle Kanäle 1 bis 3 verarbeiten kann. Die Zusammenfassung der Übertragungskanäle 1 bis 3 erfolgt über die optischen Koppler K1, K2, die an beliebigen Stellen des optischen Netzes liegen können.

Zur empfängerseitigen Trennung der zu übertragenden Video/Tonsignale werden diese in den Sendeeinheiten OSE auf Trägerfrequenzen aufmoduliert. Es werden dabei bekannte Modulationsverfahren und Kanalraster aus der terrestischen Fernsehübertragungstechnik angewendet. Anstelle der üblichen Restseitenbandmodulation wird die Doppelseitenmodulation benutzt, die eine wesent­ lich kostengünstigere Realisierung der Sendeeinheiten OSE1 bis OSE3 erlaubt und bei Belegung nur jedes 2. Kanals die volle Kompatibilität gewährleistet.

Durch dieses Übertragungsverfahren kann auf der Empfangsseite auf Demodulatoreinheiten verzichtet werden, wenn als Monitore handelsübliche Fernsehgeräte eingesetzt werden. Es lassen sich mit normalen Fern­ sehempfängern sehr preiswerte Überwachungszentralen aufbauen. Über den Kanalwähler des Fernsehgerätes wird der zu überwachende Kanal gewählt. Da alle Kanäle si­ multan übertragen werden, ist auch der parallele Be­ trieb von Fernsehgeräten und die Beobachtung mehrerer Kanäle, im Ausführungsbeispiel der Kanäle 1 bis 3, möglich.

Die Schnittstelle HF an der optischen Empfangseinheit OEE dient dem Anschluß von Fernsehgeräten, die Schnittstelle HF erfüllt den Qualitätsstandard, der am Hausübergabepunkt im Breitbandkabelnetz der Telekom gefordert ist. Dieser Standard beschreibt eine rausch- und verzerrungsarme Übertragung von TV-Signalen, bei der keine sichtbaren Beeinträchtigungen der Bild­ qualität feststellbar sind.

In der Fig. 2 ist in einem Blockschaltbild der prinzi­ pielle Aufbau der Sendeeinheiten OSE dargestellt. Danach besteht jede Sendeeinheit OSE aus einem Modu­ lator M und einem optischen Sender OS. Im Modulator M werden die zu übertragenden Signale für Bild und Ton auf eine Trägerfrequenz aufmoduliert, so daß ein Mehrkanalbetrieb über einen der Übertragungskanäle 1, 2 oder 3 ermöglicht wird. Am Videosignaleingang V werden die angelegten Signale einer Klemmschaltung 4 und einer Verstärkungsregelung 5 zugeführt, um Pegelab­ weichungen auszugleichen. Parallel zum Videosignal wird über den Audiosignaleingang A das Tonsignal eingegeben und über einen Verstärker 6 und einen FM-Tonmodulator 7 geführt. Das aufbereitete Video­ signal und das Tonsignal werden zusammen auf einen Modulator 8 gegeben, wo die in einem Trägerfrequenz­ oszillator 9 erzeugte Trägerfrequenz in Doppelseiten­ band-AM amplitudenmoduliert wird. Die Sendeeinheit OSE wird zum Aufbau eines Mehrkanalsystems für verschie­ dene Trägerfrequenzen hergestellt. Durch die Übernach­ barkanalbelegung infolge der Doppelseitenbandmodu­ lation liegen die Kanalfrequenzen im 16 MHz-Raster. Die Bildträgerfrequenz wird in einem Oszillator erzeugt, der mit einem Keramik-Koaxialresonator aufgebaut ist. Die sehr hohe Güte dieser Resonatoren liefert eine sehr hohe Oszillatorstabilität (nicht dargestellt).

Die modulierte Trägerfrequenz des Modulators 8 wird in einem nachfolgenden, z. B. zweistufigen Verstärker 10, im Pegel angehoben. Ein integriertes, nicht dar­ gestelltes Tiefpaßfilter unterdrückt die Oberwellen und vermindert somit mögliche Störeinflüsse durch Oberwellenmischung.

Zur elektro-optischen Wandlung der Signale wird die verstärkte Trägerfrequenz auf eine Laserdiode 11 im optischen Sender OS gegeben. Dort erfolgt eine analoge Intensitätsmodulation der Laserleistung. Die Laser­ leistung wird durch eine Leistungsregelung 12 stabilisiert. Eine im Lasergehäuse eingebaute Monitor-Fotodiode 13 detektiert einen Teil der Laser­ leistung, deren erzeugter Fotostrom mit einer Referenz verglichen wird und über einen PI-Regler den Laservorstrom entsprechend nachregelt. Eine Temperaturregelung für die Laserdiode 11 ist im allgemeinen nicht nötig. Beim Einschalten der Baugruppe sorgt ein Softstart für ein langsames Ansteigen der Laserleistung.

Eine grüne LED in einer Anzeige 14 signalisiert die Betriebsbereitschaft der Sendeeinheit OSE. Einen Fehlerfall signalisiert eine rote LED bei erloschener grüner LED. Die optische Ausgangsleistung wird über eine Überwachung 15 ständig kontrolliert. Bei einer Überschreitung der optischen Ausgangsleistung wird aus Sicherheitsgründen der Laser abgeschaltet.

In der Fig. 3 ist das Blockschaltbild der Empfangsein­ heit OEE gezeigt. Die bereits über die optischen Koppler K1, K2 zusammengefaßten optischen Signale werden über den Eingang 02, der ein Lichtwellenleiter- Eingang ist, in die Empfangseinheit OEE eingebracht und dort in ein elektrisches Breitbandsignal rück­ gewandelt. Dazu wird das optische Eingangssignal in einer PIN-Fotodiode 16 in einen entsprechenden Foto­ strom gewandelt, wobei der Gleichanteil und die Zusammensetzung des Frequenzmultiplexsignals von der Systemkonfiguration abhängen. Das Frequenzmultiplex­ signal besteht aus den Trägerfrequenzen der einzelnen Sendeeinheiten OSE, hier der drei Sendeeinheiten OSE1 bis OSE3. Eine optimierte Anpassung der Fotodiode 16 an den nachfolgenden Verstärker 17 bringt eine hohe Empfindlichkeit der Empfangseinheit OEE. Das Frequenz­ multiplexsignal wird in dem rauscharmen und intermodu­ lationsarmen Breitbandverstärker 17 auf einen Pegel angehoben, wie er an Hausübergabepunkten üblich ist. An den Ausgang der Empfangseinheit OEE, der Schnitt­ stelle HF, an der das Breitbandsignal anliegt, lassen sich über eine nicht dargestellte Buchse ein oder mehrere Fernsehgeräte über Teiler direkt anschließen. Ein nicht dargestellter Verteilverstärker ermöglicht den Anschluß von z. B. drei Fernsehgeräten, über welche die Kanäle 1, 2, 3 gleichzeitig überwacht werden können.

Für Überwachungszwecke sind eine Überwachung 18 und eine Anzeige 19 vorgesehen. In der Überwachung 18 wird der Gleichanteil des Fotostroms benutzt, um eine Änderung des Empfangspegels der Empfangsleistung zu erkennen. Fällt eine Sendeeinheit OSE durch einen Defekt aus, oder wird eine optische Steckverbindung gelöst oder eine Glasfaser gebrochen, dann äußert sich dieses durch einen Sprung in der optischen Empfangs­ leistung und somit durch eine schnelle Änderung im Gleichanteil des Fotostroms. Ein sogenannter Pegel- Detektor in der Überwachung 18 erkennt diese Änderung und erzeugt ein Fehlersignal, welches gespeichert und durch eine rote LED in der Anzeige 19 angezeigt wird. Das Fehlersignal kann über einen Alarmausgang ΔP auch zur Auslösung eines akustischen Alarms oder einer beliebigen, wählbaren Funktion benutzt werden.

Die Zusammenführung mehrerer Sendeeinheiten zu einer Empfangseinheit ist auch in einer Netzstruktur realisierbar, die aus Koaxialkabeln gebildet wird.

Bezugszeichenliste

1 Übertragungskanal
2 Übertragungskanal
3 Übertragungskanal
01 Ausgang
02 Eingang
4 Klemmschaltung
5 Verstärkungsregelung
6 Verstärker
7 FM-Tonmodulator
8 Modulator
9 Trägeroszillator
10 Verstärker
11 Laserdiode
12 Leistungsregelung
13 Monitor-Fotodiode
14 Anzeige
15 Überwachung
16 Fotodiode
17 Verstärker
18 Überwachung
19 Anzeige
A Audiosignaleingang
S Stromversorgung
V Videosignaleingang
OSE1 opt. Sendeeinheit
OSE2 opt. Sendeeinheit
OSE3 opt. Sendeeinheit
OEE opt. Empfängereinheit
K1 opt. Koppler
K2 opt. Koppler
GF Glasfaser-Leitung
HF Schnittstelle
M Modulator
OS opt. Sender
ΔP Alarmausgang

Claims (5)

1. Übertragungssystem, insbesondere zur optischen Übertragung von räumlich weit auseinanderliegenden Video- und Audiosignalen über Signalleitungen mittels Sende- und Empfangseinheiten, dadurch gekennzeichnet, daß die in einer Netzstruktur angeordneten Sendeeinheiten (OSE1 bis OSE3) über Koppler (K1, K2) auf eine einzige Empfangseinheit (OEE) zusammen­ geführt sind.

2. Übertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Empfangseinheit (OEE) die Signale in ein elektrisches Breitbandsignal rückwandelt.

3. Übertragungssystem nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bild- und Ton­ signale in den Sendeeinheiten (OSE1 bis OSE3) auf Trägerfrequenzen aufmoduliert sind.

4. Übertragungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Amplitudenmodulation erfolgt.

5. Übertragungssystem nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Breitbandsignal am Ausgang der Empfangseinheit (OEE) alle eingespeisten Trägerfrequenzen enthält und die simultane Auswahl der Übertragungskanäle (1, 2, 3) mit handelsüblichen Fernseh-Empfängern ermöglicht.