實(shí)驗九--光纖視頻傳輸實(shí)驗

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)實(shí)驗九 光纖視頻傳輸實(shí)驗實(shí)驗?zāi)康模?. 了解基帶模擬信號直接光強(qiáng)度調(diào)制傳輸系統(tǒng)的構(gòu)成；2. 了解不同業(yè)務(wù)對傳輸系統(tǒng)的要求差異。實(shí)驗儀器： 1. 光纖通信實(shí)驗箱2. 攝像頭、監(jiān)視器3. 光纖跳線、視頻線實(shí)驗原理：基帶模擬信號直接光強(qiáng)度調(diào)制傳輸是模擬光纖傳輸最基本的傳輸技術(shù)。以發(fā)光二極管為光源的基帶電視信號光纖傳輸系統(tǒng)具有設(shè)備簡單、價格便宜的特點(diǎn)。傳輸質(zhì)量可以滿足不同指標(biāo)的要求，適用于較短距離的電視傳輸，在廣播電視與工業(yè)電視傳輸中有著廣泛地應(yīng)用。這種設(shè)備以發(fā)光二極管為光源，

2、是因為LED的入纖光功率雖不如激光器的高，但它是非相干光源，對微分增益（DG）和微分相位（DP）的校正比用激光器（LD）作為光源來得容易，而且光源驅(qū)動電路也比較簡單。另外，在多模光纖傳輸系統(tǒng)中，它也不存在模式噪聲對信噪比的影響問題。因此，LED是這種系統(tǒng)中常用的光源。圖9-1示出了一個系統(tǒng)的基本組成方框。在我國采用的PAL制電視信號中，彩色信號是調(diào)制在頻率為4.43MHz的色副載波上，而色副載波又是疊加在亮度信號上的。色副載波的幅度決定著彩色信號的飽和度，其相位決定了色調(diào)。由于亮度信號的變化在傳輸中可能引起色副載波的幅度和相位失真，在電視信號中被稱作微分增益（DG）和微分相位（DP）失真。在傳

3、輸系統(tǒng)中，發(fā)光二極管的非線性是引起DG、DP失真的主要原因，這是因為發(fā)光二極管的阻抗特性、注入電流、內(nèi)部量子效率、輻射復(fù)合率的溫度特性以及調(diào)制帶寬等因素的影響所致。一般發(fā)光二極管在不采用任何校正措施的情況下，系統(tǒng)可引起1015%左右的DG變化和13度的DP變化，這對于高指標(biāo)傳輸來說是不利的。因此需要加入校正電路用以消除這種影響。校正發(fā)光二極管的非線性的方法很多，如反饋法、相移調(diào)制法、前饋法和準(zhǔn)前饋法等。但上述這些方法對校正電路或光器件的要求都很高，采用這些方法會使設(shè)備原本簡單便宜的系統(tǒng)反而變得比較復(fù)雜，設(shè)備成本也因此而有所提高。因此一般情況下多采用預(yù)失真（預(yù)校正）法比較實(shí)用。所謂預(yù)失真法是用普

4、通二極管的非線性在發(fā)送端使信號預(yù)先失真，用以抵消發(fā)光二極管的非線性失真。眾所周知，電視信號在通過傳輸設(shè)備的電路時，由于交流耦合電容的影響，會失去信號中的低頻成分和直流成分。為了保持良好的場響應(yīng)，常常采取箝位措施，恢復(fù)直流分量。除此之外，發(fā)端采用箝位技術(shù)控制電視信號，可使其工作在發(fā)光二極管的P-I特性線性校正區(qū)范圍內(nèi)。因而，預(yù)失真電路和光源驅(qū)動電路中也采用箝位技術(shù)。在收端，光電檢測器究竟是采用PIN光電二極管還是雪崩光電二極管（APD），這要看對光纖傳輸系統(tǒng)信噪比的要求而定。如前所述，信噪比要求較高時多采用PIN，而信噪比要求較低時，采用APD可以提高接收機(jī)的靈敏度。前置放大器可以采用高阻抗低噪

5、聲放大器或高跨阻抗低噪聲放大器，這樣有利于接收機(jī)靈敏度的提高。上述兩種放大器的帶寬并不理想，為了保證電視信號的幅頻特性要求，有時需要進(jìn)行幅度均衡。限制噪聲帶寬的低通濾波器一般和幅度均衡特性一起考慮，并不單獨(dú)設(shè)置。在這種光纖傳輸系統(tǒng)中，自動增益控制（AGC）電路的作用除了可以使接收機(jī)的信號動態(tài)范圍擴(kuò)大外，更重要的是，因為這種系統(tǒng)接收端的輸出信號電平是隨著收到的光功率的大小而改變的，因而自動增益控制還起到使接收端電視信號輸出電平維持恒定接口電平的作用。圖9-1 LED強(qiáng)度調(diào)制視頻光纖傳輸這里需要指出的是，基帶模擬電視信號光強(qiáng)度調(diào)制系統(tǒng)容易受到光源非線性的影響，雖然可以采用各種措施去改善非線性失真的

6、影響，但光源的P-I特性一致性較差，使得批量生產(chǎn)時，調(diào)整工作量較大，特別是采用LD作光源時，影響傳輸指標(biāo)的因素更多，加之脈沖頻率調(diào)制技術(shù)已經(jīng)成熟，而且又不受光源的非線性影響，因此采用激光器的基帶模擬電視信號強(qiáng)度調(diào)制系統(tǒng)目前已很少采用。圖9-2 等寬PFM視頻光纖傳輸系統(tǒng)原理圖脈沖頻率調(diào)制（Pulse Frequency Modulation：PFM）傳輸方式是目前單路模擬視頻光纖傳輸方式中傳輸質(zhì)量較高的方式之一，它也屬于脈沖調(diào)制光纖傳輸系統(tǒng)中的一種。所謂脈沖調(diào)制包括脈沖調(diào)幅、脈沖調(diào)相、脈沖調(diào)寬、脈沖間隔調(diào)制、脈沖調(diào)頻以及其它雙參數(shù)脈沖調(diào)制等。在這些方式中除脈沖調(diào)幅外，都不受光源非線性的影響。脈

7、沖頻率調(diào)制有兩種方式，一種是調(diào)制脈沖的重復(fù)頻率隨信號幅度大小呈線性變化，而脈沖持續(xù)期（脈寬）則固定不變；另一種是脈沖占空比為1:1，而調(diào)制脈沖的重復(fù)頻率仍然與信號的幅度成比例變化。后者實(shí)際上叫做方波調(diào)頻（SWFM）方式。方波頻率調(diào)制（SWFM）是一種脈沖化了的調(diào)頻方式（也叫脈沖占空比為1:1的PFM方式），它是在等寬PFM基礎(chǔ)上發(fā)展起來的更適合于光纖傳輸系統(tǒng)的視頻傳輸方式。因此，近年來在光纖單路電視傳輸中占有重要地位。通過頻譜分析可知：等寬PFM信號的頻譜中含有基帶電視信號成份，這給PFM信號的解調(diào)帶來了方便。但同時也給接收端的判決帶來了不便，這是因為在等寬PFM脈沖中的直流成分會給判決點(diǎn)的確

8、定帶來麻煩。由于脈沖較窄，帶寬較寬，給接收端前置放大器設(shè)計和接收靈敏度的提高也都帶來了不便，而在SWFM系統(tǒng)中，上述這些不足之處都可以得到克服。SWFM信號的頻譜成分中不含基帶視頻分量，也不含直流成分，因此，它不影響判決點(diǎn)的確定。而且其信號能量主要集中在載頻f0附近，因此傳輸帶寬比較窄。圖9-3 SWFM傳輸系統(tǒng)構(gòu)成原理為了獲得活動的圖像，電影和電視是把若干幅靜止的畫面快速地連續(xù)播放，我們就會覺得這些畫面上的物體是在連續(xù)地運(yùn)動著。每一幅“靜止”的畫面稱為一“幀(Frame)”，電影的播放速度是24幀/秒、PAL制電視是25幀/秒，NTSC制電視是30幀/秒。電視的每幀畫面又是由若干條水平方向的

9、掃描線組成的、PAL制為625行/幀，NTSC制為525行/幀。如果這一幀畫面中聽有的行是從上到下一行接一行地連續(xù)完成的，或者說掃描頃序是1、2、3525，我們就稱這種掃描方式為逐行掃描。但是實(shí)際上，廣播電視的一幀畫面需要由兩遍掃描來完成，第一遍只掃描奇數(shù)行， 即第l、3、5525行，第二遍掃描則只掃描偶數(shù)行， 即第2、1、6524行，這種掃描方式就是隔行掃描。一幅只含奇數(shù)行或偶數(shù)行的畫面稱為一“場(Field)”，其中只含奇數(shù)行的場稱為奇數(shù)場或前場(Top Field)， 只含偶數(shù)行的場稱為偶數(shù)場或后場(Bottom Field)。每一幀圖像均是由電子束順序地一行接著一行連續(xù)掃描而成，這種掃

10、描方式稱為逐行掃描。要得到穩(wěn)定的逐行掃描圖像，每幀圖像必須掃描整數(shù)行。舉例來說，一幀圖像是連續(xù)掃描625行組成的，每秒鐘共掃描50幀圖像，即幀掃描頻率為50幀/秒，或?qū)懗?0Hz(赫芝)，行掃描頻率為31.25kHz。 逐行掃描方法使信號的頻譜及傳送該信號的信道帶寬均達(dá)到很高的要求。電視專家想出了一個巧妙的方法，把一幅625行圖像分成兩場來掃，第一場稱奇數(shù)場，只掃描625行的奇數(shù)行(依次掃描1、3、5、行)，而第二場(偶數(shù)場)只掃描625行的偶數(shù)行(依次掃描2、4、6、行)，通過兩場掃描完成原來一幀圖像掃描的行數(shù)，這就是隔行掃描。對于每幀圖像為625行的隔行掃描，每幀圖像分兩場掃，每一場只掃描

11、了312.5行，而每秒鐘只要掃描25幀圖像就可以了，故每秒鐘共掃描50場(奇數(shù)場與偶數(shù)場各25場)，即隔行掃描時幀頻為25Hz、場頻為50Hz，而行掃描頻率為15.625kHz。隔行掃描的行掃描頻率為逐行掃描時的一半，因而電視信號的頻譜及傳送該信號的信道帶寬亦為逐行掃描的一半。這樣采用了隔行掃描后，在圖像質(zhì)量下降不多的情況下，信道利用率提高了一倍。由于信道帶寬的減小，使系統(tǒng)及設(shè)備的復(fù)雜性與成本也相應(yīng)減少，這就是為什么世界上早期的電視制式均采用隔行掃描的原因。 但隔行掃描也會帶來許多缺點(diǎn)，如會產(chǎn)生行間閃爍效應(yīng)、出現(xiàn)并行現(xiàn)象及出現(xiàn)垂直邊沿鋸齒化現(xiàn)象等不良效應(yīng)。自從數(shù)字電視發(fā)展后，為了得到高品質(zhì)的圖

12、像質(zhì)量，逐行掃描也已成為數(shù)字電視掃描的優(yōu)選方案。是逐行掃描英文Progressive的第一個字母，是隔行掃描的英文Interlace的第一個字母。表示在光柵的垂直方向有行逐行掃描線合成一幀圖像，即我們看到的一副電視畫面。與此類似，指的是垂直方向行隔行掃描線合成一幀圖像，表示垂直方向行逐行掃描合成一幀圖像。在數(shù)字電視系統(tǒng)中，通過掃描格式變換電路，可以把的隔行掃描圖像信號變換為逐行掃描的和視頻信號，以減少行間閃爍，提高圖像清晰度。市場上以、之類的概念來宣傳高清并不科學(xué)。我國的標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視（）圖像格式為，高清晰度電視（）圖像格式為，其數(shù)值分別指的是一幀圖像在水平和垂直方向上的有效像素點(diǎn)。只有圖像信

13、號格式為，并且圖像處理后的物理分辨力能達(dá)到的才能稱為高清電視模擬電視傳輸：用攝象機(jī)把圖象轉(zhuǎn)換為6MHz的模擬基帶信號，直接輸入光發(fā)射機(jī)。為提高傳輸質(zhì)量，通常把這種模擬基帶信號轉(zhuǎn)換為頻率調(diào)制、脈沖頻率調(diào)制或脈沖寬度調(diào)制信號，最后把已調(diào)信號輸入光發(fā)射機(jī)。數(shù)字電視傳輸：數(shù)據(jù)速率6*2*8=96Mb/s ，由于圖象信息的實(shí)際帶寬小于6MHz， 96Mb/s的速率是可以降低的！全電視信號傳輸：圖象帶寬限制在4.5MHz以內(nèi)，按2倍速率抽樣，每個抽樣值使用9比特編碼，數(shù)據(jù)速率為4.5*2*9=81Mb/s。一個完全的音頻信號占據(jù)15kHz，按2倍速率抽樣，每個抽樣值使用8比特編碼，數(shù)據(jù)速率為15*2*8=240 kb/s =0.24Mb/s。全電視信號速率：81+0.24=81.24 Mb/s實(shí)驗內(nèi)容：對于基帶直