光纖傳輸在視頻監控的應用創新研究

苗南南

（新疆維吾爾自治區庫爾勒市63615部隊，新疆 庫爾勒 841000）

0 引 言

隨著生活水平的不斷提高，人們更加看重生活的質量。馬斯洛需求層次理論，最基礎的層次就是滿足人們最基本的物質保證、第二層是對安全的需要。因此，對生活安全性的要求成為了人們關注的重點。人們的生產和生活都要求有更可靠安全的監控視頻作為基礎保障。光纖傳輸安全性高、信號很少存有失真現象，提高了視頻監控系統的安全可靠性，得到了廣泛地應用。一些特殊行業需要較高質量的視頻監控，比如交通、刑事案件等，使得不受距離約束的光纖傳輸得到了良好的發展。

1 光纖傳輸的理論基礎

1.1 光纖傳輸的特點

光纖傳輸特有的特性優勢，成為傳輸高清數字畫面的首選輸送載體，主要特點如下。第一，光纖傳輸不受距離的限制，可以進行遠距離的輸送。第二，和傳統的銅線相比通信量更大、頻帶更寬。第三，因為光纖是絕緣的材料，主要成分是二氧化硅。所以光纖能夠避免電磁的干擾，不會出現串音。第四，光導纖維的質量較輕，方便運輸和施工維護。第五，擴展性好，在更新設備時不需要替換現有的光導纖維。以上光纖特性使得它被廣泛的運用在計算機、高清視頻等領域[1]。

1.2 光纖傳輸的構成

光纖傳輸系統主要由三個部分組成，光發射機、光接收機和傳輸光纖。其中，數字光發射機利用電端機輸出數據的原理，將基帶信號變成電信號，再利用耦合技術注入到光纖線路中。數字光發射機主要由兩部分組成，即LD和LED。數字光發射機涵蓋調制、控制電路以及線路編碼等。光接收機主要實現光電轉換的光檢測器、前置、主放大器、AGC、取樣放大、均衡器以及時鐘提取電路。然后在通過光纖進行發射機和接收機之間的連接[2]。

2 光纖通信系統的原理

光纖通信輸送信號時，通常要在光發射機前端加入傳輸信號，要想實現高質量的傳輸信號，首先需要將此傳輸信號用電調制器進行預處理，其次在驅動電路的轉換下轉為電流信號，最后通過LED或LD實現電信號到光信號的轉變。兩驅動光源輸出的光信號通過耦合方式到傳輸光纖中，從而實現光發射機的接收。在光接收端點，通過PIN和APD將輸入的光信號轉換電信號，經過一系列的放大處理過程，修復輸送過程損害的信號，完成最后的整個輸送信號過程，使得原始的輸入信號和最終的輸出信號一致。原理示意圖見圖1。

3 視頻監控發展現狀

信息交流發生在人們生活的各個方面。人們獲取消息的方式多種多樣，但是大多數都是視覺感官。于是，各種視頻傳輸的方式不斷涌現，有電纜傳輸、無線傳輸、管線傳輸等。然而，各種視頻的傳播都比不上光纖傳播視頻。改革開放以來，視頻傳輸背景的模擬光端機逐漸進入中國信息傳輸市場。但是，使用范圍有很大的局限性，通常應用于公安、交通等對視頻有急切需求的地方。模擬光端機主要在某段載頻上，依靠發射光端機實現光纖的傳輸，再依據光接收機進行轉換。我國光端機主要是基于其他國家的技術進行的研發，由于模數轉化器、數模轉化器、解碼器和芯片價格等因素，限制了我國光纖技術的發展。隨著我國科學技術的進步，不少的企業已掌握了光纖技術，促進了我國科技事業的不斷發展。

圖1 光纖通信系統原理

4 視頻監控系統電路的設計與實現

4.1 發射機視頻模塊

發射機的視頻模塊主要包括以下兩個方面。一方面，將視頻信號通過光纖進行傳輸，經過攝像頭輸出其他模擬視頻信號，將視頻信號進行一定程度的放大；另一方面，因為視頻信號的頻率通常是0～6 MHz，所以需要采用低通濾波器。經過低通濾波、鉗位、模擬信號到數字信號的轉變轉換，再去一次復接，實現發射機視頻模塊的主要功能[3]。

4.2 接收機視頻模塊

視頻接收模塊需要通過CPLD分接過來的二次數字信號進行數字信號到模擬信號的轉變。然后對低通濾波進行功率的放大，輸出模擬的視頻信號。D/A轉換電路是模擬到數字信號的反轉換，一般要將8 bit的數字視頻進行恢復，主要回歸到模擬視頻信號。

4.3 音頻擴展板的實現

監控視頻也要對音頻信號進行傳輸，監控系統中的音頻信號具備數模轉換和模數轉換。要對音頻信號進行A/D轉換，一般會選用CS5340作為AD的芯片，由于這款芯片價格便宜被廣泛應用于各個領域，和同類型的芯片相比能提供高質量的數字音頻效果。它不僅支持各類采樣音頻頻率，而且包含24位采樣精度，音頻總線實現了雙聲道輸出，具有自動操作的辨別模式。音頻信號DA的實現通常依靠CS4344，它也是24位立體聲模擬芯片，內部有模擬濾波器能實現音頻輸出信號的轉換功能。

4.4 控制數據接口

數據控制一般采用串行的計算機通信方式，它能對各數據進行一定數據分時段輸送，使用同一根信號數據線在外設和計算機之間，在現有模式下每個數據都占有一定的時間段。將CPU和串行設備進行一系列的編碼轉換是串行端口的主要作用。當通過CPU向串行端口輸送數據候，字節數據進一步變成串行的位。在數據被接收的時刻，又變成了字節的數據。在計算機系統大環境下，串口不過是系統資源中的一部分。在使用前必須要對操作系統提出請求，申請需要的資源，也就是打開串口。該過程就是實現打開串口，關閉串口的過程[4]。

4.5 光收發一體模塊

系統將傳送的音、視頻轉換成高速串行數字碼流的目的是通過光纖傳遞光信號，系統中不能缺少的元件之一是實現光電轉換和電光轉換的轉換器。通常情況下，視頻使用的是光收發的一體模板，它能有效實現光電轉換和電光的轉換。由于能夠獨立發射驅動，接收放大電路，深受廣大用戶喜愛。和同類技術相比，它是更貼近傳輸標準的光電子元件。

5 結 論

目前，視頻監控系統已廣泛運用到了生活、生產的各個領域，它能提供更加豐富、準確的信息內容。隨著數字信息技術的不斷興起，光纖通信技術不斷突破原有模式，從視頻監控光端機單一路徑向多種路徑擴展，使得視頻監控技術實現了模擬到數字化的轉型。現階段，光纖為多數視頻監控系統的主要傳播載體。隨著光纖技術的不斷發展，數字端機得到更加廣泛的應用。這對我國光纖技術的發展有極大的推進作用，為我國實現科技強國奠定了一定的理論基礎。