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光纖網路的數位編碼視訊

由於光纖編碼視訊傳輸配備,以及現有高效能、幾近完美的數位影像瑕疵技術的出現,通訊工程師得以首次設計出達到廣播品質的視訊傳輸網絡系統(tǒng)。
由於光纖編碼視訊傳輸配備,以及現有高效能、幾近完美的數位影像瑕疵技術的出現,通訊工程師得以首次設計出達到廣播品質的視訊傳輸網絡系統(tǒng)。

光纖視訊傳輸系統(tǒng)
對光纖視訊傳輸系統(tǒng)而言,普遍的傳輸系統(tǒng)效能包括∶
1. 振幅調整或強度調整∶振幅調整為一個全對比系統(tǒng),光纖發(fā)射組內發(fā)光二極管的亮度或強度與輸入影像的程度呈現線性的變化關系。經振幅調整的光纖訊號是經由光纖傳輸到光纖接收組,再將訊號轉回對比基頻影像。
2. 頻率(或脈沖頻率)調整∶同樣的為一對比系統(tǒng),射頻載具的頻率是由輸入影像訊號以線性方式調整。經調整的無線電頻率載具依序使用於在光纖傳輸組內的LED或雷射發(fā)光器,已調整過頻率的訊號經由光纖傳輸到光纖接收組,并將頻率調整訊號轉回對比基頻影像。
3. 數位編碼影像傳輸∶國家電視標準委員會(National Television Standards Committee)所制定;逐行倒相制式(PAL制式, Phase Alternating Lines),或連續(xù)彩色記憶系統(tǒng)(SECAM, systeme electonique couleur avec memoire)--類比CCTV影像訊號被高度規(guī)范并轉換回數位訊號格式,并且使用於光纖影像傳輸組中的LED或雷射發(fā)射器內。已數位化的訊號經由光纖傳輸,而後於光纖接收組內轉換回對比基頻影像訊號。

一般振幅調整傳輸適用於短距離的訊號傳輸,調整范圍為波長850nm的操作范圍。信號雜訊比對每分貝的光程呈現2分貝的相對線性下降關系。


頻率調整傳輸設備以合理的成本,為中程的訊號傳輸提供高性能的影像傳輸效果。不同於振幅調整設備,頻率調整可適用於波長1,300nm 多模式或單模式操作,同樣也適用於1,550nm的單模式操作,而無需額外的調整工作。雖然頻率調整傳輸設備可以提供高品質的傳輸,但信噪比的下降程度比光衰減器或在較長的光纖上要來的大?;旧希旁氡认陆捣扰c光衰減器不是呈現線性變化關系。


光纖數位編碼影像傳輸
最新一代的光纖影像傳輸設備使用內部的類比-數位轉換器,或光纖傳輸組內的編碼/解碼器,將由CCTV攝影機所傳送過來的類比基頻影像訊號進行數位編碼。經數位化的訊號依序調整LED或雷射發(fā)光組,經由光纖傳送到光纖接收器,并由數位-類比轉換器將先前已數位編碼的訊號轉回成類比基頻訊號。


在數位編碼影像傳輸中,位元數決定電子動力的范圍,及頭尾相連的信噪比。一般來說,6位元的解析度是被視為較差的,中程傳輸的最低需求是8位元解析度或的8位元編碼,短程傳輸為10位元編碼或廣播級品質。


上述設備中是沒有包含影像壓縮如微波、T-1,分段T-1、MJPEG 或MPEG-1的像素化或其他加工影像,以標準每秒30個畫面零時差的實時傳輸,零遲延即時傳輸。采用數位編碼影像傳輸的特點如下∶


· 真廣播級品質的效能優(yōu)於短程傳輸標準的所有參數,即使是在惡劣的執(zhí)行環(huán)境下,透過光纖8位元或10位元數位編碼傳輸的廣播級品質仍是影像品質的標竿。
· 信噪比、差分放大、差動相位與其他RS-250標準的參數,從光徑最小損失到適用的光徑最大損失值都是一致的。對單節(jié)點應用設備而言,23-26分貝光纖損失的范圍可以輕易地經由零差異的影像表現來輔助。
· 影像效果為最穩(wěn)定可靠、可預測并可重復傳輸。IFS最近為世上最大的ITS計畫∶波士頓中央干道/隧道計畫(Boston Central Artery/Tunnel Project),成功地設計為數眾多的光纖單節(jié)單頻數位編碼影像雙頻數據傳輸設備。

· 在傳輸網絡的第一實體層(監(jiān)控攝影機部分)中便將影像訊號最小化,藉以保持整體影像系統(tǒng)的最佳表現。
· 縮減零件數,加強系統(tǒng)使用壽命及長期可靠性。系統(tǒng)不受外部無線電干擾(RFI)與低電磁干擾(EMI)的影響。
· 數位編碼影像傳輸極度適用於高性能監(jiān)視應用設備的高解析CCTV攝影機。
· 影像品質優(yōu)於光纖T-1、分段T-1、或MPEG-1壓縮影像、CODEC傳輸系統(tǒng)。
· 光纖數位編碼影像傳輸系統(tǒng)的價格與射頻RS-250C中程傳輸設備相去不遠,但具更優(yōu)秀的影像傳輸能力。


系統(tǒng)設計考量
許多大型的、先進的交通管理系統(tǒng)在CCTV攝影機間使用三層以上組合元件,而將監(jiān)控螢幕設置於交通管理中心。當每個實體上連結的連續(xù)層面發(fā)生失真或惡化的狀態(tài),設計工程師考慮的通訊網絡拓撲設計就非常重要。


對第一個實體層來說,介於攝影機與下一個串聯層的光纖影像連結尤其重要。而數位編碼影像傳輸的信噪比維持在67分貝已算是可接受范圍。


下列的數據可以清楚證實這個觀念。在使用於交通監(jiān)視系統(tǒng)的典型的高品質CCTV攝影機中,其信噪比應在54分貝以上,但一般只能達到46-48分貝。


假若兩個傳統(tǒng)光纖射頻影像連結是串聯模式,用以表示兩個個別實體層,分別代表監(jiān)控攝影機以及中央監(jiān)視器。第一層的信噪比是60分貝,第二層的信噪比為55分貝。介於多層串聯的實體層面中,每個層面的信號雜訊比是各異的,而且其關系是非線性的,而實際上,從監(jiān)控攝影機訊號輸出到監(jiān)視器訊號輸入的實際信噪比是54分貝。


當網絡是保持相同的條件,但是第二個實體層已經被一個8位元光纖數位編碼、16頻道的多重連結所代替,而其信噪比是60分貝。從監(jiān)控攝影機訊號輸出到監(jiān)視器訊號輸入的實際信噪比是57分貝,呈現一個信號雜訊比上3分貝的改善狀況。


然而第二實體層仍是前述8位元光纖數位編碼、16頻道的多重連結,但第一個實體層現在加入一個10位元數位編碼、點對點影像連接,而其信號雜訊比是67分貝。從監(jiān)控攝影機訊號輸出到監(jiān)視器訊號輸入的實際信噪比是59分貝,呈現一個信噪比上4分貝的改善狀況。

視訊基本術語
1. 信噪比 SNR (Signal-to-noise ratio)是以分貝表示其系統(tǒng)保持精密及視訊畫面畫質的數據,高信號雜訊比就代表了較佳的傳遞性能。

2. 差分放大(Differential Gain) 表示視訊的黑白對比傳真性及正確度,差異率是以百分比差或訊號品質改變所產生的振幅誤差來表示,低的百分比率顯示較佳的結果。

3. 差動相位 (Differential Phase)用於界定色彩之精確程度。差動相位以電子角度來表示,數據越低表示色彩的表現能力越優(yōu)秀。


諸如此類的重要技術參數定義於電子電視產業(yè)協(xié)會標準規(guī)格,或稱EIA/TIA RS-250C標準。EIA/TIA RS-250C標準載明彩色電視傳輸的技術規(guī)格,並且此標準為跨媒體所適用。換句話說,RS-250C標準適用於所有的影像傳輸媒體,包括衛(wèi)星傳輸、同軸電纜、微波傳輸或是光纖傳播。RS-250C標準同時可以分類為短程、中程、以及長程傳輸。


1. 長程傳輸標準原本是因應使用同軸電纜以及微波的遠距電視傳播網絡的影像訊號傳播規(guī)格標準。長程傳輸標準的特徵在於其信號雜訊比介於54-59分貝,差動相位最大值為2.5度,差分放大最大值為8%。 這個規(guī)格目前普遍適用於工業(yè)保全市場中,尤其是CCTV監(jiān)視器的應用設備裡,並且設備成本低廉,又能取得非常好的影像傳輸品質。

2. 中程傳輸標準是用於控制介於距離為20-30英里間,電視攝影棚與遠距離傳輸點之間的影像傳輸。與長程標準相較,中程標準較為嚴格,而中程傳輸標準其特徵是信號雜訊比介於60-67分貝,差動相位最大值為1.3度,差分放大最大值為5%。中程傳輸標準普遍使用於先進智慧型的運\輸系統(tǒng)裡,可能是因為其訊號傳輸距離與運\輸距離的範圍相近的原因,中程傳輸標準的影像傳輸品質高,而且影像傳輸設備的取得成本合理。中程影像傳輸設備同時也使用於高階的工業(yè)保全CCTV監(jiān)視應用設備裡。

3. 短程傳輸標準是一真廣播級品質規(guī)格,嚴格地定義電視攝影棚內以及相關設備的規(guī)格標準。光纖數位編碼影像傳輸即是短程視訊傳輸,其特徵是信號雜訊比大於67分貝,差動相位最大值為0.7度或更佳,以及差分放大最大值為2%。
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