（通信与信息系统专业论文）非压缩数字视频传输系统的设计与实现.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 随着生活水平的提高，人们对电视节目的清晰度要求越来越高，保证电视 节目在制作处理过程中的质量变得重要，而高质量的电视节目源传输是保证电 视节目质量的关键。现有的视频传输方法很多，由于电视节目源信号的特殊要 求，需要尽量避免由于压缩编码带来的信号失真和延迟。由此出发，本文研制 了一个非压缩视频传输系统，该系统可以满足电视节目源信号高质量传输要求。 本文首先分析了现有的电视节目源传输方式及其各自特点，同时将数字化 技术和光纤传输技术相结合，确定了非压缩多路数字视频光纤传输系统的研制 方案。然后，通过对各种复用方式的比较和传输方式的分析，系统选择时分复 用技术、串行数字视频传输方式，实现两路视频和四路伴音在一根光纤中的同 步传输。系统采用二次复接方案，一次复接完成多路低速数据的复用，二次复 接则采用高速串行编解码芯片完成多路并行数据的串并转换，系统各部分均采 用硬件实现方式。从可行性和产品成本出发，p c b 采用二层板，同时高速串行 数据接口采用p e c l 差分交流耦合的连接方式，最终系统具有高集成度、高可 靠性的特点。 作者在本系统的设计中主要负责的工作是对模数和数模转换电路的设计以 及四路伴音在复接中的时序分析与实现，这是系统设计中的关键和难点。最后 通过实验对理论分析进行论证，该系统工作稳定、实时传输效果好，是电视节 目源高质量传输的实用方案。 关键词：非压缩数字视频，光纤传输，时分复用，p e c l 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t a st h ed e v e l o p m e n to ft h ep e o p l e sl i f e ，t h er e q u i r e m e n to fv i d e oq u a l i t y b e c o m e sh i g h e r s ot h eh i g hq u a l i t yo ft h ev i d e os i g n a ld u r i n gp r o c e s s i n gp e r i o di s v e r yi m p o r t a n t t h ek e yo ft h a ti se n s u r i n gt h eh i g hq u a l i t yo ft vp r o g r a ms o u l c e s i g n a lt r a n s m i ti nal l i g hq u a l i t yw a y a l t h o u g ht h e m a r em a n yw a y st ot r a n s i m i tt h e v e d i os i g n a l h e r ea d o p t st h ew a y 、】l ，i t l lu n e o m p r e s s e dt e c h n o l o g yf o re l i m i n a t i n gt h e s i g n a ld i s t o r a t i o na n dd e l a yc o m e sw i t ht h ec o m p r e s st e c h n o l o g ys i n c et h ev e r y d e m a n do nt h et vp r o g r a ms o u r c es i g n a l b a s e do nt h a t , t h i st h e s i si l l u s t r a t e so n e t m c o m p r e s s e dv i d e ot r a n s m i s s i o ns y s t e m , w h i c hc a ns a t i s f yt h ed e m a n do ft h e b r o a d c a s tl e v e lt r a n s m i s s i o no f t h et vp r o g r a ms i g r l a ls o l l r e e t h et h e s i sd e s c r i b e st h ee x s i t i n gw a y sa n dc h a r a c t e r i s t i c so ft vp r o g r a m s o r i c es i g n a lf i r s t l ya n dt h ec o m b i n i n go ft h ed i g i t a lt e c h n o l o g y 、而t ho p t i c a lf i b e r t r a n s m i s s i o n t h i st h e s i sp r e s e n t sas o l u t i o no fu n c o m p r e s s e dm u l t i c h a n n e ld i g i t a v i d e ot r a n s m i s s i o ns y s t e m t h e n , b yc o m p a r i n gt h ed i f f e r e n t m u l t i p l e x i n g t e c h n o l o g ya n da n a l y z i n gt h et r a n s m i s s i o nm o d e s ，t h es y s t e mc h o o s e st h e t i m e - d i v i s i o nm u l t i p l e x i n gt e c h n o l o g ya n dt h es e r i a ld i g i t a lv i d e ot r a n s m i s s i o n ，a n d r e a l i z e st w oc h a n n e l so fs t a n d a r dv i d e os i g n a la n df o u rc h a n n e l so fs t a n d a r da u d i o s i g n a lo v e ras i n g l e o p t i c a lf i b e r t h es y s t e ma d o p t st w i c em u l t i p l e x i n gm e t h o d m u l t i c h a n n e ll o ws p e e ds i g r l a lm u l t i p l e xa c h i e v e di no n c em u l t i p l e x i n gm e t h o da n d h i 曲s p e e ds e r i a l p a r a l l e lc o n v e r s i o ni sa c h i e v e db ye n c o d e r d e c o d e rc h i ps e t t h e w h o l es y s t e mi sc o m p l e t e db yh a r d w a r ed e s i g n a sf o rt h ef e a s i b i l i t ya n dl o wc o s to f m a n u f a e t o r e ，t w ol a y e r so fp c ba n dd i f f e r e n c ea c - c o u p l e dh i g hs p e e dd a t a i n t e r f a c ea r ea p p l i e dt om a k et h i ss y s t e mb ec h a r a c t e r i s t i co f h i g hi n t e g r a t e dq u a l i t y a n dr e l i a b i l i t y t h et h e s i se m p h a s e st h ea n a l o g - d i g i t d i g i t a l - a n a l o gc o n v e r s i o na n dt h et i m i n g o ff o u ra u d i os i g n a li nm u l t i p l e x i n g ，a n dt h i si st h em a i nw o r ko ft h ea u t h o rw a s d o n e e x p e r i m e n t ss h o wt h a tt h es y s t e mw o r k ss t a b l ya n dh a sag o o de f f e c to f r e a l - t i m et r a n s m i s s i o n i ti san o v e le f f e c t i v ea n dp r a c t i c a ls c h e m ef o rh i g hq u a l i t y t r a n s m i s s i o no f t vp r o g r a m s k e y w o r d s ：u n c o m p r e s s e dd i g i t a lv i d e o ，o p t i c a lf i b e rt r a n s m i s s i o n , t i m e - d i v i s i o n m u l t i p l e x i n g ，p e c l i i 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽 我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了 谢意。 签名：酞睦陛 e t 期：幽：垒独 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保留、送交 论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用 影印、缩印或其他复制手段保存论文。 。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 在社会飞速发展的今天，人类对于各种信息的需求越来越大。其中，视觉 信息是人们由客观世界获得信息的主要来源之一，占人类从外界获得信息量的 7 0 以上，由图像所提供的直观作用，不是语言和文字描述所能达到的，所以 说百闻不如一见。视频图像实际上就是连续的静态图像，是对客观事物形象、 生动地描述，是两种( 图像和声音) 更加直观而具体的信息表达方式。这正是 电影和电视结合的无穷魅力所在。 有线电视网作为我国n i s ( 国家信息体系) 的重要组成部分，在广大干部 群众的艰苦创业下、历经十余年的建设，已经获得了巨大的发展，形成了上与 省、市，下与乡镇、乡村连为一体的光纤综合信息传输网络，极大地丰富了人 民群众的物质文化生活，促进了政治、经济、文化、教育等各个方面的大发展。 随着生活水平的提高，人们对电视信号质量的要求也不断提高。通常，有线电 视用户的接收质量取决于机房前端节目源质量、光纤干线传输网质量和电缆分 配网质量。其中，保证前端电视节目源的信号质量起到了至关重要的作用，本 文即是对高质量的前端电视节目源信号传输的研究。同时，本系统也同样适用 于视频监控的各种场合。 1 1 视频信号的高质量传输 现有的视频传输方式越来越多，从传输媒介上分，主要有同轴电缆和光纤 两大类；根据传输信号的种类，分为模拟传输和数字传输；根据处理信号的方 式，分为压缩和非压缩两类。不同的目的决定了系统的设计方案，本系统的研 究意义是由系统的应用环境决定的。 1 1 1 课题研究的意义 在一些特殊场合，对信号的指标要求较高，例如有线电视系统中的前端电 视节目源传输，以及视频监控中对传送图像要求较高时。在有线电视系统中， 前端电视节目源需要保持高质量传输的情况有以下几类： 武汉理工大学硕士学位论文 ( 1 ) 制作中心内编辑与处理节目时所需的传输 ( 2 ) 省市台节目送给县市电视台 ( 3 ) 县市台节目回送给省市电视台 ( 4 ) 实况直播类节目 ( 5 ) 电视台节目送到卫星电视发射台或地面微波发射塔 ( 6 ) 市县级电视会议系统的图象声音传输【l 】 由此出发，本系统的目的即是实现视频信号的高质量传输，它改善传统传 输方式中的不足，为前端节日源信号提供一种更高效，更准确的传输方案。同 时，该系统同样可以作为高质量视频监控设备，在视频监控领域，其应用范围 从住宅安防到银行、金融系统管理，从公共场所管理到无人值守区管理等。 1 1 2 电视视频传输媒介及特点 电视视频信号的传输方式由定向性传输和覆盖性传输两种。定向性传输时 只从一个地点到另一个地点的传输。例如，从电视中心到发射台或卫星地面站 的传输，实况转播时由现场到电视台的传输等；覆盖性传输是指由点到面的传 输，也就是所谓的广播。例如在地面广播中，视频信号是以超短波形式沿地面 进行传输时，传输时以发射天线为中心向四面八方辐射出去，这就是典型的覆 盖式传输，或称广播。这里讨论的传输场合属于定向传输，通常所用到的传输 媒介主要是同轴电缆和光纤传输两类。 ( 1 ) 同轴电缆 同轴电缆是从内到外依次由内导体( 芯线) 、绝缘线、屏蔽层铜线网及外保 护层的结构制造的。由于从横截面看这四层构成了4 个同心圆，故而得名。同 轴电缆即可用于近距离传输，也可用于远距离传输；既可用于基带传输，也可 用于频带传输。电视制作系统各设备之间的传输、电视中心内部各部门的传输 等属于近距离基带传输，一般采用特性阻抗为7 5q 的同轴电缆；电视中心与发 射台之间的传输，有线电视天线和分配系统传输等属于远距离频带传输，一般 采用5 0q 的同轴电缆。长距离频带传输时，由于同轴电缆的损耗较大，往往需 要加中继放大器。近年来，很多远距离的电缆传输已被光纤取代。 ( 2 ) 光纤 光纤是光导纤维的简称。光纤和同轴电缆相似，只是没有网状屏蔽层。中 心适用于传输信号的玻璃芯，其直径约为1 5 1 m a - 5 0 i m a ( 多模) 或8 1 j r n - 1 0 t t m 。 2 武汉理工大学硕士学位论文 芯外包一层折射率比纤芯低的玻璃封套，然后通过控制光线的入射角以满足全 反射的要求，从而使光线保持在纤芯内。纤芯和封套通常是石英，其质地脆而 易断裂，因此，需要外加一层塑料封套加以保护。 光纤利用光在玻璃的全发射原理将光线约束在光纤内传导而实现信号的定 向传输。由于光在光导纤维的传导损耗比电在电线传导的损耗低得多，光纤是 长距离信号传输的理想介质。作为信号传输介质，光纤的传输频带宽、通信容 量大( 一根多芯光缆可传输几百套电视节目) 、线路损耗低、传输距离远( 无中 继传输距离在2 0 k m 以上) 、抗干扰能力强( 没有电磁辐射，也不受其他外界电 磁场干扰) ，线径细、质量轻，抗化学腐蚀能力强，制造资源丰富。目前，光缆 传输已广泛应用于广播电视系统，特别是有线电视系统。用光缆传输电视信号 时，首先需将电视信号调制成激光器或l e d 发出的光线，称为电光调制。调制 的方法有多种，如幅度调制、频率调制、脉宽和脉冲调制等。另外，在一根光 纤上也可传输多路电视信号，称为多路复用，复用方式有时分复用、波分复用、 码分复用等。 光纤的种类很多，可以从以下两个方面加以分类：一是，按传输点模数不 同，可将光纤分为单模( s m ) 光纤和多模( m m ) 光纤。二是，按折射率分布 模式不同，可将光纤分为跳变式光纤和渐变式光纤。单模光纤的纤芯直径很小， 在给定的工作波长上只能以单一模式传输，传输频带宽、容量大。多模光纤在 给定的工作波长上则以多个模式同时传输，与单模光纤相比，其传输能力较差。 目前应用在电视传输中的光纤基本为单模光纤 4 1 。 在光纤应用之前，铜缆因为费用低而大量采用( 但在远距离传输上采用光 纤传输的成本要低于采用铜缆) ，但是铜缆传输越来越暴露出它的缺点，传输距 离短，保密性差，容易受到电磁干扰，维护费用高等等。光纤出现后，光纤通 信的应用得到迅猛发展，已经成为远距离，近距离传输的首选。通过对视频广播 级传输要求和应用场合的讨论，采用光纤传输是本系统的最佳选择。 1 1 3 视频光纤传输系统的发展 根据光纤传输图像所采用的复用和调制方式，视频光纤传输系统经过了以 下几个发展阶段： 第一阶段：基带视频直接光强度a m 传输系统 采用a m 技术的传输系统是视频光纤传输系统发展的最初阶段，它的研制 武汉理工大学硕士学位论文 始于2 0 世纪7 0 年代末，早期各大公司的光纤传输设备大多采用这种技术。这 种系统用基带视频信号直接对光源进行强度调制，结构简单、价格低廉，但它 的无中继传输距离在5 k m 以内，且传输质量只能达到工业电视级的水平( 视频 信噪比s n r = 4 0 d b ，微分增益d g = 5 ，微分相位d p = - 5 。) 。因此随着光纤传输 技术的发展，这种光纤传输设备已逐渐被淘汰。 第二阶段：p f m 光纤传输系统 8 0 年代初期，针对a m 技术的缺点，人们研制了脉冲频率调制p f m 视频 传输系统。p f m 技术是在信号光强度调制( 电光转换) 前的一种与处理过程， 信号经过脉冲调制后，频谱会变宽，从而提高系统的传输质量，降低对系统线 性度指标的要求，提高传输信号的信噪比 2 1 。优良的p f m 系统的传输指标为 s n r 6 0 d b ，d g m ，新码组 可能有2 “个组合，故多出( 2 “2 “) 种组合。从中选择一部分有利码组作为可用 码组，其余为禁用码组，以获得好的特性。常见的m b n b 码有1 8 2 b 码、3 8 4 b 码、5 8 6 b 码、7 8 8 b 码和8 8 1 0 b 码。其中前四种码型多用于低速和较高速的系 统；8 8 1 0 b 适用于高速光纤数字传输系统，其编码效率为8 0 ，但电路实现比 较复杂，而且接收端进行串并转换时需中断所传数据，周期性的发送k 2 8 5 特 殊同步字才可确定帧边界，这在视频传输系统中是不希望的。 ( 4 ) c i m t 码。c i m t 是c o n d i t i o n a l i n v e r tm a s t e rt r a n s i t i o n 的简称，即条 件翻转主跳变码。其编码解码电路相对简单，定时信息丰富，编码效率最高达 8 3 - 3 ，是编码复杂性和编码效率折衷的一种线路码。本系统即采用此种信道 编码方式1 1 0 1 。 2 2 数字视频光纤传输系统原理 2 2 1 视频光纤传输系统结构 视频光纤传输系统主要由光发射机、光接收机和光纤三部分组成，如图2 - 3 所示。 图2 3 视频光纤传输系统结构 武汉理工大学硕士学位论文 从图中可以看出，数字光纤通信系统基本由光发送机、光纤与光接收机组 成。发送端的电端机把视频信息进行模数转换，用转换后的数字信号去调制发 送机中的光源器件，则光源就会发出携带信息的光波。即当数字信号为“l ”时， 光源器件发送一个“传号”光脉冲：当数字信号为。0 ”时，光源器件发送一个 “空号”( 不发光) 。光波经低衰耗光纤传输后到达接收端。在接收端，光电检 测器p d 对输入的光信号进行直接检波，将光信号转换成相应的电信号，把数 字信号从光波中检测出来送给电端机，然后电端机再进行数模转换，经过放大、 均衡等处理过程，以弥补线路传输过程中带来的信号损伤( 如损耗、波形畸变) ， 最后恢复成原始信号输出，从而完成视频信号的整个传送过程【l ”。 2 2 2 光，电转换电路( 光发送部分) 的设计 光发送电路将电信号转变为光信号，通常由输入接口、光源、驱动电路， 监控电路、控制电路等构成，其核心是光源及驱动电路。在数字通信中，输入 电路将输入的信号进行整形，变换成适于线路传送的码型后通过驱动电路光源， 或者送到光调制器调制光源输出的连续光波。为了稳定输出的平均光功率和工 作温度，通常要设置一个自动的温度控制及功率控制电路。图2 - 4 是光发送部 分的原理框图。 电 图2 - 4 光发送( 电光转换) 原理图 ( 1 ) 光源 光源是发送部分的关键器件，光纤通信系统要求光源有一定的输入光功率， 尽可能小的谱线宽度，并且工作稳定、可靠、寿命长( 一般要求在1 0 万小时以 1 4 武汉理工大学硕士学位论文 上) 。在光纤通信系统中，广泛使用半导体激光器( l d ) 和发光二极管( l e d ) 。 尤其是单纵模( 或单频) 半导体激光器，在高速率、大容量的数字光纤系统中 得到广泛的应用。 发光二极管的发光原理主要对应于光的自发辐射发光过程，因此，它是一 种非相关光源。由于发光二极管发射的谱线较宽，方向性较差，加之响应速度 较慢，所以只适用于较小规模的模拟光纤通信系统或较低速率的数字光纤通信 系统中。发光二极管在使用中具有可靠性高、寿命长、电子线路简单等优点【1 2 】。 在大容量、高速率、长距离的数字光纤通信系统中，主要采用半导体激光 器作光源。与发光二极管相比，半导体激光器的发光原理主要对应于受激辐射 发光过程，它发射的主要是相关光，对应的谱线较窄，方向性较强。由于半导 体激光器的响应速度较快，因此，非常适用于在高速率，大容量的光纤通信系 统中作光源，这里选用的就是半导体激光器光源。 ( 2 ) 驱动电路 光源的驱动电路是光发送部分的核心。它是由经过处理的数字信号去调制 光源的发光强度，因而称为直接光强度调制，这一过程称为电光转换。激光器 的驱动电路有许多种，概括起来有两类：一类是单极管驱动电路，另一类是射 极耦合开关电路。在高速通信中，要求激光器发光的开始与脉冲电流输入之间 的延迟时间必须小于比特间隔，以便保证光脉冲准确地在重现输入的数字信号。 也就是说，输入的光信号变化必须跟得上输入的电信号的变化。这也是激光器 最主要的设计要求：设法减小光电延迟时间。其次，激光器输出光脉冲的张弛 振荡必须是很小的。 ( 3 ) 辅助电路 由半导体激光器的特性限制，激光器输出的光功率与温度变化和器件本身 的退化有密切关系。为保证激光器有稳定的输出功率，需要各种辅助电路，如 自动功率控制( a p c ) 、自动温度控制电路( a t c ) 以及各种告警电路等【l 硼。 2 2 3 哪光转换电路( 光接收部分) 的设计 电光转换后的光信号经光纤传输后，不仅幅度衰减了，而且脉冲波型也展 宽了，光接收电路的作用就是检测经过传输的微弱光信号，并放大、整形、再 生成原来的传输信号。光接收电路的主要由光电检测器、前置放大器、主放大 器、时钟提取、数据恢复，自动增益控制( a g c ) 以及无光告警电路等所组成。 1 5 武汉理工大学硕士学位论文 图2 - 5 是光接收部分的原理图。 图2 - 5 光接收( 光，电转换) 原理图 ( 1 ) 光电检测器 探测器与光源一样，是光纤传输系统中的另一主要器件。与光源相反，探 测器解调光信号，把光信号的变化转换为电信号的变化。对探测器的主要要求 有；在工作波段上有足够的灵敏度和带宽；引入的噪声要低，工作稳定性好； 结构上便于与光纤耦合及与处理电路组合等。 光接收电路的主要器件是光电检测器( p d ) 。光电检测器的原理是利用光 电效应把光信号转变为电信号，它应具有高的光电转换效率、足够快的响应速 度、高的接收灵敏度、低功耗的要求，同时还应稳定、可靠、便宜。光纤通信 中最常用的光电检测器是p i n 光电二极管和雪崩光电二极管( a p d ) 。其中， p i n 光电二极管没有倍增，使用简单，工作偏压低，而且可以固定不变，不需 要任何控制。a p d 具有很高的内部倍增因子，它与合理设计的电子放大器结合， 可以使a p d 工作在最佳倍增工作状态，这样的数字光接收机能够得到比采用 p i n 光检测器的数字光接收机高1 0 d b 以内的接收灵敏度。但由于a p d 需要较 高的工作偏压( 几十伏到两百伏) 以及倍增特性受温度的影响较严重，因此使 用起来也比较复杂。如图2 - 5 中需要利用a g c 电路对a id 的工作偏压进行控 制，在要求较高的数字光接收机中，还必须对a p d 采取温度补偿措施。 ( 2 ) 前置放大器 前置放大器是数字光接收机的关键部件，它与光检测器合理匹配，要求能 够得到从理论上可以得到的尽可能大的输出信噪比信号，并将这样的信号放大 输出到有一定数量级的脉冲信号电压，一般为毫伏数量级。要求它有足够小的 噪声、适当的带宽和一定的信号增益。 ( 3 ) 主放大器 1 6 武汉理工大学硕士学位论文 主放大器是一个高增益的宽带放大器，它放大来自前置放大器输出的小信 号电压。一般说来，通过主放大器放大的信号基本是无失真的前置放大器的输 出信号。为了判决电平的需要，主放大器输出电压为1 - 3 v ( 峰峰值) 。对于不 同的输入光功率信号，其放大增益可以通过a g c 调整得到不同大小的数值， 从而保证其输出电平幅度不变。 ( 4 ) 均衡电路 均衡电路一方面是为了得到有利于判决的信号输出波形，即信号波形引起 的码间干扰小，按均衡的要求，具体的输出为升余弦频谱波形。另一方面是通 过均衡可以合理压缩主放大器过宽的带宽，减少数字光接收放大器的噪声，提 高其输出信噪比。这样均衡后输出信号波形送到图2 - 5 的判决电路可以得到最 佳判决，从而得到理想的接收灵敏度。至于时钟提取的目的在于判决与定时的 需要，即数字脉冲信号得以再生1 1 4 j 。 2 3 本章小结 本章结合系统设计中的关键问题进行理论分析，基于模拟信号数字化转换 理论，设计出信号的传输流程和传输方式。根据不同的传输线路码特性，确定 系统采取的编码码型。光电转换部分主要介绍了光发送和光接收电路的基本结 构，为后面实际电路的设计提供理论基础。 1 7 武汉理工大学硕士学位论文 第3 章非压缩视频传输系统总体方案设计 根据第2 章对系统设计有关的基本理论回顾，结合视频光纤传输系统基本 结构，本章将给出具体的系统原理框图，确定设计思想，从而确定设计方案。 同时，对多路信号的复接流程进行分析，得出系统总体方案。 3 1 非压缩视频传输系统设计原理框图 根据光纤通信系统的电路要求，本系统的设计基于t d m ( t i m e d i v i s i o n m u l t i p l e x i n g ) 时分复用技术，采用串行传输方式完成多路视频和音频( 伴音) 信号在一根光纤中的传输。非压缩多路数字视频光纤传输系统的基本传输模型 见图3 1 。信道编码的作用是对a d 转换后的基带数字视频数据插入同步信息， 并将其编为适合光纤信道传输的线路码；信道解码则完成同步信息提取及码型 反变换。信道编码和并，串转换部分通常被称为复接单元，相应地串并转换及 信道解码部分被称为解复接单元【1 辄阍。 本系统的信号处理流程如图3 1 所示。 图3 1 本系统的原理框图 由上图，本系统的设计要求就是实现多路视音频混合信号( 两路视频和四 路音频) 的光纤传输，为了保证信号的高保真质量，系统要求采用非压缩方式。 基于这些设计要求，需要解决几个设计中的关键闯题。 3 2 设计方案关键问题 武汉理工大学硕士学位论文 3 2 1 二次复接方案 般情况下，在非压缩视频传输系统中，通常是先把视频信号经编码、复 接、电光变换之后，再经光纤传输到目的地，然后经光电转换、分接、解码等 处理，还原成原始的视频信号。对于单路视频传输系统，复解复接系统一般用 通用的复解复接芯片来实现，但如果系统要传输多路视频信号，现有的复解 复接芯片是不能独立完成的。以本系统设计要求为例，需要同时满足2 路视频 和4 路音频的同时传输。每路视频信号采用1 2 比特量化，2 路视频则需要2 4 路的数字信号，而一般的串并转换芯片，如h d m p l 0 3 2 芯片最多只能扩展为 1 7 路数据复解复接传输，这还不包括4 路音频转换为数字信号所占用的数据 位，因而仅仅通过单个复解复接芯片将不能满足要求，必须采用多次复懈复 接才能完成设计。本文介绍一种基于h d m p l 0 3 2 1 0 3 4 串行懈串行芯片，采用 二次复解复接实现多路数字视频音频在一根电缆或光纤上传输的方案。 次复接完成多路低速视，音频信号的时分复用，二次复用完成高速视音频 信号的并纬转换，使多路数据最终合并为一路串行信号进入光纤进行传输。一 次复用时将传输时间划分成互不重叠的时间片，称为路时隙，各路信号顺序地 占用一个时隙，合路成为一个复用码流而在一条信道中传输【1 7 】【堋。在接收端按 同样的顺序再将它们分开，对应地恢复出原始信号。二次复用则由a g i l e n t 公司 的h d m p l 0 3 2 1 0 3 4 完成视音频信号的并串转换。 3 2 2 多路低速视，音频信号的时分复用 数字复接器由定时、码速调整和数字复接单元组成；数字分接器由同步、 定时、数字分接和码速恢复单元所组成。复接端的定时单元为各支路数据信号 提供统一的基准时间信号；分接器的定时单元只能由接收的数据来推动，通过 串并组转换芯片恢复出的各个时钟信号，通过一定的电路调整这些时钟与各视 音频信号的时序关系，即保证与复接器的同步。码速调整单元的作用是把各输 入支路数字信号进行必要的频率或相位调整，形成与定时信号完全同步的数字 信号，然后由数字复接单元通过时隙复用形成合路数字信号；分接单元的作用 是把合路数字信号实施时隙分离形成同步支路数字信号，然后再通过码速恢复 单元将它们恢复为原来的各支路数字信号【1 9 1 1 2 0 l 。图3 2 说明了多路低速数据的 复用原理。 1 9 武汉理工大学硕士学位论文 复接器 分接嚣 图3 2 低速信号的时分复用单元结构图 3 2 3 设计方案的确定 该方案实现两路视频信号与四路音频信号的传输。发射部分，音频与视频 都是先进行模数转换，然后进行编码与信号复接，实现并串转换，这个功能由 h d m p l 0 3 2 完成。串行数据经光纤传输系统进行传输后，在接收部分， h d m p l 0 3 4 完成信号的解码和解复接，信号完成串并转换，2 路视频信号与4 路音频信号恢复出来，完成传输过程。 在发送端，多路模拟视频信号经a d 转换为多路数字视频信号，为了减轻 复接单元的压力，首先将多路数字视频信号以及伴音分别通过一合路器进行一 次复接，复接为多路较高速并行数字信号，然后再将其送到复接单元进行二次 复接，得到高速串行数字信号去驱动光源发光；在接收端，接收到的光信号转 换为高速串行电信号后，首先经过分接单元进行一次解复接得到较高速多路并 行数字信号，然后分别经分路器进行二次解复接得到多路数字视频信号，再通 过d a 转换为多路模拟视频信号1 2 h 1 2 2 1 。 根据设计要求，对于p a l ( p h a s ea l t e r n a t i o nl i n e ，逐行到相) 制带宽为6 m h z 的视频信号，视频采样频率应大于1 2 m h z ，这里取1 6 3 8 4 m h z ，量化位数为 1 2 b i t ；伴音信号采样率为4 0 9 6 m h z ，量化为数为2 4 b i t 。复接