演播室的弱电信号光纤综合布线

张 欣

摘 要:电视台演播室所涉及的各种弱电信号种类复杂,而且传输距离从几十米到几千米不等。随着数字时代的来临,演播室的各种信号也实现了数字化,模拟信号的一些固有问题得到了部分解决,但是数字化的同时却又带来了新的问题——信号带宽与传输距离的矛盾。为很好解决这些问题,根据演播室的实际工作情况,从演播室改造施工过程中的具体难题(DVI信号、SDI信号、HDSDI信号的中远距离传输)出发,对比传统的解决方法,提出新的可行的解决方案——光纤解决方案。

关键词:演播室;数字布线;HDTV;DVI;SDI;光纤

中图分类号:TN948文献标识码:A

文章编号:1004-373X(2009)20-171-04

Weak Signal Fiber Integrated Wiring of Studio

ZHANG Xin

(Henan Administration of Radio Film and Television,Zhengzhou,450003,China)

Abstract:The television studio involved in the various types of complex and weak signals,and the transmission distance ranging from tens of meters to several kilometers.As the digital era,the studio also achieved variety of digital signals,some of the inherent problem of analog signal have been partially resolved,problems of the signal bandwidth and transmission distance are found.To solve these problems very well,Based on the actual studio work,transformation of the construction process from the studio of specific problems (DVI signal,SDI signal,HDSDI signal in long-distance transmission) starting,compared to traditional solutions,a new viable solution-fiber optic solution is proposed.

Keywords:studio;digital cable installation;HDTV;DVI;SDI;fiber optic cable

1 演播室具体所涉及的弱电信号及其特性

演播室所涉及的弱电信号种类复杂,而且传输距离从几十米到几千米不等,随着演播室的数字化,模拟的一些固有问题得到部分解决。但从实际工程经验来说,还有许多需要特别注意的地方,尤其是一些大型的新型演播室的建设中,这里从具体的两三处具体难题出发,提出可行的解决方案,并对整个演播室的整体布线提出自己的建议。

典型的弱电信号,经分类具体排列如表1所示。

2 典型问题举例

显然,除要完成诸如隔离干扰、选择良好传输介质等基本的注意事项外,信号本身的带宽是信号中远距离的完整传输的最大障碍[1]。表2显示不同的传输介质上,不同速率带宽的各类数字信号传输距离。

从表1中可以看出,第2类数字视频、第3类高分辨率视频,在传输距离大于500 m时将是一个挑战。从这两类信号中,每类选出一个做典型分析,即传输率为1.485 Gb/s的HDTV信号以及分辨率在1 600×1 400下的DVI信号,在演播室中如何能传输1 000 m,甚至更远。

3 典型问题的解决办法

3.1 演播室高分辨率视频信号(计算机模拟VGA和数字DVI)传输具体解决办法

3.1.1 演播室高分辨率视频信号应用特点

在演播室应用中,高分辨率的大屏幕背景往往是工程设计中最难处理的问题之一。首先,高分辨率的大屏幕背景墙对舞台无疑是至关重要的,但其处理和控制单元,即中央控制计算机往往会和舞台有200 m甚至更远的距离,在实际工程中,往往选择模拟VGA的视频信号进行传输,但无疑高分辨率(dpi)的信号如1 600×1 400,是无法实现200 m以上的传输的,即使运用最新的高频均衡补偿也会带来具体的细节损失[2]。

3.1.2 传统高分辨率视频信号传输方法

传统高分辨率视频信号传输方法采用前端预加重、后端均衡补偿的方法,也有采用把非平衡的视频信号变换成平衡差分信号进行传输的,效果通常在1 024×768的分辨率下,最远传输300 m[3]。

图1为2003年最新技术的5段均衡补偿芯片框图。

表1 演播室典型弱电信号分类表

种类信号布线种类距离限制范围抗干扰能力中继能力

模拟视频模拟复合视频模拟分量视频Canare_ 3C-FBCanare_ V3-4CFB120 m -3dB@8M80

3.1.3 全数字化高分辨率视频信号传输方法

由于模拟信号的固有缺陷,模拟VGA信号也逐渐被分辨率高清晰度的全兼容数字DVI信号代替。现在通常的大屏幕显示器和计算机显示设备均带有此接口,其最大的分辨率(dpi)可以达到1 600×1 400,且传输规范的数据量[4]可以到达4.5 Gb/s。由于全数字化设计、全数字化传输、全数字化显示,其效果远非模拟VGA所能比拟,但由于其传输数据率太宽,采用常规推荐电缆,只能有效传输几十米,解决DVI信号远距离传输成为关键[5]。

好在技术是进步的,在2004年初,DVI远距离传输的设备已经上市,传输距离从500~3 000 m不等,且价格比较便宜。其主要原理框图如图2所示。

图2 DVI发送设备框图

3.2 演播室数字视频传输具体解决办法

3.2.1 演播室数字视频信号应用特点

数字视频是演播室中最关键的部分,但距离仍是传输完整性的最大障碍。图4是270 Mb/s SDI信号经过300 m Belden 8281电缆后的信号,更高码率的信号,畸变更加严重[6]。

图3 DVI接收设备框图

3.2.2 数字视频信号传输距离受限时的通用办法

当演播室数字视频信号传输距离受限时,通用解决办法是遵循驱动、传输、均衡、时钟恢复、再驱动、再传输的原则。自适应均衡是信号恢复中的关键,图5显示图4的信号经过自适应均衡后的眼图波形[6]。

图4 信号经过电缆后的信号

图5 图4的信号经过自适应均衡后的眼图波形

时钟恢复是传输后解决抖动的必要手段,图6是SDI信号时钟恢复的典型框图。此种再中继的方法实现远距离传输的缺点很明显,就是设备分散,维护性差,如果传输1 000 m的上述信号的话,通常需要中继4次,这是无法接收的[7]。

图6 SDI信号时钟恢复的典型框图

3.2.3 数字视频信号传输距离受限时的光纤解决办法

通过光纤来传送数字视频信号是最佳的选择,随着光纤及转换设备的价格越来越便宜,其对信号完整性忠实体现的优点是任何其他方式所无法超越的,采用光纤可轻而易举地无失真传送1.485 Gb/s HDSDI 信号达数公里甚至上百千米[8]。图7是1.485Gb/s HDSDI信号光纤转发设备的框图。

4 光纤和光纤设备在演播室传输中应占主要位置

由于以往价格的因素,光纤和光纤设备在以往演播室建设中,占据很小的位置,这为后续的电缆铺设、信号完整性传输、设备电缆维护、扩容等都带来很多问题。表3显示了普通电缆和光缆的优缺点对比。

本文通过两个典型的问题解决,意图提出全光缆演播室解决方案。即采用光缆作为演播室的主要布线材料。可以计算得出一个结论:在一个中型演播室的建设中,采用全光缆解决方案的布线费用低于电缆的铺设费用,而节省的费用正好用于光传输转换设备,而大型的演播室其采用全光缆解决方案的布线费用低于电缆的铺设费用加上用于光传输转换设备的费用[3]。其中,特别注意两点:第一,全光纤方案的优点远远多于电缆方案。第二,光转换设备的类型从以前昂贵的DWDM向CWDM,甚至向更便宜的电复用上转型,这给全光纤方案提供了很好的前景,可以预计,在不久的将来,全光缆的演播室,在不多的数芯光缆中,可以传输上百路视频、音频、网络、电话、控制信号等。

表3 演播室光缆布线和普通多电缆布线的对比

项目光缆电缆

布线简单复杂

线缆单一、价格便宜复杂成本贵

维护简单、防水、防蛀、防害使用时间限制

更换简单困难

抗干扰性能好差

传输距离长短

断路处理容易困难

安全性好差

升级扩容容易不能升级扩容

辅助设备需要光纤转换设备部分需要,如均衡器等

5 演播室光纤布线的方案选择

演播室光纤布线的方案基本上采用三种方式:一是端到端单芯传单路信号形式,简称端机方式;二是采用光波复用的形式把多路或多种信号复合到一根光纤上传输,简称光总线复用方式;三是把多路或多种信号通过电复合到一个光纤波长上传输,简称电总线复用方式。

可以看出,如果是光纤资源比较充足的情况下,如新建场馆,可采用端机方式。如果光纤资源受到限制,如早期场馆,或租用光纤的情况下,采用后两种方式比较理想。而通常情况下,在同一场馆建设中,三种方式都可能存在,譬如用端机方式连接传输演播室内部各信号,而用光总线复用方式或电总线复用方式传输到远端微波站或后期播出机房等。表4显示演播室常用信号在三种方式下的对比。

AES/EBU数字4 Mb/s19500

从表4可以看出,端机方式是牺牲了带宽,用光纤数量换来前后端处理设备的节省,但明显不适用于低带宽的信号传输,虽然从长期发展的眼光来看,电总线复用技术是系统集成布线的趋势,带宽利用率得到大幅度的提高。但就目前来讲,端机方式仍然是比较可取的方式,其将在一段时间内和现有的多电缆布线共存、取代电缆布线最后过渡到全光缆电总线复用的方式,并且可以大胆的预测,多演播室、多制作部门甚至更多部门间的全光缆信号布线、信号共享也将成为可能。

参考文献

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[3]王延恒.光纤通信技术基础[M].天津:天津大学出版社,1990.

[4]吴炜煜.多媒体技术开发指南[M].大连:大连理工大学出版社,2001.

[5]龚倩,徐荣,张民,等.光网络的组网与优化设计[M].北京:人民邮电出版社,2002.

[6]李斯韦.数字通信系统原理[M].北京:人民邮电出版社,2008.

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[8]陈东升.光纤通信工程新技术及标准规范实用手册[M].北京:中国科技文化出版社,2005.

[9]顾畹仪,李国瑞.光纤通信系统[M].北京:人民邮电出版社,1998.

[10]吴翼平.现代光纤通信技术[M].北京:国防工业出版社,2004.