演播室的弱電信號光纖綜合布線

張 欣

摘 要:電視臺演播室所涉及的各種弱電信號種類復雜,而且傳輸距離從幾十米到幾千米不等。隨著數字時代的來臨,演播室的各種信號也實現了數字化,模擬信號的一些固有問題得到了部分解決,但是數字化的同時卻又帶來了新的問題——信號帶寬與傳輸距離的矛盾。為很好解決這些問題,根據演播室的實際工作情況,從演播室改造施工過程中的具體難題(DVI信號、SDI信號、HDSDI信號的中遠距離傳輸)出發,對比傳統的解決方法,提出新的可行的解決方案——光纖解決方案。

關鍵詞:演播室;數字布線;HDTV;DVI;SDI;光纖

中圖分類號:TN948文獻標識碼:A

文章編號: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 演播室具體所涉及的弱電信號及其特性

演播室所涉及的弱電信號種類復雜,而且傳輸距離從幾十米到幾千米不等,隨著演播室的數字化,模擬的一些固有問題得到部分解決。但從實際工程經驗來說,還有許多需要特別注意的地方,尤其是一些大型的新型演播室的建設中,這里從具體的兩三處具體難題出發,提出可行的解決方案,并對整個演播室的整體布線提出自己的建議。

典型的弱電信號,經分類具體排列如表1所示。

2 典型問題舉例

顯然,除要完成諸如隔離干擾、選擇良好傳輸介質等基本的注意事項外,信號本身的帶寬是信號中遠距離的完整傳輸的最大障礙[1]。表2顯示不同的傳輸介質上,不同速率帶寬的各類數字信號傳輸距離。

從表1中可以看出,第2類數字視頻、第3類高分辨率視頻,在傳輸距離大于500 m時將是一個挑戰。從這兩類信號中,每類選出一個做典型分析,即傳輸率為1.485 Gb/s的HDTV信號以及分辨率在1 600×1 400下的DVI信號,在演播室中如何能傳輸1 000 m,甚至更遠。

3 典型問題的解決辦法

3.1 演播室高分辨率視頻信號(計算機模擬VGA和數字DVI)傳輸具體解決辦法

3.1.1 演播室高分辨率視頻信號應用特點

在演播室應用中,高分辨率的大屏幕背景往往是工程設計中最難處理的問題之一。首先,高分辨率的大屏幕背景墻對舞臺無疑是至關重要的,但其處理和控制單元,即中央控制計算機往往會和舞臺有200 m甚至更遠的距離,在實際工程中,往往選擇模擬VGA的視頻信號進行傳輸,但無疑高分辨率(dpi)的信號如1 600×1 400,是無法實現200 m以上的傳輸的,即使運用最新的高頻均衡補償也會帶來具體的細節損失[2]。

3.1.2 傳統高分辨率視頻信號傳輸方法

傳統高分辨率視頻信號傳輸方法采用前端預加重、后端均衡補償的方法,也有采用把非平衡的視頻信號變換成平衡差分信號進行傳輸的,效果通常在1 024×768的分辨率下,最遠傳輸300 m[3]。

圖1為2003年最新技術的5段均衡補償芯片框圖。

表1 演播室典型弱電信號分類表

種類信號布線種類距離限制范圍抗干擾能力中繼能力

模擬視頻模擬復合視頻模擬分量視頻Canare_ 3C-FBCanare_ V3-4CFB120 m -3dB@8M80

3.1.3 全數字化高分辨率視頻信號傳輸方法

由于模擬信號的固有缺陷,模擬VGA信號也逐漸被分辨率高清晰度的全兼容數字DVI信號代替?，F在通常的大屏幕顯示器和計算機顯示設備均帶有此接口,其最大的分辨率(dpi)可以達到1 600×1 400,且傳輸規范的數據量[4]可以到達4.5 Gb/s。由于全數字化設計、全數字化傳輸、全數字化顯示,其效果遠非模擬VGA所能比擬,但由于其傳輸數據率太寬,采用常規推薦電纜,只能有效傳輸幾十米,解決DVI信號遠距離傳輸成為關鍵[5]。

好在技術是進步的,在2004年初,DVI遠距離傳輸的設備已經上市,傳輸距離從500~3 000 m不等,且價格比較便宜。其主要原理框圖如圖2所示。

圖2 DVI發送設備框圖

3.2 演播室數字視頻傳輸具體解決辦法

3.2.1 演播室數字視頻信號應用特點

數字視頻是演播室中最關鍵的部分,但距離仍是傳輸完整性的最大障礙。圖4是270 Mb/s SDI信號經過300 m Belden 8281電纜后的信號,更高碼率的信號,畸變更加嚴重[6]。

圖3 DVI接收設備框圖

3.2.2 數字視頻信號傳輸距離受限時的通用辦法

當演播室數字視頻信號傳輸距離受限時,通用解決辦法是遵循驅動、傳輸、均衡、時鐘恢復、再驅動、再傳輸的原則。自適應均衡是信號恢復中的關鍵,圖5顯示圖4的信號經過自適應均衡后的眼圖波形[6]。

圖4 信號經過電纜后的信號

圖5 圖4的信號經過自適應均衡后的眼圖波形

時鐘恢復是傳輸后解決抖動的必要手段,圖6是SDI信號時鐘恢復的典型框圖。此種再中繼的方法實現遠距離傳輸的缺點很明顯,就是設備分散,維護性差,如果傳輸1 000 m的上述信號的話,通常需要中繼4次,這是無法接收的[7]。

圖6 SDI信號時鐘恢復的典型框圖

3.2.3 數字視頻信號傳輸距離受限時的光纖解決辦法

通過光纖來傳送數字視頻信號是最佳的選擇,隨著光纖及轉換設備的價格越來越便宜,其對信號完整性忠實體現的優點是任何其他方式所無法超越的,采用光纖可輕而易舉地無失真傳送1.485 Gb/s HDSDI 信號達數公里甚至上百千米[8]。圖7是1.485Gb/s HDSDI信號光纖轉發設備的框圖。

4 光纖和光纖設備在演播室傳輸中應占主要位置

由于以往價格的因素,光纖和光纖設備在以往演播室建設中,占據很小的位置,這為后續的電纜鋪設、信號完整性傳輸、設備電纜維護、擴容等都帶來很多問題。表3顯示了普通電纜和光纜的優缺點對比。

本文通過兩個典型的問題解決,意圖提出全光纜演播室解決方案。即采用光纜作為演播室的主要布線材料。可以計算得出一個結論:在一個中型演播室的建設中,采用全光纜解決方案的布線費用低于電纜的鋪設費用,而節省的費用正好用于光傳輸轉換設備,而大型的演播室其采用全光纜解決方案的布線費用低于電纜的鋪設費用加上用于光傳輸轉換設備的費用[3]。其中,特別注意兩點:第一,全光纖方案的優點遠遠多于電纜方案。第二,光轉換設備的類型從以前昂貴的DWDM向CWDM,甚至向更便宜的電復用上轉型,這給全光纖方案提供了很好的前景,可以預計,在不久的將來,全光纜的演播室,在不多的數芯光纜中,可以傳輸上百路視頻、音頻、網絡、電話、控制信號等。

表3 演播室光纜布線和普通多電纜布線的對比

項目光纜電纜

布線簡單復雜

線纜單一、價格便宜復雜成本貴

維護簡單、防水、防蛀、防害使用時間限制

更換簡單困難

抗干擾性能好差

傳輸距離長短

斷路處理容易困難

安全性好差

升級擴容容易不能升級擴容

輔助設備需要光纖轉換設備部分需要,如均衡器等

5 演播室光纖布線的方案選擇

演播室光纖布線的方案基本上采用三種方式:一是端到端單芯傳單路信號形式,簡稱端機方式;二是采用光波復用的形式把多路或多種信號復合到一根光纖上傳輸,簡稱光總線復用方式;三是把多路或多種信號通過電復合到一個光纖波長上傳輸,簡稱電總線復用方式。

可以看出,如果是光纖資源比較充足的情況下,如新建場館,可采用端機方式。如果光纖資源受到限制,如早期場館,或租用光纖的情況下,采用后兩種方式比較理想。而通常情況下,在同一場館建設中,三種方式都可能存在,譬如用端機方式連接傳輸演播室內部各信號,而用光總線復用方式或電總線復用方式傳輸到遠端微波站或后期播出機房等。表4顯示演播室常用信號在三種方式下的對比。

AES/EBU數字4 Mb/s19500

從表4可以看出,端機方式是犧牲了帶寬,用光纖數量換來前后端處理設備的節省,但明顯不適用于低帶寬的信號傳輸,雖然從長期發展的眼光來看,電總線復用技術是系統集成布線的趨勢,帶寬利用率得到大幅度的提高。但就目前來講,端機方式仍然是比較可取的方式,其將在一段時間內和現有的多電纜布線共存、取代電纜布線最后過渡到全光纜電總線復用的方式,并且可以大膽的預測,多演播室、多制作部門甚至更多部門間的全光纜信號布線、信號共享也將成為可能。

參考文獻

[1]袁青松,劉海平,劉敏肖.光纖通信原理[M].北京:人民郵電出版社,1998.

[2]解金山,陳保珍.光纖數字通信技術[M].北京:電子工業出版社,1997.

[3]王延恒.光纖通信技術基礎[M].天津:天津大學出版社,1990.

[4]吳煒煜.多媒體技術開發指南[M].大連:大連理工大學出版社,2001.

[5]龔倩,徐榮,張民,等.光網絡的組網與優化設計[M].北京:人民郵電出版社,2002.

[6]李斯韋.數字通信系統原理[M].北京:人民郵電出版社,2008.

[7]傅海陽.SDH數字微波傳輸系統[M].北京:人民郵電出版社,1997.

[8]陳東升.光纖通信工程新技術及標準規范實用手冊[M].北京:中國科技文化出版社,2005.

[9]顧畹儀,李國瑞.光纖通信系統[M].北京:人民郵電出版社,1998.

[10]吳翼平.現代光纖通信技術[M].北京:國防工業出版社,2004.