張 欣

摘 要:電視臺演播室所涉及的各種弱電信號種類復(fù)雜,而且傳輸距離從幾十米到幾千米不等。隨著數(shù)字時(shí)代的來臨,演播室的各種信號也實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化,模擬信號的一些固有問題得到了部分解決,但是數(shù)字化的同時(shí)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(jù)演播室的實(shí)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(yuǎn)距離傳輸)出發(fā),對比傳統(tǒng)的解決方法,提出新的可行的解決方案——光纖解決方案。

關(guān)鍵詞:演播室;數(shù)字布線;HDTV;DVI;SDI;光纖

中圖分類號:TN948文獻(xiàn)標(biāo)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(fù)雜,而且傳輸距離從幾十米到幾千米不等,隨著演播室的數(shù)字化,模擬的一些固有問題得到部分解決。但從實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)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(shè)中,這里從具體的兩三處具體難題出發(fā),提出可行的解決方案,并對整個(gè)演播室的整體布線提出自己的建議。

典型的弱電信號,經(jīng)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(zhì)等基本的注意事項(xiàng)外,信號本身的帶寬是信號中遠(yuǎn)距離的完整傳輸?shù)淖畲笳系K[1]。表2顯示不同的傳輸介質(zhì)上,不同速率帶寬的各類數(shù)字信號傳輸距離。

從表1中可以看出,第2類數(shù)字視頻、第3類高分辨率視頻,在傳輸距離大于500 m時(shí)將是一個(gè)挑戰(zhàn)。從這兩類信號中,每類選出一個(gè)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(yuǎn)。

3 典型問題的解決辦法

3.1 演播室高分辨率視頻信號(計(jì)算機(jī)模擬VGA和數(shù)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(yīng)用特點(diǎn)

在演播室應(yīng)用中,高分辨率的大屏幕背景往往是工程設(shè)計(jì)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(guān)重要的,但其處理和控制單元,即中央控制計(jì)算機(jī)往往會(huì)和舞臺有200 m甚至更遠(yuǎn)的距離,在實(shí)際工程中,往往選擇模擬VGA的視頻信號進(jìn)行傳輸,但無疑高分辨率(dpi)的信號如1 600×1 400,是無法實(shí)現(xiàn)200 m以上的傳輸?shù)?即使運(yùn)用最新的高頻均衡補(bǔ)償也會(huì)帶來具體的細(xì)節(jié)損失[2]。

3.1.2 傳統(tǒng)高分辨率視頻信號傳輸方法

傳統(tǒng)高分辨率視頻信號傳輸方法采用前端預(yù)加重、后端均衡補(bǔ)償?shù)姆椒?也有采用把非平衡的視頻信號變換成平衡差分信號進(jìn)行傳輸?shù)?效果通常在1 024×768的分辨率下,最遠(yuǎn)傳輸300 m[3]。

圖1為2003年最新技術(shù)的5段均衡補(bǔ)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(fù)合視頻模擬分量視頻Canare_ 3C-FBCanare_ V3-4CFB120 m -3dB@8M80

3.1.3 全數(shù)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(shù)字DVI信號代替?，F(xiàn)在通常的大屏幕顯示器和計(jì)算機(jī)顯示設(shè)備均帶有此接口,其最大的分辨率(dpi)可以達(dá)到1 600×1 400,且傳輸規(guī)范的數(shù)據(jù)量[4]可以到達(dá)4.5 Gb/s。由于全數(shù)字化設(shè)計(jì)、全數(shù)字化傳輸、全數(shù)字化顯示,其效果遠(yuǎn)非模擬VGA所能比擬,但由于其傳輸數(shù)據(jù)率太寬,采用常規(guī)推薦電纜,只能有效傳輸幾十米,解決DVI信號遠(yuǎn)距離傳輸成為關(guān)鍵[5]。

好在技術(shù)是進(jìn)步的,在2004年初,DVI遠(yuǎn)距離傳輸?shù)脑O(shè)備已經(jīng)上市,傳輸距離從500~3 000 m不等,且價(jià)格比較便宜。其主要原理框圖如圖2所示。

圖2 DVI發(fā)送設(shè)備框圖

3.2 演播室數(shù)字視頻傳輸具體解決辦法

3.2.1 演播室數(shù)字視頻信號應(yīng)用特點(diǎn)

數(shù)字視頻是演播室中最關(guān)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(jīng)過300 m Belden 8281電纜后的信號,更高碼率的信號,畸變更加嚴(yán)重[6]。

圖3 DVI接收設(shè)備框圖

3.2.2 數(shù)字視頻信號傳輸距離受限時(shí)的通用辦法

當(dāng)演播室數(shù)字視頻信號傳輸距離受限時(shí),通用解決辦法是遵循驅(qū)動(dòng)、傳輸、均衡、時(shí)鐘恢復(fù)、再驅(qū)動(dòng)、再傳輸?shù)脑瓌t。自適應(yīng)均衡是信號恢復(fù)中的關(guān)鍵,圖5顯示圖4的信號經(jīng)過自適應(yīng)均衡后的眼圖波形[6]。

圖4 信號經(jīng)過電纜后的信號

圖5 圖4的信號經(jīng)過自適應(yīng)均衡后的眼圖波形

時(shí)鐘恢復(fù)是傳輸后解決抖動(dòng)的必要手段,圖6是SDI信號時(shí)鐘恢復(fù)的典型框圖。此種再中繼的方法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸?shù)娜秉c(diǎn)很明顯,就是設(shè)備分散,維護(hù)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(shí)鐘恢復(fù)的典型框圖

3.2.3 數(shù)字視頻信號傳輸距離受限時(shí)的光纖解決辦法

通過光纖來傳送數(shù)字視頻信號是最佳的選擇,隨著光纖及轉(zhuǎn)換設(shè)備的價(jià)格越來越便宜,其對信號完整性忠實(shí)體現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)是任何其他方式所無法超越的,采用光纖可輕而易舉地?zé)o失真?zhèn)魉?.485 Gb/s HDSDI 信號達(dá)數(shù)公里甚至上百千米[8]。圖7是1.485Gb/s HDSDI信號光纖轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備的框圖。

4 光纖和光纖設(shè)備在演播室傳輸中應(yīng)占主要位置

由于以往價(jià)格的因素,光纖和光纖設(shè)備在以往演播室建設(shè)中,占據(jù)很小的位置,這為后續(xù)的電纜鋪設(shè)、信號完整性傳輸、設(shè)備電纜維護(hù)、擴(kuò)容等都帶來很多問題。表3顯示了普通電纜和光纜的優(yōu)缺點(diǎn)對比。

本文通過兩個(gè)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?？梢杂?jì)算得出一個(gè)結(jié)論:在一個(gè)中型演播室的建設(shè)中,采用全光纜解決方案的布線費(fèi)用低于電纜的鋪設(shè)費(fèi)用,而節(jié)省的費(fèi)用正好用于光傳輸轉(zhuǎn)換設(shè)備,而大型的演播室其采用全光纜解決方案的布線費(fèi)用低于電纜的鋪設(shè)費(fèi)用加上用于光傳輸轉(zhuǎn)換設(shè)備的費(fèi)用[3]。其中,特別注意兩點(diǎn):第一,全光纖方案的優(yōu)點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于電纜方案。第二,光轉(zhuǎn)換設(shè)備的類型從以前昂貴的DWDM向CWDM,甚至向更便宜的電復(fù)用上轉(zhuǎn)型,這給全光纖方案提供了很好的前景,可以預(yù)計(jì),在不久的將來,全光纜的演播室,在不多的數(shù)芯光纜中,可以傳輸上百路視頻、音頻、網(wǎng)絡(luò)、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(xiàng)目光纜電纜

布線簡單復(fù)雜

線纜單一、價(jià)格便宜復(fù)雜成本貴

維護(hù)簡單、防水、防蛀、防害使用時(shí)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(kuò)容容易不能升級擴(kuò)容

輔助設(shè)備需要光纖轉(zhuǎn)換設(shè)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(jī)方式;二是采用光波復(fù)用的形式把多路或多種信號復(fù)合到一根光纖上傳輸,簡稱光總線復(fù)用方式;三是把多路或多種信號通過電復(fù)合到一個(gè)光纖波長上傳輸,簡稱電總線復(fù)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(jī)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(shè)中,三種方式都可能存在,譬如用端機(jī)方式連接傳輸演播室內(nèi)部各信號,而用光總線復(fù)用方式或電總線復(fù)用方式傳輸?shù)竭h(yuǎn)端微波站或后期播出機(jī)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(shù)字4 Mb/s19500

從表4可以看出,端機(jī)方式是犧牲了帶寬,用光纖數(shù)量換來前后端處理設(shè)備的節(jié)省,但明顯不適用于低帶寬的信號傳輸,雖然從長期發(fā)展的眼光來看,電總線復(fù)用技術(shù)是系統(tǒng)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(jī)方式仍然是比較可取的方式,其將在一段時(shí)間內(nèi)和現(xiàn)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(fù)用的方式,并且可以大膽的預(yù)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。

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