光纤传输在视频监控的应用创新研究

苗南南

（新疆维吾尔自治区库尔勒市63615部队，新疆 库尔勒 841000）

0 引 言

随着生活水平的不断提高，人们更加看重生活的质量。马斯洛需求层次理论，最基础的层次就是满足人们最基本的物质保证、第二层是对安全的需要。因此，对生活安全性的要求成为了人们关注的重点。人们的生产和生活都要求有更可靠安全的监控视频作为基础保障。光纤传输安全性高、信号很少存有失真现象，提高了视频监控系统的安全可靠性，得到了广泛地应用。一些特殊行业需要较高质量的视频监控，比如交通、刑事案件等，使得不受距离约束的光纤传输得到了良好的发展。

1 光纤传输的理论基础

1.1 光纤传输的特点

光纤传输特有的特性优势，成为传输高清数字画面的首选输送载体，主要特点如下。第一，光纤传输不受距离的限制，可以进行远距离的输送。第二，和传统的铜线相比通信量更大、频带更宽。第三，因为光纤是绝缘的材料，主要成分是二氧化硅。所以光纤能够避免电磁的干扰，不会出现串音。第四，光导纤维的质量较轻，方便运输和施工维护。第五，扩展性好，在更新设备时不需要替换现有的光导纤维。以上光纤特性使得它被广泛的运用在计算机、高清视频等领域[1]。

1.2 光纤传输的构成

光纤传输系统主要由三个部分组成，光发射机、光接收机和传输光纤。其中，数字光发射机利用电端机输出数据的原理，将基带信号变成电信号，再利用耦合技术注入到光纤线路中。数字光发射机主要由两部分组成，即LD和LED。数字光发射机涵盖调制、控制电路以及线路编码等。光接收机主要实现光电转换的光检测器、前置、主放大器、AGC、取样放大、均衡器以及时钟提取电路。然后在通过光纤进行发射机和接收机之间的连接[2]。

2 光纤通信系统的原理

光纤通信输送信号时，通常要在光发射机前端加入传输信号，要想实现高质量的传输信号，首先需要将此传输信号用电调制器进行预处理，其次在驱动电路的转换下转为电流信号，最后通过LED或LD实现电信号到光信号的转变。两驱动光源输出的光信号通过耦合方式到传输光纤中，从而实现光发射机的接收。在光接收端点，通过PIN和APD将输入的光信号转换电信号，经过一系列的放大处理过程，修复输送过程损害的信号，完成最后的整个输送信号过程，使得原始的输入信号和最终的输出信号一致。原理示意图见图1。

3 视频监控发展现状

信息交流发生在人们生活的各个方面。人们获取消息的方式多种多样，但是大多数都是视觉感官。于是，各种视频传输的方式不断涌现，有电缆传输、无线传输、管线传输等。然而，各种视频的传播都比不上光纤传播视频。改革开放以来，视频传输背景的模拟光端机逐渐进入中国信息传输市场。但是，使用范围有很大的局限性，通常应用于公安、交通等对视频有急切需求的地方。模拟光端机主要在某段载频上，依靠发射光端机实现光纤的传输，再依据光接收机进行转换。我国光端机主要是基于其他国家的技术进行的研发，由于模数转化器、数模转化器、解码器和芯片价格等因素，限制了我国光纤技术的发展。随着我国科学技术的进步，不少的企业已掌握了光纤技术，促进了我国科技事业的不断发展。

图1 光纤通信系统原理

4 视频监控系统电路的设计与实现

4.1 发射机视频模块

发射机的视频模块主要包括以下两个方面。一方面，将视频信号通过光纤进行传输，经过摄像头输出其他模拟视频信号，将视频信号进行一定程度的放大；另一方面，因为视频信号的频率通常是0～6 MHz，所以需要采用低通滤波器。经过低通滤波、钳位、模拟信号到数字信号的转变转换，再去一次复接，实现发射机视频模块的主要功能[3]。

4.2 接收机视频模块

视频接收模块需要通过CPLD分接过来的二次数字信号进行数字信号到模拟信号的转变。然后对低通滤波进行功率的放大，输出模拟的视频信号。D/A转换电路是模拟到数字信号的反转换，一般要将8 bit的数字视频进行恢复，主要回归到模拟视频信号。

4.3 音频扩展板的实现

监控视频也要对音频信号进行传输，监控系统中的音频信号具备数模转换和模数转换。要对音频信号进行A/D转换，一般会选用CS5340作为AD的芯片，由于这款芯片价格便宜被广泛应用于各个领域，和同类型的芯片相比能提供高质量的数字音频效果。它不仅支持各类采样音频频率，而且包含24位采样精度，音频总线实现了双声道输出，具有自动操作的辨别模式。音频信号DA的实现通常依靠CS4344，它也是24位立体声模拟芯片，内部有模拟滤波器能实现音频输出信号的转换功能。

4.4 控制数据接口

数据控制一般采用串行的计算机通信方式，它能对各数据进行一定数据分时段输送，使用同一根信号数据线在外设和计算机之间，在现有模式下每个数据都占有一定的时间段。将CPU和串行设备进行一系列的编码转换是串行端口的主要作用。当通过CPU向串行端口输送数据候，字节数据进一步变成串行的位。在数据被接收的时刻，又变成了字节的数据。在计算机系统大环境下，串口不过是系统资源中的一部分。在使用前必须要对操作系统提出请求，申请需要的资源，也就是打开串口。该过程就是实现打开串口，关闭串口的过程[4]。

4.5 光收发一体模块

系统将传送的音、视频转换成高速串行数字码流的目的是通过光纤传递光信号，系统中不能缺少的元件之一是实现光电转换和电光转换的转换器。通常情况下，视频使用的是光收发的一体模板，它能有效实现光电转换和电光的转换。由于能够独立发射驱动，接收放大电路，深受广大用户喜爱。和同类技术相比，它是更贴近传输标准的光电子元件。

5 结 论

目前，视频监控系统已广泛运用到了生活、生产的各个领域，它能提供更加丰富、准确的信息内容。随着数字信息技术的不断兴起，光纤通信技术不断突破原有模式，从视频监控光端机单一路径向多种路径扩展，使得视频监控技术实现了模拟到数字化的转型。现阶段，光纤为多数视频监控系统的主要传播载体。随着光纤技术的不断发展，数字端机得到更加广泛的应用。这对我国光纤技术的发展有极大的推进作用，为我国实现科技强国奠定了一定的理论基础。