面向中長距離高清視頻傳輸?shù)腍DMI光纖傳輸線研發(fā)

林丙厚

摘 要：文章主要分析了面向中長距離高清視頻傳輸?shù)腍DMI光纖傳輸線研發(fā)，重點(diǎn)研究了基于光纖的中長距離以上的高清視頻無損傳輸技術(shù)以及最新版的HDMI 2.0 技術(shù)，僅供參考。

關(guān)鍵詞：中長距離;高清視頻傳輸;HDMI光纖傳輸線

在社會經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展過程中，高清電視與一些電子產(chǎn)品在不斷的發(fā)展，在此環(huán)境之HDMI逐漸成為了熱門研究對象。HDMI是一種全數(shù)字化視頻以及聲音發(fā)送接口，可以同時(shí)發(fā)送音頻以及視頻信號，應(yīng)用相同類型的材質(zhì)可以有效的簡化安裝的難度。

1.HDMI光纖線纜制備工藝

現(xiàn)階段，在業(yè)界主要就是通過HDMI模組方案的方式進(jìn)行光纖HDMI的生產(chǎn)，通過PCB板、光電轉(zhuǎn)換模塊以及45°的FA等相關(guān)部件構(gòu)成，利用光電轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行光電信號的轉(zhuǎn)換，光信號利用通過耦合在45°fiber array中應(yīng)用，在通過對接等處理，就可以完成HDMI的生產(chǎn)制造過程，在整個(gè)工藝中，光纖的對接是較為關(guān)鍵的內(nèi)容。

隨著技術(shù)手段的成熟，對于HDMI廣信的研發(fā)也在不斷的深入，現(xiàn)階段面向中長距離高清視頻傳輸?shù)腍DMI光纖傳輸線研發(fā)成為了業(yè)界研究的重點(diǎn)內(nèi)容。

2.面向中長距離高清視頻傳輸?shù)腍DMI光纖傳輸線研發(fā)

視頻的光纖傳輸系統(tǒng)原理。系統(tǒng)包括光纖發(fā)送和光纖接收兩部分：

2.1光纖發(fā)送

以高清相機(jī)作為數(shù)據(jù)源，分辨率為1920 x 1080像素，隔行掃描，每秒60場30幀，帶寬為1920 x 1080 x 30 x 8b = 500 Mbps，并以HDMI接口方式輸出視頻圖像數(shù)據(jù)。HDMI電平變換單元完成高清相機(jī)和FPGA之間數(shù)據(jù)通信接口的變換。FPGA將采集到的視頻數(shù)據(jù)以乒乓方式進(jìn)行緩存，并將圖像數(shù)據(jù)以16位并行輸出，同時(shí)產(chǎn)生伴隨時(shí)鐘，將數(shù)據(jù)發(fā)送給速率為2.7Gbps的高速并串轉(zhuǎn)換器，在內(nèi)部對數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，以差分形式送給速率為2.5Gbps的光纖收發(fā)模塊SFP （Small Form-factor Pluggable），SFP完成光纖通信的線路編碼后進(jìn)行傳輸。

2.2光纖接收

通過光纖將視頻圖像數(shù)據(jù)傳輸都SFP的模塊中，通過模塊轉(zhuǎn)換信號，在將轉(zhuǎn)換之后的差分電限號傳遞給高速串并轉(zhuǎn)換器，將差分電信號轉(zhuǎn)換成并行的16位數(shù)據(jù)輸出給FPGA，同時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)的接收時(shí)鐘。FPGA根據(jù)接收時(shí)鐘對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，獲得視頻數(shù)據(jù)信號后，將視頻圖像數(shù)據(jù)與FPGA內(nèi)部模板進(jìn)行比較和匹配，判斷是否需要預(yù)處理，最后將數(shù)據(jù)送到HDMI電平變換單元，通過HDMI接口輸出無損高清視頻圖像。HDMI高清傳輸線中主要通過接收端與發(fā)射端構(gòu)成。

2.3 HDMI終端設(shè)計(jì)

應(yīng)用HDMI終端，需要進(jìn)行印刷電路板的設(shè)計(jì)，以此提高器件性能。針對高速PCB進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，需要了解其中的重點(diǎn)概念，并且提出針對性的建議。下面主要圍繞層堆棧、差動線跡進(jìn)行分析。

首先，層堆棧。HDMI終端設(shè)計(jì)期間，外引腳是在HDTV接收機(jī)電路中應(yīng)用。封裝每個(gè)面都設(shè)置了HDMI端口以及4個(gè)差動TMDS信號對，如此便可以擁有3個(gè)輸入端口以及1個(gè)輸出端口，其他的信號一般是通過電源軌、Vcc、接地等進(jìn)行傳輸。針對低EMI PCB進(jìn)行設(shè)計(jì)，必須要通過四層堆棧來完成，層堆棧根據(jù)從上至下的順序進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中具體包括TMDS信號層、接線層、電源層以及控制信號層。頂層位置設(shè)置了高速TMDS線跡布線，以免使用過孔和電感，可以從HDMI連接器到中繼器輸入、由中繼器輸出到后續(xù)接收機(jī)電路，保證期間干凈互聯(lián)。如此一來，高速信號層下方需要有一個(gè)質(zhì)量好的接地層，使傳輸線路互聯(lián)有可行的受控阻抗作為支撐，并且可以通過低電感通路來實(shí)現(xiàn)返回電流這一操作。

接地層附近下側(cè)，需要設(shè)置電源層，以此便可以搭建高頻旁路電容。底層布線低速控制信號具有非常大的靈活性，相關(guān)信號鏈一般具備非連續(xù)性裕度，若要有額外電源電壓層，必須要有2級電源層或者接地層系統(tǒng)到達(dá)這一堆棧，實(shí)現(xiàn)雙方對稱，提高堆棧機(jī)械的穩(wěn)定性，以免其出現(xiàn)變形。所有電源系統(tǒng)內(nèi)部的電源層以及接地層必須要密切銜接，作用是加強(qiáng)兩側(cè)的高頻旁路電容。

其次，差分線跡。HDMI終端設(shè)計(jì)過程中，通常都是將最小化差分信令進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以此來實(shí)現(xiàn)高速串行數(shù)據(jù)的傳輸。差分信令對于單端信令而言，有非常大的優(yōu)勢。單端系統(tǒng)內(nèi)部電流利用電感實(shí)現(xiàn)電源流的傳輸，將其傳輸?shù)截?fù)載之后，再通過接地層、線路返回至原來的部位。電流帶來的橫向電磁波不斷向外輻射，從而導(dǎo)致電磁干擾。電感內(nèi)的外部源噪聲經(jīng)過接收機(jī)使會不斷放大，使信號的完整性遭到破壞。差分信令替換成為2個(gè)電感，分別作用于正向電流以及電流返回。所以，一旦發(fā)生緊密耦合，這時(shí)2個(gè)電感內(nèi)電流的關(guān)系便為等量，極性成相反的狀態(tài)，二者之間的電磁場消失。當(dāng)前，電磁場中的2個(gè)電感TEM波無法向周圍環(huán)境發(fā)生輻射。電感環(huán)路外邊緣磁場比較小，在這一情況下會引發(fā)輻射，形成比較低的EMI。緊密電耦合另外的優(yōu)勢在于，可以感應(yīng)到的2個(gè)電感外噪聲，都是通過等量共模噪聲這一模式存在于接收機(jī)輸入端。如果接收機(jī)只有差動輸入這一功能，那么其只是對信號差異敏感，共模信號則不會產(chǎn)生敏感性。鑒于此，接收機(jī)具有抑制共模噪聲的作用，同時(shí)也能夠保證信號的完整度。

3.結(jié)束語

在面向中長距離高清視頻傳輸?shù)腍DMI光纖傳輸線研發(fā)過程中，通過銅線作為主要的傳輸介質(zhì)，可以實(shí)現(xiàn)在長距離中信號無損傳播。而HDMI有源光纖有著良好的性能特征，不會受到電磁干擾，在實(shí)踐中應(yīng)用具有良好的兼容性，無需外部供電，具有良好的優(yōu)勢特征。

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