廣播電視光纖數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

■昆明市廣播電視節(jié)目監(jiān)控中心：賀大珊

在媒介融合背景下，廣播電視與各大運(yùn)營(yíng)商之間的交流日益頻繁，各種數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出幾何倍增長(zhǎng)趨勢(shì)，特別是在特別活動(dòng)的直播中，現(xiàn)場(chǎng)直播對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)延傳輸速度和傳輸容量具有較高要求。然而，在光纖數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)不斷持續(xù)發(fā)展的背景下，廣播電視的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)能借力于更多先進(jìn)的技術(shù)，其數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝浴⒋笕萘客ㄐ乓约皬?qiáng)抗干擾能力明顯提升了廣播電視數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量，使得光纖數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)在廣播電視領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

1. 光纖傳輸系統(tǒng)概述

1.1 光纖傳輸系統(tǒng)理論概述

光纖是網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的重要媒介，也被稱為光導(dǎo)纖維，其主要材料為玻璃，由二氧化硅和無機(jī)物反應(yīng)之后形成的產(chǎn)物組成。光纖數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)將光波作為載體傳輸數(shù)據(jù)信息，并且在數(shù)據(jù)傳輸中能夠體現(xiàn)出優(yōu)質(zhì)、高效的特點(diǎn)，因此應(yīng)用該方法進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸能夠充分保障數(shù)據(jù)的真實(shí)性和可靠性。光纖由纖芯和包層組合而成，其原理在于借助光波經(jīng)過玻璃形成的折射反應(yīng)，光波因?yàn)槲锢碜饔镁哂休^高折射率，而且包層本身反射率較低，所以通過二者相互融合的方式能夠明顯提升廣播傳播的質(zhì)量。石英纖維是光纖的主要組成材料，依據(jù)石英纖維的性質(zhì)可以將光纖分為單模光纖和多模光纖，其中單模光纖在數(shù)據(jù)傳輸容量方面明顯優(yōu)于多模光纖。在光纖數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)普及應(yīng)用的背景下，將該技術(shù)應(yīng)用于廣播電視信號(hào)傳輸中已經(jīng)成為保障電視信號(hào)傳播質(zhì)量的重要方式。

1.2 光纖數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的組成

光纖數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)是由光接收機(jī)、光發(fā)射機(jī)、光纖、光纜以及多種耦合器件共同組合而成的信息傳輸系統(tǒng)。廣播電視光纖數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)主要以光的多樣性形態(tài)作為信息載體，將光纖作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾浇椋浣Y(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

圖1 光纖數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

光發(fā)射機(jī)的主要功能在于轉(zhuǎn)換信號(hào)形態(tài)，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為可提升傳輸效率的光信號(hào)，應(yīng)用光發(fā)射機(jī)的功能可以依照廣播電視在數(shù)據(jù)傳播方面的需求針對(duì)性調(diào)制廣播信號(hào)，確保光信號(hào)在光纖中穩(wěn)定傳輸；光接收機(jī)和光發(fā)射機(jī)在信號(hào)傳播的兩端相互對(duì)應(yīng)，所以光接收機(jī)在工作中需要首先調(diào)制解調(diào)信號(hào)，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，該設(shè)備主要由均衡器、放大器等重要構(gòu)件構(gòu)成，光信號(hào)在放大器和均衡器作用后將對(duì)其進(jìn)行放大和調(diào)制解調(diào)處理，最終應(yīng)用方便觀看的電信號(hào)形態(tài)為用戶提供直觀清晰的畫面；中繼器的重要功能在于和改善光信號(hào)在長(zhǎng)距離傳輸存在的畸變弊端，對(duì)光信號(hào)的放大和補(bǔ)償效果可以應(yīng)用中繼器的作用得到實(shí)現(xiàn)，而構(gòu)成中繼器的構(gòu)件主要為判斷再生器和光檢測(cè)器，，該設(shè)備能自動(dòng)采取補(bǔ)償和校正措施來應(yīng)對(duì)檢測(cè)到的光信號(hào)畸變現(xiàn)象，達(dá)到保證光信號(hào)質(zhì)量的目的。

2. 光纖傳輸系統(tǒng)的功能價(jià)值

在光纖數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的背景下，憑借光纖數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)先進(jìn)的功能輔助廣播電視信號(hào)傳輸已經(jīng)成為推動(dòng)廣播電視行業(yè)發(fā)展的重要途徑，應(yīng)用該方式能夠明顯提升信號(hào)傳輸?shù)男屎唾|(zhì)量，確保信號(hào)在光纖通道內(nèi)穩(wěn)定傳輸。從光纖數(shù)據(jù)傳輸流程方面來看，光纖傳輸系統(tǒng)在長(zhǎng)距離信號(hào)傳輸方面能夠表現(xiàn)出多種功能優(yōu)勢(shì)，避免了光信號(hào)在長(zhǎng)距離傳輸中產(chǎn)生失真現(xiàn)象。光纖傳輸系統(tǒng)具備良好的絕緣性能，盡管碰觸到各種電力設(shè)備，也能展現(xiàn)出較強(qiáng)的抗干擾能力，保證信號(hào)不會(huì)產(chǎn)生明顯波動(dòng)，仍能穩(wěn)定傳輸，同時(shí)光纖傳輸系統(tǒng)在應(yīng)用中也展現(xiàn)了良好的安全性能，系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)監(jiān)管中及時(shí)反饋其中存在的監(jiān)聽行為，利用針對(duì)性策略避免光纖傳輸系統(tǒng)在信號(hào)傳輸中出現(xiàn)橫條干擾和圖像撕扯等影響穩(wěn)定性的問題。另外，光纖傳輸系統(tǒng)的簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)能夠?yàn)楹罄m(xù)維護(hù)、維修提供便利條件，明顯提升光纖傳輸系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

光纖傳輸系統(tǒng)因?yàn)榉€(wěn)定、安全、便捷以及高效等特點(diǎn)廣受各個(gè)行業(yè)的青睞，所以光纖傳輸系統(tǒng)在廣播電視傳輸領(lǐng)域的運(yùn)用也成為了常態(tài)，同時(shí)，光纖傳輸系統(tǒng)也為廣播電視傳輸領(lǐng)域迅速發(fā)展提供了助力，光纖傳播系統(tǒng)的應(yīng)用能夠充分保障節(jié)目信號(hào)在傳輸方面的穩(wěn)定性和安全性，避免節(jié)目信號(hào)在傳輸過程中出現(xiàn)失真現(xiàn)象，同時(shí)也能夠充分滿足廣播電視網(wǎng)絡(luò)在擴(kuò)展用戶覆蓋面積方面的需求?？偟膩碚f，應(yīng)用光纖傳輸系統(tǒng)傳輸廣播電視信號(hào)能夠充分保障電視節(jié)目的質(zhì)量，有效滿足電視節(jié)目設(shè)計(jì)和用戶的多樣性需求。

3. 廣播電視中數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析

3.1 綜合分析性能指標(biāo)

在廣播電視光纖傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)圍繞著數(shù)據(jù)傳輸需求確定傳輸系統(tǒng)各項(xiàng)性能指標(biāo)，通過指標(biāo)數(shù)據(jù)得到的理論給后續(xù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供支持，載波二次復(fù)合差拍比和信噪比這兩個(gè)指標(biāo)應(yīng)該在廣播電視光纖數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)得到主要關(guān)注。光纖傳輸系統(tǒng)中信號(hào)和噪聲形成的對(duì)應(yīng)比例被稱為信噪比，目前提高信噪比的主要方式是采取減小光纖輸入功率的方式，載波二次復(fù)合差拍比是信號(hào)失真程度的直接表現(xiàn)，光纖傳輸中形成的色散和激光頻率是該指標(biāo)的重要影響因素，系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)結(jié)合實(shí)際需求對(duì)傳輸光纖和光發(fā)射機(jī)的參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。

3.2 規(guī)范性選擇光纖網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

從光纖傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)目前的情況來看，星型、環(huán)型和樹型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為目前主流光纖網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而且不同光纖網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的適用范圍存在明顯差異。星型光纖網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)可以為整體結(jié)構(gòu)控制提供便利條件，而且該結(jié)構(gòu)的成本相對(duì)較低，但是該光纖網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的整體可靠性明顯匱乏，因此該類光纖網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)大多應(yīng)用于節(jié)點(diǎn)連接中對(duì)可靠性要求低的用戶；分散集中式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也可以被稱為樹型網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中任何節(jié)點(diǎn)之間都不會(huì)形成回路，所以該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性較高；環(huán)型網(wǎng)絡(luò)是光纖網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中可靠性最高的一類，其環(huán)路封閉的模式能夠改善節(jié)點(diǎn)擴(kuò)充的弊端，所以該類網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的連接廣泛引用，而且目前我國(guó)習(xí)慣應(yīng)用雙回線路形式保障數(shù)據(jù)傳播的安全性。

3.3 計(jì)算相關(guān)參數(shù)

在光纖網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)綜合設(shè)計(jì)之后，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該在完整專業(yè)理論支撐下科學(xué)計(jì)算光損耗和光功率等重要影響信號(hào)傳輸穩(wěn)定性的參數(shù)。從各項(xiàng)參數(shù)信息的對(duì)比分析中能夠明顯發(fā)現(xiàn)，光功率和信噪比之間存在明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如下表1所示，因此在未知參數(shù)計(jì)算中可以應(yīng)用查表的方式，為光節(jié)點(diǎn)接收功率計(jì)算的科學(xué)性提供理論依據(jù)。

表1 光接收機(jī)產(chǎn)生的輸入光功率和信號(hào)的載噪比對(duì)應(yīng)關(guān)系

光鏈路損耗是光纖傳輸系統(tǒng)中的重要參數(shù)，其包含光纖損耗、活動(dòng)頭損耗、接續(xù)損耗以及光分路器損耗等，所以在參數(shù)計(jì)算中應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注這四類損耗。光纖損耗是光信號(hào)在光纖線路傳輸過程中產(chǎn)生的損耗，光纖損耗值為光纖系數(shù)和光纖長(zhǎng)度的積；接續(xù)損耗主要受焊接工藝水平的影響；活動(dòng)接頭損耗指光信號(hào)經(jīng)過光纖活動(dòng)接頭產(chǎn)生的損耗；光分路器損耗指光信號(hào)經(jīng)過光分路器形成的損耗。上述四種損耗共同構(gòu)成了光鏈路損耗。

4. 光纖傳輸系統(tǒng)應(yīng)用關(guān)鍵點(diǎn)

光纖傳輸系統(tǒng)在廣播電視領(lǐng)域得到了十分廣泛的應(yīng)用，所以光纖網(wǎng)絡(luò)的可靠性對(duì)廣播電視節(jié)目的質(zhì)量具有直接影響。但是在光纖數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)多樣性創(chuàng)新進(jìn)程中，光纖傳輸系統(tǒng)應(yīng)用方式多種多樣，因此在廣播電視節(jié)目中應(yīng)用光纖傳輸系統(tǒng)應(yīng)用合理把握系統(tǒng)應(yīng)用方式，確保廣播電視節(jié)目呈現(xiàn)出最佳效果。

4.1 壓縮傳輸模式

廣播電視信號(hào)傳輸?shù)某Ｒ姺绞街痪褪切盘?hào)壓縮，獨(dú)立性是該方法的主要特點(diǎn)。壓縮傳輸是指信號(hào)傳輸過程中應(yīng)用壓紋設(shè)備對(duì)廣播電視信號(hào)進(jìn)行壓縮處理，采用這樣的方式能夠有效縮減信號(hào)占據(jù)的空間，為保障廣播電視信號(hào)傳輸?shù)男屎颓逦鹊於ɑA(chǔ)。采用傳輸信號(hào)壓縮的方式能夠最大程度保障廣播電視信號(hào)的安全性，因此目前壓縮傳輸已經(jīng)成為大數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)闹饕绞?。但是從光纖傳輸系統(tǒng)應(yīng)用視角來看，光纖傳輸系統(tǒng)在壓縮傳輸中發(fā)揮著不可替代的作用。

在光纖傳輸系統(tǒng)支撐下傳輸廣播電視信號(hào)能夠充分發(fā)揮長(zhǎng)距離信號(hào)傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)，充分保障信號(hào)的真實(shí)性和穩(wěn)定性。因此在光纖傳輸系統(tǒng)應(yīng)用中，廣播電視信號(hào)的壓縮解碼質(zhì)量應(yīng)該得到切實(shí)保障。例如廣播電視信號(hào)在壓縮傳輸中應(yīng)當(dāng)運(yùn)用解碼設(shè)備的功能作用對(duì)信號(hào)進(jìn)行針對(duì)性處理，在接口信號(hào)獲取之后通過網(wǎng)絡(luò)適配器傳送到IBC，最后利用解碼器的功能對(duì)廣播電視信號(hào)進(jìn)行妥善處理，確保用戶能夠直觀獲取信號(hào)承載的新聞內(nèi)容，同時(shí)也可以為用戶帶來良好的觀看體驗(yàn)。光纖傳輸系統(tǒng)較大傳輸容量和高效傳輸特點(diǎn)能夠滿足不同廣播電視節(jié)目的信號(hào)傳輸需求，但是該功能并不能滿足多個(gè)節(jié)目在信號(hào)傳輸方面的需求。例如在直播節(jié)目中應(yīng)用壓縮傳輸模式將對(duì)信號(hào)的安全性和真實(shí)性造成威脅。光信號(hào)解壓和壓縮并不會(huì)對(duì)信號(hào)的真實(shí)性和傳輸質(zhì)量造成直接干擾，但是在信號(hào)傳輸過程中很容易延長(zhǎng)信號(hào)傳輸時(shí)間。和常規(guī)性信號(hào)傳輸模式相比，壓縮傳輸模式在圖像信號(hào)傳輸方面具有明顯弊端，其時(shí)延問題將對(duì)廣播電視節(jié)目的節(jié)奏造成干擾，嚴(yán)重情況下將導(dǎo)致廣播電視節(jié)目畫面不清晰、音頻和圖像不同步的現(xiàn)象，所以廣播電視節(jié)目在應(yīng)用壓縮傳輸時(shí)應(yīng)充分認(rèn)識(shí)該類問題。

4.2 非壓縮傳輸模式

廣播電視中光纖傳輸系統(tǒng)具有壓縮傳輸和非壓縮傳輸兩種模式，非壓縮模式在應(yīng)用中能夠改善壓縮傳輸模式存在的弊端。信號(hào)壓縮到解壓的完整過程為壓縮基本原理，而采用非壓縮傳輸模式可以減少信號(hào)壓縮到非壓縮過程形成的時(shí)間損耗，在非壓縮傳輸中只需要關(guān)注機(jī)房和終端連接情況，通過直連的方式能夠明顯優(yōu)化廣播電視信號(hào)高效、可靠的傳輸效果。非壓縮傳輸技術(shù)在廣播電視節(jié)目制作中應(yīng)用頻繁，應(yīng)用該技術(shù)可以充分保障信號(hào)承載內(nèi)容的真實(shí)性。例如目前光纖傳輸系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于直播類節(jié)目中，應(yīng)用該方法能夠?yàn)橛脩籼峁└咔瀹嬅?，?yīng)用實(shí)時(shí)的資訊滿足用戶的多樣性需求，從而為用戶提供良好的節(jié)目觀看體驗(yàn)。

非壓縮傳輸模式在實(shí)踐應(yīng)用中也暴露出影響節(jié)目質(zhì)量的明顯弊端。在廣播電視信號(hào)傳輸中，非壓縮傳輸?shù)姆€(wěn)定性對(duì)廣播電視信號(hào)傳輸質(zhì)量和廣播電視節(jié)目質(zhì)量具有直接的影響。例如在直播中應(yīng)用非壓縮傳輸形式時(shí)，信號(hào)傳輸?shù)慕K端將造成直播事故，對(duì)電視節(jié)目的品牌口碑和整體質(zhì)量造成深遠(yuǎn)影響，而且其中的影響難以預(yù)估。因此在應(yīng)用非壓縮傳輸技術(shù)傳輸廣播電視信號(hào)時(shí)應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注影響廣播電視信號(hào)穩(wěn)定性因素的各項(xiàng)指標(biāo)，嘗試從多角度提升非壓縮傳輸?shù)目煽啃?，工作人員可以從以下兩個(gè)方面保障非壓縮信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

一方面，工作人員應(yīng)充分認(rèn)識(shí)信號(hào)傳輸距離對(duì)信號(hào)傳輸穩(wěn)定性的影響。光纖傳輸系統(tǒng)在距離傳輸方面的性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)電纜，但是該系統(tǒng)并不能全面規(guī)避遠(yuǎn)距離傳輸對(duì)信號(hào)傳輸穩(wěn)定性的影響，因此工作人員在光纖傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)和非壓縮傳輸中應(yīng)創(chuàng)新遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸方法。例如工作人員可以結(jié)合實(shí)際需求配置性能完善的轉(zhuǎn)播車，應(yīng)用轉(zhuǎn)播車信號(hào)中繼功能可以改善遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸?shù)谋锥?，?yīng)用數(shù)字傳輸方法可以最大程度地滿足廣播電視節(jié)目在信號(hào)傳輸穩(wěn)定性方面的需求，同時(shí)也可以采用增加信號(hào)轉(zhuǎn)播機(jī)房的方式輔助非壓縮信號(hào)傳輸，例如，部分地方電視臺(tái)習(xí)慣在直播活動(dòng)中主要應(yīng)用數(shù)字信號(hào)傳輸方式，采用該方法能夠避免信號(hào)承載的信息在傳輸過程中出現(xiàn)流失或篡改現(xiàn)象，然而該方法要求電視臺(tái)與發(fā)射臺(tái)建立功能完善的光纖傳輸通道，并在信號(hào)傳輸過程中配備了具備多種性能的轉(zhuǎn)播車，采用這種信號(hào)緊密相連的方式能夠全面滿足廣播電視直播對(duì)信號(hào)傳輸?shù)母咭?，明顯提升直播信號(hào)數(shù)字傳輸?shù)姆€(wěn)定性和信息內(nèi)容的真實(shí)性。而且該電視臺(tái)為了避免信號(hào)在傳輸過程中出現(xiàn)不可預(yù)測(cè)的事故，還配備了信號(hào)轉(zhuǎn)播機(jī)房，利用信號(hào)轉(zhuǎn)播機(jī)房的功能能夠確保直播信號(hào)在遠(yuǎn)距離傳輸中實(shí)時(shí)性和真實(shí)性的效果。

另一方面，工作人員也可以從光纜布置方式方面創(chuàng)新信號(hào)傳輸方式。光纜是光纖傳輸系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要媒介，電纜故障將對(duì)廣播電視信號(hào)內(nèi)容的真實(shí)性和穩(wěn)定性產(chǎn)生直接影響，所以廣播電視直播節(jié)目對(duì)光纖傳輸系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性具有較高要求。目前廣播電視節(jié)目大多采用“主光纜+備用光纜”的形式避免光纜故障對(duì)光纖傳輸系統(tǒng)穩(wěn)定性產(chǎn)生直接影響。

4.3 廣播電視信號(hào)的混合傳輸應(yīng)用

混合型廣播電視信號(hào)傳輸模式是指壓縮傳輸和非壓縮傳輸復(fù)合傳輸模式，通過兩種信號(hào)傳輸模式優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的方式充分體現(xiàn)廣播電視信號(hào)傳輸?shù)亩鄻有詢r(jià)值。在廣播電視節(jié)目多樣性創(chuàng)新發(fā)展的背景下，多類型廣播電視節(jié)目的融合已經(jīng)成為重要的發(fā)展趨勢(shì)，因此提升信號(hào)傳輸質(zhì)量和增加信號(hào)傳輸帶寬已經(jīng)成為廣播電視信號(hào)傳輸?shù)木o迫要求?；旌蟼鬏攽?yīng)當(dāng)將基帶光纖和光端機(jī)直接并聯(lián)，從中體現(xiàn)增減帶寬的靈活性，同時(shí)還應(yīng)該結(jié)合實(shí)際需求打通SDH通道，為提升遠(yuǎn)距離廣播電視信號(hào)傳輸質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。

5. 結(jié)束語(yǔ)

運(yùn)用光纖傳輸技術(shù)高效率、大容量數(shù)據(jù)傳輸功能和較強(qiáng)的抗干擾能力能夠充分保障廣播電視節(jié)目在數(shù)據(jù)傳輸方面的穩(wěn)定性。但是在媒體深度融合背景下，多渠道數(shù)據(jù)傳播對(duì)廣播電視數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)性能的要求明顯增加，因此廣播電視光纖數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)該運(yùn)用前沿性技術(shù)優(yōu)化系統(tǒng)功能，在系統(tǒng)完善性能支撐下充分保障廣播電視數(shù)據(jù)傳播的穩(wěn)定性和高效性。