光技術(shù)在電視傳媒的應用

光技術(shù)在電視傳媒的應用內(nèi)容摘要:本文重要介紹了現(xiàn)前階段以藍光盤為代表的最新光記錄技術(shù)，以全波光纖和密集波分技術(shù)為代表的光傳輸技術(shù)，以及光記錄技術(shù)和光傳輸技術(shù)在相關(guān)電視技術(shù)領(lǐng)域中的應用和優(yōu)劣，而且設想了以光技術(shù)為基礎的新型電視臺媒體資產(chǎn)業(yè)務網(wǎng)絡。本文關(guān)鍵詞語:藍光盤密集波分復用隨著藍光盤攝像機和錄像機的出現(xiàn)，電視行業(yè)從傳統(tǒng)磁帶記錄走向了光盤記錄。固然這是光技術(shù)在廣電領(lǐng)域應用的一小步，卻是廣電科技與時俱進的一大步。大約40年前，人類已經(jīng)擁有第一根海底光纜。光通訊，在電信高端領(lǐng)域，方興未艾。時至今日，在實驗室，日本nec和法國阿爾卡特公司分別實現(xiàn)了總?cè)萘繛?0.9tb/s(273x40gb/s)和總?cè)萘繛?0.2tb/s(256x40gb/s)的傳輸容量最新記錄。而單模光纖的無中繼傳輸已經(jīng)到達4000km。從技術(shù)上看，再有5年左右的時間，實用化的最大傳輸鏈路容量有可能到達5-10tb/s。簡言之，網(wǎng)絡容量將不會受限于傳輸鏈路。下面我們分別對光存儲和光傳輸方面做以具體論述。一光存儲資訊對儲存容量需求日增，光存儲技術(shù)在記錄密度、容量、數(shù)據(jù)傳輸率、尋址時間等關(guān)鍵技術(shù)上有著宏大的發(fā)展?jié)摿?。業(yè)界一直在積極開發(fā)更高層次容量的各種儲存技術(shù)。藍紫色激光存儲技術(shù)〔blue-violetlaser〕、磁光盤存儲技術(shù)、做為硬盤〔hdd〕技術(shù)和磁的結(jié)合的近場光盤技術(shù)超解析度儲存技術(shù)〔superrens〕、3d立體儲存技術(shù)〔multilayers；multilevel〕以及熒光多層光盤技術(shù)fdm〔fluorescentmultilayerdisc〕等相繼問世。傳統(tǒng)ｃｄ和ｄｖｄ上有一層薄薄的反射層，和很多肉眼看不見的凹凸，它包括二進制信息。為了從這些盤片上讀出數(shù)據(jù)，由一個半導體激光發(fā)生器產(chǎn)生特定波長的激光束，射向旋轉(zhuǎn)中的光盤片，然后反射光通過棱鏡和透鏡構(gòu)成的組鏡機構(gòu)再射向接收數(shù)據(jù)的光電裝配，而這個光電裝配連接的電路能夠辯識出激光所反射回來的數(shù)據(jù)。在光盤上，數(shù)據(jù)是凹槽(pits)及平面(lands)的型式來加以編碼，而光電裝配的電路能辯識出激光射中的平面及射中凹槽的所走間隔差這就稱為相位提升(phaseshift)，而這個技術(shù)就是在光盤中資料儲存與讀取的基礎。經(jīng)由光電讀取裝配，反射回到的凹槽與平面的變化將會轉(zhuǎn)換成1與0的數(shù)位訊號，進而構(gòu)成數(shù)據(jù)流特征。ｄｖｄ之所以容量比ｃｄ大，無非是在同樣面積的盤片上凹凸更多而已。若要有效地縮小記錄點大小以提升記錄密度，必需使用短波長的光源；或者使用高折射系數(shù)的介質(zhì)；或者提升透鏡的na〔數(shù)值孔徑〕值。顯然在一個存儲容量宏大的盤片上，紅色激光根本無法辨識那么多更密集的凹凸了。因而索尼及其它公司紛紛轉(zhuǎn)向藍色激光的研究。藍色激光的波長較短，因而驅(qū)動器能夠辨識出更小半徑的凹凸，盤片的容量就能夠做的更大。如今的藍光盤技術(shù)不管是日歐韓9家av產(chǎn)品制作商聯(lián)合制訂的新一代光盤規(guī)格"藍光光盤"，還是東芝和nec向dvd論壇提出的"aod〔高級光盤，暫定名〕"規(guī)格，只不外是商家為自己謀求更高層次的商業(yè)利潤而制訂的不同的標準而已。就核心技術(shù)上而言，沒有太大的區(qū)別。讓我們再深切進入了解一下藍光盤和高密度光存儲技術(shù)的發(fā)展趨勢。1、藍光盤技術(shù)藍光盤技術(shù)屬于相變光盤〔phasechangedisk)技術(shù)，它與傳統(tǒng)光盤記錄不同，傳統(tǒng)光盤的記錄和讀出原理是利用磁技術(shù)和光技術(shù)相結(jié)合來記錄和讀出信息，而相變光盤的記錄和讀出原理只是用光技術(shù)來記錄和讀出信息。相變光盤利用激光使記錄介質(zhì)在結(jié)晶態(tài)和非結(jié)晶態(tài)之間的可逆相變構(gòu)造來實現(xiàn)信息的記錄和擦除。在寫操作時，聚焦激光束加熱記錄介質(zhì)的目的是改變相變記錄介質(zhì)晶體狀況，用結(jié)晶狀況和非結(jié)晶狀況來區(qū)分0和1；讀操作時，利用結(jié)晶狀況和非結(jié)晶狀況具有不同反射率這個特性來檢測0和1信號。實際的藍光盤應用藍紫色激光技術(shù)，能在直徑12公分的盤片上，儲存兩小時的高清楚明晰度視音頻信號，在2002年2月發(fā)布的初期版本中，透過使用405nm的藍紫色電射半導體，na〔數(shù)值孔徑〕值為0.85的讀取頭、以及0.1mm的光學透射保衛(wèi)層架構(gòu)，藍光盤能夠?qū)?2公分的單面光盤片資料儲存容量提升到27gb。它能夠記錄兩小時的高清楚明晰度視音頻信號，以及跨越13小時的標準電視信號。在資料轉(zhuǎn)換率方面，藍光盤能夠?qū)⒏咔宄魑鹊碾娨暪?jié)目，以36mbps的速度從攝像機轉(zhuǎn)換到播放媒體上，并能維持節(jié)目品質(zhì)。另外，它還具有任意影像捕捉，以及重覆播放等功能。在兼容性方面，由于藍光盤采取mpeg2碼流壓縮技術(shù)，因而它同時適用于數(shù)字廣播系統(tǒng)，可履行電視臺多種視頻記錄與播放。另外，在資料安全性部分，藍光盤也采取了一種獨特的id寫入形式，可確保資料安全，并為盜版問題提出一套保衛(wèi)版權(quán)的解決方案。2、高密度光存儲技術(shù)的發(fā)展趨勢〔1〕采取近場光學原理設計超分辨率的光學系統(tǒng)，使數(shù)值孔徑跨越1.0，相當于探測器進入介質(zhì)的輻射場，進而能夠得到超精細構(gòu)造信息，突破衍射極限，獲得更高層次的分辨率，可使經(jīng)典光學顯微鏡的分辨率提升兩個數(shù)量級，面密度提升4個數(shù)量級?！?〕以光量子效應代替當前的光熱效應實現(xiàn)數(shù)據(jù)的寫入與讀出，從原理上將存儲密度提升到分子量級以至原子量級，而且由于量子效應沒有熱學經(jīng)過，其反應速度可到達皮秒量級〔1o-12秒〕，另外，由于記錄介質(zhì)的反應與其吸收的光子數(shù)有關(guān)，能夠使記錄方式從當前的二存儲變成多值存儲，使存儲容量提升很多倍?！?〕三維多重體全息存儲，利用某些光學晶體的光折變效應記錄全息圖形圖像，包含二值的或有灰階的圖像信息，由于全息圖像對空間位置的敏感性，這種方法能夠得到極高的存儲容量，并基于光柵空間相位的變化，三維多重體全息存儲器還有可能進行選擇性擦除及重寫?！?〕利用現(xiàn)代物理學的其它成就，包含光子回波時域相干光子存儲原理、光子俘獲存儲原理、共振熒光、超熒光和光學雙穩(wěn)態(tài)效應、光子誘發(fā)光致變色的光化學效應、雙光子三維體相光致變色效應，以及借助很多新的工具和技術(shù)，諸如掃描隧道顯微鏡〔stm〕、原子力顯微鏡〔afm〕、光學集成技術(shù)及微光纖陣列技術(shù)等，提升存儲密度和構(gòu)成多層、多重、多灰階、高速、并行讀寫海量存儲系統(tǒng)。3、新型光盤技術(shù)的應用大量的信息要求有大容量的存儲設備，光存儲驅(qū)動器和幾種光儲存媒體均將呈現(xiàn)出足夠快的增加趨向。光存儲市場的發(fā)展，將改變聲音圖象及其它數(shù)據(jù)的存儲方式及傳播方式。光存儲產(chǎn)品能夠利用自動換盤系統(tǒng)，構(gòu)成光盤庫、光盤塔、光盤陣列，實現(xiàn)提升整個系統(tǒng)的容量、數(shù)據(jù)傳輸率及多數(shù)據(jù)存儲的可靠性。假如將光盤庫、光盤塔及光盤陣列與自動換盤系統(tǒng)有機結(jié)合，能夠大大提升系統(tǒng)容量、數(shù)據(jù)傳輸率和顯著改善存儲數(shù)據(jù)的可靠性。在技術(shù)上，磁帶已經(jīng)基本上沒有潛力了，而且與非線性的編纂系統(tǒng)存在明顯的矛盾；專業(yè)光盤固然不會在很短的時間內(nèi)取代磁帶，但其非線性、高密度、低成本、高傳輸速度的優(yōu)勢已經(jīng)帶來了良好的開端。sony公司不失機會的推出光盤專業(yè)攝錄像器材，這些設備使用基于藍紫色激光技術(shù)的光盤作為存儲介質(zhì)，充足發(fā)揮非線性記錄方式帶來的靈敏性。例如：pdw-3000專業(yè)藍光盤編纂錄像機(演播室機型)，它可記錄和重放imx/dvcam格式，具有完善豐富的輸入輸出接口，包含傳統(tǒng)視音頻和網(wǎng)絡接口。它的雙光頭設計可實現(xiàn)高速文件讀出。它具有快速圖像搜索，圖像索引功能和光盤的隨機訪問功能，能夠快速定位到所需圖像。它具有場景選擇隨機存取能力，使得任意定位素材段成為可能，跳過不需要的素材。十分值得提出的是這種錄像機能夠?qū)⒏叩头直媛仕夭耐瑫r記錄在光盤上，高分辨率素材用于高質(zhì)量節(jié)目的制造和輸出，低分辨率素材可用于編纂，瀏覽等等，低分辨率素材還能夠為互聯(lián)網(wǎng)播出等用處提供數(shù)據(jù)。二光傳輸讓我們再來看看光傳輸，如今各省市有線電視臺網(wǎng)絡中在骨干線多使用光纜傳輸信號，在電視臺內(nèi)部的新聞網(wǎng)或制造網(wǎng)也使用光纖代替電纜傳送素材文件。眾所周知，光纖傳輸比傳統(tǒng)電纜傳輸有頻帶寬、容量大、損耗低、保真度高、抗干擾等優(yōu)點。而隨著光電子器件的連續(xù)發(fā)展，光纖工藝的提升，以及光纖技術(shù)和it技術(shù)的互相浸透和融合，光傳輸技術(shù)有了相當大的發(fā)展，這對電視臺通信架構(gòu)的改變起到了宏大的推動作用。以下為對知足電視臺需求的光傳輸技術(shù)的詳細論述。1、光纖技術(shù)的介紹〔1〕單波長技術(shù)對于業(yè)務量和間隔長度要求不大時，普通的單波長技術(shù)就已能知足需求。幾年前單波光纖的數(shù)據(jù)傳輸就已能到達10gbps。當前在單波長上進行數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)能夠做到40g的帶寬，固然這已經(jīng)是單波長所能夠傳輸?shù)臉O限，而且實用的傳輸容量也沒有這么大，但相對電視臺內(nèi)部網(wǎng)近間隔的視音頻傳輸要求已經(jīng)夠用。單波技術(shù)基于電時分復用〔etdm〕技術(shù)，但由于微電子技術(shù)和光纖色散的限制，微電子技術(shù)難以支持電時分復用有新的突破。光纖上的色散是10gbps及其以上速率系統(tǒng)傳輸間隔的重要制約因素，且隨著比特率越高而影響越大?！?〕密集波分復用對于傳輸量更大，傳輸間隔更遠的要求，僅靠提升單信道系統(tǒng)的速率已沒有空間，另一種途徑就是使用復用技術(shù)。光復用的方式有許多種，當前比較成熟并已進入大規(guī)模商用階段的是光波分復用，尤其是dwdm--密集波分復用。〔dwdm：densewavelengthdivisionmultiplexing〕dwdm技術(shù)簡單地說是在一根光纖上接入不同波長的光信號，使傳輸容量比單波長傳輸容量增長幾倍以至上百倍。提到dwdm，不能不提摻鉺光纖放大器〔edfa〕。edfa的出現(xiàn)使得dwdm得以實用。edfa是一種全光放大器，它的使用取代了原來光-電-光的中繼再生方式，突破了光電、電光轉(zhuǎn)換的速度瓶頸，使長間隔、大容量、高速率的光纖通信成為可能，是dwdm系統(tǒng)及將來高速系統(tǒng)、全光網(wǎng)絡不可缺少的主要器件。edfa工作窗口在1530-1565nm，對波分復用中的每個波長補充功率，并經(jīng)過若干個edfa再用再生器來消除色散的影響。使用dwdm，能夠大大提升光纜傳輸容量，節(jié)省光纖，降低傳輸成本。dwdm當前可商用的水平，我們國家的傳輸容量為80gbps，國外如朗訊公司的傳輸容量為400gbps，實驗室的水平則已跨越tbps。〔3〕新型g.655光纖〔4〕全波光纖使用全波光纖，增長傳輸頻帶。在將來的電視臺光纖網(wǎng)中，除了傳輸多路的視音頻數(shù)據(jù)以外，還會傳輸大量的管理數(shù)據(jù)。充足地拓展可用頻帶已成為關(guān)鍵。而在光纖的另一個低損窗口1.31um，固然石英光纖在這里波段時的色度色散為零，但由于1385nm附近存在著一個oh-離子吸收峰，對光纖傳輸能產(chǎn)生較大的衰減。而由此誕生的全波光纖采取了一種全新的生產(chǎn)工藝，幾乎能夠完全消除由oh-峰引起的負面影響，而且使用與普通的g.652匹配包層光纖一樣的標準。由于開放了這一低損窗口，全波光纖的可用波長范圍增長了100nm，使光纖的全部可用波長范圍由大約200nm增長到300nm，可復用的波長數(shù)大大增長，而且在上述波長范圍內(nèi)，光纖的色散僅為1550nm波長區(qū)的一半，因此，容易實現(xiàn)高比特率長間隔傳輸。同時，由于波長范圍大大擴展，一方面能夠?qū)⒉煌牟ㄩL分配不同的數(shù)據(jù)流，進而改良網(wǎng)絡管理；另一方面，允許使用波長間隔較寬、波長精度和穩(wěn)定度要求較低的光源、合波器、分波器和其它元件，使元器件的成本大幅度下降，進而降低整個系統(tǒng)的成本。除此之外摻鐠光纖放大器〔pdfa〕的研制成功也解決了1310nm波長光的中繼問題。摻鐠光纖放大器工作在1300nm波長窗口，以摻鐠光纖作為增益介質(zhì)。在實用經(jīng)過中，可分別使用pdfa和edfa對1310nm和1550nm波長的光信號進行功率放大和補償衰耗。無論是工作在1550nm的g.655光纖，還是使用1310nm的全波光纖，最新的光纖技術(shù)帶來的是更高層次的傳輸速度和更大的傳輸容量，這為電視臺使用光纖傳輸多種數(shù)據(jù)打下了堅實的基礎。由于突破了傳輸瓶頸，在傳輸視音頻信號的同時還可傳輸大量的管理信息，包含文件的元數(shù)據(jù)以及其他snmp數(shù)據(jù)流。這也為建立基于ip的視頻管理網(wǎng)絡鋪平了道路。2、因特網(wǎng)技術(shù)和光纖技術(shù)的結(jié)合隨著因特網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，atm、sdh、ip等技術(shù)不斷融入到光成域網(wǎng)的建設中。當前代表發(fā)展方向的是ipoverwdm技術(shù)，其中比較成熟的解決方案是geoverdwdm〔ge：千兆以太網(wǎng)〕。geoverdwdm對于有線電視網(wǎng)絡最大的好處就是能夠?qū)嵢缃裨泄饫w網(wǎng)絡基礎上平滑、連續(xù)性的網(wǎng)絡升級，同時能夠和原有的10mb/s、100mb/s以太網(wǎng)無縫連接，能降低系統(tǒng)的成本和復雜性，保衛(wèi)廣電系統(tǒng)的投資。ipoverdwdm通俗的說法就是讓ip數(shù)據(jù)包直接在光路上傳送，減少網(wǎng)絡層之間的冗余部分，能夠省去網(wǎng)絡運營商的成本，同時也降低用戶使用通信業(yè)務的費用。geoverdwdm是ipoverdwdm的一種廉價方式，適用于廣電系統(tǒng)城域ip骨干網(wǎng)的建設。千兆以太網(wǎng)〔ge〕技術(shù)是當前技術(shù)成熟的最快速以太網(wǎng)技術(shù)，它能夠提供1gbps的帶寬，由于采取和傳統(tǒng)10mb/s、100mb/s以太網(wǎng)同樣的幀格式和幀長，因而ge能夠在原有低速以太網(wǎng)基礎上實現(xiàn)平滑過渡。當前geoverdwdm使用光放大器后的傳輸間隔已可到達640公里。在現(xiàn)有的有線電視網(wǎng)絡基礎上，使用千兆以太網(wǎng)技術(shù)，具有一定的現(xiàn)實經(jīng)濟意義。能夠預見，geoverdwdm技術(shù)將成為廣電網(wǎng)絡中城域網(wǎng)的理想方案。隨著各種光傳輸技術(shù)不斷地投入使用，整個電視臺的網(wǎng)絡架構(gòu)將會發(fā)生宏大改變，而全光網(wǎng)和光接入網(wǎng)的建設和發(fā)展，使這種趨勢越來越明顯。三光應用由以上光記錄和光傳輸?shù)慕榻B，我們能夠了解到光技術(shù)已經(jīng)逐步浸透至專業(yè)視頻領(lǐng)域。下面為筆者設想的以光技術(shù)為基礎構(gòu)建的新型電視臺it制造網(wǎng)。相對于傳統(tǒng)電視臺制造網(wǎng)它將具備下面特性：1.首先是高效的資源分享能力。能夠?qū)崿F(xiàn)快速的數(shù)據(jù)存取、遷徙及交換。2.由于光盤錄像機的出現(xiàn)，文件化的素材交換方式得以實現(xiàn)，解決了傳統(tǒng)電視臺制造網(wǎng)素材上下載消耗時間的瓶頸。3.具有智能化的網(wǎng)絡監(jiān)控管理功能。4.整個網(wǎng)絡具備可擴展性，強容錯性，高兼容性以及與其他網(wǎng)絡的互換性。我們能夠設想下面的以光技術(shù)為基礎的全光業(yè)務網(wǎng)，當然這里的全光當前不會是完全的光技術(shù)，也包括節(jié)點轉(zhuǎn)換上使用的一些光電和電光設備。前期節(jié)目素材由光盤攝像機收集，光盤攝像機能夠是高端的sony的pdw藍光盤攝像機，它的記錄文件格式是mpeg24：2：2p@mlimx或者是dvcam格式；可以以是低端的東芝的家用dvd光盤錄像機，它的記錄格式是mpeg2ts流。以上文件格式的素材在攝像機內(nèi)部被刻錄到藍光盤或普通的dvd碟片上。通過相應的光盤錄像機或?qū)Ｓ玫墓獗P驅(qū)動器由光纖實時傳輸并存儲到后期編纂制造單元。制造單元為現(xiàn)有的電視臺制造工作站，由后期編纂制造單元來進行原始素材的編纂及后期處理工作，各種特效、字幕、配音、片頭等在這里處完成。制造完的節(jié)目由光纖無損地送入存儲部分的光盤庫中，一方