光技术在电视传媒的应用

光技术在电视传媒的应用内容摘要:本文重要介绍了现前阶段以蓝光盘为代表的最新光记录技术，以全波光纤和密集波分技术为代表的光传输技术，以及光记录技术和光传输技术在相关电视技术领域中的应用和优劣，而且设想了以光技术为基础的新型电视台媒体资产业务网络。本文关键词语:蓝光盘密集波分复用随着蓝光盘摄像机和录像机的出现，电视行业从传统磁带记录走向了光盘记录。固然这是光技术在广电领域应用的一小步，却是广电科技与时俱进的一大步。大约40年前，人类已经拥有第一根海底光缆。光通讯，在电信高端领域，方兴未艾。时至今日，在实验室，日本nec和法国阿尔卡特公司分别实现了总容量为10.9tb/s(273x40gb/s)和总容量为10.2tb/s(256x40gb/s)的传输容量最新记录。而单模光纤的无中继传输已经到达4000km。从技术上看，再有5年左右的时间，实用化的最大传输链路容量有可能到达5-10tb/s。简言之，网络容量将不会受限于传输链路。下面我们分别对光存储和光传输方面做以具体论述。一光存储资讯对储存容量需求日增，光存储技术在记录密度、容量、数据传输率、寻址时间等关键技术上有着宏大的发展潜力。业界一直在积极开发更高层次容量的各种储存技术。蓝紫色激光存储技术〔blue-violetlaser〕、磁光盘存储技术、做为硬盘〔hdd〕技术和磁的结合的近场光盘技术超解析度储存技术〔superrens〕、3d立体储存技术〔multilayers；multilevel〕以及荧光多层光盘技术fdm〔fluorescentmultilayerdisc〕等相继问世。传统ｃｄ和ｄｖｄ上有一层薄薄的反射层，和很多肉眼看不见的凹凸，它包括二进制信息。为了从这些盘片上读出数据，由一个半导体激光发生器产生特定波长的激光束，射向旋转中的光盘片，然后反射光通过棱镜和透镜构成的组镜机构再射向接收数据的光电装配，而这个光电装配连接的电路能够辩识出激光所反射回来的数据。在光盘上，数据是凹槽(pits)及平面(lands)的型式来加以编码，而光电装配的电路能辩识出激光射中的平面及射中凹槽的所走间隔差这就称为相位提升(phaseshift)，而这个技术就是在光盘中资料储存与读取的基础。经由光电读取装配，反射回到的凹槽与平面的变化将会转换成1与0的数位讯号，进而构成数据流特征。ｄｖｄ之所以容量比ｃｄ大，无非是在同样面积的盘片上凹凸更多而已。若要有效地缩小记录点大小以提升记录密度，必需使用短波长的光源；或者使用高折射系数的介质；或者提升透镜的na〔数值孔径〕值。显然在一个存储容量宏大的盘片上，红色激光根本无法辨识那么多更密集的凹凸了。因而索尼及其它公司纷纷转向蓝色激光的研究。蓝色激光的波长较短，因而驱动器能够辨识出更小半径的凹凸，盘片的容量就能够做的更大。如今的蓝光盘技术不管是日欧韩9家av产品制作商联合制订的新一代光盘规格"蓝光光盘"，还是东芝和nec向dvd论坛提出的"aod〔高级光盘，暂定名〕"规格，只不外是商家为自己谋求更高层次的商业利润而制订的不同的标准而已。就核心技术上而言，没有太大的区别。让我们再深切进入了解一下蓝光盘和高密度光存储技术的发展趋势。1、蓝光盘技术蓝光盘技术属于相变光盘〔phasechangedisk)技术，它与传统光盘记录不同，传统光盘的记录和读出原理是利用磁技术和光技术相结合来记录和读出信息，而相变光盘的记录和读出原理只是用光技术来记录和读出信息。相变光盘利用激光使记录介质在结晶态和非结晶态之间的可逆相变构造来实现信息的记录和擦除。在写操作时，聚焦激光束加热记录介质的目的是改变相变记录介质晶体状况，用结晶状况和非结晶状况来区分0和1；读操作时，利用结晶状况和非结晶状况具有不同反射率这个特性来检测0和1信号。实际的蓝光盘应用蓝紫色激光技术，能在直径12公分的盘片上，储存两小时的高清楚明晰度视音频信号，在2002年2月发布的初期版本中，透过使用405nm的蓝紫色电射半导体，na〔数值孔径〕值为0.85的读取头、以及0.1mm的光学透射保卫层架构，蓝光盘能够将12公分的单面光盘片资料储存容量提升到27gb。它能够记录两小时的高清楚明晰度视音频信号，以及跨越13小时的标准电视信号。在资料转换率方面，蓝光盘能够将高清楚明晰度的电视节目，以36mbps的速度从摄像机转换到播放媒体上，并能维持节目品质。另外，它还具有任意影像捕捉，以及重覆播放等功能。在兼容性方面，由于蓝光盘采取mpeg2码流压缩技术，因而它同时适用于数字广播系统，可履行电视台多种视频记录与播放。另外，在资料安全性部分，蓝光盘也采取了一种独特的id写入形式，可确保资料安全，并为盗版问题提出一套保卫版权的解决方案。2、高密度光存储技术的发展趋势〔1〕采取近场光学原理设计超分辨率的光学系统，使数值孔径跨越1.0，相当于探测器进入介质的辐射场，进而能够得到超精细构造信息，突破衍射极限，获得更高层次的分辨率，可使经典光学显微镜的分辨率提升两个数量级，面密度提升4个数量级。〔2〕以光量子效应代替当前的光热效应实现数据的写入与读出，从原理上将存储密度提升到分子量级以至原子量级，而且由于量子效应没有热学经过，其反应速度可到达皮秒量级〔1o-12秒〕，另外，由于记录介质的反应与其吸收的光子数有关，能够使记录方式从当前的二存储变成多值存储，使存储容量提升很多倍。〔3〕三维多重体全息存储，利用某些光学晶体的光折变效应记录全息图形图像，包含二值的或有灰阶的图像信息，由于全息图像对空间位置的敏感性，这种方法能够得到极高的存储容量，并基于光栅空间相位的变化，三维多重体全息存储器还有可能进行选择性擦除及重写。〔4〕利用现代物理学的其它成就，包含光子回波时域相干光子存储原理、光子俘获存储原理、共振荧光、超荧光和光学双稳态效应、光子诱发光致变色的光化学效应、双光子三维体相光致变色效应，以及借助很多新的工具和技术，诸如扫描隧道显微镜〔stm〕、原子力显微镜〔afm〕、光学集成技术及微光纤阵列技术等，提升存储密度和构成多层、多重、多灰阶、高速、并行读写海量存储系统。3、新型光盘技术的应用大量的信息要求有大容量的存储设备，光存储驱动器和几种光储存媒体均将呈现出足够快的增加趋向。光存储市场的发展，将改变声音图象及其它数据的存储方式及传播方式。光存储产品能够利用自动换盘系统，构成光盘库、光盘塔、光盘阵列，实现提升整个系统的容量、数据传输率及多数据存储的可靠性。假如将光盘库、光盘塔及光盘阵列与自动换盘系统有机结合，能够大大提升系统容量、数据传输率和显著改善存储数据的可靠性。在技术上，磁带已经基本上没有潜力了，而且与非线性的编纂系统存在明显的矛盾；专业光盘固然不会在很短的时间内取代磁带，但其非线性、高密度、低成本、高传输速度的优势已经带来了良好的开端。sony公司不失机会的推出光盘专业摄录像器材，这些设备使用基于蓝紫色激光技术的光盘作为存储介质，充足发挥非线性记录方式带来的灵敏性。例如：pdw-3000专业蓝光盘编纂录像机(演播室机型)，它可记录和重放imx/dvcam格式，具有完善丰富的输入输出接口，包含传统视音频和网络接口。它的双光头设计可实现高速文件读出。它具有快速图像搜索，图像索引功能和光盘的随机访问功能，能够快速定位到所需图像。它具有场景选择随机存取能力，使得任意定位素材段成为可能，跳过不需要的素材。十分值得提出的是这种录像机能够将高低分辨率素材同时记录在光盘上，高分辨率素材用于高质量节目的制造和输出，低分辨率素材可用于编纂，浏览等等，低分辨率素材还能够为互联网播出等用处提供数据。二光传输让我们再来看看光传输，如今各省市有线电视台网络中在骨干线多使用光缆传输信号，在电视台内部的新闻网或制造网也使用光纤代替电缆传送素材文件。众所周知，光纤传输比传统电缆传输有频带宽、容量大、损耗低、保真度高、抗干扰等优点。而随着光电子器件的连续发展，光纤工艺的提升，以及光纤技术和it技术的互相浸透和融合，光传输技术有了相当大的发展，这对电视台通信架构的改变起到了宏大的推动作用。以下为对知足电视台需求的光传输技术的详细论述。1、光纤技术的介绍〔1〕单波长技术对于业务量和间隔长度要求不大时，普通的单波长技术就已能知足需求。几年前单波光纤的数据传输就已能到达10gbps。当前在单波长上进行数据传输已经能够做到40g的带宽，固然这已经是单波长所能够传输的极限，而且实用的传输容量也没有这么大，但相对电视台内部网近间隔的视音频传输要求已经够用。单波技术基于电时分复用〔etdm〕技术，但由于微电子技术和光纤色散的限制，微电子技术难以支持电时分复用有新的突破。光纤上的色散是10gbps及其以上速率系统传输间隔的重要制约因素，且随着比特率越高而影响越大。〔2〕密集波分复用对于传输量更大，传输间隔更远的要求，仅靠提升单信道系统的速率已没有空间，另一种途径就是使用复用技术。光复用的方式有许多种，当前比较成熟并已进入大规模商用阶段的是光波分复用，尤其是dwdm--密集波分复用。〔dwdm：densewavelengthdivisionmultiplexing〕dwdm技术简单地说是在一根光纤上接入不同波长的光信号，使传输容量比单波长传输容量增长几倍以至上百倍。提到dwdm，不能不提掺铒光纤放大器〔edfa〕。edfa的出现使得dwdm得以实用。edfa是一种全光放大器，它的使用取代了原来光-电-光的中继再生方式，突破了光电、电光转换的速度瓶颈，使长间隔、大容量、高速率的光纤通信成为可能，是dwdm系统及将来高速系统、全光网络不可缺少的主要器件。edfa工作窗口在1530-1565nm，对波分复用中的每个波长补充功率，并经过若干个edfa再用再生器来消除色散的影响。使用dwdm，能够大大提升光缆传输容量，节省光纤，降低传输成本。dwdm当前可商用的水平，我们国家的传输容量为80gbps，国外如朗讯公司的传输容量为400gbps，实验室的水平则已跨越tbps。〔3〕新型g.655光纤〔4〕全波光纤使用全波光纤，增长传输频带。在将来的电视台光纤网中，除了传输多路的视音频数据以外，还会传输大量的管理数据。充足地拓展可用频带已成为关键。而在光纤的另一个低损窗口1.31um，固然石英光纤在这里波段时的色度色散为零，但由于1385nm附近存在着一个oh-离子吸收峰，对光纤传输能产生较大的衰减。而由此诞生的全波光纤采取了一种全新的生产工艺，几乎能够完全消除由oh-峰引起的负面影响，而且使用与普通的g.652匹配包层光纤一样的标准。由于开放了这一低损窗口，全波光纤的可用波长范围增长了100nm，使光纤的全部可用波长范围由大约200nm增长到300nm，可复用的波长数大大增长，而且在上述波长范围内，光纤的色散仅为1550nm波长区的一半，因此，容易实现高比特率长间隔传输。同时，由于波长范围大大扩展，一方面能够将不同的波长分配不同的数据流，进而改良网络管理；另一方面，允许使用波长间隔较宽、波长精度和稳定度要求较低的光源、合波器、分波器和其它元件，使元器件的成本大幅度下降，进而降低整个系统的成本。除此之外掺镨光纤放大器〔pdfa〕的研制成功也解决了1310nm波长光的中继问题。掺镨光纤放大器工作在1300nm波长窗口，以掺镨光纤作为增益介质。在实用经过中，可分别使用pdfa和edfa对1310nm和1550nm波长的光信号进行功率放大和补偿衰耗。无论是工作在1550nm的g.655光纤，还是使用1310nm的全波光纤，最新的光纤技术带来的是更高层次的传输速度和更大的传输容量，这为电视台使用光纤传输多种数据打下了坚实的基础。由于突破了传输瓶颈，在传输视音频信号的同时还可传输大量的管理信息，包含文件的元数据以及其他snmp数据流。这也为建立基于ip的视频管理网络铺平了道路。2、因特网技术和光纤技术的结合随着因特网技术的快速发展，atm、sdh、ip等技术不断融入到光成域网的建设中。当前代表发展方向的是ipoverwdm技术，其中比较成熟的解决方案是geoverdwdm〔ge：千兆以太网〕。geoverdwdm对于有线电视网络最大的好处就是能够实如今原有光纤网络基础上平滑、连续性的网络升级，同时能够和原有的10mb/s、100mb/s以太网无缝连接，能降低系统的成本和复杂性，保卫广电系统的投资。ipoverdwdm通俗的说法就是让ip数据包直接在光路上传送，减少网络层之间的冗余部分，能够省去网络运营商的成本，同时也降低用户使用通信业务的费用。geoverdwdm是ipoverdwdm的一种廉价方式，适用于广电系统城域ip骨干网的建设。千兆以太网〔ge〕技术是当前技术成熟的最快速以太网技术，它能够提供1gbps的带宽，由于采取和传统10mb/s、100mb/s以太网同样的帧格式和帧长，因而ge能够在原有低速以太网基础上实现平滑过渡。当前geoverdwdm使用光放大器后的传输间隔已可到达640公里。在现有的有线电视网络基础上，使用千兆以太网技术，具有一定的现实经济意义。能够预见，geoverdwdm技术将成为广电网络中城域网的理想方案。随着各种光传输技术不断地投入使用，整个电视台的网络架构将会发生宏大改变，而全光网和光接入网的建设和发展，使这种趋势越来越明显。三光应用由以上光记录和光传输的介绍，我们能够了解到光技术已经逐步浸透至专业视频领域。下面为笔者设想的以光技术为基础构建的新型电视台it制造网。相对于传统电视台制造网它将具备下面特性：1.首先是高效的资源分享能力。能够实现快速的数据存取、迁徙及交换。2.由于光盘录像机的出现，文件化的素材交换方式得以实现，解决了传统电视台制造网素材上下载消耗时间的瓶颈。3.具有智能化的网络监控管理功能。4.整个网络具备可扩展性，强容错性，高兼容性以及与其他网络的互换性。我们能够设想下面的以光技术为基础的全光业务网，当然这里的全光当前不会是完全的光技术，也包括节点转换上使用的一些光电和电光设备。前期节目素材由光盘摄像机收集，光盘摄像机能够是高端的sony的pdw蓝光盘摄像机，它的记录文件格式是mpeg24：2：2p@mlimx或者是dvcam格式；可以以是低端的东芝的家用dvd光盘录像机，它的记录格式是mpeg2ts流。以上文件格式的素材在摄像机内部被刻录到蓝光盘或普通的dvd碟片上。通过相应的光盘录像机或专用的光盘驱动器由光纤实时传输并存储到后期编纂制造单元。制造单元为现有的电视台制造工作站，由后期编纂制造单元来进行原始素材的编纂及后期处理工作，各种特效、字幕、配音、片头等在这里处完成。制造完的节目由光纤无损地送入存储部分的光盘库中，一方