淺析光技術在電視傳媒的應用

1、淺析光技術在電視傳媒的應用摘要：本文主要介紹了現(xiàn)階段以藍光盤為代表的最新光記錄技術，以全波光纖 和密集波分技術為代表的光傳輸技術，以及光記錄技術和光傳輸技術在相關電視 技術領域中的應用和優(yōu)劣，并且設想了以光技術為基礎的新型電視臺媒體資產業(yè) 務絡。關鍵詞：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)，電視傳媒行業(yè)從傳統(tǒng)磁帶記錄走向 了光盤記錄。雖然這是光技術在廣電領域應用的一小步， 卻是廣電科技與時俱進 的一大步。大約40年前，人類已經擁有第一根海底光纜。光通訊，在電信高端領 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 總容量為/s(273x40Gb/s)和

2、總容量為/s(256x40Gb/s)的傳輸容量最新世界記錄。 而單模光纖的無中繼傳輸已經達到 4000KM從技術上看，再有5年左右的時間， 實用化的最大傳輸鏈路容量有可能達到5-10Tb/s。簡言之，絡容量將不會受限于傳輸鏈路。以下我們分別對光存儲和光傳輸方面做以詳細闡述。一光存儲資訊對儲存容量需求日增，光存儲技術在記錄密度、容量、數(shù)據(jù)傳輸率、 尋址時間等關鍵技術上有著巨大的發(fā)展?jié)摿Α?業(yè)界一直在積極開發(fā)更高容量的各 種儲存技術。藍紫色激光存儲技術(Blue-Violet Laser )、磁光盤存儲技術、做 為硬盤(HDD技術和磁光盤技術的結合的近場光盤技術超解析度儲存技術(SuperREN$

3、、3D立體儲存技術(Multi Layers ； Multi Level )以及熒光多層光盤技 術 FDM( Fluoresce nt Multilayer Disc )等相繼問世。傳統(tǒng)CD和DVD上有一層薄薄的反射層，和許多肉眼看不見的凹凸， 它包含二進制信息。為了從這些盤片上讀出數(shù)據(jù)，由一個半導體激光發(fā)生器產生 特定波長的激光束，射向旋轉中的光盤片，然后反射光通過棱鏡和透鏡構成的組 鏡機構再射向接收數(shù)據(jù)的光電裝置，而這個光電裝置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，而光電裝置的電路能辯識出激光射中的平面及射中凹

4、槽的所走距離差這就 稱為相位提升(Phase Shift)，而這個技術就是在光盤中資料儲存與讀取的基礎。 經由光電讀取裝置，反射回到的凹槽與平面的變化將會轉換成1與0的數(shù)位訊號，從而構成數(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罷了。若要有效地縮小記錄點大小以提升記錄密度， 必須使用短波長的 光源；或者使用高折射系數(shù)的介質；或者提升透鏡的NA （數(shù)值孔徑）值。顯然在一個存儲容量巨大的盤片上，紅色激光根本無法辨識那么多更密集的凹凸了。 因此索尼及其它公司紛紛轉向藍色激光的研究。藍色激光的波長較短，因此驅動 器可以辨識出更小半徑的凹凸，盤片的容量就可以做的更大?，F(xiàn)在的藍

5、光盤技術 不管是日歐韓9家AV產品制造商聯(lián)合制定的新一代光盤規(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，只不過是 商家為自己謀求更高的商業(yè)利潤而制定的不同的標準罷了。就核心技術上而言， 沒有太大的區(qū)別。讓我們再深入了解一下藍光盤和高密度光存儲技術的發(fā)展趨勢。1、藍光盤技術藍光盤技術屬于相變光盤（Phase ChangeDisk）技術，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和光技術相結合來記錄和讀出 信息，而相變光盤的記錄和讀出原理只是用光技術來記錄和讀出信息。相變光盤利用激光使記錄介質在結晶態(tài)和非結晶態(tài)之間的可逆相變結構來實

6、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的目的是改變相變記錄介質晶 體狀態(tài)，用結晶狀態(tài)和非結晶狀態(tài)來區(qū)分 0和1;讀操作時，利用結晶狀態(tài)和非 結晶狀態(tài)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，能在直徑 12公分的盤片上，儲存 兩小時的高清晰度視音頻信號，在 20XX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）值為的讀取頭、以及的光學透射保 護層架構，藍光盤可以將12公分的單面光盤片資料儲存容量提升到 27GB它可 以記錄兩小時的高清晰度視音頻信號，以及超過 13小時的標準電視信號。在資料轉換率方面，藍光盤可以

7、將高清晰度的電視節(jié)目，以 36Mb ps的 速度從攝像機轉換到播放媒體上， 并能維持節(jié)目品質。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，由于藍光盤采用MPEG碼流壓縮技術，因此它同時適用 于數(shù)字廣播系統(tǒng)，可執(zhí)行電視臺多種視頻記錄與播放。另外，在資料安全性部分，藍光盤也采用了一種獨特的ID寫入模式，可確保資料安全，并為盜版問題提出一套保護版權的解決方案。2、高密度光存儲技術的發(fā)展趨勢（1）采用近場光學原理設計超分辨率的光學系統(tǒng)， 使數(shù)值孔徑超過，相當于探 測器進入介質的輻射場，從而能夠得到超精細結構信息，突破衍射極限，獲得更 高的分辨率，可使經典光學顯微鏡的分辨率提高兩個數(shù)

8、量級， 面密度提高4個數(shù) 量級。（2） 以光量子效應代替目前的光熱效應實現(xiàn)數(shù)據(jù)的寫入與讀出， 從原理上將存 儲密度提高到分子量級甚至原子量級， 而且由于量子效應沒有熱學過程，其反應 速度可達到皮秒量級（10-12秒），另外，由于記錄介質的反應與其吸收的光子數(shù)有關，可以使記錄方式從目前的二存儲變成多值存儲， 使存儲容量提高許多倍。（3）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， 包括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 可以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。（4） 利用當代物理學

9、的其它成就，包括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， 以及借助許多新的工具和技術， 諸如掃 描隧道顯微鏡（STM、原子力顯微鏡（AFM、光學集成技術及微光纖陣列技術等， 提高存儲密度和構成多層、多重、多灰階、高速、并行讀寫海量存儲系統(tǒng)。3、新型光盤技術的應用大量的信息要求有大容量的存儲設備，光存儲驅動器和幾種光儲存媒體 均將呈現(xiàn)出足夠快的增長趨向。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。光存儲產品可以利用自動換盤系統(tǒng)， 組成光盤庫、光盤 塔、光盤陣列，實現(xiàn)提高整

10、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。如果將光盤庫、光盤塔及光盤陣列與自動換盤系統(tǒng)有機 結合，可以大大提高系統(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。在技術上，磁帶已經基本上沒有潛力了，而且與非線性的編輯系統(tǒng)存在 明顯的矛盾；專業(yè)光盤雖然不會在很短的時間內取代磁帶， 但其非線性、高密度、 低成本、高傳輸速度的優(yōu)勢已經帶來了良好的開端。So ny公司不失時機的推出P DW-3000專業(yè)藍光盤編輯錄像光盤專業(yè)攝錄像器材，這些設備使用基于藍紫色激光技術的光盤作為存儲介質， 充分發(fā)揮非線性記錄方式帶來的靈活性。例如：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

11、輸出接 口，包括傳統(tǒng)視音頻和絡接口。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，可以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，跳過不必要的素 材。特別值得提出的是這種錄像機可以將高低分辨率素材同時記錄在光盤上，高分辨率素材用于高質量節(jié)目的制作和輸出，低分辨率素材可用于編輯，瀏覽等等， 低分辨率素材還可以為互聯(lián)播出等用途提供數(shù)據(jù)。二光傳輸讓我們再來看看光傳輸，現(xiàn)在各省市有線電視臺絡中在主干線多使用光 纜傳輸信號，在電視臺內部的新聞或制作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

12、大、損耗低、保真度高、抗干 擾等優(yōu)點。而隨著光電子器件的持續(xù)發(fā)展，光纖工藝的提高，以及光纖技術和 IT技術的相互滲透和融合，光傳輸技術有了相當大的發(fā)展，這對電視臺通信架 構的改變起到了巨大的推動作用。以下是對滿足電視臺需求的光傳輸技術的具體 闡述。1 、光纖技術的介紹(1) 單波長技術對于業(yè)務量和距離長度要求不大時，普通的單波長技術就已能滿足需求。 幾年前單波光纖的數(shù)據(jù)傳輸就已能達到 10 Gbps目前在單波長上進行數(shù)據(jù)傳輸 已經能夠做到40G的帶寬，雖然這已經是單波長所能夠傳輸?shù)臉O限，并且實用的傳輸容量也沒有這么大，但相對電視臺內部近距離的視音頻傳輸要求已經夠用。單波技術基于電時分復用(ET

13、DM技術，但由于微電子技術和光纖色散的限制， 微電子技術難以支持電時分復用有新的突破。光纖上的色散是10 Gbps及其以上速率系統(tǒng)傳輸距離的主要制約因素，且隨著比特率越高而影響越大。(2) 密集波分復用對于傳輸量更大，傳輸距離更遠的要求，僅靠提高單信道系統(tǒng)的速率已 沒有空間，另一種途徑就是使用復用技術。光復用的方式有很多種，目前比較成 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。(DWDMDe nse Wavele ngth Divisio n Mult ip lexi ng)DWDMfe術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加幾倍甚

14、至上百倍。提到DWDW能不提摻鉺光纖放大器(EDFA。 EDFA勺出現(xiàn)使得DWD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、電光轉換的速度瓶頸，使長距離、大容 量、高速率的光纖通信成為可能，是 DWDI系統(tǒng)及未來高速系統(tǒng)、全光絡不可缺 少的重要器件。EDFAX作窗口在1530-1565nm對波分復用中的每個波長補充功 率，并經過若干個EDFA再用再生器來消除色散的影響。使用DWDM可以大大提高光纜傳輸容量，節(jié)省光纖，降低傳輸成本。 DWD0前可商用的水平，我國的傳輸容量為 80 Gbps,國外如朗訊公司的傳輸容 量為400 Gbps，實驗室的水

15、平則已超過 Tbps。(3) 新型光纖(4) 全波光纖使用全波光纖，增加傳輸頻帶。在未來的電視臺光纖中，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)。充分地拓展可用頻帶已成為關鍵。 而在光纖的另一個低損窗口，雖然石英光纖在此波段時的色度色散為零， 但由于 1385nm附近存在著一個0H離子吸收峰，對光纖傳輸能產生較大的衰減。而由此 誕生的全波光纖采用了一種全新的生產工藝，幾乎可以完全消除由OH峰引起的負面影響，并且使用與普通的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加了100nm使光纖的全部可用波長范圍由大約 200nm增加到300nm可復用的波長數(shù)大

16、大增加， 而且在上述波長范圍內，光纖的色散僅為 1550nm波長區(qū)的一半，因而，容易實 現(xiàn)高比特率長距離傳輸。同時，由于波長范圍大大擴展，一方面可以將不同的波 長分配不同的數(shù)據(jù)流，從而改進絡管理；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，從而降低整個系統(tǒng)的成本。此外摻錯光纖放大器（PDFA的研制成功也解決了 1310nm波長光的中 繼問題。摻錯光纖放大器工作在1300nm波長窗口，以摻錯光纖作為增益介質。 在實用過程中，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

17、是工作在1550nm的光纖，還是使用 纖技術帶來的是更高的傳輸速度和更大的傳輸容量， 種數(shù)據(jù)打下了堅實的基礎。由于突破了傳輸瓶頸， 傳輸大量的管理信息，包括文件的元數(shù)據(jù)以及其他 于IP的視頻管理絡鋪平了道路。2、因特技術和光纖技術的結合1310nm的全波光纖，最新的光 這為電視臺使用光纖傳輸多 在傳輸視音頻信號的同時還可SNM數(shù)據(jù)流。這也為建立基IP等技術不斷融入到光成域的 建設中。目前代表發(fā)展方向的是IP over WD技術，其中比較成熟的解決方案是 GE Over DWDMGE千兆以太）。GE Over DWD對于有線電視絡最大的好處就是 可以實現(xiàn)在原有光纖絡基礎上平滑、 連續(xù)性的絡升級，

18、同時可以和原有的10Mb/s、 100Mb/s以太無縫連接，能降低系統(tǒng)的成本和復雜性，保護廣電系統(tǒng)的投資。IP over DWDM通俗的說法就是讓IP數(shù)據(jù)包直接在光路上傳送，減少絡 層之間的冗余部分，能夠省去絡運營商的成本，同時也降低用戶使用通信業(yè)務的 費用。GE over DWD是 IP over DWDM的一種廉價方式，適用于廣電系統(tǒng)城域 IP 骨干的建設。千兆以太（GE技術是目前技術成熟的最快速以太技術，它可以提供 IGbps的帶寬，由于采用和傳統(tǒng)10Mb/s、100Mb/s以太同樣的幀格式和幀長，因隨著因特技術的快速發(fā)展，ATM SDH此GE可以在原有低速以太基礎上實現(xiàn)平滑過渡。目前

19、GEOver DWD使用光放大器后的傳 輸距離已可達到640公里。在現(xiàn)有的有線電視絡基礎上，使用千兆以太技術，具 有一定的現(xiàn)實經濟意義。可以預見， GE Over DWD技術將成為廣電絡中城域的 理想方案。隨著各種光傳輸技術不斷地投入使用，整個電視臺的絡架構將會發(fā)生巨大改變， 而全光和光接入的建設和發(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，我們可以了解到光技術已經逐漸滲透至 專業(yè)視頻領域。以下為筆者設想的以光技術為基礎構建的新型電視臺 IT制作。 相對于傳統(tǒng)電視臺制作它將具備以下特性：1. 首先是高效的資源共享能力?？梢詫崿F(xiàn)快速的數(shù)據(jù)存取、遷徙及交換。2. 由于光盤錄像機

20、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 臺制作素材上下載消耗時間的瓶頸。3. 具有智能化的絡監(jiān)控管理功能。4. 整個絡具備可擴展性，強容錯性，高兼容性以及與其他絡的互換性。我們可以設想以下的以光技術為基礎的全光業(yè)務， 當然這里的全光目前 不會是完全的光技術，也包含節(jié)點轉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采集，光盤攝像機可以是高端的SONY勺PDWS光盤攝像機，制作單元為現(xiàn)它的記錄文件格式是 MPEG4: 2: 2PMIMX或者是DVCA格式；也可以是低端 的東芝的家用DVD光盤錄像機，它的記錄格式是 MPEG2 T流。以上文件格式的 素材在攝像機內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 或專用的光盤驅動器由光纖實時傳輸并存儲到后期編輯制作單元。有的電視臺制作工作站，由后期編輯制作單元來進行原始素材的編輯及后期處理 工作，各種特效、字幕、配音、片頭等在此處完成。制作完的節(jié)目由光纖無損地 送入中央存儲部分的光盤庫中，一方面用于播出。另一方面，可以實現(xiàn)節(jié)目