光技術(shù)在電視傳媒的應(yīng)用

光技術(shù)在電視傳媒的應(yīng)用內(nèi)容摘要:本文重要介紹了現(xiàn)前階段以藍(lán)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(yīng)用和優(yōu)劣，而且設(shè)想了以光技術(shù)為基礎(chǔ)的新型電視臺(tái)媒體資產(chǎn)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)。本文關(guān)鍵詞語:藍(lán)光盤密集波分復(fù)用隨著藍(lán)光盤攝像機(jī)和錄像機(jī)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(yīng)用的一小步，卻是廣電科技與時(shí)俱進(jìn)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(shí)至今日，在實(shí)驗(yàn)室，日本nec和法國阿爾卡特公司分別實(shí)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(dá)4000km。從技術(shù)上看，再有5年左右的時(shí)間，實(shí)用化的最大傳輸鏈路容量有可能到達(dá)5-10tb/s。簡言之，網(wǎng)絡(luò)容量將不會(huì)受限于傳輸鏈路。下面我們分別對(duì)光存儲(chǔ)和光傳輸方面做以具體論述。一光存儲(chǔ)資訊對(duì)儲(chǔ)存容量需求日增，光存儲(chǔ)技術(shù)在記錄密度、容量、數(shù)據(jù)傳輸率、尋址時(shí)間等關(guān)鍵技術(shù)上有著宏大的發(fā)展?jié)摿ΑI(yè)界一直在積極開發(fā)更高層次容量的各種儲(chǔ)存技術(shù)。藍(lán)紫色激光存儲(chǔ)技術(shù)〔blue-violetlaser〕、磁光盤存儲(chǔ)技術(shù)、做為硬盤〔hdd〕技術(shù)和磁的結(jié)合的近場(chǎng)光盤技術(shù)超解析度儲(chǔ)存技術(shù)〔superrens〕、3d立體儲(chǔ)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(jìn)制信息。為了從這些盤片上讀出數(shù)據(jù)，由一個(gè)半導(dǎo)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(jī)構(gòu)再射向接收數(shù)據(jù)的光電裝配，而這個(gè)光電裝配連接的電路能夠辯識(shí)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(shí)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(gè)技術(shù)就是在光盤中資料儲(chǔ)存與讀取的基礎(chǔ)。經(jīng)由光電讀取裝配，反射回到的凹槽與平面的變化將會(huì)轉(zhuǎn)換成1與0的數(shù)位訊號(hào)，進(jìn)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(diǎn)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(gè)存儲(chǔ)容量宏大的盤片上，紅色激光根本無法辨識(shí)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(lán)色激光的研究。藍(lán)色激光的波長較短，因而驅(qū)動(dòng)器能夠辨識(shí)出更小半徑的凹凸，盤片的容量就能夠做的更大。如今的藍(lán)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(lán)光光盤"，還是東芝和nec向dvd論壇提出的"aod〔高級(jí)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(biāo)準(zhǔn)而已。就核心技術(shù)上而言，沒有太大的區(qū)別。讓我們?cè)偕钋羞M(jìn)入了解一下藍(lán)光盤和高密度光存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。1、藍(lán)光盤技術(shù)藍(lán)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(shí)現(xiàn)信息的記錄和擦除。在寫操作時(shí)，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(shí)，利用結(jié)晶狀況和非結(jié)晶狀況具有不同反射率這個(gè)特性來檢測(cè)0和1信號(hào)。實(shí)際的藍(lán)光盤應(yīng)用藍(lán)紫色激光技術(shù)，能在直徑12公分的盤片上，儲(chǔ)存兩小時(shí)的高清楚明晰度視音頻信號(hào)，在2002年2月發(fā)布的初期版本中，透過使用405nm的藍(lán)紫色電射半導(dǎo)體，na〔數(shù)值孔徑〕值為0.85的讀取頭、以及0.1mm的光學(xué)透射保衛(wèi)層架構(gòu)，藍(lán)光盤能夠?qū)?2公分的單面光盤片資料儲(chǔ)存容量提升到27gb。它能夠記錄兩小時(shí)的高清楚明晰度視音頻信號(hào)，以及跨越13小時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)電視信號(hào)。在資料轉(zhuǎn)換率方面，藍(lán)光盤能夠?qū)⒏咔宄魑鹊碾娨暪?jié)目，以36mbps的速度從攝像機(jī)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(lán)光盤采取mpeg2碼流壓縮技術(shù)，因而它同時(shí)適用于數(shù)字廣播系統(tǒng)，可履行電視臺(tái)多種視頻記錄與播放。另外，在資料安全性部分，藍(lán)光盤也采取了一種獨(dú)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(chǔ)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)〔1〕采取近場(chǎng)光學(xué)原理設(shè)計(jì)超分辨率的光學(xué)系統(tǒng)，使數(shù)值孔徑跨越1.0，相當(dāng)于探測(cè)器進(jìn)入介質(zhì)的輻射場(chǎng)，進(jìn)而能夠得到超精細(xì)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(xué)顯微鏡的分辨率提升兩個(gè)數(shù)量級(jí)，面密度提升4個(gè)數(shù)量級(jí)?！?〕以光量子效應(yīng)代替當(dāng)前的光熱效應(yīng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的寫入與讀出，從原理上將存儲(chǔ)密度提升到分子量級(jí)以至原子量級(jí)，而且由于量子效應(yīng)沒有熱學(xué)經(jīng)過，其反應(yīng)速度可到達(dá)皮秒量級(jí)〔1o-12秒〕，另外，由于記錄介質(zhì)的反應(yīng)與其吸收的光子數(shù)有關(guān)，能夠使記錄方式從當(dāng)前的二存儲(chǔ)變成多值存儲(chǔ)，使存儲(chǔ)容量提升很多倍?！?〕三維多重體全息存儲(chǔ)，利用某些光學(xué)晶體的光折變效應(yīng)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(duì)空間位置的敏感性，這種方法能夠得到極高的存儲(chǔ)容量，并基于光柵空間相位的變化，三維多重體全息存儲(chǔ)器還有可能進(jìn)行選擇性擦除及重寫?！?〕利用現(xiàn)代物理學(xué)的其它成就，包含光子回波時(shí)域相干光子存儲(chǔ)原理、光子俘獲存儲(chǔ)原理、共振熒光、超熒光和光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)效應(yīng)、光子誘發(fā)光致變色的光化學(xué)效應(yīng)、雙光子三維體相光致變色效應(yīng)，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(xué)集成技術(shù)及微光纖陣列技術(shù)等，提升存儲(chǔ)密度和構(gòu)成多層、多重、多灰階、高速、并行讀寫海量存儲(chǔ)系統(tǒng)。3、新型光盤技術(shù)的應(yīng)用大量的信息要求有大容量的存儲(chǔ)設(shè)備，光存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)器和幾種光儲(chǔ)存媒體均將呈現(xiàn)出足夠快的增加趨向。光存儲(chǔ)市場(chǎng)的發(fā)展，將改變聲音圖象及其它數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式及傳播方式。光存儲(chǔ)產(chǎn)品能夠利用自動(dòng)換盤系統(tǒng)，構(gòu)成光盤庫、光盤塔、光盤陣列，實(shí)現(xiàn)提升整個(gè)系統(tǒng)的容量、數(shù)據(jù)傳輸率及多數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的可靠性。假如將光盤庫、光盤塔及光盤陣列與自動(dòng)換盤系統(tǒng)有機(jī)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(chǔ)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(huì)在很短的時(shí)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(shì)已經(jīng)帶來了良好的開端。sony公司不失機(jī)會(huì)的推出光盤專業(yè)攝錄像器材，這些設(shè)備使用基于藍(lán)紫色激光技術(shù)的光盤作為存儲(chǔ)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(lán)光盤編纂錄像機(jī)(演播室機(jī)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(luò)接口。它的雙光頭設(shè)計(jì)可實(shí)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(jī)訪問功能，能夠快速定位到所需圖像。它具有場(chǎng)景選擇隨機(jī)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(jī)能夠?qū)⒏叩头直媛仕夭耐瑫r(shí)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?yàn)榛ヂ?lián)網(wǎng)播出等用處提供數(shù)據(jù)。二光傳輸讓我們?cè)賮砜纯垂鈧鬏?，如今各省市有線電視臺(tái)網(wǎng)絡(luò)中在骨干線多使用光纜傳輸信號(hào)，在電視臺(tái)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(diǎn)。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(dāng)大的發(fā)展，這對(duì)電視臺(tái)通信架構(gòu)的改變起到了宏大的推動(dòng)作用。以下為對(duì)知足電視臺(tái)需求的光傳輸技術(shù)的詳細(xì)論述。1、光纖技術(shù)的介紹〔1〕單波長技術(shù)對(duì)于業(yè)務(wù)量和間隔長度要求不大時(shí)，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(dá)10gbps。當(dāng)前在單波長上進(jìn)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(shí)用的傳輸容量也沒有這么大，但相對(duì)電視臺(tái)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(shí)分復(fù)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(shí)分復(fù)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(fù)用對(duì)于傳輸量更大，傳輸間隔更遠(yuǎn)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(fù)用技術(shù)。光復(fù)用的方式有許多種，當(dāng)前比較成熟并已進(jìn)入大規(guī)模商用階段的是光波分復(fù)用，尤其是dwdm--密集波分復(fù)用?！瞕wdm：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(hào)，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(shí)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(luò)不可缺少的主要器件。edfa工作窗口在1530-1565nm，對(duì)波分復(fù)用中的每個(gè)波長補(bǔ)充功率，并經(jīng)過若干個(gè)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(dāng)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(shí)驗(yàn)室的水平則已跨越tbps?！?〕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(tái)光纖網(wǎng)中，除了傳輸多路的視音頻數(shù)據(jù)以外，還會(huì)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(gè)低損窗口1.31um，固然石英光纖在這里波段時(shí)的色度色散為零，但由于1385nm附近存在著一個(gè)oh-離子吸收峰，對(duì)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(fù)面影響，而且使用與普通的g.652匹配包層光纖一樣的標(biāo)準(zhǔn)。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(fù)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(shí)現(xiàn)高比特率長間隔傳輸。同時(shí)，由于波長范圍大大擴(kuò)展，一方面能夠?qū)⒉煌牟ㄩL分配不同的數(shù)據(jù)流，進(jìn)而改良網(wǎng)絡(luò)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(jìn)而降低整個(gè)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(shí)用經(jīng)過中，可分別使用pdfa和edfa對(duì)1310nm和1550nm波長的光信號(hào)進(jìn)行功率放大和補(bǔ)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(tái)使用光纖傳輸多種數(shù)據(jù)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。由于突破了傳輸瓶頸，在傳輸視音頻信號(hào)的同時(shí)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(luò)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(shè)中。當(dāng)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(duì)于有線電視網(wǎng)絡(luò)最大的好處就是能夠?qū)嵢缃裨泄饫w網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上平滑、連續(xù)性的網(wǎng)絡(luò)升級(jí)，同時(shí)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(fù)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(luò)層之間的冗余部分，能夠省去網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的成本，同時(shí)也降低用戶使用通信業(yè)務(wù)的費(fèi)用。geoverdwdm是ipoverdwdm的一種廉價(jià)方式，適用于廣電系統(tǒng)城域ip骨干網(wǎng)的建設(shè)。千兆以太網(wǎng)〔ge〕技術(shù)是當(dāng)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(chǔ)上實(shí)現(xiàn)平滑過渡。當(dāng)前geoverdwdm使用光放大器后的傳輸間隔已可到達(dá)640公里。在現(xiàn)有的有線電視網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，使用千兆以太網(wǎng)技術(shù)，具有一定的現(xiàn)實(shí)經(jīng)濟(jì)意義。能夠預(yù)見，geoverdwdm技術(shù)將成為廣電網(wǎng)絡(luò)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(gè)電視臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將會(huì)發(fā)生宏大改變，而全光網(wǎng)和光接入網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展，使這種趨勢(shì)越來越明顯。三光應(yīng)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(shè)想的以光技術(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)建的新型電視臺(tái)it制造網(wǎng)。相對(duì)于傳統(tǒng)電視臺(tái)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(jī)的出現(xiàn)，文件化的素材交換方式得以實(shí)現(xiàn)，解決了傳統(tǒng)電視臺(tái)制造網(wǎng)素材上下載消耗時(shí)間的瓶頸。3.具有智能化的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理功能。4.整個(gè)網(wǎng)絡(luò)具備可擴(kuò)展性，強(qiáng)容錯(cuò)性，高兼容性以及與其他網(wǎng)絡(luò)的互換性。我們能夠設(shè)想下面的以光技術(shù)為基礎(chǔ)的全光業(yè)務(wù)網(wǎng)，當(dāng)然這里的全光當(dāng)前不會(huì)是完全的光技術(shù)，也包括節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換上使用的一些光電和電光設(shè)備。前期節(jié)目素材由光盤攝像機(jī)收集，光盤攝像機(jī)能夠是高端的sony的pdw藍(lán)光盤攝像機(jī)，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(jī)，它的記錄格式是mpeg2ts流。以上文件格式的素材在攝像機(jī)內(nèi)部被刻錄到藍(lán)光盤或普通的dvd碟片上。通過相應(yīng)的光盤錄像機(jī)或?qū)Ｓ玫墓獗P驅(qū)動(dòng)器由光纖實(shí)時(shí)傳輸并存儲(chǔ)到后期編纂制造單元。制造單元為現(xiàn)有的電視臺(tái)制造工作站，由后期編纂制造單元來進(jìn)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(chǔ)部分的光盤庫中，一方