基于激光可见光通信的SDI视频传输系统的利记博彩app

本发明属于自由空间光通信(Free-space Optical Communication,缩写为FSO)技术领域。

(二)

背景技术：

自由空间光通信，在多种场景下有着引人注目的应用前景。它可应用于蜂窝网络，实现高可靠性的回程线路，亦可应用于城市遭遇灾难后的重建中，实现临时的通信网络。它无需注册频谱使用许可，无电磁辐射，相比于无线通信，更加绿色，它亦无需光缆连接，相比于光纤通信，其相关设备及组件的安装更加方便。属于自由空间光通信范畴的可见光通信，继承了自由空间光通信的优点，近几年在学术界掀起了一股热潮。以发光二极管(LED)为光源的可见光通信技术，由于能够同时提供照明与通信的能力，一时间被产业界所看好。然而，基于LED的可见光通信，其通信速率与带宽往往受限于LED的调制带宽。因此，为了实现更高的传输速率，近来有研究者提出使用激光二极管(LD)来替代LED实现基于激光的可见光通信(VLLC)。激光可见光通信得益于光源的优势，相比于基于LED的可见光通信，能够获得更高的传输速率与更远的传输距离。目前，它被认为在未来高速室内无线光网络及数据中心中有着良好的应用潜力。

SDI接口是一种“数字分量串行接口”，常被用于传输串行数字视频信号。按照清晰度及速率，SDI可分为标准清晰度SD-SDI、高清标准HD-SDI和3G-SDI三种，对应速率分别是270Mb/s、1.485Gb/s和2.97Gb/s。据我们所知，如果视频信号反复压缩和解压缩，必将引起图像质量下降和延时增加。因此，通常以SDI传输无压缩视频，相比于基于视频压缩与解压缩的互联网协议(IP)视频传输的方式，时延更小，实时性能更佳。然而，SDI传输视频，通常是基于有线连接，并且传输距离通常限制在100米以内。

通过结合激光可见光通信技术及SDI视频传输技术，将能够打破SDI视频传输依赖有线传输且传输距离短的现状。同时，在使用激光可见光通信技术的基础上使用正交频分复用技术，能够有效提高信号频谱效率，降低光源带宽需求。另外，FPGA作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路，FPGA既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程门电路数有限的缺点。它的可重构、可配置性，使得调试与研发相对简单。目前，FPGA在实现数字电路导通方面有着得天独厚的优势，正交频分复用系统也常采用FPGA来实现调制与解调。本发明，将基于以上所提技术，实现基于激光可见光通信技术的三速SDI视频传输系统。

(三)

技术实现要素：

从上文可知，本发明的目的是提供一种基于SDI视频传输技术、激光可见光通信技术及OFDM调制技术实现的中远距离无线连接的视频传输装置。本发明的具体方案如下：

装置分为收发两端。发射端由SDI信号输入接口，线缆均衡器，可编程门阵列电路板，数模转换器，激光二极管(LD)驱动电路以及激光二极管组成。

接收端由光电检测器(含驱动与信号放大电路)，模数转换器，可编程门阵列电路板，线缆均衡器，SDI信号输出接口组成。

(四)附图说明

图1是本发明的装置示意图。

图2是本发明在搭配个人电脑使用时的实验配置图。

1-SDI信号输入接口

2-电缆均衡器

3-可编程逻辑门阵列电路(FPGA)板

4-数模转换器

5-激光二极管(LD)驱动电路

6-激光二极管(LD)

7-光电检测器(含驱动与信号放大电路)

8-模数转换器

9-可编程逻辑门阵列电路(FPGA)板

10-电缆均衡器

11-SDI信号输出接口

12-个人电脑(含高清晰度多媒体接口，HDMI)

13-HDMI转SDI信号转换器

14-SDI转HDMI信号转换器

15-高清液晶显示器(含HDMI接口)

(五)具体实施方式

下面结合具体实验例子和附图，对本发明作具体说明。

由图1所示，本发明中的装置整体框架，各部件分别说明如下：

SDI输入接口1，用于输入SDI视频信号；

电缆均衡器2，用于对输入的SDI视频信号做线缆均衡；

可编程逻辑门阵列电路(FPGA)板3，用于采集均衡后的SDI视频信号进行数字信号处理实现OFDM调制，同时板载通用异步收发传输器(UART)串口，可供用户使用上位机实现对电路板的调节；

数模转换器4，结合FPGA使用，将FPGA处理得到的OFDM数字信号转换为OFDM模拟电信号；

激光二极管驱动电路5，用于将电OFDM信号加上直流偏置以驱动激光二极管；

激光二极管6，实现光电转换；

光电检测器7，内含驱动与电信号放大电路，用于实现光电转换，并放大转换后的电信号。

模数转换器8，采集电信号转换为数字信号；

可编程逻辑门阵列电路(FPGA)板9，用于获取模数转换器得到的数字信号进行OFDM解调，同样板载UART串口，可供用户使用上位机实现对电路板的调节；

线缆均衡器10，用于对来自解调后得到的串行信号进行线缆均衡；

SDI输出接口11，用于输出SDI信号。

图2为本发明在搭配个人电脑使用时的实验配置图，除了上述所提及的部件外，还包括：

个人电脑12，含HDMI接口，用于通过HDMI接口输出数字视频信号；

HDMI转SDI转换器13，用于将HDMI数字视频信号传换为SDI视频信号；

SDI转HDMI信号转换器14，用于将SDI视频信号转换为数字视频信号；高清液晶显示器15，含HDMI接口，用于接收HDMI数字视频信号并播放视频；

本发明的工作过程如下：

在发射端，首先通过SDI输入接口输入SDI数字视频信号，再通过线缆均衡，然后被FPGA通过内部的高速串口(如，集成于FPGA内部的Gbit收发模块)采集，原始数字信号转化为FPGA内部二进制数据，再进行OFDM调制。其中，OFDM调制过程包括里德-所罗门编码、星座点映射、厄米特对称(由于装置中是单路单灯通信，这里采用厄米特对称实现直接检测OFDM来传输实数信号)、快速反傅里叶变换(IFFT)、加循环前缀、插入训练序列等数字信号处理。数据经过OFDM调制之后再通过数模转换器(DAC)产生OFDM电信号。最终，OFDM电信号经过驱动电路驱动激光二极管(LD)，LD发射出光信号。

在接收端，光电检测器检测到光信号，将其转化为电信号，由模数转换器及另一FPGA电路板进行采集，实现OFDM解调。其中，解调过程包括帧同步、去循环前缀、快速傅里叶变换(FFT)、采样频谱估计、信道估计、采样频谱补偿、信道均衡、解映射、里德-所罗门解码等数字信号处理。解调完成后，将得到二进制数据。FPGA将二进制数据进行处理，通过内部的高速串口(如，集成于FPGA内部的Gbit收发模块)输出串行电信号。最终，通过另一线缆均衡器，便可得到SDI数字视频信号，完成传输。

另外值得一提的是，收发两端FPGA电路板将采用UART串口以方便用户通过上位机，能够在电路运行过程中修改FPGA内部信号处理过程中的一些参数(比如帧间隔、星座映射的映射方式)。这样以来，整个系统可调节，因此能够适应不同速率SDI的传输。

对于图2中描述的实验例程，其工作过程除上述所描述的部分外，发射端部分，在SDI输入接口上连接了HDMI转SDI转换器的SDI输出端，同时HDMI转SDI转换器的HDMI输入端则连接着个人电脑的HDMI接口。接收端部分，在SDI输出接口上连接了SDI转HDMI转换器的SDI输入端，同时SDI转HDMI转换器的HDMI输入端则连接着液晶显示器(LCD)。通过这样的实验设置，个人电脑上播放的视频，便能够经过传输，由最终的液晶显示器进行显示。

(六)主要技术优势

本发明能够实现中远距离无线连接下的三速SDI视频信号的传输。本发明采用可见光通信技术，无需注册频谱使用许可，无电磁辐射；采用可编程逻辑门阵列进行信号处理，高效，快速，并且可重配置。本发明可应用于搭建无线且远距离连接的视频监控系统，亦可架设于楼宇之间，实现电视节目的直播接入与转发。