基于FPGA的数字光端机的设计[原创]

[B]本文关键字：数字光端机 系统  设计  硬件

    由于数字光端机具有传输信号质量高，没有模拟调频、调相、调幅光端机多路信号同传时交调干扰严重、容易受环境干扰影响、传输质量低劣、长期工作稳定性差的缺点，因此许多大型重点工程已普遍采用数字光端机。

   系统的工作原理为：数字光端机系统分为两部分，分别为：发射机和接收机。在发射端，来自监视器或其他视频源的视频信号首先经过发射板上的视频滤波网络去除噪声干扰信号，然后对该视频信号进行视频分离和视频放大。视频分离模块得到视频信号的行、场同步信号以及奇偶场信号、视频钳位等重要的视频信息。接下来，对放大后的视频信号进行A/D转换，得到的数字化的视频信号送入系统主控核心FPGA中。与此同时，如果系统检测到了有音频信号的存在，则对其进行音频滤波、音频数字化采样以及音频PCM编码。经过PCM编码后的音频信号，送入系统主控核心FPGA中。反向数据传输主要是485信号，该信号也送入到FPGA。这样，系统主控核心FPGA对来自不同模块的视频、音频、数据等信号整合，时分复用地将各个信号编码成8位并行信号流送入到并串转换模块。信号流经过并串转换后变成高速的LVDS信号驱动光纤收发模块以波分复用的方式完成了电/光变化和光发射。在光端机的接收端，经过以上的逆过程，完成对原始信号的恢复。

   系统的核心控制部分是整个系统的心脏，为了满足对高速、多路数据流的实时处理，要求系统核心控制器必须有较高的工作频率和反应能力。其次，对于系统时分复用部分，为了信号的同步化，需要系统核心控制器内嵌RAM和FIFO等功能块。此外，同时作为嵌入式系统，处理器必须有着低功耗的要求。目前，FPGA处理器已经遍及工业控制、消费电子产品、通信系统等各类产品市场。按照低成本、低功耗、小体积、多功能及较为强大的数据处理能力，邮科公司YK系列的EP1C3144是一个非常好的选择。

   视频信号中除了包含图像信号之外，还包括了行同步信号、行消隐信号、场同步信号、场消隐信号以及槽脉冲信号、前均衡脉冲、后均衡脉冲等，因此,若要对视频信号进行采集，就必须准确地把握各种信号间的逻辑关系。LM1881就是针对视频信号的同步分离而生产的，它为视频信号的处理提供了极大的方便。此处电路设计如图2所示。

   LM1881可以从0.5～2V的标准负极性NTSC制、PAL制、SECAM制视频信号中提取复合同步场同步、奇偶场识别等信号，这些信号都是图像数字采集所需要的同步信号，有了它们，便可确定采集点在哪一场，哪一行。LM1881也能对非标准的视频信号进行同步分离，通过固定的时间延迟产生默认的输出作为场同步输出。



   数字光端机系统，实现了各个监控点和总监控室的信号远程传输。各监控点的摄像头传回视频信号，总监控室通过485数据接口线对各个摄像头进行远程控制。远程两端之间还可以进行话音通信。具有一定的使用价值和工程意义。

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