光纖傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)講義

1、光纖傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)講義多媒體光纖傳輸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? ?熟悉光纖數(shù)字通信原理 2?熟悉光 纖的接口方式 3. 了解語音編解碼原理 4. 了解多媒體數(shù)據(jù)的數(shù)字化過程二、實(shí)驗(yàn) 儀器本設(shè) 備可實(shí)現(xiàn)圖像、聲音 . 任意波形數(shù)據(jù)的光纖傳輸。本系統(tǒng)分為兩個(gè)模塊， 一個(gè)是數(shù)據(jù) 采集模塊，另一個(gè)是數(shù)據(jù)回放模塊，兩個(gè)模塊的數(shù)據(jù)交換通過光纖實(shí) 現(xiàn)，原理框圖見 圖 3。所有系統(tǒng)的控制功能， 如：靜態(tài)圖像拍攝、聲音釆樣、 圖 像顯示、 聲音播放等， 通過鍵盤實(shí)現(xiàn) o 系統(tǒng)包含如下器件：圖像傳感器一個(gè)、 麥克風(fēng)一個(gè)、 5V 直流電源一個(gè)、 LCD 顯示器一個(gè)、 喇叭一 個(gè)， 光纖跳纖一根、鍵盤、連接電纜等。光纖傳輸

2、數(shù)據(jù)采集模塊數(shù)據(jù)回放模塊 CPU2LCD 顯示語音輸出語音輸入串 口 :RXDAC1CPU1 鍵盤任意波形串口 TX5730ELE 存儲(chǔ)器 OEWECPLD 圖像傳感器 I2C5730ELE 存儲(chǔ)器 OEWE 圖 3 系統(tǒng)原理框圖三、實(shí)驗(yàn)原理光纖是由高度透明的 SiO2 經(jīng)過嚴(yán)格的工藝制成的良好通信媒介，它能夠約束并導(dǎo)引光波在其內(nèi)或其 外表附近沿 其軸線方向向前傳播。 光纖通信是以光波為載波， 以光纖為傳輸媒介 的一種通信方式。 光波是由半導(dǎo)體光源激光器產(chǎn)生的，和一般的自然光不同， 激光器產(chǎn)生的光是髙 純度的單色光，其波長由半導(dǎo)體的特性決定。光纖對(duì)單色光 的損耗隨光波的波長變化 而變化，它有三

3、個(gè)低損耗窗口，對(duì)應(yīng)的光波中心波長分 別為850nm, 1310nm或1550nm , 所以光纖通信中常用的光波波長從這三個(gè)波長 中選擇，其中 1310nm 為零色散窗口， 1550nm 為最低損耗窗口。光纖根據(jù)模式的不同分為多模光纖和單模光纖。 當(dāng)放射光波波長大于截止波 長時(shí)， 光纖將只能傳輸一個(gè)基模的光波。這種只允許一種模式的光波的傳輸?shù)墓?纖叫單模光 纖。一般芯徑小于 10 嘰多模光纖是允許多于一個(gè)模式光波傳輸?shù)墓?纖。模式的數(shù)目 取決于芯徑 . 數(shù)值孔徑、折射率分布特性和波長。光纖與電路的接口叫光纖活動(dòng)連接器， 活動(dòng)連接器按纖芯插針、 插孔數(shù)目的 不同 分為單芯活動(dòng)連接器和多芯活動(dòng)連接器

4、；按結(jié)構(gòu)不同分有 FC型、ST型、SC型、SMA 型；按光纖插孔端面形狀不同有 PC型、APC型；按功能分有插頭.插座、轉(zhuǎn)接器三類。ST型連接器是一種卡口式的連接器，它采用帶鍵的卡口式緊鎖機(jī)構(gòu)，確保每次連接均能準(zhǔn)確對(duì)中。插針直徑為2. 5mm,其材料可分為陶瓷或金屬。 它可在現(xiàn)場安裝， 也可和光收發(fā)模塊集成在一起形成光纖組件，光纖組件星連接和拆卸，重復(fù)性、互換性好，可靠性髙。SC型活動(dòng)連接器是一種推拉式的連接器，外殼為矩形，采用模塑工藝制成，適用于多芯光纜的髙密度封裝。其插入損耗很低，僅 0. 07DB,壽命為1000次。SC型活 動(dòng)連接器的外型圖如圖 1 所示。頂視圖底視圖單位：nrni圖1

5、SC型光纖外型圖FC型活動(dòng)連接器的插座 由 C 型插孔和插座體組成。它主要使用在光纜線路與傳輸設(shè)備間的連接，可以方便 地 進(jìn)行光路的調(diào)度或線路的測(cè)試。連接器具有很髙的精度。如圖 2 所示。單位： mm 底視圖 頂視圖圖 2FC 型活動(dòng)連接器外型圖語音信號(hào)包含有大 量 的冗余信息， 為了解決通信系統(tǒng)的效率問題， 語音信號(hào)在傳輸之前一般要經(jīng)過編 碼， 信號(hào)送達(dá)目標(biāo)地后要經(jīng)過解碼運(yùn)算。語音壓縮編碼技術(shù)有多種歸納起來大致可分為三類，即波形編碼、參量編碼和混合編碼。另外，根據(jù)編碼速率的髙低 還可分為中速 率和低速率兩大類。波形編碼是將時(shí)間域信號(hào)直接變換為數(shù)字代碼進(jìn)行傳輸 ?也就是說這種編碼是將語音信號(hào)作

6、為一般的波形信號(hào)來處理 ?力圖保持重建的語音波形與原語音信號(hào)波形一樣。這種編碼方式的特點(diǎn)是適應(yīng)能力強(qiáng)、重建語音的質(zhì)量髙 ?例如 PC M、M. A D P CM 和自適應(yīng)預(yù)測(cè)編碼A PC、子帶編碼SBC及自適應(yīng)變換編碼AT C等均屬于這 一種。但這種方式所需的編碼速率較髙，在1 6 k b i t / s? 6 4 k b i t / s 速率范圍能得到較髙的重建質(zhì)量，而當(dāng)速率進(jìn)一步降低時(shí)語音重建質(zhì)量就會(huì)急劇下降。參量編碼又叫聲碼化編碼？是在信源信號(hào)頻率域或其它正交域提取特征參量并將其變換為數(shù)字代碼進(jìn)行傳輸 ?以及在接收端從數(shù)字代碼中恢復(fù)特征參量， 并由特征 參量重建語音信號(hào)的一種編碼方式。這

7、種方式在提取語音特征參量時(shí) . 往往會(huì)利用某 種語音生成模型在幅度譜上逼近原語音以使重建語音信號(hào)有盡可 能髙的可懂性即 力圖保持語音的原意 ？但重建語音的波形與原語音信號(hào)的波形卻有相當(dāng)大的區(qū)別。這種方式的特點(diǎn)是編碼速率低1 ? 2 k b i t / s ? 2. 4 kbit/ s或更低但只能到達(dá)合成語 音的質(zhì)量即自然度、講話者的可識(shí)別 性都較差的語音，并當(dāng)碼率提高到與波形編 碼相當(dāng)時(shí)?語音質(zhì)量也不如波形編碼。利用參量編碼實(shí)現(xiàn)語音通信的設(shè)備通常稱為聲碼器?例如通道聲碼器 .共振峰聲 碼器、同態(tài)聲碼器以及廣泛應(yīng)用的線性預(yù)測(cè)L P C聲碼器等都是典型的語音參 量編碼器。當(dāng)前，由參量編碼與波形編碼

8、相結(jié)合的混合編碼的編碼器正在得到人們較大 的關(guān) 注。這種編碼器既具備了聲碼器的特點(diǎn)利用語音生成模型提取語音參數(shù). 又具備了波形編碼的特點(diǎn)優(yōu)化鼓勵(lì)信號(hào)，使其與輸入語音波形相匹配 ?同時(shí)還可利用感知加權(quán)最 小 均方誤差的準(zhǔn)那么使編碼器成為一個(gè)閉環(huán)優(yōu)化的系統(tǒng) ?從而在較低的比特率上能獲得較髙的語音質(zhì)量。例如？多脈沖鼓勵(lì)線性預(yù)測(cè) MPL P C或MPC編碼.正規(guī)脈沖鼓勵(lì)線 性預(yù)測(cè)RPE_LPC編碼和碼鼓勵(lì)線性預(yù)測(cè)C E L P編碼都屬于這一種這種編碼 方式能在 4 k b i t / s ? 1 6 k b i t / s 中低編 碼的速率上得到高質(zhì)量的重建語音。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1?語音采集、光纖傳輸和

9、回放 2?隨機(jī)波形采集、光纖傳輸和 顯示 3 ?靜態(tài)圖像采集、光纖傳輸和顯示五、實(shí)驗(yàn)步驟語音采集、光纖傳輸和回放 1 在LCD屏的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主菜單中，按鍵選擇語音實(shí)驗(yàn)，確認(rèn)后閱讀 LCD屏上顯示的提示信 息。 2按確認(rèn)鍵開始語音采集和錄音過程， 實(shí)驗(yàn)者可對(duì)話筒講一段話， 此時(shí) LCD屏上的滾動(dòng)條顯示岀還有多長錄音時(shí)間。3滾動(dòng)條結(jié)束后， LCD 屏顯示出是否進(jìn)行光纖傳輸?shù)倪x項(xiàng)，選擇是那么進(jìn)行 光纖傳輸，選擇否那么結(jié)束本次實(shí)驗(yàn)，且刪除本次錄音數(shù)據(jù)。4實(shí)驗(yàn)者選擇是后， LCD 屏顯示光纖傳輸進(jìn)程滾動(dòng)條，滾動(dòng)條到終點(diǎn)后， LCD 屏上顯示出是否播放當(dāng)前錄音， 選擇是那么播放當(dāng)前錄音， 選擇否那么結(jié)束本次

10、 實(shí)驗(yàn)， 且刪除本次錄音數(shù)據(jù)。5實(shí)驗(yàn)者選擇是后，系統(tǒng)播放當(dāng)前錄音，播放完畢后LCD屏顯示重放和結(jié) 束選項(xiàng)，選擇重放那么再次播放當(dāng)前錄音，選擇結(jié)束那么結(jié)束本次實(shí)驗(yàn)，且刪除本次錄音數(shù)據(jù)， LCD 屏回到初始的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主菜單。隨機(jī)波形采集、光纖傳輸和顯示 1 實(shí)驗(yàn)者用示波器觀察并調(diào)整信號(hào)發(fā)生器 的 輸出波形，使其電壓峰峰值小于 5V,信號(hào)頻率小于lOKHzo2在LCD屏的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主菜單中，按鍵選擇隨機(jī)波形，確認(rèn)后閱讀LCD屏 上顯示的提示信息。3按確認(rèn)鍵開始采集并光纖傳輸隨機(jī)信號(hào)，實(shí)驗(yàn)者可在 LCD 屏上觀察輸入 的隨 機(jī)信號(hào)波形，并與示波器比照。(4) 實(shí)驗(yàn)者按退岀鍵結(jié)束本次實(shí)驗(yàn)，并退回到初始的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主菜單。靜態(tài)圖像采集、光纖傳輸和顯示 (1)在 LCD 屏的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主菜單中，按鍵選 機(jī)波形，確認(rèn)后閱讀 LCD 屏上顯示的提示信息。(2) 按確認(rèn)鍵拍攝一張靜態(tài)圖像， LCD 屏顯示圖像處理滾動(dòng)條。(3) 滾動(dòng)條到終點(diǎn)后， LCD 屏上顯示出是否光纖