專利名稱：空間激光音視頻傳輸系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于空間激光通信領(lǐng)域，涉及空間激光音視頻傳輸系統(tǒng)。
技術(shù)背景戰(zhàn)地圖像傳輸，是指揮官實時了解戰(zhàn)地情況實施有利指揮的保障。 目前的圖像傳輸裝置主要集中在無線與微波通信技術(shù)或光纖通信技 術(shù)。無線與微波通信技術(shù)現(xiàn)在是應(yīng)用最為廣泛的，但在現(xiàn)代戰(zhàn)爭強電 磁干擾的環(huán)境下，戰(zhàn)前的電磁靜默期間，均失去作用。光纖通信技術(shù) 具有速度高、容量大的優(yōu)點，但是它和有線通信一樣，必須進行事先 的鋪架，顯然不適合戰(zhàn)地前線的需要?？臻g激光通信技術(shù)是利用激光束在大氣或外層空間中直接進行信 息傳輸?shù)募夹g(shù)?？臻g激光通信與其它通信相比，具有成本低，工程周 期短等優(yōu)點，更適合應(yīng)用于戰(zhàn)地臨時通信網(wǎng)、激光數(shù)據(jù)局域網(wǎng)以及城 域網(wǎng)的構(gòu)建。激光通信技術(shù)由于其單色性好、方向性強、光功率集中、 難以竊聽、成本低、安裝快等特點，而引起各國的高度重視?？臻g激光音視頻通信是指利用激光束進行音視頻傳輸?shù)囊环N通信 方式。這種通信方式是未來通信領(lǐng)域中發(fā)展的一個重要研究方向。(參考文獻何熙政,席曉莉.無線激光通信概論[M].北京北京郵電大學出 版社,2004)隨著近年來，戰(zhàn)地高速音視頻傳輸?shù)膽?yīng)用需求越來越多， 傳統(tǒng)的音視頻傳輸設(shè)備無法滿足各種環(huán)境條件。迄今為止還未有空間 激光音視頻傳輸裝置，因此，研制激光音視頻傳輸裝置是加快我國國防現(xiàn)代化的進程，也是業(yè)界急需的一種裝置。 發(fā)明內(nèi)容對于空間激光通信系統(tǒng)而言，設(shè)備小型化是重要的技術(shù)特點,而模 塊化則是設(shè)備標準化、通用化和提高可靠性、維修性的主要技術(shù)基礎(chǔ)。 可靠的激光發(fā)射與激光接收、視頻數(shù)據(jù)的采集與編碼也都是主要的關(guān) 鍵技術(shù)。為了能實現(xiàn)激光數(shù)字音頻視頻傳輸，該裝置還需要具有以下 功能(1)高速光調(diào)制由于采用高速率的視頻流，激光器功率驅(qū)動 需要考慮有足夠高的開關(guān)速度和驅(qū)動電流，為保護激光器的壽命和適 應(yīng)不同的距離與天氣場合，還要考慮激光器功率的自動控制；(2)微 弱信號接收為了適應(yīng)在惡劣的環(huán)境下能可靠的接收還原信號，實現(xiàn)了微弱信號探測技術(shù)；(3) A/D和D/A轉(zhuǎn)換視頻信號經(jīng)過攝像機采集后是模擬信號需要進行數(shù)字化處理，同樣在接收端數(shù)字信息要還原成模擬信號才能獲得圖像；(4)數(shù)字信號處理為了提高傳輸速率， 數(shù)字視頻信號需要進行高速編解碼。本發(fā)明的空間激光音視頻傳輸系統(tǒng)，如圖1所示，其構(gòu)成如下攝像機l， A/D轉(zhuǎn)換卡2，視頻編碼單元3，數(shù)字信號處理單元4，激 光發(fā)射單元5，光學天線6，光電接收單元7，數(shù)字信號處理單元8， 視頻解碼單元9 ， D/A轉(zhuǎn)換卡10，監(jiān)視器ll; l-6順次連接組成空間 激光音視頻傳輸系統(tǒng)的發(fā)射單元，6-11順次連接組成空間激光音視頻 傳輸系統(tǒng)的接收單元。工作時，通信雙方均有該裝置一套。所述的攝像機1:采用含有話筒的攝像機，用于將圖像信息轉(zhuǎn)換 成模擬的視頻信號，將聲音信息轉(zhuǎn)換成模擬的音頻信號。所述的A/D轉(zhuǎn)換卡2:將要傳送的模擬視頻信號和音頻信號經(jīng)隔離放大和抗混疊濾波后，進行A/D轉(zhuǎn)換，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。 所述的視頻編碼單元3:采用國際通用的視頻編碼技術(shù)，完成視頻壓縮編碼，輸出串行編碼。所述的數(shù)字信號處理單元4:為了適應(yīng)高速率的傳輸，數(shù)字信號處理單元將視頻編碼單元3輸出的串行編碼進行高速編碼。采用的通信速率為2Mbps到311Mbps町調(diào)。所述的激光發(fā)射單元5:采用激光輸出功率連續(xù)可調(diào)，具有l(wèi)GHz 的開關(guān)速度的激光器進行信號的發(fā)射。優(yōu)先采用波長為0.810nm， 0.850nm禾B 1.550nm的半導體激光器，輸出功率從5mW 200mW連續(xù)可調(diào)。所述的光學天線6:采用反式望遠鏡，發(fā)射/接收一體化的光學系 統(tǒng)，以實現(xiàn)平行光發(fā)射，完成信3激光的發(fā)射與接收。所述的光電接收單元7:采用APD作為探測單元電路，實現(xiàn)將光 學天線6接收到的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，能適應(yīng)在惡劣的環(huán)境下可靠的接收信號。所述的數(shù)字信號處理單元8:實現(xiàn)數(shù)字信號處理單元4的相應(yīng)解碼功能。所述的視頻解碼單元9:完成視頻編碼單元3的相應(yīng)解碼功能。 所述的D/A轉(zhuǎn)換卡10:完成模擬視頻信號和音頻信號的還原。 所述的監(jiān)視器11:用于直接觀看收聽視/音頻信息，^般的電視機 就可。在發(fā)射方，通過普通的攝像機1采集的模擬視頻信號與音頻信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換卡2隔離放大和抗混疊濾波后，進行A/D轉(zhuǎn)換，再通過視頻壓縮編碼單元3壓縮成標準的數(shù)字視頻流，接著經(jīng)數(shù)字信號處理單元4，使數(shù)字視頻流經(jīng)過高速編碼送到激光發(fā)射單元5里驅(qū)動激光器發(fā)出激光，通過光學天線6發(fā)射出去；在接收方，首先由光電接收單元7將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)過放大整形，由數(shù)字信號處理竿.元8 解碼得到標準的數(shù)字視頻流，再通視頻解碼單元9的解碼，D/A轉(zhuǎn)換 卡10的D/A轉(zhuǎn)換，送到監(jiān)視器11里將發(fā)射方采集到的視頻與語音信 號進行實時的播放。 動態(tài)工作過程(1) 光學天線的架設(shè)在收發(fā)雙方各安放空間激光音視頻傳輸系統(tǒng)一套，架起光學天線6，并使其指向?qū)Ψ?，通過目鏡觀瞄系統(tǒng)，調(diào) 整鏡頭，使對方位于自己的鏡頭觀靶鏡內(nèi)十字線的中心。(2) 連線將攝像機1的視頻輸出線接至A/D轉(zhuǎn)換卡2的視頻 輸入端子上，攝像機1的音頻輸出線接至A/D轉(zhuǎn)換卡2的音頻輸入端 子上，A/D轉(zhuǎn)換卡2的輸出線接至視頻編碼單元3的輸入端子上，視 頻編碼單元3的輸出線接至數(shù)字信號處理單元4的輸入端子上，數(shù)字 信號處理單元4的輸出線接至激光發(fā)射單元5的輸入端子上，至此發(fā) 射系統(tǒng)單元的連線已經(jīng)完畢；同理將接收系統(tǒng)單元連線完成。(3) 系統(tǒng)工作過程接通電源，并開啟總開關(guān)，系統(tǒng)各部分上電 進入正常工作狀態(tài)，系統(tǒng)工作過程為通過含有話筒的攝像機1采集 模擬視頻信號與音頻信號，送到A/D卡2后，經(jīng)隔離放大和抗混疊濾 波后，進行A/D轉(zhuǎn)換，再通過視頻編碼單元3將信號壓縮編碼成標準 的數(shù)字視頻流，接著信號進入數(shù)字信號處理單元4進行數(shù)字信號處理， 使數(shù)字視頻流經(jīng)過高速編碼后送到激光發(fā)射單元5，驅(qū)動激光器發(fā)出激光，通過光學天線6發(fā)射出去；在接收方，首先由光電接收單元7 將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)過放大整形，由數(shù)字信號處理單元8進行 高速解碼得到標準的數(shù)字視頻流，再通過視頻解碼單元9完成解碼，通過D/A轉(zhuǎn)換卡10轉(zhuǎn)換成模擬的視頻與音頻信號，送到監(jiān)視器11，將發(fā)射方采集到的視頻與語音信號進行實時的播放。本發(fā)明的空間激光音視頻傳輸系統(tǒng)，具備以下有益效果(1)不 僅能傳輸圖像視頻信息，而且對聲音信號也能傳輸，且能獨立工作；(2)實現(xiàn)了高速的視頻傳輸技術(shù)，通信速率可以達到311Mbps; (3) 傳輸距離遠，可以達到20Km以上；(4)實現(xiàn)了全雙工通信，通信雙 方通過該裝置直接進行可視通話；(5)電磁兼容設(shè)計需要屏蔽的功能單元，采用鋁板銑制的屏蔽盒單獨屏蔽。(6)通用性、互換性采用小型化、模塊化設(shè)計，使裝置各個部分體積小巧，結(jié)構(gòu)緊湊；電路 組合結(jié)構(gòu)設(shè)計，使電路通用、互換，方便維護，特別適合應(yīng)用于野戰(zhàn)。


圖1為空間激光音視頻傳輸系統(tǒng)組成圖。
具體實施方式
實施例1本發(fā)明的空間激光音視頻傳輸系統(tǒng)，如圖1所示，其構(gòu)成如下 攝像機l， A/D轉(zhuǎn)換卡2，視頻編碼單元3，數(shù)字信號處理單元4，激 光發(fā)射單元5，光學天線6，光電接收單元7，數(shù)字信號處理單元8， 視頻解碼單元9 ， D/A轉(zhuǎn)換卡10，監(jiān)視器ll; l-6順次連接組成空間 激光音視頻傳輸系統(tǒng)的發(fā)射系統(tǒng)，6-11順次連接組成空間激光音視頻 傳輸系統(tǒng)的接收系統(tǒng)。工作時，通信雙方均有該裝置一套。所述的攝像機1:采用含有話筒的攝像機，用于將圖像信息轉(zhuǎn)換 成模擬的視頻信號，將聲音信息轉(zhuǎn)換成模擬的音頻信號。所述的A/D轉(zhuǎn)換卡2:將要傳送的模擬視頻信號和音頻信號經(jīng)隔 離放大和抗混疊濾波后，進行A/D轉(zhuǎn)換，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。所述的視頻編碼單元3:采用國際通用的視頻編碼技術(shù)，完成視 頻壓縮編碼，輸出的串行編碼。所述的數(shù)字信號處理單元4:為了適應(yīng)高速率的傳輸，數(shù)字信號 處理單元將視頻編碼單元3輸出的串行編碼進行高速編碼。采用的通信速率為2Mbps到311Mbps可調(diào)。所述的激光發(fā)射單元5:采用激光輸出功率連續(xù)可調(diào)，具有l(wèi)GHz 的開關(guān)速度的激光器進行信號的發(fā)射。采用波長為0.810nm的半導體 激光器，輸出功率從5mW 200mW連續(xù)可調(diào)。所述的光學天線6:采用反式望遠鏡，發(fā)射/接收一體化的光學系 統(tǒng)。以實現(xiàn)平行光發(fā)射，完成信號激光的發(fā)射與接收。所述的光電接收爭元7:采用APD作為探測單元電路，實現(xiàn)將光 學天線6接收到的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，能適應(yīng)在惡劣的環(huán)境下可靠 的接收信號。所述的數(shù)字信號處理單元8:實現(xiàn)數(shù)字信號處理單元4的相應(yīng)解 碼功能。所述的視頻解碼單元9:完成視頻編碼單元3的相應(yīng)解碼功能。 所述的D/A轉(zhuǎn)換卡10:完成模擬視頻信號和音頻信號的還原。所述的監(jiān)視器lh用于直接觀看收聽視/音頻信息， 一般的電視機就可。在發(fā)射方，通過普通的攝像機1采集的模擬視頻信號與音頻信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換卡2隔離放大和抗混疊濾波后，進行A/D轉(zhuǎn)換，再通過視 頻壓縮編碼單元3壓縮成標準的數(shù)字視頻流，接著經(jīng)數(shù)字信號處理單 元4，使數(shù)字視頻流經(jīng)過高速編碼送到激光發(fā)射單元5里驅(qū)動激光器 發(fā)出激光，通過光學天線6發(fā)射出去；在接收方，首先由光電接收單 元7將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)過放大整形，由數(shù)字信號處理單元8 解碼得到標準的數(shù)字視頻流，再通視頻解碼單元9的解碼，D/A轉(zhuǎn)換 卡10的D/A轉(zhuǎn)換，送到監(jiān)視器11里將發(fā)射方采集到的視頻與語音信 號進行實時的播放。動態(tài)工作過程(1) 光學天線的架設(shè):在收發(fā)雙方各安放空間激光音視頻傳輸系 統(tǒng)一套，架起光學天線6，并使其指向?qū)Ψ?，通過目鏡觀瞄系統(tǒng)，調(diào) 整鏡頭，使對方位于自己的鏡頭觀靶鏡內(nèi)十字線的中心。(2) 連線攝像機1采用了型號TYN8090，話筒內(nèi)置；監(jiān)視器 11采用了 Haier型號為HS-3706的電視機，工作在AV狀態(tài)。將攝像 機1的視頻輸出線接至A/D轉(zhuǎn)換卡2的視頻輸入端子上，攝像機1的 音頻輸出線接至A/D轉(zhuǎn)換卡2的音頻輸入端子上，A/D轉(zhuǎn)換卡2的輸 出線接至視頻編碼單元3的輸入端子上，視頻編碼單元3的輸出線接 至數(shù)字信號處理單元4的輸入端子上，數(shù)字信號處理單元4的輸出線 接至激光發(fā)射單元5的輸入端子上，至此發(fā)射系統(tǒng)單元的連線已經(jīng)完 畢；同理將接收系統(tǒng)單元連線完成。(3) 系統(tǒng)工作過程接通電源，并開啟總開關(guān)，系統(tǒng)各部分上電 進入正常工作狀態(tài)，系統(tǒng)工作過程為通過含有話筒的攝像機1采集模擬視頻信號與音頻信號，送到A/D卡2后，經(jīng)隔離放大和抗混疊濾 波后，進行A/D轉(zhuǎn)換，再通過視頻編碼單元3將信號壓縮編碼成標準 的數(shù)字視頻流，接著信號進入數(shù)字信號處理單元4進行數(shù)字信號處理， 使數(shù)字視頻流經(jīng)過高速編碼后送到激光發(fā)射單元5，驅(qū)動激光器發(fā)出 激光，通過光學天線6發(fā)射出去；在接收方，首先由光電接收單元7 將光信y轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)過放大整形，由數(shù)字信號處理單元8進行 高速解碼得到標準的數(shù)字視頻流，再通過視頻解碼單元9完成解碼， 通過D/A轉(zhuǎn)換卡10轉(zhuǎn)換成模擬的視頻與音頻信號，送到監(jiān)視器11， 將發(fā)射方采集到的視頻與語音信號進行實時的播放。 實施例2如實施例l所述的空間激光音視頻傳輸系統(tǒng)，所述的激光發(fā)射單元 5:采用激光輸出功率連續(xù)可調(diào)，具有l(wèi)GHz的開關(guān)速度的激光器進行 信號的發(fā)射。采用波長為0.850nm的半導體激光器，輸出功率從5mW 200mW連續(xù)可調(diào)。 實施例3如實施例1所述的空間激光音視頻傳輸系統(tǒng)，所述的激光發(fā)射單 元5:采用激光輸出功率連續(xù)可調(diào)，具有l(wèi)GHz的開關(guān)速度的激光器進 行信號的發(fā)射。采用波長為1.550nm的半導體激光器，輸出功率從 5mW 200mW連續(xù)可調(diào)。
權(quán)利要求
1、空間激光音視頻傳輸系統(tǒng)，其特征在于，其構(gòu)成有攝像機(1)，A/D轉(zhuǎn)換卡(2)，視頻編碼單元(3)，數(shù)字信號處理單元(4)，激光發(fā)射單元(5)，光學天線(6)，光電接收單元(7)，數(shù)字信號處理單元(8)，視頻解碼單元(9)，D/A轉(zhuǎn)換卡(10)，監(jiān)視器(11)；(1)-(6)順次連接組成空間激光音視頻傳輸系統(tǒng)的發(fā)射單元，(6)-(11)順次連接組成空間激光音視頻傳輸系統(tǒng)的接收單元。工作時，通信雙方均有該裝置一套；所述的攝像機(1)采用含有話筒的攝像機，用于將圖像信息轉(zhuǎn)換成模擬的視頻信號，將聲音信息轉(zhuǎn)換成模擬的音頻信號；所述的A/D轉(zhuǎn)換卡(2)將需要傳送的模擬視頻信號和音頻信號經(jīng)隔離放大和抗混疊濾波后，進行A/D轉(zhuǎn)換，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；所述的視頻編碼單元(3)采用國際通用的視頻編碼技術(shù)，完成視頻壓縮編碼，輸出串行編碼；所述的數(shù)字信號處理單元(4)為了適應(yīng)高速率的傳輸，數(shù)字信號處理單元將視頻編碼單元(3)輸出的串行編碼進行高速編碼。采用的通信速率為2Mbps到311Mbps可調(diào)；所述的激光發(fā)射單元(5)采用激光輸出功率連續(xù)可調(diào)，具有1GHz的開關(guān)速度的激光器進行信號的發(fā)射，采用的半導體激光器輸出功率從5mW～200mW連續(xù)可調(diào)；所述的光學天線(6)采用反式望遠鏡，發(fā)射/接收一體化的光學系統(tǒng)，以實現(xiàn)平行光發(fā)射，完成信號激光的發(fā)射與接收；所述的光電接收單元(7)采用APD作為探測單元電路，實現(xiàn)將光學天線(6)接收到的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，能適應(yīng)在惡劣的環(huán)境下可靠的接收信號；所述的數(shù)字信號處理單元(8)實現(xiàn)數(shù)字信號處理單元(4)的相應(yīng)解碼功能；所述的視頻解碼單元(9)完成視頻編碼單元(3)的相應(yīng)視頻解碼功能；所述的D/A轉(zhuǎn)換卡(10)完成模擬視頻信號和音頻信號的還原；所述的監(jiān)視器(11)用于直接觀看收聽視/音頻信息，一般的電視機就可；在發(fā)射方，通過普通的攝像機(1)采集的模擬視頻信號與音頻信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換卡(2)隔離放大和抗混疊濾波后，進行A/D轉(zhuǎn)換，再通過視頻壓縮編碼單元(3)壓縮成標準的數(shù)字視頻流，接著經(jīng)數(shù)字信號處理單元(4)，使數(shù)字視頻流經(jīng)過高速編碼送到激光發(fā)射單元(5)里驅(qū)動激光器發(fā)出激光，通過光學天線(6)發(fā)射出去；在接收方，首先由光電接收單元(7)將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)過放大整形，由數(shù)字信號處理單元(8)解碼得到標準的數(shù)字視頻流，再通視頻解碼單元(9)的解碼，D/A轉(zhuǎn)換卡(10)的D/A轉(zhuǎn)換，送到監(jiān)視器(11)里將發(fā)射方采集到的視頻與語音信號進行實時的播放。
2、如權(quán)利要求1所述的空間激光音視頻傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所 述的激光發(fā)射單元(5):采用激光輸出功率連續(xù)可調(diào)，具有l(wèi)GHz的 開關(guān)速度的激光器進行信號的發(fā)射，采用波長為0.810nm的半導體激 光器輸出功率從5mW 200mW連續(xù)可調(diào)。
3、 如權(quán)利要求1所述的空間激光音視頻傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所 述的激光發(fā)射單元(5):采用激光輸出功率連續(xù)可調(diào)，具有1GHz的 開關(guān)速度的激光器進行信號的發(fā)射，采用波長為0.850nm的半導體激 光器輸出功率從5mW 200mW連續(xù)可調(diào)。
4、 如權(quán)利要求1所述的空間激光音視頻傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所 述的激光發(fā)射單元(5):采用激光輸出功率連續(xù)可調(diào)，具有l(wèi)GHz的 開關(guān)速度的激光器進行信號的發(fā)射，采用波長為1.550nm的半導體激 光器輸出功率從5mW 200mW連續(xù)可調(diào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及空間激光音視頻傳輸系統(tǒng)，屬于空間激光通信領(lǐng)域，其構(gòu)成如下攝像機(1)，A/D轉(zhuǎn)換卡(2)，視頻編碼單元(3)，數(shù)字信號處理單元(4)，激光發(fā)射單元(5)，光學天線(6)，光電接收單元(7)，數(shù)字信號處理單元(8)，視頻解碼單元(9)，D/A轉(zhuǎn)換卡(10)，監(jiān)視器(11)。該系統(tǒng)不僅能傳輸圖像視頻信息，而且對聲音信號也能傳輸；通信速率可以達到311Mbps；傳輸距離遠，可以達到20Km以上；采用全雙工通信，通信雙方能進行可視通話；小型化、模塊化設(shè)計，使裝置各個部分體積小巧，結(jié)構(gòu)緊湊；電路組合結(jié)構(gòu)設(shè)計，使電路通用、互換，方便維護，特別適合應(yīng)用于野戰(zhàn)。
文檔編號H04N7/26GK101267548SQ200810050370
公開日2008年9月17日 申請日期2008年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月4日
發(fā)明者于林韜, 姜會林, 路 宋, 朱一峰, 絮 楊, 陳桂芬 申請人:長春理工大學