基于SFP光模块的机载高分辨率视频信号传输技术

荆游　王赞超　蔡磊

摘 要：在飞行试验中，常常需要将飞机驾驶舱内的视频信号抽引出来进行实时遥测和记录，在这一过程中，视频信号经信号源到机载测试设备的高质量传输显得尤为重要。使用电缆进行高分辨率数字视频信号（DVI）长距离传输时会遇到为保证信号传输可靠线缆长不超过7 m以及受机载复杂电磁环境影响等问题，为此研究一种基于SFP光模块的机载高分辨率视频信号传输技术，视频信号主体进行电光转换后用光纤传输，再经光电转换后进行视频信号的后续采集，用光纤传输代替电缆传输。

关键词：SFP光模块 视频传输 机载视频

中图分类号：TN91 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）12（a）-0030-03

Abstract：During the flight test， the video signal from the cockpit of aircraft is always needed to be real-time telemetered and recorded. Its very important to transmit the video signal from the signal source to the airborne test equipment high reliably. The length of cable must be no more than 7m for ensuring signal transmission reliability and the airborne complex electromagnetic environment can impact signal transmission when using cable for high-resolution digital video signal transmission over long distances. So an airborne high-resolution video signal transmission technology based on SFP light module is researched. The video signal is transmitted with optical fiber after light transformation and then it is collected after photoelectric transformation. The technology uses optical fiber for video transmission instead of cable.

Key Words：SFP light module； Video transmission；Airborne video

随着我国军工科技水平的不断提升，新型号的飞机不断涌现。越来越多的新一代技术被应用到各型号飞机设计中，与此同时也就对飞行试验技术提出了更高的要求。在飞行试验中，常常需要对视频信号进行实时遥测和记录，视频信号在链路上的高质量传输显得尤为重要。某型飞机的驾驶舱内大显采用高分辨率数字视频信号（DVI），其分辨率达到1 600×1200，传统的电缆传输已经不能满足要求，为此，应该开发新的数字视频信号传输技术。

1 传统电缆长距离传输高分辨率数字视频信号（DVI）的缺陷

机载环境是一个十分复杂的环境，对于飞行试验就要求相关的机载测试设备必须安装到飞机上特定的部位以及测试线路的穿插，由此就导致测试链路往往十分冗长，一般机载视频信号源到测试设备的传输线路都在7 m以上。

使用传统电缆进行高分辨率数字视频信号（DVI）如此长距离传输会造成信号的严重损耗，损耗与频率成正比，最主要的损耗来自点到点之间用于承载数据信号的电缆，随着数据率的上升，电缆将引入更多的损耗，主要是趋肤效应损耗和介质损耗。趋肤效应损耗是使大多数的高频电流在导体的外表面流动，于是，导体的有效电阻随着频率的上升而增大。介质损耗是使一路信号沿着一根与其他导体之间通过电介质绝缘的导体行进时，介质材料将吸收一部分信号，介质损耗与信号频率成正比。趋肤效应损耗和介质损耗都会使高频二进制信号的边沿变化率变慢，引入码间干扰（ISI）。趋肤效应损耗是电缆中的主要损耗机制。

另外，传统电缆传输高分辨率数字视频信号（DVI）还受机载复杂电磁环境的影响。

由此看出传统电缆长距离传输高分辨率数字视频信号（DVI）的缺陷十分明显。

2 基于SFP光模块的机载高分辨率视频信号传输技术介绍

2.1 DVI信号

DVI（Digital Visual Interface）即数字视频接口，它是基于TMDS（Transition Minimized Differential Signaling，最小化传输差分信号）电子协议作为基本电气连接[1]。DVI信号本质上是按照TMDS协议编码后通过TMDS通道发送出去的，在一条TMDS通道里其中有用的信号有Data0+、Data0-、Data1+、Data1-、Data2+、Data2-、Clock+和Clock-[2]，除此之外比较重要的信号还有5V和地这两个电压信号。

2.2 SFP光模块

通常光模块分为发射端和接收端两种，发射端把电信号转换成光信号，通过光纤传送后，接收端再把光信号转换成电信号[3]。SFP即Small Form-factor Pluggable的缩写，是一种光模块封装[4]，一般SFP光模块由激光器（发射器TOSA或者接收器ROSA）、配套的外围电路和外部配件构成。SFP光模块的外观如图1所示。

2.3 技术原理

DVI信号中的Data0+和Data0-、Data1+和Data1-、Data2+和Data2-、Clock+和Clock-为4对差分信号，因此选用合适的发射端能够接收差分信号、而接收端又能还原相同差分信号的一对SFP光模块，就可以实现该项技术。

具体技术原理为：Data0+和Data0-、Data1+和Data1-、Data2+和Data2-、Clock+和Clock-这4对差分信号首先经SFP发射端光模块进行电光转换，然后光信号通过光纤传输至SFP接收端光模块，再经过光电转换后还原成上述4对差分信号。在该项技术中，DVI信号的传输方式主要为DVI光信号在光纤中传输，在SFP发射端光模块的前端和SFP接收端光模块的后端，DVI电信号在长度不长的电缆中传输。

3 实际设计方案及实验效果

3.1 实际设计方案

在实际的机载环境应用中，设计了一种既包含光纤又包含电源线的光电复合缆用于DVI信号的长距离传输，如图2所示。

实际中选用深圳创思维的型号为TRANSWAN CMT08V5-11-TT的SFP发射端光模块和型号为TRANSWAN CMT08V5-11-RR的SFP接收端光模块，这两种光模块可以同时发射/接收两路光信号，一路光信号对应一对差分信号，由于DVI信号中含有Data0+和Data0-、Data1+和Data1-、Data2+和Data2-、Clock+和Clock-这4对有用的差分信号，如此只需要各2个这样的SFP光模块便可以完成DVI信号的电光转换和光电转换，继而满足设计要求。这两种SFP光模块具有以下特点[5]。

（1）中心波长：850 nm；

（2）传输速率：1.25 Gbps；

（3）传输距离：550 m（50/125 μm or 62.5/125 μm MMF）；

（4）工作电压：3.3 V；

（5）工作温度：-40℃～+85℃；

（6）光纤接口：LC；

（7）防护要求：静电防护。

在具体应用中，还要制作TRANSWAN CMT08V5-11-TTSFP发射端光模块和TRANSWAN CMT08V5-11-RRSFP接收端光模块的PCB基座，一方面PCB起了接插固定SFP光模块的作用，另一方面PCB上还有SFP光模块必需的外围电路。图2所示的光电复合缆中的发射端-电光转换模块和接收端-光电转换模块分别为TRANSWAN CMT08V5-11-TTSFP发射端光模块+PCB基座和TRANSWAN CMT08V5-11-RRSFP接收端光模块+PCB基座。需要指出的是，SFP发射端光模块的PCB基座上的电源来自于输入的DVI电信号中的5 V和地，经过电平转换芯片产生3.3 V电压，来供给SFP发射端光模块使用。同时还从SFP发射端光模块的PCB基座上引出5 V电源到SFP接收端光模块的PCB基座上，用于接收端的电源供应，因此需要在发射端-电光转换模块和接收端-光电转换模块之间连接电源线，加之用于传输DVI光信号的光纤，所以称之为“光电复合缆”。光电复合缆实物图如图3所示。

3.2 实验效果

在实验室里，选用SG2009+视频信号发生器产生DVI信号，分别在3种分别率（1024×768、1280×1024、1600×1200）条件下，对光电复合缆进行了实验验证。将光电复合缆的输入端接到SG2009+视频信号发生器，输出端接到液晶显示器，观察液晶显示器的显示画面，实验效果如图4、图5和图6所示。

经过长时间观察，得出表1所示的实验结果。

4 结语

从实验效果可以看出，基于SFP光模块的机载高分辨率视频信号传输技术可行性很高，基于此技术研制的光电复合缆对于长距离传输DVI信号有着很好的功效。

光纤介质重量轻，在飞机科研试飞测试改装中广泛地使用光纤传输，可大幅降低飞机重量，继而提升飞机的总体性能，如：提高飞机的机动性能、可增加飞机的有效载荷或续航能力、减少飞机油耗等。同时光纤传输还有着抗干扰能力强[6]等优点，非常适合复杂的机载环境。

参考文献

[1] 蒋兆林.DVI数字显示接口标准[J].电子产品世界，2001（4）：59-60.

[2] 王宇庆.基于DVI接口的数字视频信号传输技术研究[D].吉林大学，2005.

[3] 王佳.光模块的研究与测试[D].太原：中北大学，2014.

[4] 周凤金.SFP光模块的监测系统研究与实现[D].武汉：武汉理工大学，2012.

[5] TRANSWAN.CMT08V5-11-TT/RR[EB/OL].2010.

[6] 韩红霞，司国良，曹立华，等.光电跟踪设备数字视频图像信息光纤传输系统设计[J].光学精密工程，2010，18（5）：1219-1225.