高清摄像机复合光缆的扩展应用

黄挺

随着广播电视技术的进步，在节目制作领域已普遍实现高清化，高清摄像机也已是基本配置。高清基带信号的传输码流高达1.485G bps，而传统的三同轴电缆（8.8mm）传输，其对信号的衰减而无法满足电视制作要求的基本传输距离（100m～200m），而使用更粗的11mm或14mm三同轴电缆虽然能够部分满足这个传输距离，但在实际应用中因为电缆盘维绕长度限制及线缆收放的不便而显得很不实用，而且对于超过200米的传输距离并不能保证信号的传输质量。为了解决高清摄像机的长距离传输，电影和电视工程师协会（SMPTE）和日本无线工业及商贸联合会（ARIB）分别推出了通用摄像机光缆线标准，这些标准中对线缆的各项指标的要求都是非常接近的，只是对控制芯线绝缘层颜色的规定有所不同。对于光电复合缆，规定了其包含4根HDTV摄像机供电用的电源线、2根信号控制线和2根用于视频和音频传输的单模光纤。

1. 摄像机光缆线的结构

1.1 摄像机光缆的物理结构

目前通用的摄像机光缆缆线主要是根据SMPTE 304M和BTA S-1005B标准生产的（见图1所示内部构造图），各个厂家生产的摄像机光缆在外形尺寸，内部芯线结构等都是满足这些标准。因不同的厂家在生产工艺上略有不同，从而直接影响到摄像机光缆的应用范围和使用寿命。通过与不同厂家的技术交流，我们了解到，看起来很普通的摄像机光缆也有很大的区别，有适用于演播室、机房、体育场馆内的管槽铺设用的摄像机复合光缆，也有适用于外景拍摄及演播室现场使用的摄像机复合光缆。其中非管槽铺设用的摄像机复合光缆中的光纤采用了含有Kevlar（芳纶纤维，也叫做“凯芙拉”）的光纤，与选用普通光纤的摄像机复合光缆相比对光传输通路提供了额外的应力保护。采用这种设计主要是解决集中冲击应力对光缆造成的瞬间切向应力。通过抗拉力很强的芳纶纤维沿光纤方向分解这种冲击应力造成的瞬间拉力，使这种拉力不直接作用在光纤上，防止光纤因这种瞬间拉力造成断裂。在实际使用中，摄像机复合光缆在演播现场外露的情况下，往往会通到切向应力的情况，比如在进行节目录制时，光缆铺设在舞台或台阶边缘遭到踩踏时就属于这种应力范围。而采用普通光纤的摄像机复合光缆更多的是应用在管道或线等固定铺设的环境中。所以，在工程施工和播室录制现场使用时，应选择适合的摄像机復合光缆，这对摄像机复合光缆的安全性是至关重要的。

2. 摄像机光缆的电气结构

在SMPTE 304M、BTA S-1005B标准中规定了复合光缆中各线芯的电气结构参数如图2。在SMPTE 304M中详细规定了光纤应用波长为1100 nm～1350 nm，插入损耗最大0.5分贝。电源线为AC600V/10A。信号线为AC42V、DC60V/1A。使用环境温度-20℃～+60℃，存储环境-40℃～+85℃，湿度要求小于95%。

3. 摄像机复合光缆的应用

我们在实际工作中每次出动转播车进行直播、转播都会携带大量的摄像机复合光缆，若能对摄像机复合光缆加以改造拓展其应用将极大的方便工作，因其复合了光缆、电源，可实现在一根缆线上传输高清视频信号及电源，而且相比较于同轴SDI电缆可长距离传输，解决了现场直播活动中长遇到的传输距离长、周边无法供电的难题。我们就利用一组多业务光端机配合摄像机复合光缆对摄像机微波系统进行了改造，将原本固定安装在转播车上的微波接收机改造为可移动放置的形式，提高了使用范围。

3.1 改造前情况

我台动中通转播车配置了2套Gigawave无线微波单元，其系统结构如图3。

系统主要包括HD Clip On发射机，工作频率频率为1.95GHz-2.7GHz，最大发射功率200mw，内置H.264编码板4：2：0/4：2：2。接收部分以MTV-HD3视音频接收解码机为核心，其采用双路分集接收控制单元，可接入两根无源接收天线，此外该接收机可配置一个根据不同品牌摄像机定制的OEM OCP，可实现对无线端摄像机光圈、白平衡等数据的控制。从图上我们可以看出，接收侧包括了接收机、接收天线、OEM OCP（数据基站）、OCP面板，数据发射单元及发射天线。

此车在设计建造时主要考虑为应急新闻直播采访使用，所以在设备选型时就要求微波单元是能快速安装使用的，故选择了该款Gigawave无线微波系统。这款微波单元接收机为固定安装于车上机架，天线固定安装于车体上，即接收侧全部固定安装方便现场快速使用。但在随后工作中此车陆续进行了改造，增加了有线讯道用于小型晚会等现场的转播制作，随之而来的问题是该套无线微波系统固定安装在车上的结构很难适应晚会等现场的制作要求。例如现场为室内舞台，而转播车只能停在室外，这样安装在车上的接收天线就无法接收到室内的信号，而若将接收机单独拆下安放到室内舞台附近，又无法解决其与OEM OCP间的数据通讯及视音频信号的长距离传输。

3.2 改造方案

根据摄像机复合光缆的结构，能利用其传输视音频信号、数据信号及电源，这样就能将视音频接收机、数据发射机和OEM OCP（数据基站）分离开，OEM OCP（数据基站）及遥控面板安装在转播车，视音频接收机和机数据发射机集中安装于一飞行箱内，利用摄像机复合光缆传输调制后的视音频、数据信号及电源。这样改造后可实现接收端的移动放置，缩短了接收机与发射机间的距离，能更稳定的接收无线信号。如图4所示。

在此改造方案中我们利用了一款国产的多业务光端机实现信号的光电转换，该款型号为YUK880的光端机能实现在一根单模光纤上双向传输一路高清视频（HDSDI）、两路模拟音频、及数据信号RS232、RS485、RS422，功能甚是强大。其接口如图5所示。此外我们还利用了LEMO摄像机复合光缆接头（图6），这款接头将摄像机复合光缆中的2芯单模光纤、2芯电源、2芯控制线分别引出，这样就能方便的将摄像机复合光缆的各芯线与设备对接，在其上传输光端机调制后的信号及交流供电。

4. 总结

利用摄像机复合光缆对Gigawave摄像机微波系统进行改造，使得这套原本只能固定在转播车上使用的微波单元实现了接收单元的外移，可根据现场要求将接收单元安放于发射单元附近，保证信号接收稳定的同时也解决了摄像机反向数据控制的问题，完整的保留了原系统的各项功能。经几场直播活动的使用证实此改造稳定可靠。