[發(fā)明專利]一種基于光纖的水下視頻和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710894489.5
• 申請(qǐng)日: 2017-09-28
• 公開（公告）號(hào): CN107566804A
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏嘉;柴軍杰;劉本剛;李建彬;張潔;任晉原
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 光子瑞利科技（北京）有限公司
• 主分類號(hào): H04N7/18
• 分類號(hào): H04N7/18;H04N7/22;H04B10/60;H04B10/50;H04B10/291;H04B10/25
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• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖通信領(lǐng)域，特別是一種基于光纖水下視頻和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。

背景技術(shù)

海洋中蘊(yùn)藏大量的寶貴資源。但因其環(huán)境的特殊性，如何正確并快速地勘探和開發(fā)海洋資源，是擺在世界各國(guó)面前的一道難題，它已經(jīng)成為制約國(guó)家快速、可持續(xù)發(fā)展的重要因素。因此，發(fā)展海洋科技，尤其是海洋高新技術(shù)已成為世界新技術(shù)革命的重要內(nèi)容。與陸地資源的勘探和開發(fā)不同，在海洋資源的勘探和開發(fā)過程中，人們無法直接看到整個(gè)過程的實(shí)時(shí)畫面情況，必須要借助深海攝像系統(tǒng)來對(duì)水下現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以便正確、快速地操控其它深海科學(xué)考察設(shè)備。

近年來，我國(guó)海洋勘探和開發(fā)技術(shù)取得了飛速發(fā)展，在深海考察設(shè)備中也包括了深海攝像系統(tǒng)。這些系統(tǒng)主要使用的傳輸電纜主要有鎧裝同軸電纜和帶有動(dòng)力傳輸?shù)匿N裝復(fù)合光纜。鎧裝同軸電纜由于操作簡(jiǎn)單、易于維護(hù)而廣泛用于深海調(diào)查和取樣設(shè)備中。同軸電纜帶寬窄，數(shù)據(jù)傳輸速度慢，信號(hào)衰減大，頻率失真度高；同軸電纜越細(xì)越長(zhǎng)，損耗

就會(huì)越大；信號(hào)頻率越高，損耗也會(huì)越大；而且電纜越長(zhǎng)，“邊頻差值”也越大，同軸電纜的這種“頻率失真特性”，是影響視頻圖像質(zhì)量最為關(guān)鍵的因素。因此當(dāng)深海攝像設(shè)備所搭載的水下攝像機(jī)數(shù)目多于兩個(gè)后，為保證通信順暢，所傳輸?shù)囊曨l信號(hào)必須經(jīng)過壓縮編碼，復(fù)原后的視頻質(zhì)量將嚴(yán)重下降，難以滿足視頻監(jiān)控的要求。可見，由于鎧裝同軸電纜自身特性的限制，使得基于鎧裝同軸電纜的深海攝像系統(tǒng)在很多場(chǎng)合使用時(shí)受到限制。本發(fā)明采用鎧裝復(fù)合光纜作為視頻圖像和數(shù)據(jù)的傳輸介質(zhì)來解決上述問題。與同軸電纜相比，光纖的優(yōu)勢(shì)十分明顯光纖衰減非常低，且能恒定地通過更寬的頻率范圍。其次，也是最關(guān)鍵的一點(diǎn)，光纖系統(tǒng)不會(huì)受到外部電磁場(chǎng)的干擾。鎧裝復(fù)合光纜雖然價(jià)格較高，但其作用大，纜中專用動(dòng)力纜能夠輕松地實(shí)現(xiàn)幾十千瓦能源傳輸。另外，鎧裝復(fù)合光纜是海洋工程應(yīng)用中較多的復(fù)合纜，技術(shù)早已成熟。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種基于光纖的水下高清視頻和視頻大數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，提高視頻清晰度，能夠有效提升深海探測(cè)效率。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是：通過使用萬米鎧裝復(fù)合光纜為傳輸介質(zhì)形成的水下視頻和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。

其中，所述基于鎧裝復(fù)合光纖的水下視頻系統(tǒng)，包括：其中，萬米鎧裝復(fù)合光纜又稱為光電復(fù)合纜，其中心是一根銅電纜，互為備份的雙光纜單元放置在銅電纜之外的繞包塾層中。能源是通過中心銅電纜進(jìn)行傳輸?shù)模闲械囊曨l信號(hào)、傳感器狀態(tài)數(shù)據(jù)幀以及下行的水下設(shè)備控制命令是通過光纜傳輸?shù)摹＜装逑到y(tǒng)主要負(fù)責(zé)甲板電源的高壓直流變換、上行視頻圖像和傳感器狀態(tài)數(shù)據(jù)幀的接收和顯示、下行設(shè)備控制命令的發(fā)送等，按其功能也可進(jìn)一步模塊化為甲板監(jiān)控操作平臺(tái)、電源變換處理模塊、甲板光纖通信模塊以及視頻服務(wù)器。

其中，所述深海系統(tǒng)工作原理，包括:系統(tǒng)上電后，啟動(dòng)甲板監(jiān)控平臺(tái)上的監(jiān)控界面，發(fā)送下行的水下設(shè)備控制命令；設(shè)備控制命令經(jīng)RS232串口進(jìn)入甲板光纖通信模塊，模塊會(huì)將此時(shí)的命令(電信號(hào))轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，然后通過光纜傳輸?shù)剿鹿饫w通信模塊；水下光纖通信模塊會(huì)先將命令進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，再通過串口發(fā)送給水下嵌入式釆集控制系統(tǒng)；采集控制系統(tǒng)根據(jù)即定的通信協(xié)議，解析命令，并執(zhí)行打開與關(guān)閉攝像機(jī)、照明燈和高度計(jì)等水

下設(shè)備的任務(wù)；當(dāng)攝像機(jī)和離底高度計(jì)被打開后，攝像機(jī)輸出模擬視頻信號(hào)直接進(jìn)行入水下光纖通信模塊，而離底高度計(jì)和傾角傳感器等系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)由水下嵌入式采集控制系統(tǒng)采集并封裝成數(shù)據(jù)傾后，再傳送給水下光纖通信模塊，視頻和數(shù)據(jù)傾以時(shí)分復(fù)用的方式，通過光纜傳到甲板光纖通信模塊；甲板光纖通信模塊將視頻和數(shù)據(jù)頓將行分接，視頻信號(hào)輸出給視頻服務(wù)器，而數(shù)據(jù)幀則直接通過串口傳給甲板監(jiān)控界面，數(shù)據(jù)幀經(jīng)解析后，系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)顯示在界面相應(yīng)的區(qū)域；當(dāng)甲板監(jiān)控界面開啟了視頻監(jiān)控功能，甲板監(jiān)控界面就會(huì)訪問視頻服務(wù)器，獲取并顯示兩路視頻圖像；當(dāng)需要存儲(chǔ)視頻圖像時(shí)，幵啟錄像存儲(chǔ)功能即可；停止視頻監(jiān)控后，便可以回放所有存儲(chǔ)的視頻圖像。

其中，所述深海視頻監(jiān)控三大系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)，包括:光纖通信系統(tǒng)功能類似數(shù)字光端機(jī)，只需要完成視頻圖像和數(shù)據(jù)的傳輸工作，選用CPLD作為水下和甲板光纖通信模塊的主控芯片。