基于光纖通信的遠程互動會議系統(tǒng)的建立

王克甫，隋洪毅

（1．河南工程學院 電氣信息工程系，河南 新鄭451191；2．河南工程學院 經(jīng)濟貿易系，河南 新鄭451191）

音視頻會議系統(tǒng)是通過網(wǎng)絡通信技術來實現(xiàn)的虛擬會議，使在地理上分散的用戶可以共聚一處，通過圖形、聲音等多種方式交流信息，支持人們遠距離進行實時信息交流與共享、開展協(xié)同工作的應用系統(tǒng)。音視頻會議極大地方便了協(xié)作成員之間真實、直觀的交流，對于遠程教學和會議也有著舉足輕重的作用。光纖通信技術以其通信容量大、傳輸距離遠、信號串擾小、保密性能好、抗電磁干擾、傳輸質量佳等多重優(yōu)勢在通信領域得到廣泛的應用。本文介紹了結合光纖通信技術和音視頻處理技術，成功搭建某醫(yī)院手術室（以下簡稱A地）與某大廈會場（以下簡稱B地）之間的遠程音視頻會議系統(tǒng)。

1 光纖傳輸原理及特性

1．1 光纖的傳輸原理

光獨立傳播定理認為，從不同光源發(fā)出的光線，以不同的方向通過介質某點，各光線彼此互不影響。光的直線傳播和折射、反射定律認為，光在各向同性的均勻介質（折射率n不變）中按直線傳播。光在傳播中遇到不同介質的光滑界面時，會發(fā)生反射和折射現(xiàn)象。光纖使用光脈沖沿光線路傳輸信息，以替代使用電脈沖沿電纜傳輸信息。在系統(tǒng)的一端是發(fā)射機，是信息到光纖線路的起始點。發(fā)射機接收到的已編碼電子脈沖信息來自于銅線電纜，然后將信息處理并轉換成等效的編碼光脈沖。使用發(fā)光二極管或產生光脈沖，同時采用透鏡，將光脈沖集中到光纖介質，使光脈沖沿線路在光纖介質中傳輸。由內部全反射原理可知，光脈沖很容易沿光纖線路運動，光纖內部全反射原理說明了當入射角超過臨界值時，光就不能從玻璃中溢出；相反，光纖會反射回玻璃內。應用這一原理制作光纖的多芯電纜，使得以光脈沖形式沿光線路傳輸信息成為可能。

1．2 光纖的傳輸特性

光纖傳輸具有衰減小、頻帶寬、抗干擾性強、安全性能高、體積小、重量輕等優(yōu)點，所以在長距離傳輸和特殊環(huán)境等方面具有無法比擬的優(yōu)勢。光纖傳輸中的載波是光波，光波是頻率極高的電磁波，遠遠比電波通訊中所使用的頻率高，所以不受干擾。且光纖采用的玻璃材質，不導電，不會因斷路、雷擊等原因產生火花，因此安全性強，在易燃，易爆等場合特別適用。

1．3 光纖線路的選擇

考慮到A地B地距離為25 km左右，而且是臨時需要，決定采用某公司架設的備用通信光纖線路。此光纖為玻璃纖芯和玻璃包層光纖（通常稱為SCS光纖，即石英包層的石英光纖），相比其他類型的光纖，其性能最好，切實符合此次系統(tǒng)建立的需要。

2 系統(tǒng)的建立

2．1 系統(tǒng)原理

本系統(tǒng)首先對多路音頻、視頻信號進行采集，接著利用現(xiàn)成的設備進行音視頻信號的處理，以提高聲音和畫面的質量，然后對音視頻信號進行實時監(jiān)控、錄制、保存，最后通過控制主機，利用光端機進行光纖通信，實現(xiàn)兩地的信號互傳。從而實現(xiàn)遠程會議的信息互動。系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)原理框圖

2．2 系統(tǒng)中央控制室的建立

根據(jù)現(xiàn)場需要，將中控室分為兩部分，音頻部分和視頻部分。這里僅選擇A地展開。B地的中央控制室建立方法與A地類似。

由于為臨時搭建需要，選擇A地離手術室現(xiàn)場較近的房間建立中控室。

音頻部分：為方便起見，兩個手術室分別采用一部無線耳麥，另預留一部備用。放置兩個大功率音響，接收通過光纖通信、音頻處理過的B地會議現(xiàn)場的聲音。先將三部無線設備進行頻率設定，以防止相互竄擾影響，然后用同軸電纜將無線接收機與中控室內音頻處理設備相連接，將大功率音響與調音臺相連接，音頻處理設備包括均衡器、移頻器、功放、調音臺、音頻切換矩陣等。另在中控室內設立如圖2所示的A地音頻設備連接簡圖。臨時主持臺，考慮到距離等因素，采用有線話筒進行音頻采集，直接將話筒用同軸電纜連接至音頻處理設備即可。簡單的設備連接圖如圖2所示。

圖2 A地音頻設備連接簡圖

視頻部分：A地手術室現(xiàn)場需要采集的視頻路數(shù)較多，包括兩路手術室現(xiàn)場攝像信號，兩路B超信號，兩路X光CT信號，兩路胃鏡信號，一路中控室主持臺攝像信號。由于距離較近，直接采用同軸電纜與視頻處理設備相連接。視頻處理設備包括視頻分割器、視頻切換矩陣、硬盤錄像機等。另在兩手術室內分別放置一臺大屏幕LCD顯示器，以對B地會議現(xiàn)場視頻信號和A地手術室內醫(yī)療設備輸出的視頻信號進行多畫面顯示。中控室內放置一臺PC機，兩臺大屏幕LCD顯示器，以對需要監(jiān)控的視頻進行多畫面顯示監(jiān)控。簡單的設備連接圖如圖3所示。

圖3 A地視頻設備連接簡圖

3 系統(tǒng)調試

3．1 通信光纖的調試

施工過程中請某公司相關工程人員接通了兩條A地與B地之間的通信光纖。一條應用于系統(tǒng)，另一條備用。經(jīng)過儀器測試，發(fā)現(xiàn)其中一條通信光纖損耗較小，約為12．6 dB，通信質量較高，因此選擇此條線路，另外一條損耗約為13．2 dB，備用。

3．2 音頻部分調試

分別在A地和B地安排工程人員，首先調試無線耳麥設備，調節(jié)音頻處理設備各相關按鍵或旋鈕，測試調音臺音量控制情況和音頻監(jiān)聽效果，選擇測試過程中效果較好的設備，效果稍差的設備備用。然后用類似的方法調試有線話筒設備。

3．3 視頻部分調試

類似音頻調試部分。由于視頻路數(shù)較多，而且醫(yī)療設備影像對視頻質量要求較高，在用同軸電纜連接各設備時要確保BNC視頻接頭焊接規(guī)范，接觸良好。要逐一對各路視頻信號進行調試，確保其視頻效果最好。另外，調試的過程中測試硬盤錄像機及其他各視頻處理設備的好壞，例如視頻切換矩陣，要把所有視頻信號都要切換測試。對所用大屏幕LCD顯示器要進行多畫面顯示測試。而且，可配合調試好的音頻設備，在A地與B地間測試音視頻信號同時傳輸?shù)男Ч?，確保遠程會議系統(tǒng)效果最佳。

另外，需要注意調試過程中每一個音頻或視頻接口處要確保有效連接，如果出現(xiàn)音視頻均很難達到預期的情況，要重新對每一個設備環(huán)節(jié)認真檢查，最后取得進展。

4 結 論

從應用的效果來看，臨時搭建的遠程互動會議系統(tǒng)能夠完全滿足此次會議的音頻、視頻的傳輸、共享、實時監(jiān)控、隨機保存等需要，為會議的圓滿召開奠定了堅實的基礎。

［1］ 沈其聰，李有根．通信系統(tǒng)教程［M］．北京：機械工業(yè)出版社，2007．

［2］ 石順祥，王學恩，劉勁松．物理光學與應用光學（第二版）［M］．西安：西安電子科技大學出版社，2008．