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HD-SDI光传输概述(上)

2007-04-23 佳耐美电气 依马狮网


    标清串行数字(SD-SDI)信号通过同轴电缆5CFB或者1189A能够传输350米,因此,在组建系统时可以不必太注意电缆的性能。而到了高清串行数字(HD-SDI)信号的时代,这一类同轴电缆的传输很难达到100m或以上的距离。如果需要传输更长的距离,就要选择衰减更低的高发泡介质同轴电缆。而这类电缆的强度相对较低,在电缆捆扎时需要留意电缆的变形,因为电缆变形会引起误码。即便使用这类低衰减的同轴电缆,也只能进行180米以内的高清数字信号传输,有时还需要使用中继设备对劣化的信号进行恢复。因此,在建立HD-SDI系统时,不能仅考虑同轴电缆施工简便、成本低廉等因素。
    如果采用光传输,因为信号损失非常小,在大厦内搭建系统时完全不用考虑因设备布局而对传输距离的影响。此外,还有以下下明显的好处。
    1.不受电磁干扰。
    2.不需要接地环路。
    3.重量轻、线径小,因此大大减小了线缆铺设占用的空间。
    4.利用波分复用技术,用一条光纤可进行多信道传输;双向传输也很方便(易于系统扩展)
    5.另外,随日新月异的宽带技术的发展,光传输还可以满足未来的需要。
    尽管光纤系统有许多优点,但也要权衡其利弊。因为摄像机(信号源)或显示器(信号接收端)的视频信号是电信号,必须进行电光转换,才能以光的形式传输。接收端的光信号还需要重新转换成电信号。本文将对电-光和光-电转换装置进行说明。
    (注:SDI信号如果在信号接收端发生误码,在画面上会出现横拉状失真或点状失真。传输品质进一步下降,误码率增加将导致视频崩溃。)
    在说明HD-SDI光传输装置之前,首先回顾一下相关标准规格、性能与系统构成方面的基本概念。

    SDI含义
    SDI是串行数字接口(Serial Digital Interface)之略,是指将符合SMPTE(运动图像和电视工程师协会)标准的基带数字视频信号通过一条电缆进行传输的技术。
    基带数字视频信号在装置或设备中通常作为并行信号处理。如果直接传输,亮度信号10比特、颜色信号10比特、时钟信号1比特、再加上1比特的同步信号共计22比特,也就是说需要22个并行传输通道。这样不仅难以操作,在并行信号的场合,还会引起信号数据与时钟间的相位差问题,而无法进行长距离的传输。
    SDI可以通过一条电缆进行传输将全部亮度信号、颜色信号、同步信号与时钟信息,所以能够进行长距离传输。但另一方面,要求很高的传输速率。

    基带数字视频信号
    SDI信号的大前提是无压缩的基带数字视频信号。与由基带数字视频信号压缩后形成的MPEG信号不同,SDI信号不存在因压缩造成的画质下降或迟延(至少200msec)。这些都是电视台选用SDI的原因。

    关于HD-SDI规格
    HD-SDI是根据SMPTE 292M,在1.485Gb/s或1.485/1.001Gb/s的信号速率条件下传输的接口规格。该规格规定了数据格式、信道编码方式、同轴电缆接口的信号规格、连接器及电缆类型与光纤接口等。
    ① 数据格式
    图1表示HD模拟视频信号与数字视频信号数据之间的关系。

HD-SDI光传输概述(上)
图1 模拟HD波形与数字视频信号数据的关系
HD-SDI光传输概述(上)
图2 频率参差的序列数据的排列

    一个视频信号线的数据由线同步信号-视频定时基准码EAV(End of Active Video)与SAV(Start of Active Video)、线号、CRC、数字线消隐与数字活动线组成。各数据与视频信号相同都是由10比特构成。
    另外,数字线消隐期间的辅助数据或数字音频信号也可以进行波分复用。
    HD-SDI信号最终将亮度信号数据与颜色数据交错后输出。所以CRC校验对亮度信号与颜色信号分别进行的。
    ② 信道编码方式
    信道编码指的是数字数据信号在传输的时候,决定1和0在传输中如何组合的方式。HD-SDI的信道编码方式采用的是扰频NRZI(Non Return to Zero Inverted)。
    HD-SDI通过一根电缆同时传输视频信号数据与时钟信息,基本上是在信号接收端通过数据(1和0)的变化读取时钟情报。换言之就是提取时钟信号进行再生。此时如果数据没有变化,信号接收端就无法读取时钟信号进行再生。信道编码中一般使用的是NRZ(Non Return to Zero)编码。这是按照具有逻辑1的直流水平进行定义,逻辑0按照相比较低的某一直流电平进行定义。NRZI编码为逻辑0时信号电平不变,逻辑1时信号进行反转(1到0或者0到1)。NRZI相对于NRZ而言,单位时间的变化点多,因此改善了信号接收端的时钟再生。
HD-SDI光传输概述(上)
图3 NRZ数据与转化为NRZI的情况。(以2种波形显示)

    为了改善时钟再生而对SDI进行加扰。所以称之为扰频NRZI。
    加扰是指通过按照一定的规则把数据打乱,以减少直流成分即“0”或“1”的连续波形或使时钟再生困难的直流波形。   
    ③ 同轴电缆接口的信号规格
    严格来讲,此规格是为了测定由并行信号转换为串行信号输出而制定的。
    但实际上它也适用于诸如光传输装置的光纤接口的场合。
    测定条件规定用1米的同轴电缆连接75Ω电阻负载的两端来进行。大致如下。
    信号源反射损耗:15dB以上(5MHz~1.485GHz,或者1.485/1.001GHz)
    信号振幅:800mVp-p±10%
    直流偏移:0.0±0.5V(信号振幅的中央)
    上升下降时间:270psec以下时相互间的差不能超过100psec
    波形上升下降的过冲:不能超过振幅值的10%
    水平线包含大量直流成分的信号的漂移:不能超过50mV
    串行接口信号接收端的反射损耗:15dB以上(5MHz~1.485GHz或1.485/1.001GHz)
    信号接收机方面,规定为在时钟频率的1/2频点时,可有效接收损耗在20dB以下的传输信号。但若信号接收机的设计为可接收大于或小于20dB损耗的传输信号,也是可以接受的。
    当信号接收机连接到在规定信号振幅的最低电平工作的线路驱动器时,要求在以下水平时也必须正确验出二进位数据。
    DC ±2

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