微博

QQ

当前的HDTV技术动向

2009-10-20 John Lopinto 依马狮广电网


     标清(SD)电视将不可避免地让位于高清(HD)电视,这只是个时间问题。转换的关键是了解技术差异和当前的技术走向。如同任何新电视技术,HDTV建立在成熟、可靠的SDTV技术之上并发展它。现在让我们审视推动HDTV和未来电视发展的标准、实践和技术发展。

标准
     HDTV的讨论应从理解约束其制作和分配的基本标准开始。这些标准确保不同厂商之间产品的互操作性,并且允许广播机构购买针对其要求的最佳产品。SMPTE编制的一系列标准和操作规程建议明确地定义了约束基带、未压缩HD-SDI信号的分配和接口的电、光和机械标准。这批标准还解决对一个信号链路上、50、50.94和60Hz频率的1080p的3G-SDI的规定。以下是与HDTV有关的重要标准的概括:
     SMPTE 274M-2008—规定1920×1080图像分辨率、在各种帧频宽高比都为16:9,隔行和逐行扫描的图像取样结构。
     SMPTE 291M-2006—规定用于嵌入数字视频码流内的辅助数据空间的格式结构。此辅助数据空间可以包括(但不限于)数字音频和视频有效载荷标识符。
     SMPTE 292-2008—规定1.5Gb/s(标称)分量信号、映射入SMPTE 292有效载荷内的SDTV信号,以及格式化的封包数据的位串行数据结构。它还规定信号的同轴电缆接口(电和机械)。
     SMPTE 296M-2001—规定1280×720图像分辨率、在各种逐行帧频宽高比为16:9的图像取样结构。
     SMPTE 297-2006—此旧297标准的更新版本规定SDI信号通过光纤接口的方式。它适应所有SD、HD和3G SDI格式。规定了光和机械接口参数。
     SMPTE 299M-2009—规定24比特AEE/EBU数字音频进入HD-SDI信号内辅助数据空间的格式。
     SMPTE 352M-2002—规定4字节视频有效载荷识别的规格以及它依照SMPTE 291插入辅助数据包内的方式。
     SMPTE 372-2009—规定双链路HD-SDI。这是在两条组合的3Gb/s(标称)数据率信号路径上传输50Hz及以上HD-SDI 1080p格式的方式。虽然仍在使用,但它在许多新合并设计中正被逐步淘汰以支持3G-SDI技术。
     SMPTE 424M-2006—此标准规定3Gb/s(标称)分量数字信号或封装数据的位串行数据结构的传输。它还确定信号的同轴电缆接口(电和机械)。
     SMPTE 425-2008—规定各种源图像格式映射到一个以3Gb/s标称速率运行的串行数字信号接口上,为有2.970Gb/s或2.970/1.001Gb/s的总有效载荷的信号传输提供SMPTE 372M的替换方式。此标准还规定两个包含SMPTE 372M、1920×1080图像光栅的双链路292M接口在内的SMPTE 292M HD SDI接口映射入运行于3Gb/s标称速率的串行数字接口。
     SMPTE RP198-1998—这是解释对Checkfield测试图信号的需求及规定此信号的SMPTE操作规程建议。此测试信号被用于SDI分配系统以加压均衡器和SDI接收设备内的锁相环电路。它是一种易于决定各种条件下SDI信号路径鲁棒性的强健的测试信号。
 
采用电缆分配HDTV信号
     广播机构一直依靠各种形式的同轴电缆分配电视信号。毋庸讳言,随着带宽要求增加(如从复合视频到数字SDI),对更昂贵的信号损耗更少的同轴电缆的需求也增加。向HDTV转换在用同轴电缆时要求新思维。
     首先碰到的是与电缆长度有关的衰减问题。1.5Gb/s的HD-SDI所需的带宽是1.5Gb/s的6倍。或换句话说,HD-SDI信号传输的可用距离被缩短至支持相同水平的信号质量的SD-SDI的相等电缆长度的3-6倍。如果传输3G-SDI,则带宽再倍增,可用传输距离再缩短一半。
     其次,使用适合于HDTV的同轴电缆有实用的方面。普遍用于HD-SDI分配的同轴电缆外径(O.D)为7mm,而普遍用于SDTV的同轴电缆外径为5.9mm,因此相比之下横截面面积增加18%。任一电缆盘都必须更大以支持与SDTV同样数量的HDTV同轴电缆,或者相同尺寸的电缆盘内支持少得多的电缆。当然,电缆越粗,就越昂贵。
     从技术来说,通过同轴电缆以3G/HD-SDI数据率传输HDTV信号,要比以SD-SDI数据率传输SDTV苛刻得多。电缆的物理挤压将导致可能不影响SD-SDI传输的信号反射,但在HD-SDI或3G-SDI数据率可能导致不可接受的误码。此外,正确的BNC端接对3G/HD-SDI变得更严格。简而言之,与同轴电缆上SDI传输有关的每一个技术问题在HDTV数据率都显著放大,要求对电缆基础结构设计、安装和维护加以更大的关注。

用光纤分配HDTV信号
     与此同时,正在制定HDTV信号发送标准,老但极少采用的技术用途越来越大,并且正在急速提供性能。光缆用于电视信号分配已有30多年。在同轴电缆的成本极高或技术上不可行时,用光纤在极长距离模拟传输复合视频(用于电视和安防摄像机)。虽然用光纤传输这些信号的结果有时候并非最佳,但考虑到这些取舍,它是可接受的。而现在所有情况都发生了变化。
     当前,同轴电缆高成本的趋势、对传输带宽日益增加的需求、光缆不断降低的成本,以及光纤传输产品较高的性能,为现代广播中心内的光纤技术提供了新生命。确实,现在光纤分配在项目开始时就被考虑和设计,绝非像昔时为一种用途有限的技术。在当前的HDTV设施内使用光纤的理由有许多种:
     光缆低成本:一般而言,一根相当的单芯PVC护套光缆的价格约为HDTV同轴电缆的1/4。但价格差别绝非止于此。鉴于光缆单位长度的体积和重量都要比同轴电缆小,意味着节省管道和电缆盘及相关成本。
     光缆带宽:单模光纤带宽几乎是无限的。实际来看,把基带SDI信号转换为光纤的接口电子设备(所谓的电光转换器)和把光纤上的光转换回电信号的接口电子设备(所谓的光电转换器)的设计限制了带宽。事实上,光纤带宽是如此高,以至于我们能容易地采用CWDM(粗波分复用)将许多基带信号复用到一根光纤上。实际来看,16个各自代表一个基带3G/HD/SD-SDI信号的波长可容易地组合到一根光纤上。
     信号双向传输:除了CWDM以外,还可以使用此相同技术在一根光纤上同时双向传输信号。这些相同的16个波长可被分割,使某些信号从A点传输到B点,而某些信号从B传输到A,彼此不会干扰。这种技术大幅度降低光缆设备成本,而总系统成本也因此降低。[Page]
     长距离信号传输:标称用于HDTV的同轴电缆通过适当的均衡,一般可支持最长200m的HD-SDI信号传输、125m的3G-SDI信号传输。不过,SMPTE运动成像杂志最近发表的一篇文章建议,支持3G-SDI传输的好电视中心设计原则应把任何单独的同轴电缆长度限置于不超过70m。相比之下,具有恰当设计的电光和光电转换接口的单模光纤在不良环境下能支持长达45km的HD-SDI信号传输和30km的3G-SDI信号传输。

结论
     鉴于光纤的技术、经济和物理特性,此技术的运用正在成为新HDTV电视中心设计的主流。由于其长距离传输能力,多年来它被用于广播支持转播车和电视中心。而随着HDTV增加的带宽要求和增加的信号传输能力,它正在大小规模的核心电视广播中心分配设施中发现价值。
     实际上,这些年来光缆使用越来越容易。现在可以在几分钟内完成光缆压接。现在的光纤接口产品通过集合许多信号以便在一根光纤上传输,在价格方面呈现降低趋势,性能提高,为广播机构提供更高的价值。
     电视广播向更高显示分辨率发展的趋势将要求更多的标准,开发更多的相关产品,尤其是在我们探讨3D电视的机会时。这是广播技术一个令人激动的千载难逢的时刻。向HDTV的转换仅仅是万里长征的第一步。

视听科技视频号 广告
发表评论