高清视讯会议与数字高清应用(二)

四、高清信号的信号格式及特点
1、SDI（HD－SDI）：
    在原来的广电系统中，在传统的模拟复合视频(CVBS)的基础上，出现了模拟分量(YUV、Y/C)和数字分量(SDI)的不同发展道路，后来电视行业中基本上决定采用数字分量形式进行数字化转换，其实数字分量SDI(Serial Digital Interface)就是在YUV的形式上，采用8bit、4:2:2方式进行数字化的串行信号，只是在将8bit的并行信号转为串行信号时采用最小非归零编码（TMDS方式），有一个8bit到10bit的转换，因此其码流为13.5M×20=270Mbit/s，这是针对4:3标准的图像，后续又出现了16:9的格式信号，其码流为360Mbit/s，但SDI信号是针对标清的数字信号(模拟带宽在6MHZ)，随着高清电视的出现，要求图像的指标能够达到亮度带宽Y=30MHZ，色差带宽CbCr=15MHZ，这时选用的采样时钟为74.25MHZ，形成所谓高清的数字信号HD－SDI，其码流为74.25×20=1.485G，从这个角度上看，其带宽标清时大了5倍，但其根源仍然是YUV的格式上发展而来，即色差的带宽比亮度的带宽小，这样虽然缩小了带宽，但劣化了图像效果，HD－SDI与SDI相同，用一条75Ω电缆传输，SDI信号在不加驱动设备的情况下能传输300米左右，HD－SDI能传100左右。
2、DVI(Digital Visual Interface)信号
    DVI信号是由IT行业中的VGA信号演变过来的，最初只符合VESA标准中的各种分辨率，后来随着HDTV的发展，VESA标准也涵盖了包括720p/1080i/1080p等标准。关于DVI信号以前写了许多文章介绍，这里不再重复，只是归纳一下，DVI信号是基于8bit、4:4:4，R.G.B信号方式的数字信号(图像的质量明显高于8bit、4:2:2的YUV方式的信号)其信号本身是四路高速的码流，单路通道时（采用4对双绞线）其码流最高为1.65G，如果采用双路通道（采用7对双绞线）码流可支持3.3G(目前基本上没有应用)。
    DVI的信号出现的比较早，在当初设计信号标准时，由于技术方面条件限制，设计的驱动能力较差(相对HDMI)在1600×1200的情况下，不加驱动设备时(下同)能传输5－7米，1280×1024时，能达到10米，1024×768时可达到13—14米，这是采用比较正常的电缆的情况下，信号源的驱动能力也正常(如PC机的显卡)，如果采用好电缆(如线材质量能达到23AWG或24AWG)，传输的可能更远一些，但有些信号源的驱动能力本身就差(如显卡，或是很山寨的设备等)那么传输距离就要短许多，这一点在工程应用中要特别注意，在设计考虑传输距离时，应多少留一点富裕量，省得自找麻烦。
    进入IT行业了，信号在传输等方面都要附带许多协议，如在早期VGA方式时就存在DDC（Data Display Channel显示数量通道）协议，只是在显控行业中较少遇到，因此相关设备也不考虑DDC通道的情况在实际应用中，真遇到时往往手足无措，以前有文章介绍过这方面的情况。
    在DVI信号中，要遵守EDID（Extended Display Identification Data，扩展显示识别数据）协议，这是在原来的模拟应用中没有遇到的，在模拟方式中，如果DDC协议没有遵守，最多也就是显示分辨率不正确，但显示输出还是有的，但在数字信号中设备之间要先“握手”，看彼此是否遵守协议，如果遵守了，信号源将信号放出，如果不遵守信号源根本就不放出信号（可以想象，1个多G的信号放出来该是多大的干扰），此时显示屏上会收不到信号，这并非传输连线或设备故障，而是协议造成的，这是与模拟方式不同之处，工程中应该注意。
3、HDCP信号
    HDCP（High-bandwidth Digital Content Protection高带宽数字内容保护），是一个图像内容的保密协议，主要用于防盗版保护。其工作原理大致讲来是这样，由信号源按协议发生一组数据码，终端设备如果也遵守这一协议，会将该数据按协议进行变换，再发送回信号源，信号源端收到回送的数据后，按协议进行校验，如果符合协议，则开放信号输入；如果不符合或是没收到回送信号，则关闭信号输出。由此看来，HDCP协议通道一定是一个双向的通道，在电缆（或网线）传输中没有问题，在光纤传输中就是一个麻烦。HDCP协议不是一个设备层面的协议，是内容层面的保密协议，但如果不遵守，也会没有信号输出。当DVI信号在遵守了DDC协议、EDID协议同时也遵守了HDCP协议时，我们将这种信号俗称HDCP信号，其物理特性与DVI信号一致。[Page]
4、HDMI信号
    HDMI（High  Definition Multimedia Interface高分辨率平面媒体接口），向下兼容DVI与HDCP信号，同时支持1-8路，48K、96K的数字音频，针对IT领域来讲，其支持1600×1200×60HZ的DVI信号，对视频领域来讲，其支持1920×1080p的高清信号，音频支持5.1或7.1的数字音频，图像支持8bit、10bit、12bit的图像质量，还包括一个消费类电子控制协议（CEC）。这是目前最“大”的一个信号的标准，在驱动能力方面，由于其起源是主要针对消费类电子产品，因此在设计标准时，在驱动能力方面要求较高，在1080p的情况下，标准电缆传输15米，高指标电缆能驱动更远(当然价格也更高)，由于各芯片和设备厂家的跟进，并且消费类产品的销量巨大，因此相对DVI的专业应用，HDMI的元器件，线材等原材料的价格要低很多。
由于HDMI只支持1080p的图像（码流为1.485G）因此其电缆线内部结构对应DVI电缆而言是单通道的，如下图所示，DVI通道应包括7组双绞线的高速通道，而HDMI线中仅有4组，所以线材便宜。
    结论：除HD－SDI、SDI是由于广电演变过来的之外，DVI信号、HDCP信号和HDMI信号在图像信号本身没有什么差别，区别在于：1、信号的接口形式不同；2、所遵守的协议不同，但在显控行业中，我们更多关注图像信号，因此我们往往把这三种信号混为一谈。