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SDI技术应用分析报告 2020 3 25 1 目录一 SDI接口1 1SDI技术概述1 2物理层信号特性1 3视频数据参数1 4物理接口形式1 5相关标准二 高清视频及高清接口2 1高清视频接口2 2实现高清视频主要因素2 3HDTV相关标准2 4安防行业高清监控应用三 SDI技术应用3 1SDI传输介质3 2HDSDI信号的发送与接收3 3HDSDI在高清视频监控中的应用3 4SDI方案供应商 2020 3 25 2 一 SDI接口 1 1SDI技术概述 1 SDI接口定义全称是 数字分量串行接口 SerialDigitalInterface 用于实现电影 广播电视数字化 将符合SMPTE 电影和电视工程师协会 标准的基带数字视音频信号通过一条电缆进行传输的技术 2 发展历史1994年 ITU R发布了BT 656 2建议书 吸纳了EBUTech3267与SMPTE259M中定义的新型串行数字接口 该接口采用10比特传输与非归零反向 NRZl 编码 在传送ITU RBT 601 A部分 4 2 2级别信号时 其时钟速率为270Mb s 这就是使用在数字化电影 广播电视行业设备上的 SDI SDI接口从二十世纪八十年代末被国际电信联盟确定为广播电视的标准接口后 在全球广播电视行业得到广泛的使用 SDI逐渐成为广播电视系统演播室 主控 播控系统的数字设备的标准配置 2020 3 25 3 3 SDI接口分类按速率分为 标准清晰度SD SDI 速率270Mb s 高清标准HD SDI 速率1 485Gb s 3G SDI 速率2 97Gb s 4 接口特性SDI标准规定了怎样通过视频同轴电缆在产品设备之间传送未经压缩的串行数字视频数据 通常在SDI信号中嵌入数字音频信号 将数字音频信号插入到视频信号的行 场同步脉冲 行 场消隐 期间与数字分量视频信号同时传输 SDI接口不能直接传送压缩数字信号 数字录像机 硬盘等设备记录的压缩信号必须经解压并经SDI接口输出才能进入SDI系统 2020 3 25 4 5 HDSDI1990年 ITU RRT709建议书发布 高清晰度电视技术加速发展 采用串行数字接口传输高清信号已在行业内达成共识 为此 SMPTE在292M标准中定义了时钟频率达1 5Gb s级别的串行数字接口 相应国际标准为ITU RBT 1120 GY T157 2000为我国根据ITU建议书制订的行业标准 这便是大家所熟知的 HD SDI 除时钟频率提升至270Mb s的5 5倍即1 485Gb s外 HD SDI与SDI也存在着一些差别 如HD SDI将亮度与色差信号分别放置在两个流中 将它们复用并加扰后进行传输 而且编码后的行号与校验码附在有效视频结束 EAV 后 因沿用了75欧姆电缆与连接器 加之有了SDI的成功经验 HD SDI很快就取代了之前应用的并行接口 与SDI类似 为了满足演播室与高清格式内容的传输 SMPTE在372M标准中对双链接HD SDI进行了标准化 2020 3 25 5 6 NRZI编码方式SDI技术用扰码的不归零倒置 NRZI 来代替早期的分组编码 其标准为SMPTE 259M和EBU Tech 3267 标准包括了含数字音频在内的数字复合和数字分量信号 在传送前 对原始数据流进行扰频 并变换为NRZI码确保在接收端可靠地恢复原始数据 NRZI码是极性敏感码 以往用 1 和 0 表示电平的高和低 如果出现长时间的连续 1 或连续 0 会影响接收端从数字信号中提取时钟 因为串行数字信号接口不单独传送时钟信号 接收端需从数字信号流中提取时钟信号 而NRZI码采用以 1 和 0 来表示有无电平变换 接收NRZI码流时 只要检出电平变换 就可恢复数据 即使全是 1 信号 导致的信号频率也只是原来时钟频率的一半 再经过加扰 连续 1 的机会减少 也就使高频分量进一步减少了 在数据流的接收端 由SDI解码器从NRZI码流恢复原数据流 在概念上可以将数字串行接口理解为一种基带信号调制 SDI接口能通过270Mb s的串行数字分量信号 对于16 9格式图像 能传送360Mb s的信号 2020 3 25 6 1 2物理层信号特性 1 SMPTE259M定义了标清SDI规范 SMPTE292M定义了高清SDI技术规范 规范中定义了SDI HD SDI的数据传输格式 数据传输率 信号采样的电气参数等 2 SDI信号特性信号波形 2020 3 25 7 信号阻抗 源端75欧姆信号电平 峰峰值800mv 10 信号直流偏置 0 0v 0 5v信号上升 下降时间 不小于0 4ns 不大于1 5ns 典型值在0 7ns到1 5ns之间 且两者的差值不大于0 5ns信号的过冲 下冲 幅度不超过峰值的10 信号接口 75欧姆BNC接头信号的编码方式 NRZI视频数据格式 YUV4 2 2数据长度 10bit 低位先传输 8bit数据要先转成10bit 数据传输率 143Mb s 2020 3 25 8 信号电气性能指标示意图 2020 3 25 9 3 HD SDI信号特性信号波形 2020 3 25 10 信号阻抗 源端75欧姆信号电平 峰峰值800mv 10 信号直流偏置 0 0v 0 5v信号上升 下降时间 不大于270ps 且两者的差值不大于100ps信号的过冲 下冲 幅度不超过峰值的10 信号接口 75欧姆BNC接头信号的编码方式 NRZI视频数据格式 YUV4 2 2数据长度 10bit 低位先传输 8bit数据要先转成10bit 数据传输率 1 485Gb s 2020 3 25 11 HDSDI信号眼图测量 2020 3 25 12 HDSDI信号抖动的频率范围 眼图和抖动测试是检查设备HD SDI输出信号的幅度大小及信号质量 眼图测试时所使用的电缆为HD SDI专用电缆 2020 3 25 13 1 3视频数据参数 1 行数据参数每一行数据被分为四个部分 SAV Activeline EAV Blankingline 2020 3 25 14 SAV EAV linenumber CRC数据构成 2020 3 25 15 数据代码定义说明 2020 3 25 16 数据代码定义说明 2020 3 25 17 模拟视频信号与数字视频信号数据之间的关系 2020 3 25 18 2 不同标准中定义的视频数据参数 2020 3 25 19 3 HDSDI数据流格式隔行扫描数据流 2020 3 25 20 HDSDI数据流YC信号构成 HDTV的并行 串行转换 HD SDI信号里 除了有效视频信号之外 在视频信号消隐区间里还叠加有其他信息 如有效视频的起始点和终止点EAV SAV 行数信息LN 冗余校正吗CRC 辅助数据ANC等信息 2020 3 25 21 高清信号的采样及串行传输 高清的亮度信号 Y 的带宽是30MHz 色差信号 CB CR 的带宽是亮度信号带宽的一半 也就是15MHz 根据取样定理 取样频率必须在带宽的2倍以上 广电部门规定Y信号的取样频率为74 25MHz CB CR信号的取样频率为37 125MHz 量化位数为10比特 1024阶调 用74 25MHz取样时 Y信号 CB CR信号各取样一次就行 即一个样点包含了二个分量数字信号 CB Y 或 CR Y 数据宽度为20比特 将此数据转换为串行数据 即构成串行传输信号 其传输速率为 74 25MHz 20 1 485Gb s 2020 3 25 22 1 4物理接口形式SDI信号沿用传统的75欧姆BNC接口形式 低成本应用可以使用现有的75欧姆同轴电缆 高性能应用场合则使用专用的SDI传输线和连接器 2020 3 25 23 1 5相关标准 1 SDSDISMPTE 259M和EBU Tech 3267的数字串行接口部分 标准包括了含数字音频在内的数字复合和数字分量信号 对应的国家标准BG T17953 2 HDSDISMPTE在292M标准中定义了时钟频率达1 5Gb s级别的串行数字接口 相应国际标准为ITU RBT 1120 我国根据ITU建议书制订的行业标准为GY T157 2000 2020 3 25 24 2 1高清视频及接口 1 高清视频定义根据SMPTE 国际电联 ITU 和我国国家广电的相关定义 真正的高清视频格式目前主要有三种 720P 1280 720分辨率 16 9宽屏显示 逐行扫 60Hz 1080i 1920 1080分辨率 16 9宽屏显示 隔行扫描 60Hz 1080P 1920 1080分辨率 16 9宽屏显示 逐行扫描 60Hz 其中 1080P是最高等级的高清视频清晰度标准 百万像素 概念并不是一个公认标准而只是行业采用的一个最佳实践 它指数字摄像机的图像传感器像素的数量级 二 高清视频及高清接口 2020 3 25 25 2 高清接口真正意义上的高清接口包括HD SDI YPbPr HDMI DVI 下表将他们进行了对比 2020 3 25 26 YPbPr色差接口色差 YPbPr Y代表的是亮度 Pb代表色度信号里的蓝色差 Pr代表色度信号里的红色差 YPbPr接口不是数字接口 仍然定义为模拟接口 YPbPr的接口可以使用同轴电缆 可以用BNC头 也可以使用普通莲花头作为接口标准 2020 3 25 27 DVI接口DVI 全称为DigitalVisualInterface 目前的DVI接口分为两种 一个是DVI D接口 只能接收数字信号 不兼容模拟信号 另外一种则是DVI I接口 可同时兼容模拟和数字信号 面向PC开发 不适合电视使用 三原色各自有8bit数字视频信号 一共24bit 29针设计 体积比较大 不能传输声音信号 传输距离不超过8米 5米内较好 连接线越长 显示质量就越差 2020 3 25 28 HDMI接口全称为Hi DefinitionMultimediaInterface 专门面向消费电子产品设计 三原色各自有12bit数字视频信号 一共36bit 可以提供高达5Gbps的数据传输带宽 可以传送无压缩的音频信号及高分辨率视频信号 同时无需在信号传送前进行数 模或者模 数转换 可以保证最高质量的影音信号传送 接口大小仅为2 1cmx15cm 方便插拨 传输距离可以达到20米 速度 传输距离都比DVI高 2020 3 25 29 SDI接口分为SD SDI HD SDI 它们基于不同的数据速率 这两种标准的基本电气规范相同 主要不同点是 HD SDI有较高的数据速率 1 485Gbps 而SD SDI数据速率在143Mbps到540Mbps之间 270Mbps是目前应用比较广泛的速率 理论传输距离为110M 2020 3 25 30 各接口应用对比 通过对比可以看到 在目前的高清数字接口中HD SDI接口具有综合优势 同时 HD SDI又是广电行业标准接口 HD SDI是目前较适合的高清数字接口 HD SDI以其较远的传输距离和较高的传输速率 更多地被使用到前端设备到传输设备 或者前端设备到中心 控制设备上 例如HD SDI摄像机到HD SDI光端机 矩阵的连接 在传输距离不是很远 例如控制中心机房 对传输速率要求很高的场合 使用HDMI和DVI即能满足需求 像支持HDMI DVI的矩阵到监视器 大屏幕拼接墙之间的连接 显示终端一般都带有YPbPr接口 虽然YPbPr传输速率较低 但因其传输线的价格比较便宜 传输的距离较长 在某些对传输速率要求不高的场合也还是有一定的应用 2020 3 25 31 2 2实现高清视频主要因素 选用100万像素以上的sensor 从视频采集端开始就应采用数字传输 采用能够满足高清要求的数字传输接口 DVI HDMI HDSDI 采用高清编码技术 编码算法 H 264HD H 241 RCDO 典型的高清视频系统结构 高清摄像机 高清显示 输入 影像处理 高清编码 H 264 解码 16 9 带宽 2020 3 25 32 2 3HDTV相关标准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HDTV有关的重要标准的概括 SMPTE274M 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 SMPTE291M 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 SMPTE292 2008 规定1 5Gb s 标称 分量信号 映射入SMPTE292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 SMPTE296M 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 SMPTE297 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3GSDI格式 规定了光和机械接口参数 2020 3 25 33 SMPTE299M 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 SMPTE352M 2002 规定4字节视频有效载荷识别的规格以及它依照SMPTE291插入辅助数据包内的方式 SMPTE372 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 SDI1080p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 SMPTE424M 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 SMPTE425 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SMPTE372M的替换方式 此标准还规定两个包含SMPTE372M 1920 1080图像光栅的双链路292M接口在内的SMPTE292MHDSDI接口映射入运行于3Gb s标称速率的串行数字接口 SMPTERP198 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 2020 3 25 34 2 4安防行业高清监控应用 1 安防高清摄像机定义目前安防行业对高清还没有一个统一标准 高清摄像机也存在两类 模拟高清和数字高清 模拟高清分辨率最高达到D1或4CIF 4CIF PAL704X576 NTSC704X480 D1 PAL720X576 NTSC720X480 4 3的画面比例 按照广电行业的标准 该类型不属于高清摄像机 按照广电行业对数字电视高清标准的定义 数字高清至少应该达到720P 1280X720 FULLHD1080P 1920X1080 16 9的画面比例 对于数字高清 网络高清是目前的主流 但仍可划分为 无损高清和网络高清 无损高清是指通过HD SDI HDMI 光纤等进行高清无损数字视频传输的产品 网络高清是指通过DSP SOC编码器进行MPEG4 H 264编码后 再通过过网络传输的高清IPC 当前安防的高清产品将以高清IPC为主 而无损高清具备高画质和零延时的优点 将作为一个必要的补充 适合在特定场合使用 2020 3 25 35 2 安防高清技术高清技术有几个主要部分 镜头 SENSOR ISP 传输或编码传输 光学镜头 对于模拟视频 摄像机与镜头的搭配厂家或者用户更关注视角 通光孔径和透射度 在数字高清方案中 由于像素的提升 镜头优劣的差异性将非常明显地表现出来 虽然高清摄像机镜头还是标准的CS接口 如果不是百万高清的镜头将无法完全表现高清的效果 SENSOR ISP SENSOR跟模拟标清方案一样有CCD和CMOS之分 但高清的CCD与CMOS的价格差异将更明显 ISP有独立的ISPIC也有集成在SOC内部 例如Hi3516 DM368 该部分无论是成本还是技术指标 是评估高清摄像机技术与市场应用发展状况的核心指标 传输和编码传输 数字高清图像的传输以网络或者HD SDI为主 还有新推出的无线高清传送 基于HDMI DVI传输的高清摄像机在视频会议系统 视频展台上应用 以网络传输的高清IPC方案 720P 1080PH 264的编码技术已经较为成熟 在市场应用方面基本不存在技术瓶颈 其成本也与VGA分辨率的IPC相差无几 此外还有一些重用指标 如宽动态 低照度 红外夜视 隐私遮挡 彩转黑 数字降噪 智能分析 OSD菜单叠加等 2020 3 25 36 3 高清摄像机典型产品形式 2020 3 25 37 2020 3 25 38 2020 3 25 39 3 1SDI传输介质SDI的物理层有两种传输介质 第一种是特性阻抗为75或50欧姆的BNC接头 IEC60169 8 与75或50欧姆同轴电缆 以及特性阻抗为100欧姆的平衡双绞线与XLR型电缆接头 IEC60268 12 另一种是规格参数符合ITU RBT 1367或SMPTE297M标准的光纤 SDI信号是无压缩的基带数字视频信号 SDI信号不存在因压缩造成的画质下降或迟延 至少200msec 同时 标清串行数字 SD SDI 数据速率范围为143Mbps至540Mbps 最常用速率为270Mbps 信号通过同轴电缆5CFB或者1189A能够传输350米 当传输HD SDI信号时传输距离降为150米 因此 在一定范围内组建系统时可以不必太注意电缆的性能 三 HDSDI技术应用 2020 3 25 40 3 2HDSDI信号的发送和接收 1 HDSDI信号的发送由于HD SDI的传输速率高达1 485Gb s 其频谱分布一般在4GHz以上 所以在HD SDI信号传输时必须使用高频衰减较少的特性阻抗75 专用电缆 否则将无法正确接收数字信号 对于短距离电缆 频率特性几乎是平坦的 对于长距离电缆 频率越高衰减量增大 评估电缆所能传输的最大距离为频率750MHz时 电缆衰减量为20dB的长度 大约为110m 最大长度还和输出端信号的幅度 抖动量 接收端的均衡能力有关 目前 所使用的电缆一般为Belden1694A或5CFB 为了便于电缆传输 HD SDI信号通过电缆驱动器 数据率在SD SDI时270Mb s 驱动75 的电缆 由输出端输出 2020 3 25 41 2 HDSDI信号的接收在接收数据信号中 由于电缆的高低频衰减不同 SDI信号电平幅度减少 同时SDI信号的高次谐波分量减少更多 造成眼图的开口率下降 甚至接近为0 为了正确的恢复 0 和 1 的数字信号 接收到的数据信号需要通过电缆均衡器进行波形整形 整形后的SDI信号通过时钟信号 PLL 锁相 实时串并行转换 复原视频信号和伴音信号及其他附加信息 2020 3 25 42 3 3HD SDI在高清视频监控中的应用 1 高清网络监控高清网络监控 由前端摄像机 NVR DVR 管理平台设备 显示设备 存储设备 传输线缆等组成 基于视频压缩处理并通过IP网络进行传输 对采集到的视频信号进行相关处理 同时降低传输成本 而要实现真正的高清监控 必须从视频源的采集 视频信号的处理 视频信号的传输 视频的显示浏览 录像文件的回放等环节全面支持高清 对用户而言 高清只有在包含了前端 传输 浏览 显示 平台 存储等各个环节时才有意义 仅一个高清摄像机是不够的 2020 3 25 43 采集后未经压缩的高清视频信号有模拟和数字两种传输方式 模拟传输一般采用YPbPr分量传输 一路高清视频信号需要三根同轴线缆同时传输 数字传输一般采用DVI HDMI或者HD SDI传输 其中DVI或HDMI的传输距离只有几米 而HD SDI信号可以传输百米左右 并可采用CVBS同轴电缆传输 通常被应用在现场采集设备与百米内的控制设备间的信号传输连接 无论是模拟方式还是数字方式传输 未经压缩的高清视频信号传输成本都明显高于以前的模拟标清视频信号 采用视频压缩编码并通过IP网络进行传输时 高清视频与标清视频在传输成本上的差异较小 相比较而言 直接用高清网络摄像机进行前端处理的效率和成本比用高清视频编码器 高清摄像机更有优势 2020 3 25 44 2 HD SDI高清监控应用背景目前的高清网络产品势头迅猛 但依然有其不如意的地方 如高清IP信号 在传输时由于需要对数据进行封装 编解码等原因 导致视频图像出现较大的延时 同时图象的流畅性深受网络状况的影响 为此 厂家和用户不断寻求更好的高清解决方案 在此需求下 数字化产品出现了将广播级标准 SDI融合到安防领域中的新应用 这是一个纯数字的高清技术 其在广播电视的应用中已经很成熟 通过同轴线或光纤进行传输 拥有四大优势 无延时 全高清 高锐度 数据无损耗 这正是安防领域所需要的 能较好解决目前数字高清数据损耗 图像延时等缺陷 当前高清数字摄像机在逐步的取代之前的标清 模拟设备 而对于安防监控领域 市面上的IP高清网络摄像机不能利用现有的资源 如果要做系统升级 现有的整个体系将会完全被改变 将会带来成本上的增加以及资源的浪费 SDI沿用75欧姆同轴电缆与75欧姆BNC连接器 IEC60169 8 使原有的大量已敷设电缆在数字化系统中得以再利用 2020 3 25 45 3 HD SDI接口高清视频方案HD SDI高清监控系统必须提供涵盖前端 传输 管理中心以及后端环节的完整的解决方案 如HD SDI高清摄像机 HD SDI光端机 HD SDI高清矩阵或HD SDI监视器 HD SDI高清编码器 相适应的存储设备 如IP SAN HD SDI是一个物理形态为BNC的接口 而且也是广电行业的专用接口 只需将编码器 解码用的数字机顶盒换成支持高清的就可以形成新的高清监控系统 原有的线缆 调制器 码流复用器等设备都可以保留 节约了很大的成本 2020 3 25 46 系统拓扑图 1 前端高清摄像机输出的HD SDI高清串行数字信号经75 5同轴电缆至SDI接口的高清光端机 由光端机将高清数字视频信号传送至管理中心 再经75 5同轴电缆将高清数字信号送至高清DVR进行图像记录 其环路输出可送至SDI输入接口的高清屏进行图像显示或经SDI转HDMI的高清信号转换器送至HDMI输入接口的高清屏进行图像显示 2020 3 25 47 系统拓扑图 2 前端摄像机输出的HD SDI高清串行数字信号经75 5同轴电缆 小于100米时 或高清HD SDI光端机传回管理中心 经75 5同轴电缆传至HD SDI高清视频分配器 一路送至HD SDI高清矩阵主机上高清电视墙进行图像切换 如果高清电视墙输入信号为HDMI时可用SDI转HDMI转换器进行转换 另一路送至HD SDI高清硬盘录像机HDVR进行图像记录 2020 3 25 48 相对于IP网络高清监控系统 HD SDI高清监控有如下优势 1 原模拟系统布线仍可采用 系统组成和设备管理方式不变 从老的模拟系统升级 只需更换相应的硬件设备 几乎无需操作培训 能平滑实现从标清模拟监控升级到高清监控 2 不失真原始图像 不像IP监控是经压缩和打包后经网络传输的 而HD SDI监控以未压缩数字信号在同轴电缆上高速传输 不失真 3 高清实时 不受传输网络影响 不会有IP网络监控产生的图像延迟问题 在有实时监控要求的场合 该性能要求就显得特别重要 4 提供更多细节 保持图像的完整性和原始性 大大提高了智能分析算法的精度 为智能视频分析IVS提供了保障 5 单位面积摄像机布点密度大幅下降 提高了采集设备的利用效能 2020 3 25 49 HD SDI高清系统存在的问题 尽管SDI技术的优势很明显 但它尚有一个致命的缺陷 前端采集的数据量大 传输过程不经编解码器的解压缩 给数据的存储提出了挑战 目前 对SDI纯数字高清存储有两种解决方案 一种是全高清呈现 全高清存储 另一种为全高清呈现 数据压缩存储 2020 3 25 50 电缆传输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 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 SD SDI信号通过同轴电缆5CFB或者1189A能够传输350M 而到了高清串行数字HD SDI信号的时代 同类型的同轴电缆的传输很难突破100M 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180M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 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 而电缆越粗 就越昂贵 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 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 2020 3 25 51 光纤传输同轴电缆高成本的趋势 对传输带宽日益增加的需求 以及光缆不断降低的成本 光纤传输产品不断提高的性能 在当前的HDTV设备中使用光纤传输体现出优势 a 光缆低成本 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 同时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 b 光缆带宽 单模光纤带宽几乎是无限的 目前仅是将SDI基带信号在电光和光电间转换的接口设备限制了带宽 目前能够很容易地采用CWDM 粗波分复用 将许多基带信号复用到一根光纤上 c 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 可以大幅度降低光缆设备成本 d 长距离信号传输 用于HDTV的同轴电缆通过适当的均衡 可支持最长200m的HD SDI信号传输 125m的3G SDI信号传输 而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 2020 3 25 52 HD SDI设备安装注意事项HD SDI高清视频系统对图像的还原能力很强 这就对使用者 器材和支持的基础设施 线缆及接插件提出了更高的要求 尽管HD SDI设备的安装调试与常规模拟标清系统没有太大的区别 但在一些细节上还是要给予特别注意 1 枪式防护罩要考虑护罩玻璃的选择 应选用高质量的光学玻璃 以避免普通平板玻璃带来的严重的光损 而影响高清摄像机的图像质量 2 安装环境的照度 高清摄像机对安装环境的照度要求要比标清高得多 其包括照度和范围二方面 如达不到要求 则图像质量可能会比标清还要差 3 不推荐选用半球罩 因为球罩是曲率半径很小的球体 高清摄像机一般会采用孔径较大的镜头 球罩曲率半径与镜头孔径会严重不匹配 为与小曲率半径球罩匹配 球机一般都配小镜头 此外 球罩还通常会厚薄不均匀 甚至还采用较差的聚炳烯材料制作 上述因素都会使图像会有明显的变形和光损 严重影响到图像质量 4 连接线缆及接插件接头很重要 对于720P 1080P高清电视格式 其线缆和跳线系统必须满足SMPTE259M 424M 2006的相关技术细节 对于HD SDI高清系统 阻抗匹配是非常重要的 即使是选用最好的线材 如果配上劣质的接头也会影响系统性能 为了减少反射和相位误差 HD SDI系统的线材和接头必须拥有更加坚韧的机械强度和优质焊接 而这些工程上易被忽视的细节 2020 3 25 53 HD SDI高清应用考虑基于IP监控和基于HD SDI监控各有优势 从目前安防需求看 HD SDI监控是令人振奋的 但是 HD SDI监控本身也还有技术问题需解决 比如 需要解决HD SDI的长距离 长于100米的 传输问题 配套设备欠成熟 厂商较少 厂商和配套设备的选择面较小 成本也比较高 应用的普及度及用户的认知度还远远不及IP网络高清监控 对HD SDI高清摄像机及整体系统的应用既要参考系统的特性 又要考虑应用对象的需求 需二者统筹兼顾 HD SDI高清摄像机具有 原模拟系统布线仍可采用 保持不失真原始图像 高清实时等特点 而应用对象又有对高保真和高实时性的要求 所以HD SDI高清摄像机及系统应该是上述二者的兼有 不是任何时候 任何地方都适用的 一般应用在 有视频智能分析IVS需要的场合 电子卡口系统 电子警察系统 银行柜员制系统 范围不是很大的重要的展览馆 博物馆等 由于有较高的分辨率 能带来更高的视频分析准确率 能实现高准确率的识别 例如 人脸识别 行为识别 车牌识别 流量统计 又由于高实时性 所以使安保人员能实时掌控现场的状况 这些场合 大多控制和显示设备距摄像机距离不远 或许不需增加传输设备 HD SDI光端机 甚至可利用原模拟系统的线缆即可完成系统向高清的升级改造 2020 3 25 54 由于SDI技术刚刚进入安防领域 还有很多技术需要改进 以更适应安防业的应用 无延时 全高清 高锐度 数据无损耗的高清应用已是时代发展的趋势 广播级技术与安防的融合 将引领中国安防行业的高清化向一个更高的层次发展 2020 3 25 55 3 4SDI方案供应商 1 NS方案高性能模拟信号路径芯片产品供应商美国国家半导体公司 NationalSemiconductorCorporation 推出一系列的串行数字接口 SDI 芯片组 可以通过一条同轴电缆传送1080p的高清晰度广播视频信号 而且信号抖动创下业界最低的纪录 传送速度则高达每秒60帧 芯片组系列包括自适应电缆均衡器 时钟恢复器及电缆驱动器 最适用于串行路径选择与分配系统以及多种不同的视频短片制作及剪辑设备 美国国家半导体能够提供集成了均衡器 时钟恢复器 电缆驱动器 串行器及解串器的全方位3GbpsSDI解决方案 2020 3 25 56 应用方案 LMH0030 发送 LMH0031 接收 传输速率 270Mb s 360Mb s 540Mb s 1 4835Gb s 1 485Gb s 通过75欧电缆传输 视频格式 10bit 20bit数据宽度 支持4 3 16 9 PAL NTSC标准制式 支持SMPTE259M SMPTE344M SMPTE292M 音频 不支持音频传送 功耗 430mW封装 64 TQFP 10mmx10mm 2020 3 25 57 应用图示 2020 3 25 58 LMH0030应用电路 2020 3 25 59 LMH0031应用电路 2020 3 25 60 其他新推出方案 国半对出的高度集成的芯片组LMH0340和LMH0341 3Gbps的LMH0340串行器内置电缆驱动器 而LMH0341解串器则具备时钟恢复串行环路穿越功能 这两款芯片能以3Gbps的速度发送及接收信号 非常适用于各种专门用来制作及剪辑短片的视频广播设备 其中包括操作流程交换器 数字录像机 摄像机 视频格式转换器及视频编辑设备 这是业界首款可以支持电影及电视工程师协会 SMPTE 424M技术标准的分立式SDI串行 解串器芯片组 2020 3 25 61 LMH03403Gbps高清晰度 标准清晰度串行器 驱动器LMH03403Gbps多速率SDI串行器支持270Mbps 1 485Gbps及2 97Gbps等数据传输速度 可传送符合数字视频广播 异步串行接口 DVB ASI 标准清晰度 SMPTE259M 高清晰度 SMPTE292M 以及新的3GbpsSDI SMPTE424M 等标准的视频 只需通过一条同轴电缆便可以串行方式传送无需压缩的1080p50 60信号 芯片还内置符合SMPTE标准的电缆驱动器 功耗只437mW LMH03413Gbps高清晰度 标准清晰度时钟恢复解串器支持速度达270Mbps的DVB ASI接口 也可支持标准清晰度 高清晰度和3Gbps数据传输速度所需的串行数字接口 SDI 芯片内置时钟恢复器 其输入抖动容限高达0 6单位信号时间 UI 因此即使信号的眼图已关闭60 以上 芯片仍可接收信号以及将信号解串 时钟恢复环路穿越电路内置电缆驱动器 可以自动调节输出压摆率 以便配合数据的输入速度 LMH0341解串器与LMH0340都无需加设外置压控振荡器 以2 97Gbps的速度操作 芯片功耗445mW 典型值 除了3Gbps多速率芯片组之外 美国国家半导体公司也推出两款可支持高清晰度 标准清晰度标准的芯片组以及另一只可支持标准清晰度标准的芯片组 这几款芯片组大致可分为三类 一类是可全面支持高清晰度 标准清晰度标准的LMH0040串行器及LMH0041解串器 另一类是可支持高清晰度 标准清晰度标准的低成本LMH0050及LMH0051芯片 最后一类是只可支持标准清晰度标准的LMH0070及LMH0071芯片 LMH0340芯片的单颗价为37美元 LMH0341芯片的单颗价为40美元 LMH0040芯片的单颗价为28 50美元 LMH0041芯片的单颗价为31美元 LMH0050芯片的单颗价为25美元 LMH0051芯片的单颗价同为25美元 LMH0070芯片的单颗价为18美元 而LMH0071芯片的单颗价为19美元 2020 3 25 62 2 Gennum解决方案Gennum已经开发了两款完备的发送解决方案 具有支持视频与内置音频性能的GS2972以及仅支持视频的GS2962 两款芯片都安装了Gennum专利的ClockCleanerTM一个集成的VCO 允许接收并行时钟输入超过300ps抖动以及低于50ps抖动的SD