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SDI接口基础知识

时间:2018-11-14 11:04 作者:春源丽影
SDI接口是一种“数字分量串行接口”,而HD-SDI接口是一种广播级的高清数字输入和输出端口,其中HD表示高清信号。由于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重放后,必须经解压并经SDI接口输出才能进入SDI系统。如果反复解压和压缩,必将引起图像质量下降和延时增加,为此各种不同格式的数字录像机和非线性编辑系统,规定了自己的用于直接传输压缩数字信号的接口。
在非编后期制作,广播电台等领域,HD-SDI应用较为广泛,其是根据SMPTE292M,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。HD-SDI接口采用同轴电缆,以BNC接口作为线缆标准。有效距离为100M。

监控系统

1、按速率:标准清晰度SD-SDI、高清标准HD-SDI和3G-SDI,对应速率分别是270Mb/s、1.485Gb/s和2.97Gb/s。
2、HD-SDI接口对应的监控产品有HD-SDI摄像机、HD-SDI光端机、HD-SDI转HDMI转换器、HD-SDI硬盘录像机、HD-SDI矩阵、大屏幕组建的高清HD-SDI监控系统。
3、HD-SDI监控系统优势:
由于设备采用BNC接口连接,也就是说我们在将已有的传统模拟框架系统转为高清监控系统的过程中,无需重新布线,只需更换前端和后端部分,这将为工程节省巨大的时间成本和人力成本。
易用性
由于HD-SDI摄像机产品工程施工采用的系统框架和模拟监控系统框架相同,采用75-5同轴线缆即可实现系统布线,施工人员和系统操作人员无需培训,更容易上手。
非压缩
HD-SDI摄像机不像IP监控是将视频信号经过压缩和打包后通过网络传输的,它是以未经压缩的数字信号在同轴电缆上高速传输,原始图像不会失真。
高清实时
HD-SDI摄像机监控不受传输网络影响,不会有IP网络监控产生的图像延迟问题,在有实时监控和高清要求的场合。
利用率高
HD-SDI摄像机设备视频输出图像的分辨率为1920×1080,单位面积摄像机布点密度大幅下降。在监控场所提供更多细节上的处理,如看清人脸,看清车牌。

接口原理

串行接口是把数据字的各个比特以及相应的数据通过单一通道顺序传送的接口。由于串行数字信号的数据率很高,在传送前必须经过处理。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。这样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,应能传送360Mb/s的信号。NRZI码是极性敏感码。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,所以要采用以“1”和“0”来表示有无电平变换的NRZI码。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。
(a)串行数字数据接口SDDI(SerialDigital Data Interface),用于Betacam-SX非线性编辑或数字新闻传输系统,通过这种接口,可以4倍速从磁带上载到磁盘。
(b)4倍速串行数字接口QSDI(QuarterSerial Digital Interface),在DVCAM录像机编辑系统中,通过该接口以4倍速从磁带上载到磁盘、从磁盘下载到磁带或在盘与盘之间进行数据拷贝。
(c)压缩串行数字接口CSDI(CompressionSerial Digital Interface),用于DVCPRO和Digital-S数字录像机、非线性编辑系统中,由带基到盘基或盘基之间可以4倍速传输数据。
以上三种接口互不兼容,但都与SDI接口兼容。在270Mb/s的SDI系统中,可进行高速传输。这三种接口是为建立数字音视频网络而设计的,这类网络不象计算机网络那样使用握手协议,而使用同步网络技术,不会因路径不同而出现延时。
人们常在SDI信号中嵌入数字音频信号,也就是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。

发展史

编辑
1982年,原国际无线电咨询委员会(CCIR)以欧洲广播联盟(EBU)与美国电影电视电视工程师协会(SMPTE)的机关提案为基础,发布了CCIR 601号建议书,以13.5 MHz的取样频率,8位量化与4:2:2色度亚取样统一了525/60和625/50两种电视扫描系统的数字化参数。1986年,CCIR以EBU Tech.3246与SMPTE 125标准为基础,发布了CCIR 656建议书,提出了一种可以传输CCIR 601规格信号的并行接口,使用11对双绞线与25针D型连接器,部分早期数字设备曾使用这种接口,但因传输距离较短,连接较复杂等原因,不适合大规模使用。其实,CCIR 656还包含了EBU于1983年提出的EBU Tech.3247串行数字接口标准,采用8/9分组编码,比特率为243 Mb/s,但只支持8比特量化,而且不容易设计出稳定,廉价的接口芯片。
1983年,CCIR成为国际电信联盟无线电通信部(ITU-R)。1994年,ITU-R发布了BT.656-2建议书,吸纳了EBU Tech.3267与SMPTE 259M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(NRZI)编码。在传送ITU-R BT.601(A部分)4:2:2级别信号时,其时钟还率为270 Mb/s,这就是如今大名鼎鼎的SDI。75欧姆同轴电缆与75欧姆BNC连接器(IEC 60169-8)的使用使电视台内部原有的大量已敷设电缆在数字化系统中得以再利用,后来,SDI逐渐成为数字设备的标准配置,在此基础上终于实现了演播室、主控、播控系统的数字化。我国也参照上述标准制订了相应的国家标准BG/T 17953。为了满足高质量节目制作对ITU-R BT.601(A部分)4:4:4级别图像与色键等的需求,EBU Tech.3268,SMPTE RP145与ITU-R BT .799分别提出了双链接的概念,即同时通过两个SDI通道传输R’G’B’/4:4:4图像与另外一路宽带信号。我国广电总局参考ITU-R BT.799-3制订的相应行业标准为GY/T 159-2000。此外,SMPTE 344M还定义了一种时钟频率为540 Mb/s的串行数字接口。
1990年,ITU-R BT.709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. 5 Gb/s级别的串行数字接口,相应国际标准为ITU-R BT .1120,GY/T 157-2000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。除时钟频率提升到270 Mb/s的5.5倍即1.485 Gb/s外,HD-SDI与SDI也存在着一些差别,例如HD-SDI将亮度与色差信号分别放置在两个流中,并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,因此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1080p50/59.94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。 高速接口芯片技术的进步使3 Gb/s级别的串行接口成为可能。
2005年,ITU-R在BT.1120-6建议书中给出了2.97 Gb/s串行接口的规范,物理介质仍然沿用了75欧姆同轴电缆和IEC 60169-8标准连接器。此外,SMPTE 424M也给出了类似的3 Gb/s级别接口的定义。3 Gb/s串行接口的出现解决了之前需要双链接HD-SDI的场合,如4:4:4/12bit或1080p50/59.94格式的节目制作等。已有厂家宣布推出3 Gb/s的串行接口芯片产品。 在一些需要远距离传输的场合,如连接两个距离较远的演播室,铜缆就显得有些力不从心了,此时,光缆自然就成为铜缆的替代者。ITU-R BT.1367、SMPTE 297M与我国的GY/T 164-2000等都是利用光缆传送串行数字信号的标准,以ITU-R BT.1367为例,在传输高清信号时,只允许使用单模光纤与相应的光连接器,光-电、电-光转换则由相应的光接收器与光发射器完成。 新兴的数字电影具有较高清晰度图像更高的分辨率、更丰富的色彩(例如SMPTE 428-1K PGYQR 4096×2160 4:4:4/X’Y’Z’/12-bit@24P),在数字电影设备(如数字投影机与服务器)之间需要传输的数据量更大,因此,SMPTE N26技术委员会正在制订435M系列标准—一种时钟频率为10.692 Gb/s的串行数据接口,其物理介质为符合IEC 60793-2标准的光缆与符合IEC 61754-20标准的光连接器。这种10 Gb/s级别的接口可将多至8个HD-SDI数据流复用在一起,也可以将现有的1.5 Gb/s与3 Gb/s数据结构映射至10 Gb/s接口上。
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