摘要：在信息网络时代，信息化技术在各个领域都发挥着重要作用，其与科学技术的有机结合更是带来了很多便捷。针对目前市场上越来越多针对SDI信号的应用需求，提出了多路SDI电信号单波长光纤传输的实现方案。
关键词：SDI；高标清电视；码速调整；无损传输
前言
串行数字接口（Serial Digital Interface，简写为SDI）是针对演播室环境提出的用单根电缆来传输数字视音频信号的方式。从目前我国数字电视的进程看，各地标清电视系统尚未完全建立，期间虽然各个地方陆续有高清电视频道开播，但在相当一段时间内标清电视还是占主导地位。由于目前对高清电视系统的投入价格不非，在建立高清电视中心系统时，一方面需要考虑标清信号源的使用问题，另一方面需要考虑把高清节目下变换为高质量的标清节目适用于标清播出，因此，在建立高清系统时，除了高清摄像机、录像机、切换台等主要设备外，高标清上下变换器的作用也极为重要，上、下变换器的质量直接影响最终节目质量。
1 SDI接口简介
串行数字接口（SDI）是由SMPTE组织制定的一种数字视频接口标准。例如，ITU-R、BT.656、SMPTE 259M定义了用于广播级的数字视频接口；在SMPTE 292M中定义了一个著名的高清串行数字接口标准（HD-SDI），该接口正常时能够提供1.485Gbit/s的数据速率。在SMPTE 372M中定义了一个双链路HD-SDI标准，该接口由一对SMPTE 292M链路组成，能够提供2.970 Gbit/s数据传输速率。该接口广泛应用于数字影院或高清电视HDTV 1080P，能够比常规HDTV具有更好的保真度和分辨率。近年来，SMPTE 424M中又定义了由一个单2.970 Gbit/s串行链路组成的接口3G-SDI，该接口将取代双链路HD-SDI。
这些标准用于在广播电视设备中传输未压缩、未加密的数字视频信号，信号中也可根据需要加入嵌入式音频和时间码。采用同轴电缆传输，距离一般小于300m。SMPTE 297M定义的光纤规范可以进行远距离传输，传输距离仅受限于最大光纤长度或中继器。通常，SDI和HD-SDI仅应用于专业视频设备中，各种各样的许可协议限制了未加密的数字接口，禁止其在消费类设备例如Blu-Ray和个人视频录像机中使用。一些专业的视频和高清视频可能用到的DSLR摄像机和所有未压缩视频可能用到的消费类摄像机均采用HDMI接口，通常称为纯净HDMI。对于存在的DVD播放器和其它设备来说，还有许多多媒体随选装备，允许用户为设备增加一个串行接口。
2 SDI信号特点
各种SDI标准均使用75欧姆阻抗同轴电缆和BNC连接器进行传输，这和模拟视频场合中使用的传输媒介一致。源端信号峰峰值幅度为800mV±10%。由于信号衰减，接收端收到的信号幅度小于该峰峰值，因此传输距离受限，一般来说，SD-SDI传输距离小于300m，HD-SDI传输距离小于100m，3G-SDI传输距离则更短。
3 多路SDI信号电复接光传输的必要性
高清视频系统以及高清监控市场发展，带动了高清视频传输的发展。高清视频信号传输介质主要有两种：电缆和光缆。由于电缆本身的特性导致其传输距离有限，无法满足越来越多的远距离高清信号的传输；与电缆传输相比，光纤的低传输损耗使远距离传输中继之间距离大为增加。除此以外，光缆还具有不辐射能量、不导电、没有电感、不怕雷击、抗腐蚀、保密性好、通信可靠性高、运行维护成本低等特点，且光缆不存在串扰以及光信号相互干扰。随着光纤通信技术的发展，光纤局域网已深入到军事、工业实时控制、办公自动化以及大众生活等应用领域，为人们提供了现代数据通信的先进手段。与光纤媒介的结合可以扩展高清视频的应用领域。
目前市场上传输SDI信号的光传输设备都是一个波长的光信号传输一路SDI信号，其光纤信道容量的利用率比较低，而且当需要传输多路SDI信号时需要用到多芯光纤或者采用波分复用器。是现在城市的光缆布线基本上已经固定，这样当需要传输的信号路数比较多时，就会由于光纤数量的限制而无法实现。
本文提出的多路SDI信号的单波长光纤传输方式为：把多路（最大可达8路）270Mbps的SDI信号采用电复接的方式复用成一路高速信号，然后通过一根光纤进行传输。极大地降低了系统成本、提高了光纤通道带宽的利用率。用它取代现有的SDI信号电缆传输以及使用一根波长光信号传输一路SDI信号的传输方式。从而成功德解决了通过电缆传输时受距离限制以及光纤传输时受光纤数量限制的问题。
4 SDI数字分量串行接口
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。
我们知道，在4：2：2串行数字分量流中，视频行消隐和场消隐期间的信息是不需要的，因而不进行取样。这样音频数据以辅助数据形式插入到数字视频分量不要的两空隙之中。数字音频一个子帧为32比特（一个取样32比特），而视频取样是10比特，可将32比特变成三个10比特。其中除传输主要的20比特音频取样数据之外，还将传输CH通道信息、AES/EBU通道状态信息和奇偶校验码等。如果不需要对伴音进行单独的处理时，这种嵌入音频的方式能使伴音始终跟随视频一起传输，并能保证视、音频同步。同时，还允许不同取样频率的数字音频嵌入。在播出领域，很少有视音频分切的情况，嵌入音频的使用可以使矩阵减少一个层面，连线也更简单，特别是DVcpro等信号源设备均带有嵌入音频SDI接口，使得这种应用更有实际意义。但是，在选择帧同步器等一些视频处理设备时应注意其是否会对嵌入的音频信号产生影响。有些数字视频设备只对有效数据进行处理，因此，系统设计时必须考虑数字音频信号的单独处理问题。
5 结束语：
SDI是指使用单根同轴电缆串行传输未经压缩的数字视音频信号的接口，接口传输的信号称为SDI信号。SDI信号不存在因压缩造成的画质下降或迟延，但同时带来的问题就是传输速率很高，SDI信号的最高速率达2.970Gbps，因此，采用光端机实现SDI信号的长距离传输是比较理想的选择。
参考文献：
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[4]张朝春.高清视频光纤传输系统[D].成都理工大学，2012.
论文作者:梁永强
论文发表刊物:《电力设备》2017年第28期
论文发表时间:2018/1/18
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