SDI接口信号特点及传输转换技术（北京科思图科技有限公司技术支持部）图1演播室中的SDI接口具有3G-SDI接口的高清电影摄像机 具有HD-SDI接口的高清液晶监视屏图2典型的带有SDI接口的产品图3 SDI电缆及接头外观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，SMPTE424M中乂定义了由一个单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-SDIo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300mo 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表1 SDI标准一览表标准名称比特率视频格式例子SMPTE 259MSD-SDI270 Mbit/s, 360 Mbit/s, 143 Mbit/s, and 177 Mbit/s480i, 576iSMPTE 344MED-SD1540 Mbit/s480p, 576pSMPTE 292MHD-SDT1.485 Gbit/s, and 1.485/1.001 Gbit/s720p, 1080iSMPTE 372MDual Link HD-SDI2. 970 Gbit/s, and 2. 970/1.001 Gbit/s1080pSMPTE 424M3G-SD12.970 Gbit/s, and 2. 970/1.001 Gbit/s1080pTBA6G UIID-SDI6 Gbit/s4KTBA12G UHD-SDT12 Gbit/s4K2. 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%o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传输距离则更短信号的上升/下降时间非常严格：SD-SDI： 400ps"1.5nsHD-SDI： 100ps~270ps3G-SDI： <135ps以HD-SDI为例，部分信号指标要求如下: 发送器(TX)——幅度(Amplitude)： 800mV过冲(Overshoot)： v振幅的 10%上升时间(Risetime)： ＜270ps时钟抖动：1UI@10HzHPF调整抖动：0.2UI @100HzHPF接收器(RX)——输入抖动容限：1UI:抖动频率＞10 Hz； 0.2UI:抖动频率＞100 KHz输入及输出回送损耗：・15 dB: 5 MHz至1.485 GHzSDI信号为未压缩的数字复合信号数据编码成NRZI格式，并采用线性反馈移位寄存器对数据进 行扰码处理，以减少较长的©或T字符情况的发生EncodedVideo OutSDI Encoder图5 SDI串行编码和扰码SDI信号采用自同步和自时钟机制，通过检测特定的同步字来处理帧数据。
以HD・SDI数据格式为例进行说明，线格式组成如下EAVLine NumberCAC Honzontai BlankingSAVActiw Videol(/IIAIpI二 rqm 3151 6二 PE3M0 so^soso ◎ 0 §0151 Q ■ ・pI €0 pom 3 辽0¥|5I £sslooo5SW鸟nixisCDOQoooS 6HD-SDI数据线格式SAV为有效视频起始序列，EAV为有效视频结束序列，SAV和EAV内包含了同步信息LN为线计 数字，CRC为校验字，这两组字为在高清串行传输中增强数据可靠传输的检查字视频数据按照4:2:2 YCbCr格式进行编码,最终的有效视频(Active Video)为按照亮度Y和色差C的两路10位数据流进 行组合的数据流，具有20位数据宽度3. SDI信号传输技术一个典型的SDI信号传输线模型如下图所示，源端(驱动端)包括信息源、编码器、驱动器；中 间传输线包括连接器和电缆；末端接收端包括线接收器、译码器、信息容器eg t图7 SDI信号传输线模型前面讲到，SDI信号具有高速特点，对质量要求非常高，其损耗将导致传输距离缩短以及质量下 降。
因此，对SDI信号的可靠传输必须从源端到接收端各个组成环节釆取相应的措施任何一个环节 出现问题，都会导致信号传输出现错谋下图所示为劣质信号传输导致的接收端数据错谋的情形g I.STAMH I °0OFTIMU ・ t Hire SHOLDNKATiVC BUS»£C(IV£Q DAU ouTFvrSLKING WITH Winn MTLJSUCmG withU L图8劣质信号传输导致接收端数据错误（上升沿/下降沿偏移）下面分别介绍SDI信号传输技术中对各环节采取的具体措施1）源端（驱动端）：减小输出抖动对于源端即驱动端的输出信号，其理想的最佳抖动性能曲线如下图所示图9信号最佳抖动性能曲线在源端内部采用创新结构的串行编码器代替传统的串行编码器，可以减低物料成木、电磁干扰及 抖动，主要优势如下：1） 器件间高速信号采用LVDS接口，可以减少电磁干扰；2） 无需加设外置本地时钟及抖动消除电路，并且内置电缆驱动器，大大简化了电路设计和走线, 减少抖动因素；3）器件全部采用模拟工艺，可以有效减少抖动2）中间传输线：最佳阻抗匹配传送SDI信号时，若导线阻抗岀现不连贯的现象，信号便会被反射回去回送损耗（IRL）是用以 衡量两个受控阻抗值是否匹配的标准。
下图所示为SMPTE规定的SDI回送损耗（IRL）限制曲线MHz图10SMPTE规定的SDI回送损耗（IRL）限制曲线根据SDI信号传输线模型理论，广义的中间传输线阻抗包括源端电缆驱动器输出阻抗、BNC连接 器阻抗、电路板走线阻抗、末端接收器均衡器（EQ）输入阻抗等对所有的这些传输线阻抗要尽量做 到最佳匹配，才能使回送损耗（IRL）最小，传输距离最长在实际应用中可以采取如下措施：1）选用优质材料的高品质75欧姆同轴电缆；电缆的材料不仅包括信号芯材料，还包括绝缘介质材料电缆信号芯材料对传输距离有很大的影响，如下图所示图11电缆信号芯材料对传输距离的影响50%的同轴屯缆绝缘介质材料为发泡聚乙烯，其衰减在75欧姆特性阻抗吋达到最小，如图所示图12各种绝缘介质特征阻抗与衰减的关系Attenuasn2）选用高品质并与同轴电缆严格阻抗匹配的BNC接头；当BNC接头选择不合理时，即时使用了昂贵的同轴电缆，其信号传输结果也会受到很大的影响, 下图所示为使用50欧姆BNC接头与75欧姆同轴电缆进行兀配时的回送损耗差别阀）.2 .4 .6 £ 1.0 1.4 1.6 1.8 10 (GHZ)图13BNC接头与电缆阻抗不匹配时的回送损耗差别3） 在源端和末端分别采用先进的驱动和接收器件;4） 对源端和末端进行合理的匹配电路设计和布线。
3）末端接收端：进行信号调理对末端接收器来说，在对SDI信号进行解码之前，需要进行一系列信号调理，以补偿传输过程中 对信号造成的损失，接收端信号经过优质的信号调理后的效果示意如图所示接收端的数据•4►1 ps (0.06UII)时钟己恢复的数据经均衡后的数据图14接收端信号调理效果示意图具体可以采取如下措施：1） 提高输入抖动容限：采用模拟工艺以及高精度锁相环，因此可以提高解串器的抖动容限，最 低可达0.6UI；2） 可以利用时钟恢复器重新产生极少抖动的信号；3） 可以利用自适应电缆均衡器为较长电缆的损耗提供补偿；4） 也可利用无源均衡器为印制电路板的走线损耗提供补偿，其优点是功耗极少，而口成本低廉4. SDI接口转换技术尽管SDI是一个优秀的高清视频接口，但由于当前广播系统的复杂性以及高清接口的多样性在 实际应用中，需要对其进行各种转换由于SDI信号木身质量要求很高，因此在进行各种接口转换时, 为了达到好的信号品质，对信号的处理和转换各环节也必须遵循前面介绍的传输理论，并采用先进的 转换技术目前市场上存在多种SDI相关接口转换产品，这些产品的质量和性能参差不齐为了使用户能够 科学的选择和购买SDI和关转换器产品，使产品在系统中发挥出最优越的性能。
小编在此罗列了一些 典型的SDI转换器产品及其主要选型参考指标，供参考表2典型的SDI转换器产品及其主要选型参考指标产品名称产品功能主要选型参考指标SDI分配器将一路SDI输入信号分配成 多路SDI信号输出/通道数量/ 设备体积和功耗/ 是否支持多种SDI信号类型（3G/HD/SD）/ 符合哪些SDI规范/ 色彩空间/色彩精度/ 有无音频解嵌及输出功能/ 有无超长线缆自动均衡功能/ 有无SDI冗余通道/支持何种音频信号/ 能否自动匹配标清、高清和3GSDI输入/光纤转换是否具有双向转换功能/是否具有软件程控设置功能SDI多路复用器将多路SDI输入信号多路复 用至一路SDI信号输出SDItoHDMI转换器将SDI输入信号转换成HDMI信号输出HDMI to SDI转换器将HDMI输入信号转换成SDI 信号输出SDI to DVI转换器将SDI输入信号转换成DVI 信号输出DVI to SDI转换器将DVI输入信号转换成SDI 信号输出SDI转模拟将SDI输入信号转换成模拟YUV/S-Video/复合信号输出模拟转SDI将模拟YUV/S-Video/复合输 入信号转换成SDI信号输出SDI光纤转换器将SDI输入信号转换成光纤 信号或将光纤信号转换成 SDI输出信号北京科思图科技有限公司版权所有Copyright © 2013-2014 Scienceimage. All Rights Reserved.。