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视觉信息的高清传输:高清视频光端机的技术突破

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高清视频光端机怎样匹配格式?SDI速率、均衡与时钟恢复

浏览次数: 飞畅科技原创 作者:飞畅科技技术团队

高清视频光端机选型,先看视频接口及完整格式,再看光纤距离。3G、6G和12G是不同SDI速率类别,不能因为都有BNC和光口就互相替代。本篇从数据量、均衡与时钟恢复解释高清传输的限制,帮助把高清要求写成可核对的接口条件。

高清是一种画面描述,不是统一接口

视频源可能输出SDI、HDMI、DVI或以太网视频。它们的信号组织、连接器、控制信息和接收设备不同。同一幅画面可以通过不同接口表达,却不能把不同接口直接用一个转接头互通。应查看视频源实际输出,而不是只看机身印着高清或摄像机总像素。

本篇重点讨论SDI,即串行数字视频接口。它用高速串行电信号连接专业视频设备,常见同轴接口为75欧BNC。连接器形状只说明机械外观,完整兼容性还涉及电气要求、速率和视频格式。HDMI转换为SDI需要真正的格式转换设备,不是光端机默认附送的功能。

更多画面信息需要更高的传输能力

分辨率增加意味着每幅画面需要表达更多像素,帧率增加意味着每秒更多幅画面,位深与色度采样影响每个像素怎样表达。接口还包含时序与辅助信息,不能简单用画面宽乘高就得到完整线路速率。对采购而言,记录源端输出菜单和手册格式比凭估算选型号稳妥。

3G-SDI常用于某些全高清视频格式,但不代表任意高清或超高清都能通过。较高规格可能采用不同速率或多条链路,必须由两端设备和线路配置共同支持。把3G换成12G模块,也不能保证主机内部电路已升级;模块、主机和接收终端的能力要同时匹配。

3G-SDI与12G-SDI使用各自支持的主机和光接口;外观相似不代表速率及视频格式通用
图1:3G-SDI与12G-SDI使用各自支持的主机和光接口;外观相似不代表速率及视频格式通用。通用机制示意,不代表具体产品内部结构或实测。

同轴输入为什么还需要均衡

同轴线路对不同频率的损耗不同,高速数字脉冲经过线路后,边沿可能变缓,相邻码元可能相互影响。均衡电路补偿规定范围内的频率响应,帮助接收端重新获得可用波形。它不是把模糊图像锐化,而是在数字信号进入光传输之前处理电气波形。

信号速率越高,线缆与接头条件往往越重要。同一设备对低速和高速输入可允许不同的同轴长度,接头、转接器和实际线材也会改变结果。不能把低速测试长度写成所有格式的通用长度,更不能把光纤距离误当成摄像机到发射机的同轴允许距离。

时钟恢复整理的是判决与发送时序

数字接收要知道什么时候判零或一。时钟恢复从输入信号中建立与数据相适应的判决节奏,重定时则按恢复时钟重新安排输出边沿,有助于降低某些时序扰动。均衡主要针对波形形状,时钟恢复针对时间关系,二者不能用信号放大四个字代替。

超出输入范围、错误格式或已经出现错误的数据,不会因重定时自动变正确。实际器件能处理的速率和抖动范围不同,有些模式还可能旁路重定时。TI的SDI参考设计可用于理解这些功能的分工,但本文不据此宣称飞畅设备使用其芯片或具有未公布能力。

SDI电缆均衡改善规定范围内的波形形状,时钟恢复及重定时处理判决节奏与输出边沿
图2:SDI电缆均衡改善规定范围内的波形形状,时钟恢复及重定时处理判决节奏与输出边沿。通用机制示意,不代表具体产品内部结构或实测。

光端机不是压缩器,也不默认升分辨率

SDI光传输可以把电接口数据送到远端,是否压缩取决于产品架构。数字编码、串行化和光调制不等于H.264图像压缩。普通接口延伸设备不应被描述成自动升级4K、自动提升帧率或自动储存分析视频;这些都是需要明确证据的独立功能。

若项目包含网络编码器,压缩率、码率、编码延时及解码能力应另行核对。SDI速率和网络压缩码率不能放在同一列直接比较,一方表达接口线路数据,另一方表达经编码后的业务流。清楚区分可以避免把网络交换机误购为SDI光端机。

飞畅3G和12G系列怎样分别核对

飞畅迷你FCVH-V1b的3G-SDI页面列有配对使用、输入自动检测、自动电缆均衡及75欧BNC,并说明支持相关全高清视频格式。对已确认的3G输出,可据此核对输入格式、近端同轴和输出能力,而不是仅根据画面名称下单。

飞畅另有一路12G HD-SDI详情,列有12G、6G、3G等输入类别、电缆均衡和输出驱动。页面名称及型号相近,采购需要附上准确产品链接与版本,避免把两款参数拼在一起。该页所列高速均衡条件与较低速条件不同,进一步说明同轴长度必须按实际速率确认。

官网列出的光纤距离范围还需要所选光模块、接头、光缆损耗和接收范围支持。不要因为最大范围较大就采购最强发射模块用于很短线路,接收过强也可能不合适。电源与光口形式按订购配置确认,不把不同电源选项理解为同一接口均可直接接入。

用完整格式做开通与验收

假设摄像机输出1080p60的3G-SDI,先在短同轴和短跳纤上确认接收端支持该格式,再加入正式光路。若要改用更高规格,先核对源端、两台光端机、光模块及监视器,不能只换中间某一项。示例只说明核对顺序,不保证任意1080p60设备互通。

保存输入格式、设备与模块版本、同轴型号、光功率和持续测试结果。出现无画面时,先排除格式不支持,再查输入锁定、光路和输出端。拔插或清洁按手册停机操作,禁止直视光口。把格式、距离和余量分开验收,才能判断高清链路是否真正可用。

资料:TI SDI信号调理设计;飞畅迷你3G-SDI;飞畅一路12G-SDI。图为通用机制,波形并非实测。

现场常见问题

把3G-SDI设备的光模块换成12G,就能直接传12G视频吗?

不能保证。主机输入电路、处理路径、模块和接收终端都须支持对应速率与完整格式。连接器相同也不代表兼容。采购应附准确型号、版本及源端输出模式,不把另一产品的均衡距离或最高速率拼成现有设备的参数。

SDI光端机有均衡和重定时,能自动把1080p画面升级成4K吗?

不能。均衡主要处理规定范围内的线路波形,重定时整理数据边沿的时间关系,二者不是缩放、增帧或分辨率转换。需要格式转换应另查明确功能。原始信息或格式不支持时,普通重定时不能自动生成缺少内容,也不等于视频压缩。

标称光纤能传很远,摄像机到发射机的同轴线也能同样长吗?

不能。近端同轴输入与中间光路是不同传输段,允许长度取决于实际速率、线材、接头及均衡能力。应先用匹配短同轴和光纤建立基线,再接正式线路,分别验证输入锁定、收光和终端格式。光纤距离不能替代同轴条件。

继续阅读:SDI光端机信号处理:均衡、时钟恢复与重定时各解决什么;视频数据光端机怎样用于安防:画面、控制与录像分别设计;