【未壓縮、零延時的數位視訊傳輸】SDI相關規格與標準技術說明

在影視傳播錄影界裡,常常聽到『SDI接口』!
SDI到底是什麼咚咚?
以下請看筆者的一些整理資料吧!

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SDI(Serial Digital Interface, 串列數位介面)是 ITU-R BT.656 以及移動圖像和電視工程師協會 (SMPTE) 提出的串列鏈路標準
在廣播環境中透過 75 歐姆同軸電纜來傳輸未壓縮的數位視訊,大部分專業視頻基礎設備都採用了該標準。
該標準共分為三個版本 – SMPTE-259M, SMPTE-292M, SMPTE-424M,SDI的名稱分別為SD-SDI, HD-SDI, SG-SDI。
第一版SD-SDI,基於SMPTE-259M標準,支援資料速率是270 Mbps,適用於60Hz的480i螢幕格式(480i60)。

第二版為HD-SDI,基於SMPTE-292M標準,將資料速率提昇至1.485Gbps,支援HD等級720p60與1080i60高畫質格式。
它使用同樣的 75 歐姆同軸電纜。廣播和其他視訊產品開發商在同軸電纜硬體基礎設備上進行了大量投入,希望能夠延長其基礎設備的生命週期,所以再推出第三版本。

第三版為3G-SDI,基於SMPTE-424M標準,在同樣的75歐姆同軸電纜上,SDI資料速率加倍,達到了2.97 Gbps。
這一新標準稱為 3-Gbps (3G) SDI,支援 1080p60 和數位影院等解析度更高的圖像品質。
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無壓縮、零延時數位視訊傳輸:淺析SDI數字分量序列介面
    
近年來,隨著科技的不斷發展,人們對高清數位信號的需求也在不斷增加。
DVI、HDMI信號已經不能更好的滿足整個高清視頻行業的發展需要,人們都迫切需要一種更好的能滿足未來高清視頻行業發展的介面技術
正是基於這個原因,促使了SDI的發展。

SDI的出現,讓資訊傳輸在清晰度以及傳輸率有了進一步的提高,且幾乎達到零延時,在廣播電視行業以及安防監控領域受到了高度好評。


SDI的定義及原理:
SDI,即數位分量序列介面,是一種用於廣播級的數位視訊介面,用於傳輸無壓縮的數位視訊資料,常見於各種數位視訊設備。
其最初是在SMPTE(電影與電視工程師協會)259M和國際電信聯盟無線電通信部(ITU-R)BT.656標準中規定的不同信號速率條件下傳輸的介面規格
該規格規定了資料格式、通道編碼方式,同軸電纜介面的信號規格,連接器及電纜類型與光纖介面,在當今的廣播和視頻產品領域得到了廣泛的應用。

SDI是通過用擾碼的不歸零倒置(NRZI)來代替早期的分組編碼,包括了含數位音訊在內的數位複合和數位分量信號。
在傳送前,對原始資料流程進行擾頻,並變換為NRZI碼確保在接收端可靠地恢復原始資料。
這樣在概念上可以將數位序列介面理解為一種基帶信號調製。

需要注意的是,SDI介面不能直接傳送壓縮數位信號,數位錄影機、硬碟等設備記錄的壓縮信號重放後,必須經解壓並經SDI介面輸出才能進入SDI系統。
如果反復解壓和壓縮,必將引起圖像品質下降和延時增加,為此各種不同格式的數位錄影機和非線性編輯系統,規定了自己的用於直接傳輸壓縮數位信號的介面。


SDI介面的主要類型:
SDI介面按照其傳輸速率,主要分為SD-SDI、HD-SDI和3G-SDI三種類型標準,三種類型頻寬分別為270Mbps、1.485Gbps和2.97Gbps。

♦SD-SDI介面
SD-SDI通常也被稱為標清串列數位介面,是最早的SDI標準,規定了怎樣通過視頻同軸電纜在產品設備之間傳送串列數位視訊資料。
主要對針對標清解析度,每秒25fps或30fps,模數轉化後的視頻頻寬大致為270Mbps左右。
由於SD-SDI清晰度和傳輸率的限制,目前已逐漸不被市場採用。

♦HD-SDI介面:
HD-SDI高清串列數位介面,是一個廣播級的高清數字輸入與輸出埠。
該標準規定了資料格式、通道編碼方式、同軸電纜介面的信號規格、連接器及電纜類型與光纖介面等。
HD-SDI介面採用同軸電纜,以BNC介面作為線攬標準,傳輸有效距離為100m。

♦Dual LinkHD-SDI介面:
Dual Link HD-SDI介面是SMPTE 372M標準定義了一種雙通道HD-SDI的混合模式介面,即雙通道高清串列數位介面,碼率可達2.97Gb/s
主要用於比高清晰度電視(HDTV, High-Definition Television)碼率更高的場合,例如2K數位電影(DigitalCinema)。

♦3G-SDI介面:
3G-SDI解析度仍為1080P,但是幀率增大到50或者60,模數轉換後的資料量大致為2.97Gbps。
採用3G-SDI介面,能夠看清櫃員點鈔的動作,在室外能夠看清路邊行人的情況,汽車車牌、人臉資訊等,配合智慧螢幕分析更是達到高清監控+預警的效果。
但是3G-SDI幀率高、資料量太大,並不是適合廣泛運用。

相比較於SD-SDI介面和3G-SDI介面來說,HD-SDI介面不僅有著高解析度和高傳輸率,同時資料量也遠沒有3G-SDI介面和DualLink HD-SDI介面大,是目前運用最廣泛的SDI介面。
尤其是隨著高清時代的到來, HD-SDI介面開始在是市場產品上流行,其對應的產品有HD-SDI攝像機、HD-SDI光端機、HD-SDI轉HDMI轉換器、HD-SDI硬碟錄影機、HD-SDI矩陣、大螢幕組建的高清HD-SDI監控系統以及拼接屏等。


SDI介面的優勢:
除卻數位電視和安防監控等專業領域,相信大部分人對SDI介面不瞭解。即便如此,我們依然不能忽略SDI所具備的的行內優勢。
首先是SDI介面技術的成熟。
HD-SDI是非常成熟的介面技術,支援視訊訊號高速率、幾乎零延時的傳輸,而普通的IP攝像機,由於需要對資料封裝、編碼等原因,導致演示較大。
其次,SDI介面適用於標準線纜。
HD-SDI傳輸協定的物理形態是基本網路卡介面,我們可以在已有的傳統類比框架系統專為高清監控系統的過程中,無需重新佈線,而只需要更換成像部分,這將為工程節省巨大的時間成本和人力成本。
再者,單路HD-SDI可以使用一根同軸電纜傳輸視頻和音訊信號。
即使是身歷聲也同樣可以傳輸。而無需像標清時代,必須要使用3根A/V線來連接視頻、音訊左聲道、音訊右聲道。

最後,SDI支援多路並列傳輸,最高可以支援到六路並列。
SDI的傳輸寬頻可達到8.9Gbps的資料傳輸流量。有效架設距離長達100米,延長距離可以加SDI光端機,可達10公里以上。

當然,SDI介面也存在架設距離太短需要SDI光端機輔助延長的不足,以及SDI設備也暫時不具備的產品鏈的完整性和設備相容性,這在一定程度上有所約束SDI技術的發展。

SDI介面的運用及前景:

SDI可應用於圖像傳輸系統、監控系統、資料傳輸系統、電視會議系統等不同行業。目前主要運用於數位電視和高端安防監控。
早在2009年,在廣電行業應用已久的HD-SDI技術已經成熟,隨著攝像機行業中高清技術興起,晶片廠商和設備提供商終於按捺不住,將HD-SDI技術推向了安防CCTV(閉路電視)行業,形成了新的HD-CCTV標準,各廠家隨之推出相應HD-SDI數位高清攝像機。
SDI技術及產品對安防應用的滲透,使安防監控多了一個選擇的餘地,其產品系列已經成為數位技術在安防監控領域的主軸,涵蓋的產品類型較多,包括攝像機、DVR、光端機、矩陣、支援SDI介面的顯示器等產品。

然而隨著網路高清監控技術,包括網路監控設備和網路傳輸技術的持續長進,現在的網路監控已經將清晰度提高到可與SDI高清沒有涇渭分明的高度。
而對於即時性或延遲性,現在網路監控的大多數應用其傳輸網路都採用扁平設計,主幹選用專用光纜,所以延遲會做得很小。

面對高清網路攝像機這個強大的競爭對手,弱小的HD-SDI高清數位攝像機需要尋找合適的位置,一方面降低成本,無論從結構、硬體軟體到配套設備,都要在產業鏈更成熟且有著合理的價格條件下,才能找到更好的低端產品生存空間;
另一方面與高清網路攝像機做整合,同一台攝像機可以既支援網路壓縮編碼傳輸,又可以通過HD-SDI介面傳輸無損視訊訊號。
這樣,SDI的發展才不至於被市場淘汰。

結語:SDI介面技術一直在不斷尋求發展和突破,從SD-SDI到HD-SDI,再到3G-SDI,不斷完善和提高。
SDI介面具有即時性、高畫質、穩定性、安全性等技術優勢。儘管目前在整個高清介面市場優勢並不明顯,相信隨著SDI在廣播電視和安防監控領域的深入運用,SDI的應用面會越來越廣,所占市場也會越來越大。

資料來源:http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzA5MzI2MDAyNw==&mid=201472880&idx=2&sn=0c8776b81924d72d8659196824f0c894#rd

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