串行數(shù)據(jù)HD-SDI信號(hào)的特征及監(jiān)測(cè)方法分析

在數(shù)字視頻中，為了便于數(shù)字信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸，將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)，經(jīng)電纜驅(qū)動(dòng)器通過電纜傳輸給接收端。SDI就是這種串行數(shù)據(jù)接口的簡(jiǎn)稱。本文以1080i/50系統(tǒng)為例，對(duì)HD-SDI的原理做簡(jiǎn)單的闡述，著重介紹其檢測(cè)方法。

一、HD-SDI的構(gòu)成、傳輸及接收

1.HD-SDI的構(gòu)成

圖1 HDTV的并聯(lián)-串聯(lián)的轉(zhuǎn)換

高清的亮度信號(hào)（Y）的帶寬是30MHz,色差信號(hào)（CB、CR）的帶寬是亮度信號(hào)帶寬的一半，也就是15MHz.根據(jù)取樣定理，取樣頻率必須在帶寬的2倍以上。廣電部門規(guī)定Y信號(hào)的取樣頻率為74.25MHz,CB、CR信號(hào)的取樣頻率為37.125MHz,量化位數(shù)為10比特（1024階調(diào)）。這就意味著用74.25MHz取樣的話，Y信號(hào)、CB、CR信號(hào)各取樣一次就行。也就是說一個(gè)樣點(diǎn)包含了二個(gè)分量數(shù)字信號(hào)（CB,Y）或（CR,Y），數(shù)據(jù)寬度為20比特。將此數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)，即構(gòu)成串行傳輸信號(hào)，其傳輸速率為：74.25MHz × 20 = 1.485Gb/s

圖1是HDTV的并行--串行轉(zhuǎn)換，HD-SDI信號(hào)里，除了有效視頻信號(hào)之外，在視頻信號(hào)消隱區(qū)間里還疊加有其他信息。如有效視頻的起始點(diǎn)和終止點(diǎn)EAV/SAV、行數(shù)信息LN、冗余校正嗎CRC、輔助數(shù)據(jù)ANC等信息。

2.HD-SDI的傳輸

圖2 SDI信號(hào)發(fā)送

由于HD-SDI的傳輸速率高達(dá)1.485Gb/s,其頻譜分布一般在4GHz以上，所以在HD-SDI信號(hào)傳輸時(shí)必須使用高頻衰減較少的特性阻抗75Ω專用電纜，否則將無(wú)法正確接收數(shù)字信號(hào)。對(duì)于短距離電纜，頻率特性幾乎是平坦的；對(duì)于長(zhǎng)距離電纜，頻率越高衰減量增大。評(píng)估電纜所能傳輸?shù)淖畲缶嚯x為頻率750MHz時(shí)，電纜衰減量為20dB的長(zhǎng)度，大約為110m.最大長(zhǎng)度還和輸出端信號(hào)的幅度、抖動(dòng)量、接收端的均衡能力有關(guān)。目前，所使用的電纜一般為Belden1694A或5CFB.為了便于電纜傳輸，HD-SDI信號(hào)通過電纜驅(qū)動(dòng)器（數(shù)據(jù)率在SD-SDI時(shí)270Mb/s,驅(qū)動(dòng)75Ω的電纜），由輸出端輸出（如圖2所示）。

3.HD-SDI的接收

圖3 SDI信號(hào)接收

在接收數(shù)據(jù)信號(hào)中，由于電纜的高低頻衰減不同，SDI信號(hào)電平幅度減少，同時(shí)SDI信號(hào)的高次諧波分量減少更多，造成眼圖的開口率下降，甚至接近為0.為了正確的恢復(fù)"0"和"1"的數(shù)字信號(hào)。接收到的數(shù)據(jù)信號(hào)需要通過電纜均衡器進(jìn)行波形整形，整形后的SDI信號(hào)通過時(shí)鐘信號(hào)、PLL（鎖相）、實(shí)時(shí)串并行轉(zhuǎn)換，復(fù)原視頻信號(hào)和伴音信號(hào)及其他附加信息（如圖3所示）。

二。 HD-SDI監(jiān)測(cè)方法

1.接收狀態(tài)監(jiān)視

可以在高清信號(hào)示波器上測(cè)量和監(jiān)視以下信號(hào)：

SIGNAL-監(jiān)視SDI信號(hào)的有無(wú)

FORMAT–監(jiān)視是否能對(duì)應(yīng)的視頻格式

TRS–監(jiān)視EAV和SAV的位置是否正常

LINE NUMBER–監(jiān)視HD-SDI線數(shù)

RESERVED–監(jiān)視是否超出TRS及ADF的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)

LEVEL–監(jiān)視視頻信號(hào)數(shù)據(jù)的電平

GAMUT–監(jiān)視YCBCR信號(hào)的電平范圍

BCH–嵌入伴音信號(hào)的糾錯(cuò)碼

AUDIO–監(jiān)視音頻數(shù)據(jù)包的連續(xù)性（DBN字碼）

CHANNEL–表示SDI信號(hào)中多重伴音的通道

REFERENCE–監(jiān)視SDI信號(hào)和外部同步信號(hào)的關(guān)系

CABLE LENGTH–將SDI信號(hào)的強(qiáng)度換算成電纜長(zhǎng)度進(jìn)行表示

ERROR COUNT–計(jì)算監(jiān)視設(shè)定項(xiàng)目的錯(cuò)誤數(shù)

2.眼圖顯示和抖動(dòng)測(cè)試

眼圖和抖動(dòng)測(cè)試是檢查設(shè)備HD-SDI輸出信號(hào)的幅度大小及信號(hào)質(zhì)量。眼圖測(cè)試時(shí)所使用的電纜為HD-SDI專用電纜，如Belden1694A或5CFB.如圖4和圖5所示。

圖4 眼圖的測(cè)定

測(cè)定條件

–機(jī)器輸出的連接電纜在2M以內(nèi)

測(cè)定項(xiàng)目

–振幅：除去上過沖、下過沖的部分

–抖動(dòng)：測(cè)試交叉點(diǎn)的寬度

–抖動(dòng)單位：UI（Unit Interval）

–上升、下降時(shí)間：在振幅的20%~80%處進(jìn)行測(cè)定

–時(shí)間抖動(dòng)：SDI信號(hào)全部的抖動(dòng)

–校準(zhǔn)抖動(dòng)：以SDI信號(hào)中生成的CLK作為基準(zhǔn)的抖動(dòng)值

–低頻率抖動(dòng)：從時(shí)間抖動(dòng)減去校準(zhǔn)抖動(dòng)

圖5 抖動(dòng)的頻率范圍

3.相位檢波方式測(cè)量抖動(dòng)

利用眼圖來(lái)測(cè)試SDI信號(hào)的抖動(dòng)有一定的局限性，例如，10Hz以上的抖動(dòng)量非常大時(shí)，眼圖的開口率變小，當(dāng)眼睛幾乎快閉上時(shí)，眼圖中心部交叉點(diǎn)寬度幾乎無(wú)法測(cè)試?；蛘咄ㄟ^電纜遠(yuǎn)距離傳輸后，由于電纜的衰減，眼圖幅度變小，眼圖線變粗，上升時(shí)間、下降時(shí)間延長(zhǎng)，導(dǎo)致眼圖開口率變小，甚至為零。此時(shí)，抖動(dòng)測(cè)試誤差不僅增大，甚至無(wú)法測(cè)試。

為了解決這一問題，我們提出了利用相位檢波方式來(lái)測(cè)量抖動(dòng)的功能。所謂相位檢波方式是測(cè)定時(shí)基信號(hào)與被測(cè)信號(hào)的相位差，將相位差換算成時(shí)間作為抖動(dòng)量，相位檢波方式的優(yōu)勢(shì)在于即使不能形成眼圖也可以測(cè)量1UI以上的抖動(dòng)。在傳送途中也可測(cè)量，將抖晃輸出接到頻譜分析器上，可觀測(cè)到抖動(dòng)的頻率分布。

4.疲勞實(shí)驗(yàn)和系統(tǒng)余量

HD-SDI的特點(diǎn)是即使系統(tǒng)上存在有潛在的問題或者系統(tǒng)的可靠性有所下降，但是它的誤碼監(jiān)視沒有任何變化，也就是說我們無(wú)法發(fā)現(xiàn)這種潛在問題。因此，需要通過疲勞實(shí)驗(yàn)，測(cè)試系統(tǒng)的可靠性和系統(tǒng)余量，保證系統(tǒng)的安全。