無壓縮、零延時數(shù)字視頻傳輸：淺析SDI數(shù)字分量串行接口

    近年來，隨著科技的不斷發(fā)展，人們對高清數(shù)字信號的需求也在不斷增加。DVI、HDMI信號已經(jīng)不能更好的滿足整個高清視頻行業(yè)的發(fā)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(yè)發(fā)展的接口技術(shù)，正是基于這個原因，促使了SDI的發(fā)展。

    SDI的出現(xiàn)，讓信息傳輸在清晰度以及傳輸率有了進一步的提高，且?guī)缀踹_到零延時，在廣播電視行業(yè)以及安防監(jiān)控領(lǐng)域受到了高度好評。接下來，“影音新生活”的編輯將帶領(lǐng)大家一同深入了解SDI接口。

    SDI的定義及原理

    SDI，即數(shù)字分量串行接口，是一種用于廣播級的數(shù)字視頻接口，用于傳輸無壓縮的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)，常見于各種數(shù)字視頻設(shè)備。其最初是在SMPTE（電影與電視工程師協(xié)會）259M和國際電信聯(lián)盟無線電通信部（ITU-R）BT.656標準中規(guī)定的不同信號速率條件下傳輸?shù)慕涌谝?guī)格，該規(guī)格規(guī)定了數(shù)據(jù)格式、信道編碼方式，同軸電纜接口的信號規(guī)格，連接器及電纜類型與光纖接口，在當今的廣播和視頻產(chǎn)品領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)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(shù)字音頻在內(nèi)的數(shù)字復(fù)合和數(shù)字分量信號。在傳送前，對原始數(shù)據(jù)流進行擾頻，并變換為NRZI碼確保在接收端可靠地恢復(fù)原始數(shù)據(jù)。這樣在概念上可以將數(shù)字串行接口理解為一種基帶信號調(diào)制。

    需要注意的是，SDI接口不能直接傳送壓縮數(shù)字信號，數(shù)字錄像機、硬盤等設(shè)備記錄的壓縮信號重放后，必須經(jīng)解壓并經(jīng)SDI接口輸出才能進入SDI系統(tǒng)。如果反復(fù)解壓和壓縮，必將引起圖像質(zhì)量下降和延時增加，為此各種不同格式的數(shù)字錄像機和非線性編輯系統(tǒng)，規(guī)定了自己的用于直接傳輸壓縮數(shù)字信號的接口。

    SDI接口的主要類型

    SDI接口按照其傳輸速率，主要分為SD-SDI、HD-SDI和3G-SDI三種類型標準，三種類型帶寬分別為270Mbps、1.485Gbps和2.97Gbps。

    SD-SDI接口

    SD-SDI通常也被稱為標清串行數(shù)字接口，是最早的SDI標準，規(guī)定了怎樣通過視頻同軸電纜在產(chǎn)品設(shè)備之間傳送串行數(shù)字視頻數(shù)據(jù)。主要對針對標清分辨率，每秒25幀或30幀，模數(shù)轉(zhuǎn)化后的視頻帶寬大致為270Mbps左右。由于SD-SDI清晰度和傳輸率的限制，目前已逐漸不被市場采用。

    HD-SDI接口

    HD-SDI高清串行數(shù)字接口，是一個廣播級的高清數(shù)字輸入與輸出端口。該標準規(guī)定了數(shù)據(jù)格式、信道編碼方式、同軸電纜接口的信號規(guī)格、連接器及電纜類型與光纖接口等。HD-SDI接口采用同軸電纜，以BNC接口作為線攬標準，傳輸有效距離為100m。

    Dual LinkHD-SDI接口

    Dual Link HD-SDI接口是SMPTE 372M標準定義了一種雙通道HD-SDI的混合模式接口，即雙通道高清串行數(shù)字接口，碼率可達2.97Gb/s，主要用于比高清晰度電視（HDTV, High-Definition Television）碼率更高的場合，例如2K數(shù)字電影（DigitalCinema）。

    3G-SDI接口

    3G-SDI分辨率仍為1080P，但是幀率增大到50或者60，模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)量大致為2.97Gbps。采用3G-SDI接口，能夠看清柜員點鈔的動作，在室外能夠看清路邊行人的情況，汽車車牌、人臉信息等，配合智能視頻分析更是達到高清監(jiān)控+預(yù)警的效果。但是3G-SDI幀率高、數(shù)據(jù)量太大，并不是適合廣泛運用。

    相比較于SD-SDI接口和3G-SDI接口來說，HD-SDI接口不僅有著高分辨率和高傳輸率，同時數(shù)據(jù)量也遠沒有3G-SDI接口和Dual Link HD-SDI接口大，是目前運用最廣泛的SDI接口。尤其是隨著高清時代的到來， HD-SDI接口開始在是市場產(chǎn)品上流行，其對應(yīng)的產(chǎn)品有HD-SDI攝像機、HD-SDI光端機、HD-SDI轉(zhuǎn)HDMI轉(zhuǎn)換器、HD-SDI硬盤錄像機、HD-SDI矩陣、大屏幕組建的高清HD-SDI監(jiān)控系統(tǒng)以及拼接屏等。

    SDI接口的優(yōu)勢

    除卻數(shù)字電視和安防監(jiān)控等專業(yè)領(lǐng)域，相信大部分人對SDI接口不了解。即便如此，我們依然不能忽略SDI所具備的的行內(nèi)優(yōu)勢。

    首先是SDI接口技術(shù)的成熟。HD-SDI是非常成熟的接口技術(shù)，支持視頻信號高速率、幾乎零延時的傳輸，而普通的IP攝像機，由于需要對數(shù)據(jù)封裝、編碼等原因，導(dǎo)致演示較大。

    其次，SDI接口適用于標準線纜。HD-SDI傳輸協(xié)議的物理形態(tài)是基本網(wǎng)絡(luò)卡接口，我們可以在已有的傳統(tǒng)模擬框架系統(tǒng)專為高清監(jiān)控系統(tǒng)的過程中，無需重新布線，而只需要更換成像部分，這將為工程節(jié)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頻信號。即使是立體聲也同樣可以傳輸。而無需像標清時代，必須要使用3根A/V線來連接視頻、音頻左聲道、音頻右聲道。

    最后，SDI支持多路并列傳輸，最高可以支持到六路并列。SDI的傳輸寬帶可達到8.9Gbps的數(shù)據(jù)傳輸流量。有效架設(shè)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接口也存在架設(shè)距離太短需要SDI光端機輔助延長的不足，以及SDI設(shè)備也暫時不具備的產(chǎn)品鏈的完整性和設(shè)備兼容性，這在一定程度上有所約束SDI技術(shù)的發(fā)展。

    SDI接口的運用及前景

    SDI可應(yīng)用于圖像傳輸系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、電視會議系統(tǒng)等不同行業(yè)。目前主要運用于數(shù)字電視和高端安防監(jiān)控。早在2009年，在廣電行業(yè)應(yīng)用已久的HD-SDI技術(shù)已經(jīng)成熟，隨著攝像機行業(yè)中高清技術(shù)興起，芯片廠商和設(shè)備提供商終于按捺不住，將HD-SDI技術(shù)推向了安防CCTV（閉路電視）行業(yè)，形成了新的HD-CCTV標準，各廠家隨之推出相應(yīng)HD-SDI數(shù)字高清攝像機。SDI技術(shù)及產(chǎn)品對安防應(yīng)用的滲透，使安防監(jiān)控多了一個選擇的余地，其產(chǎn)品系列已經(jīng)成為數(shù)字技術(shù)在安防監(jiān)控領(lǐng)域的主軸，涵蓋的產(chǎn)品類型較多，包括攝像機、DVR、光端機、矩陣、支持SDI接口的顯示器等產(chǎn)品。

    然而隨著網(wǎng)絡(luò)高清監(jiān)控技術(shù)，包括網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的持續(xù)長進，現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控已經(jīng)將清晰度提高到可與SDI高清沒有涇渭分明的高度。而對于實時性或延遲性，現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的大多數(shù)應(yīng)用其傳輸網(wǎng)絡(luò)都采用扁平設(shè)計，主干選用專用光纜，所以延遲會做得很小。

    面對高清網(wǎng)絡(luò)攝像機這個強大的競爭對手，弱小的HD-SDI高清數(shù)字攝像機需要尋找合適的位置，一方面降低成本，無論從結(jié)構(gòu)、硬件軟件到配套設(shè)備，都要在產(chǎn)業(yè)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(chǎn)品生存空間；另一方面與高清網(wǎng)絡(luò)攝像機做整合，同一臺攝像機可以既支持網(wǎng)絡(luò)壓縮編碼傳輸，又可以通過HD-SDI接口傳輸無損視頻信號。這樣，SDI的發(fā)展才不至于被市場淘汰。

    結(jié)語：SDI接口技術(shù)一直在不斷尋求發(fā)展和突破，從SD-SDI到HD-SDI，再到3G-SDI，不斷完善和提高。SDI接口具有實時性、高畫質(zhì)、穩(wěn)定性、安全性等技術(shù)優(yōu)勢。盡管目前在整個高清接口市場優(yōu)勢并不明顯，相信隨著SDI在廣播電視和安防監(jiān)控領(lǐng)域的深入運用，SDI的應(yīng)用面會越來越廣，所占市場也會越來越大。