1、三串行數字視頻信號傳輸系統SDI接口33 4:2:2串行數字分量信號的接口電路（1） 4:2:2串行數字分量輸出接口電路并串轉換器為10比特移位寄存器，工作時鐘頻率為10倍的輸入信號速率，270MHZ。 串行時鐘信號發生：壓控振蕩器（VCO）產生串行時鐘信號, 振蕩頻率10倍輸入并行時鐘頻率。通過鎖相環路與并行時鐘信號鎖定。濾波器參數決定于鎖相環的捕捉范圍和同步范圍。通過鎖相產生的串行時鐘信號保留了輸入并行時鐘的低頻抖動和漂移。 電纜推動 在NRZI變換器的輸出端接有多個線路推動放大器，數字輸出需每路單獨用一個輸出推動器。三串行數字視頻信號傳輸系統SDI接口 4：2：2串行數字分量輸出接口電路

2、三串行數字視頻信號傳輸系統SDI接口 4:2:2串行數字分量輸入接口電路三串行數字視頻信號傳輸系統SDI接口（2) 4:2:2串行數字分量輸入接口電路 自動電纜均衡器：用于校正長電纜引起的高頻損耗，均衡量可在電纜長度0300m范圍自動調整，在135MHz達302dB 時鐘再生：從經過電纜均衡的輸入信號再生270MHz時鐘信號，通過一個帶寬為2MHz的鎖相環路控制壓控振蕩器，使再生時鐘的頻率和相位與輸入信號的時鐘鎖定，振蕩頻率270MHz。再生的270MHz時鐘信號送到NRZI到NRZ變換器和解擾器，也送到定時發生器，產生27MHz的時鐘信號，供串并變換器用。三串行數字視頻信號傳輸系統SDI接口

3、34 4:2:2串行數字分量信號的特性參數及測量(1) 特性參數“數字懸崖”：在數字信號傳輸中，當數字信號波形損傷程度達到一個門限時，誤碼率超過臨界值，圖像質量突然崩潰，出現任何人都能看得出的明顯的嚴重損傷。同軸電纜會使數字信號波形產生失真，但在波形失真和噪聲相當嚴重時仍能保證覺察不到圖像質量損傷。在模擬視頻技術中波形失真對圖像質量的損傷很容易覺察、圖像質量損傷也是逐漸明顯的。發送端、傳輸媒體、接收端的特性都會影響傳輸的波形和圖像質量，在工程上可用下表列出的特性參數來衡量系統中各部分對圖像質量的損傷。三串行數字視頻信號傳輸系統SDI接口串行分量信號特性參數三串行數字視頻信號傳輸系統SDI接口在

4、工程上關注的特性 1） 評估設備和技術檢驗設備的特性是否符合國際的和本國的標準，評估它對病理信號的魯棒性 2） 安裝后的驗收測試確認設備工作是否滿意，可少測一些參數。 3）維護測試這種測試為保證設備的工作如同安裝時那樣好，并校驗設備修理后是否恢復到原來的特性水準。下表列出各種工程應用到的特性參數。三串行數字視頻信號傳輸系統SDI接口串行數字分量特性參數及其應用三串行數字視頻信號傳輸系統SDI接口 （2） 發送端參數的測量1） 輸出信號特性測量對發端輸出的270Mbps速率的數字信號進行測量，要求精確、快速和可重現。用數字示波器看270Mbps的串行數字信號波形，測量一組參數并在熒屏上顯示出測量

5、結果。6個測量參數值：幅度、上升時間、下降時間、過沖、下沖和絕對抖動值。測量系統可采用泰克的數字分量信號發生器TSG-422和WFM 601M測量儀，或用VM700-T。以下四圖是發端輸出信號測量波形，示波器觸發與無抖動的270MHz信號鎖定三串行數字視頻信號傳輸系統SDI接口較好的270Mbps的串行數字信號波形三串行數字視頻信號傳輸系統SDI接口過量過沖（短電纜）三串行數字視頻信號傳輸系統SDI接口30米電纜測量三串行數字視頻信號傳輸系統SDI接口100米電纜終端測量三串行數字視頻信號傳輸系統SDI接口2） 輸出反射損耗 反射損耗用網絡分析儀測量，測量頻率范圍在300kHz300MHz。在

6、270MHz上大于15dB。 3） 電磁輻射（EMR）各國都有自己的電磁輻射能量限制規定。串行數字視頻設備，特別是大型切換矩陣，可能有較多的電磁輻射。對數字系統做出以下幾項規定：BNC插座/頭的外殼應與設備的機殼連接。各機殼之間以及機殼與機架之間應有良好的電氣連接。（模擬視頻為避免地回路引入交流聲的問題，同軸電纜的屏蔽層及BNC插頭/座外殼在電氣上與設備的機殼不連接）所有設備的機架都要在電氣上與地可靠地連接，機架之間也要電氣連接良好。對信號在數字部分與模擬部分之間連接必須認真處理，在接收模擬信號的輸入端必須采用差分放大器，避免地回路引入交流聲。測量設備和安裝系統的電磁輻射要用校準天線和頻譜分析

7、儀測量，三串行數字視頻信號傳輸系統SDI接口（3） 傳輸媒體的參數測量1） 電纜特性阻抗的測量電纜的特性阻抗也用網絡分析儀測量。一根長電纜，比如說100m，它的終端用精確的75電阻負載終接，在300kHz270MHz帶寬內測量它的反射損耗。2） 電纜衰減量的測量因為衰減量與頻率有關，所以要用頻譜分析儀或網絡分析儀測量同軸電纜的衰減量。3） 電纜屏蔽效果的測量用頻譜分析儀測量電纜屏蔽效果，對一根很長的電纜終端用精確75電阻負載終接，再送入270Mbps碼率的串行數字信號。像測量電磁輻射那樣，在離電纜1m遠的位置上用校準天線和頻譜分析儀來測量電纜屏蔽效果。三串行數字視頻信號傳輸系統SDI接口（4）

8、 接收端的參數測量1） 輸入反射損耗測量方法同輸出反射損耗。短電纜的反射損耗影響大，長電纜的匹配不良影響小。反射損耗低時會引起數據波形失真，影響接收端的時鐘恢復。2） 電纜均衡能力在檢驗接收端的電纜均衡能力時，逐步增加輸入信號用的電纜長度，在彩色監視器上觀看接收端的輸出圖像，注視明顯丟失的像素。如果接收輸入端的信雜比（SNR）太低，就會發生誤碼，圖像上會出現像素丟失。在接收端的噪聲主要是接收設備輸入級的熱噪聲。但長電纜對傳輸信號電平衰減太大，使輸入端信雜比降低到20dB以下電纜對高頻信號的衰減量大，使數據的抖動量加大，會出現像素丟失現象。均衡器的設計應使電纜均衡能力在270Mbps比特率上，允

9、許接入信號的電纜長度達200300m。三串行數字視頻信號傳輸系統SDI接口3）誤碼率誤碼率（BER）用下式表示： BER = 每秒鐘的誤碼數 / 比特率 如果比特率為270Mbps，每幀信號有一個比特錯誤，則對625/50制式，BER等于 BER = 25 /（270106）= 0.9310-7誤碼的視覺檢測有很強的主觀性，一般來說，只要看到了誤碼，這個設備就不符合要求。測量BER存在以下問題： 1）測量BER時必須停止設備的正常應用，因為測量儀器需要用一組指定的不同比特率的偽隨機序列。 2）這套測試序列與串行數字信號的格式不同，有些設備不能處理這種測試序列。 3）如果系統內沒有噪聲，而只有突

10、發性的錯誤，則測量BER是沒有意義的。三串行數字視頻信號傳輸系統SDI接口下表對三種典型的比特率計算出在不同觀測時間內只有一個比特錯誤的BER值。三串行數字視頻信號傳輸系統SDI接口4 數字音頻的復用 41 音頻輔助數據格式625/50標準，行消隱期間輔助數據塊長280個字。每個數據包最多可送262個10比特并行字。這些字是：1） 三個輔助數據標志字（ADF）：000 3FF 3FF，標志輔助數據的出現和數據包的開始。2） 數據標識字（DID）：標志數據包的數據內容，可用不同DID定義4組聲音通路。3） 數據塊記數字（DBN）：使接收端能通過數算具有共同DID數據包的數，驗證傳送的完整性。在數

11、據流切換和開關情況下，這個計數器能發出一個標志給聲音處理系統，以用一個適當的靜音電路消除過渡噪聲，如劈拍聲和喀嚦聲。4） 數據數目字（DC）：指示每個數據包內的用戶數據字數。 5） 可變的用戶數據字（UDW），最多容許255個字。6） 校驗和字（CS）：在接收端用來確定數據包的有效性。三串行數字視頻信號傳輸系統SDI接口標準規定的輔助數據包結構三串行數字視頻信號傳輸系統SDI接口42 SMPTE 272M標準推薦的實施標準SMPTE 272M標準為插入音頻輔助數據推薦了兩種基本工作模式： （1） 最低實施標準：稱為A級標準，其特點如下： 1) 音頻字分辨率20比特； 2) 抽樣頻率為48kHz

12、； 3) 音頻數據與視頻數據同步； 4) 只有一組4路音頻通路； 5) 接收端緩存大小為48個音頻抽樣。 音頻數據包從AES/EBU信息數據流形成。下圖表示出，怎樣從一個AES/EBU串行數據流的第0幀的子幀1（通路1）抽出20個比特音頻數據以及有關的V（樣值有效性）、U（用戶數據）和C（通路狀態）比特，總共23比特，并映射成3個10比特輔助數據字X、X+1和X+2。放棄了4個首標比特、4個附加比特和1個奇偶校驗比特。三串行數字視頻信號傳輸系統SDI接口從AES/EBU串行音頻數據流形成的輔助音頻數據包三串行數字視頻信號傳輸系統SDI接口用這三個10比特數據字還原的音頻數據結構這三個字緊接著輔

13、助數據頭插入，字X中有2個比特指示通路號，奇偶校驗對前26個比特計算，所有字的地址b9除外。同一個AES/EBU串行數據流中的第2路聲音信息（通路2）以同樣的方式接第一路插入。 第2個AES/EBU串行數據流的0幀接續插入，以完成一組聲音（4路音頻）的插入。所用的各種標志反映不同的通路識別和幀識別方法。AES/EBU規定，每個192幀的序列形成一個塊。每一幀包含2個子幀（子幀1和子幀2，即通路1和通路2）。在一個輔助音頻流中，2幀（4個子幀）為一組。每組包含2個抽樣對，兩個抽樣對分別來自2個AES/EBU串行數據流。每個抽樣對可用3種方法鑒別： 1) AES1（CH1/CH2）和AES2（CH

14、1/CH2） 2) CH1/CH2和CH3/CH4 3) CH00/CH01和CH10/CH11 三串行數字視頻信號傳輸系統SDI接口格式化的音頻數據結構 bit地址 字X 字X+1 字X+2 b9 b8反碼 b8反碼 b8反碼 b8 音頻5 音頻14 P b7 音頻4 音頻13 C b6 音頻3 音頻12 U b5 音頻2 音頻11 V b4 音頻1 音頻10 音頻19 b3 音頻0 音頻9 音頻18 b2 通路1 音頻8 音頻17 b1 通路2 音頻7 音頻16 b0 Z 音頻6 音頻15三串行數字視頻信號傳輸系統SDI接口（2） 全AES實施標準全AES實施標準與幾種工作能力（B級到J級

15、）相關聯：標準特點： 1) 音頻字分辨力為24比特； 2) 抽樣頻率為32，或48kHz； 3) 音頻數據與視頻數據同步或不同步； 4) 可插入多達4組4通路音頻； 5) 接收端緩存大小為64個音頻樣點； 6) 具有任何一路音頻與視頻數據信號之間的延時指示。 擴展數據包：為傳輸額外多出的信息，增加了2個附加數據包。對于24比特分辨力的工作模式，兩個 AES1子幀的4個附加比特組成一個8比特字稱為AES1信號的附加( AUX )字。所有AES信號的AUX字組成一個擴展數據包。這個數據包有同樣的包頭結構和一個規定DID數碼，緊接相關的音頻數據包插入輔助數據空位上。三串行數字視頻信號傳輸系統SDI接

16、口音頻控制包音頻控制包傳送信息，如音頻幀數、抽樣頻率、有效聲音通路 數及每個音頻通路相對視頻的延遲時間等。控制包是每場只傳送一次的包，作為在第11行輔助數據空間出現的第一個包。 對于最低AES實施標準，控制包是自由選擇的。音頻數據插在位于行消隱區的三個輔助數據空間的最后一個空間內。 串行數據流的切換在第9行進行，不推薦在緊接著后一行的行輔助數據空間插入聲音數據。 在接收端的解復用器中必須有一個64樣點的緩存器，以無縫地還原數字信號。三串行數字視頻信號傳輸系統SDI接口43 數字音頻插入電路（1） 音頻復用器 串并變換，兩路輸入數字音頻數據流分別送入解串器，對雙相位標志（BPM）編碼信號進行解碼

17、，并進行串并變換。 緩存器，由FIFO電路組成。 格式化電路， 對AES/EBU信號,在每個子幀的32比特中去掉4比特首標(X或Y或Z)、4比特附加數據（AUX） 、1比特子幀奇偶校驗位（P），剩下的23比特中有20比特音頻數據、1個樣值有效性比特（V）、1個用戶比特（U）、1個音頻通路狀態比特（C）。23個比特被格式化成3個10比特音頻輔助數據字X、X+1和X+2 。 復用器，把格式化的音頻和延時的視頻復用,音頻被復用到輔助數據空間。視頻延時為了匹配數字音頻處理的延時。串行器把復用的音視頻變成串行數據。 緩存器FIFO，可保持音頻數據率為常數。若緩存器溢出，則會根據需要刪除一些AES/EBU

18、樣值，直到排除緩存器溢出。如果緩存器下溢，一些AES/EBU樣值就被復制，直到緩存恢復正常。三串行數字視頻信號傳輸系統SDI接口音頻復用器方框圖三串行數字視頻信號傳輸系統SDI接口（2） 音頻解復用器解串器（S/P）： 復用的串行音頻輸入信號變成并行信號視頻延時電路：用于匹配音頻處理電路的延時。存儲器FIFO：為每個AES/EBU流設一個緩存器。音頻緩存器溢出時，根據需要將刪除一定的音頻幀，直到緩存器溢出停止。音頻緩存器發生下溢時，將復制一定的AES/EBU幀， 直到音頻緩存恢復正常。格式化電路：加入在復用器中已去掉的信息，如4比特首標、4比特附加數據和1比特奇偶校驗位，恢復原32比特AES/

19、EBU子幀數據序列。變換器：把數據序列編成雙相位標志（BPM）通道碼。串行器：延時的視頻數據重新變成串行數字信號。三串行數字視頻信號傳輸系統SDI接口音頻解復用器三串行數字視頻信號傳輸系統SDI接口五 4:2:2標準的16/9與4/3寬高比在發展寬高比為16/9的數字HDTV和SDTV時，出現一種傾向在標準掃描中用16/9寬高比制作視頻素材。現有兩種處理方式。三串行數字視頻信號傳輸系統SDI接口1 保持相同水平分辨率的16/9和4/3 目的： 使16/9和4/3兩種寬高比格式具有同樣的水平分辨率。16/9格式的亮度信號抽樣頻率需要提高到18MHZ ，有效行的樣點數為960個。每個色差信號的抽樣

20、頻率提高到9MHZ ，有效行的樣點數為480個。以Z為基本頻率，亮度和色度抽樣頻率之比可寫為：。其比特并行數據率提高到36兆字/秒。有些切換矩陣和錄像機可以支持這種方式。 三串行數字視頻信號傳輸系統SDI接口兩種16/9格式與4：2：2 4/3格式的比較 52S52S三串行數字視頻信號傳輸系統SDI接口2 保持抽樣頻率相同的16/9和4/3目的：保持16/9和4/3兩格式的抽樣頻率相等，即保持有效行的樣點數相同，其比特數據速率也相同。16/9格式的水平分辨率就降低了25%。兩種格式的攝像機只是鏡頭視場角和CCD的寬度不同監視器也只是掃描幅度不同。用于4:2:2標準4/3格式的視頻分配、切換、記

21、錄設備等都可以處理這種16/9格式信號。用4/3格式的特技設備處理16/9格式信號時會發生圖像偏移。這種16/9格式的亮度和色度抽樣頻率之比仍為4:2:2，有些文獻也稱它為4:2:2的16/9格式K:CCD寬高三串行數字視頻信號傳輸系統SDI接口六 數字分量信號的合法（legal）和有效（valid）問題1 合法的數字分量信號的合法性由所對應的模擬信號決定。最終重現圖像時仍需模擬信號。若數字分量信號變換出的模擬分量信號是有效的，即一定是合法的 模擬分量信號限定的電平范圍：亮度信號Y和R、G、B信號0700mVp-p，色差信號350mVp-p（100%彩條）或p- p（ 75%彩條）如果一套模擬

22、分量信號的三個分量電平都在規定的電平范圍之內，則這套信號算是合法的。但從一套合法的Y，R-Y，B-Y信號變換出R、G、B信號可能是非法的。三串行數字視頻信號傳輸系統SDI接口R-Y在黃色位置上疊加一個信號，但并未超過350mVp-p ，仍是合法的。三串行數字視頻信號傳輸系統SDI接口2 有效的但變換成R、G、B時，R信號超過了700mV，成為不合法。這套Y、B-Y和R-Y信號是無效的，所能重現出的顏色在色域圖外。一套合法的模擬分量信號能夠編碼成合法的復合信號，即是有效的分量信號。或者說一套合法的模擬分量信號最后能重現出色域圖內的顏色便是有效的。有效的信號都是合法的。攝像機輸出的R、G、B信號總

23、是有效的。但是有些視頻設備產生無效的信號，雖然它們產生的原始信號都是合法的。 三串行數字視頻信號傳輸系統SDI接口合法但無效的一套Y、B-Y和R-Y信號 R信號超過了700mV，成為不合法三串行數字視頻信號傳輸系統SDI接口七 串行數字傳輸接口SDTI 1 SDTI系統推出SDTI接口標準，稱SMPTE 305M標準。SDTI數字信號格式和同步信息與SDI相同，將壓縮的數字信號打包后作為有效數據放在有效行內。SDTI接口可傳送打包的各類壓縮數據流，并支持元數據，能四倍實時速度傳輸數據流。壓縮數據不需要解壓，直接通過矩陣和切換臺分配傳到目的地。 各種壓縮信號本是9或8比特字的數據流，經格式化器映

24、射為10比特字數字流，經過SDI編碼，成為標準的SDI數字流。通過SDI 系統后，到接收端首先進行電纜均衡，再進行SDI解碼，然后經反格式化，從10比特映射為9比特或8比特數字流，恢復成打包的壓縮信號 。三串行數字視頻信號傳輸系統SDI接口SDTI 系統框圖 三串行數字視頻信號傳輸系統SDI接口2 SDTI的信號格式及一般規定有效行內數據流是打包的數字信號。每一行都傳送EAV和SAV定時信息。每行的包頭數據做為輔助數據放在EAV后，所有的有效數據（USER DATA）都放在SAV和EAV之間。在包頭數據和SAV之間可放置其它輔助數據該標準規定10比特字組合數字流，壓縮的數字信號本是8比特字，加

25、一個奇偶校驗位后成為9比特字，又加一個奇偶校驗位的補碼后成為10比特字。10比特字用B0 B9表示，B9是最高位（MSB）。字時鐘碼率仍采用27MHz，傳輸的數字流碼率仍為270Mbps。SDTI的信號電平和接插件都與SMPTE-259M及ITU-R BT-656所規定的相同。SDTI數據流完全透明地在現有數字演播室內流通。在矩陣和分配系統中不進行特技混合轉換，不管數據流的內容，只利用其中的SAV和EAV同步信息，在規定的切換點正確地進行切換，不需要對數據流進行解壓。三串行數字視頻信號傳輸系統SDI接口一行SDTI信號的格式三串行數字視頻信號傳輸系統SDI接口計算SDTI的有效數據率時必須考慮

26、以下因素：1) 對625/50掃描標準，第一場的第6行及其上下相鄰行和第二場的第319行及其相鄰行，總共6行，不能傳送有效數據，以保證切換時不損傷數據； 2) 在行消隱期間應去掉包頭數據、SAV和EAV字，總共61個字； 3）在SDTI數據流中不傳送輔助數據時，也可在包頭后立即傳送有效數據； 4) 在數字有效行的1440個字中應去掉2個CRC字。 考慮以上因素計算SDTI接口傳輸有效數據流最高碼率： 25幀/秒 619行/幀 1438 +（288-61）字/行 8比特/字 206 Mbps 對270 Mbps的碼率標準，SDTI接口可傳輸有效數據流的最大碼率約為200 Mbps；對于360 M

27、bps的標準（16：9格式），可傳輸有效數據流的最大碼率約為270 Mb ps 。 三串行數字視頻信號傳輸系統SDI接口包頭的數據包結構輔助數據標志ADF 3個字， 數據數目（DC）1個字數據識別（DID） 1個字， 包頭數據Header data 46個字第二數據識別SDID 1個字， 校驗和（CS） 1個字 三串行數字視頻信號傳輸系統SDI接口包頭的數據格式 (1) 輔助數據格式 ADF、DID、SDID、DC和CS都符合 ANSI/SMPTE 291M和 ITU-R BT.11/12 的規定。 1） 數據識別（DID） DID中B7B0的值為40H，B8是B7B0的偶奇偶校驗位，B9是B

28、8的反碼。H表示16進制數，以下類同。 2） 第二數據識別（SDID） SDID中的B7B0的值為01H，B8是B7B0的偶奇偶校驗位，B9是B8的反碼。 3） 數據數目（DC） DC中的B7B0的值為2EH，表示包頭數據中可有46個字說明頭數據的含義。B8是B7B0的偶奇偶校驗位，B9是B8的反碼。三串行數字視頻信號傳輸系統SDI接口(2) 行號（Line number）共2個字：行號0和行號1。為了校正數據的連續性，用行號表示出行的序號，1525（525行）或1625（625行）。編號說明與SMPTE 125M和中的相同。 L9L0表示行號，R5R0作為儲備，并置“0”。EP1 是L7L0

29、的偶奇偶校驗位。EP2是R5R0、L9、L8的偶奇偶校驗位。字結構三串行數字視頻信號傳輸系統SDI接口（3） 行號CRC行號循環冗余校驗碼，共2個字：行號CRC0和行號CRC1，每個字都用9比特作為校驗碼，并初始值都置“0”。跟隨每個行號都插入一個行號CRC，其生成方程式符合。表達式為： G（x）= x18 + x15 + x14 + 1三串行數字視頻信號傳輸系統SDI接口（1） 編碼和授權地址標志（Code and AAI） 1個字 1） Code：表示凈負荷字長，與AAI共用一個字編碼比特的意義如下：比特： B3 B2 B1 B0 意義 0 0 0 0 SDI 專用 0 0 0 0 144

30、0個字凈負荷 0 0 1 0 1920個字凈負荷（16：9） 2） AAI：授權地址標志， 與Code共用一個字，用B7B4構成的16個不同狀態，表示目的地和源地址字的格式。 三串行數字視頻信號傳輸系統SDI接口（5） 目的地地址和源地址 表示按AAI授權接入設備的地址，目的地和源地址各用16個字表示 ，若16個字都是“0”時，即表示沒有目的地和源地址的要求，為缺省狀態。三串行數字視頻信號傳輸系統SDI接口（6） 數據塊類型1個字表示凈負荷數據的區段，分為固定長度的塊和可變長度的塊，以下稱固定長塊和可變長塊。字中的B7和B6為塊類型的前綴，其定義如下： 比特 B7 B6 意義 0 0 沒有糾錯碼（ECC）的固定長塊。 0 1 有ECC的固定長塊。 1 0 未定義的塊。 1 1 可變長塊。 三串行數字視頻信號傳輸系統SDI接口1） 固定長塊大小：標準規定了允許的塊長及對應的B5B0值