HD-SDI信号的特征及检测方法

出处：依马狮网 作者：日本利达电子株式会社供稿 责任编辑： 日期：2005-4-8 14:38:03 所属期刊：200503
在数字视频中，为了便于数字信号的远距离传输，将并行数据转换成串行数据，经电缆驱动器通过电缆传输给接收端。SDI就是这种串行数据接口的简称。本文以1080i/50系统为例，对HD-SDI的原理做简单的阐述，着重介绍其检测方法。
一、HD-SDI的构成、传输及接收
1.HD-SDI的构成

图1 HDTV的并联-串联的转换
高清的亮度信号（Y）的带宽是30MHz，色差信号（CB、CR）的带宽是亮度信号带宽的一半，也就是15MHz。根据取样定理，取样频率必须在带宽的2倍以上。广电部门规定Y信号的取样频率为74.25MHz，CB、CR信号的取样频率为37.125MHz，量化位数为10比特(1024阶调)。这就意味着用74.25MHz取样的话，Y信号、CB、CR信号各取样一次就行。也就是说一个样点包含了二个分量数字信号（CB，Y）或（CR，Y），数据宽度为20比特。将此数据转换为串行数据，即构成串行传输信号，其传输速率为：74.25MHz × 20 = 1.485Gb/s
图1是HDTV的并行——串行转换，HD-SDI信号里，除了有效视频信号之外，在视频信号消隐区间里还叠加有其他信息。如有效视频的起始点和终止点EAV/SAV、行数信息LN、冗余校正吗CRC、辅助数据ANC等信息。
2.HD-SDI的传输

图2 SDI信号发送
由于HD-SDI的传输速率高达1.485Gb/s，其频谱分布一般在4GHz以上，所以在HD-SDI信号传输时必须使用高频衰减较少的特性阻抗75Ω专用电缆，否则将无法正确接收数字信号。对于短距离电缆，频率特性几乎是平坦的；对于长距离电缆，频率越高衰减量增大。评估电缆所能传输的最大距离为频率750MHz时，电缆衰减量为20dB的长度，大约为110m。最大长度还和输出端信号的幅度、抖动量、接收端的均衡能力有关。目前，所使用的电缆一般为Belden1694A或5CFB。为了便于电缆传输，HD-SDI信号通过电缆驱动器（数据率在SD-SDI时270Mb/s，驱动75Ω的电缆），由输出端输出(如图2所示)。
3.HD-SDI的接收

图3 SDI信号接收
在接收数据信号中，由于电缆的高低频衰减不同，SDI信号电平幅度减少，同时SDI信号的高次谐波分量减少更多，造成眼图的开口率下降，甚至接近为0。为了正确的恢复“0”和“1”的数字信号。接收到的数据信号需要通过电缆均衡器进行波形整形，整形后的SDI信号通过时钟信号、PLL（锁相）、实时串并行转换，复原视频信号和伴音信号及其他附加信息（如图3所示）。
二. HD-SDI监测方法
1.接收状态监视
可以在高清信号示波器上测量和监视以下信号：
·SIGNAL-监视SDI信号的有无
·FORMAT–监视是否能对应的视频格式
·TRS–监视EAV和SAV的位置是否正常
·LINE NUMBER–监视HD-SDI线数
·RESERVED–监视是否超出TRS及ADF的规定标准
·LEVEL–监视视频信号数据的电平
·GAMUT–监视YCBCR信号的电平范围
·BCH–嵌入伴音信号的纠错码
·AUDIO–监视音频数据包的连续性（DBN字码）
·CHANNEL–表示SDI信号中多重伴音的通道
·REFERENCE–监视SDI信号和外部同步信号的关系
·CABLE LENGTH–将SDI信号的强度换算成电缆长度进行表示
·ERROR COUNT–计算监视设定项目的错误数
2.眼图显示和抖动测试
眼图和抖动测试是检查设备HD-SDI输出信号的幅度大小及信号质量。眼图测试时所使用的电缆为HD-SDI专用电缆，如Belden1694A或5CFB。如图4和图5所示。

图4 眼图的测定
测定条件
–机器输出的连接电缆在2M以内
测定项目
–振幅：除去上过冲、下过冲的部分
–抖动：测试交叉点的宽度
–抖动单位：UI(Unit Interval)
–上升、下降时间：在振幅的20%～80%处进行测定
–时间抖动：SDI信号全部的抖动
–校准抖动：以SDI信号中生成的CLK作为基准的抖动值
–低频率抖动：从时间抖动减去校准抖动

图5 抖动的频率范围
3.相位检波方式测量抖动
利用眼图来测试SDI信号的抖动有一定的局限性，例如，10Hz以上的抖动量非常大时，眼图的开口率变小，当眼睛几乎快闭上时，眼图中心部交叉点宽度几乎无法测试。或者通过电缆远距离传输后，由于电缆的衰减，眼图幅度变小，眼图线变粗，上升时间、下降时间延长，导致眼图开口率变小，甚至为零。此时，抖动测试误差不仅增大，甚至无法测试。
为了解决这一问题，我们提出了利用相位检波方式来测量抖动的功能。所谓相位检波方式是测定时基信号与被测信号的相位差，将相位差换算成时间作为抖动量，相位检波方式的优势在于即使不能形成眼图也可以测量1UI以上的抖动。在传送途中也可测量，将抖晃输出接到频谱分析器上，可观测到抖动的频率分布。
[相关资料]
HD-SDI标准

4.疲劳实验和系统余量
HD-SDI的特点是即使系统上存在有潜在的问题或者系统的可靠性有所下降，但是它的误码监视没有任何变化，也就是说我们无法发现这种潜在问题。因此，需要通过疲劳实验，测试系统的可靠性和系统余量，保证系统的安