HD-SDI的全稱是高清晰度串行數字接口,其核心為SDI信號接口,是美國SMPTE制訂的一種廣播級信號標準,非常成熟并且應用十分廣泛。包括SD-SDI數字標清、HD-SDI數字1.5G高清和3G-SDI數字3G高清信號,目前在國內外應用最多的是HD-SDI信號標準,廣播級60幀達到720P或1080i,通常在監控應用為30幀速可達到1080P。
標清不是標清,高清確是高清
SDI信號既然是廣播電視的標準,就不得不提起廣播級電視信號的演變,從早期的復合視頻信號CVBS(即標清D1)到Y/C分量視頻信號(即S-VIDEO)、YUV分量視頻信號(即YPbPr)、RGBHV(即YUV分量及行場信號)和VGA都是模擬視頻范疇;十年前興起SDI信號,包括SD-SDI、HD-SDI、3G-SDI、DVI和HDMI都是數字視頻信號。
由此可見,HD-SDI和3G-SDI是視頻信號發展到目前的最高等級信號,具有模擬視頻和數字并行等信號所不具備的特點和優勢,并且經過多年的應用和積累已經非常成熟。
各行業的應用現狀
廣播電視行業:由于SDI應用時間較長,技術日趨成熟,正在大規模由標清SDI向HD-SDI格式轉換,國外發達國家的電視節目制作已基本普及HD-SDI格式,國內各電視臺正在進行高清數字化改造,目前上星的衛視頻道已基本實現高標清同時播出,國家廣電總局要求2015年主要城市和地區全面實現數字播出,上海廣電更是準備在2012年完成高清工作。
專業視聽行業:今年以來HD-SDI發展迅猛,特別在視頻會議和應急指揮中心的建設中應用廣泛,HD-SDI信號的高清晰度、實時無延遲、傳輸距離長、施工簡單快捷等特點解決了DVI、HDMI等并行數字信號的瓶頸,與多格式混合矩陣一起形成技術主流。
安防監控行業:經過多年的D1模擬復合信號應用,迫于時代的發展和用戶需求,近年也開始研究視頻信號高清化,由于IP信號近年開展較快,IP高清一時風頭無倆。而IP高清固有的硬傷使得有識之士發現了廣電行業的標準HD-SDI,以2009年HDcctv聯盟成立為標志,HD-SDI在視頻監控領域的應用逐漸浮出水面,但是大多數監控廠家對于HD-SDI的不了解又使得HD-SDI的進展緩慢,隨著2011年深圳安博會的舉辦,對HD-SDI認知度的提高,關注的廠家和用戶迅速增加,HD-SDI時代終于即將來臨。
為何是HD-SDI?
首先HD-SDI相對于模擬視頻的領先優勢是不言而喻的,而對于DVI和HDMI這種傳輸距離過短、接口復雜、傳輸成本又高的方案只是暫時過渡性的,在本地大屏幕監看和家用級方案上更適合其應用。
目前高清監控市場主要競爭的兩種方案:IP高清和HD-SDI高清(見表1)。
IP高清方案的硬傷
1、由于IP的信號壓縮方案,使得信號不可避免的降低清晰度,造成信號損失,而視頻監控和信號智能分析的前提是提供盡可能清晰的視頻信號,HD-SDI無壓縮視頻信號傳輸無損失、不失真,信號質量完整清晰度高,并且穩定可靠。
2、同樣是IP信號的壓縮方案,造成信號傳輸的明顯延遲,使得實時監看和應急指揮變得異常困難,而HD-SDI視頻無延遲傳輸優勢無可比擬,真正具備實時性。
3、IP標準的不統一造成系統的融合升級困難,HD-SDI則不存在此類問題。
4、IP方案對于現有的模擬系統改造基本需要推倒重來,而HD-SDI沿用同軸電纜+光纖的模式,工程商和甲方接受度高,施工非常簡便。
HD-SDI的誤區
1、 技術不成熟:作為SMPTE制訂并在廣電應用多年的HD-SDI格式,早已證明HD-SDI是視頻信號發展的最佳路徑,而全球范圍內特別是日本、韓國已經將HD-SDI確定為視頻監控發展方向。
2、傳輸距離:HD-SDI信號傳輸距離為100米只是HD-SDI信號的理論數據,實際上國產普通Φ3電纜傳輸最多30米,進口的日本佳耐美(CANERA)和美國百通(BELDEN)Φ4以及國產優質Φ5電纜可以傳輸100米。但是通過均衡電路以及時鐘恢復電路組成的延長器可以將信號多級延長傳輸,每級可達150米,而目前長距離傳輸普遍采用的光纖方式,其成本也已經非常低廉。
3、配套產品:目前HD-SDI的配套產品已經比較完善了,HD-SDI的攝像機,不論是CMOS還是CCD都推出多種方案,經過測試效果非常好,基于HD-SDI的DVR、矩陣、屏幕拼接墻、軟件控制平臺都有數家產品上線使用,只是缺少大規模應用案例。
4、矩陣規模小:監控市場上目前應用的矩陣規模早已突破128x128,在多個公安、電力、應急等系統有成熟案例,在交通、金融等應用也有64路矩陣使用。
5、國內用戶認同度低:隨著國家對于視頻監控的重視,越來越多的用戶迫切需要高清晰度的視頻信號,特別是交通、金融、公檢法司等行業,就近期用戶調研效果來看,已經有很多行業技術主管領導已經明確表示接受HD-SDI數字高清概念,并且有數家公安廳信通處和科技處已經在指揮中心、圖像中心等布局建設以HD-SDI為標準的視頻系統,相信隨著用戶在看到HD-SDI與傳統模擬和IP信號顯示應用效果的區別后,會有更多的HD-SDI擁躉。
6、HD-SDI的測試標準和指標:傳統的模擬復合信號D1由于信號質量要求不高,通常使用示波器看一下眼圖,通過信號幅度判斷信號的質量,不需要具體測試視頻的參數,而只有美國TEK的VM700被業界作為測試模擬信號的權威測試設備,可以測量信號的信噪比(加權或非加權)、頻率響應、微分增益、微分相位、色亮延時差等主要指標。而HD-SDI信號采用數字串行方式傳輸,信號損失會產生誤碼率,而誤碼率到一定程度信號會完全丟失,只采用示波器看眼圖確定信號幅度方式則是遠遠不夠的。
HD-SDI最重要的指標有上升下降時間、抖動、過沖等參數,包括衡量信號的均衡、時鐘恢復更是需要直接測量參數,以校正線纜傳輸長度和傳輸時間。上述指標只有美國TEK WFM才能測試,遺憾的是國內基于HD-SDI的攝像機、光端機、矩陣、DVR等產品只有少數經過正規測試。
HD-SDI的應用及發展態勢
HD-SDI和IP目前貌似競爭關系,其實不然,他們完全可以是既競爭又合作的關系。高清視頻監控的未來應用可能是幾種狀態:
1、整體HD-SDI解決方案;
2、整體IP格式解決方案;
3、基于HD-SDI信號采集、傳輸分配、顯示,基于IP調用、存儲、處理、分析的方案;
4、基于模擬、HD-SDI、IP等混合解決方案。
HD-SDI方式解決了信號的高清采集、無延遲傳輸、高清顯示,IP方式解決了信號的存儲、多級平臺調用、信號的處理、分析、業務平臺等任務,在當前中國特有的技術需求和系統現狀下,多信號格式、多業務平臺才是高清發展之道,無論技術還是廠商,合作才是硬道理。
HD-SDI矩陣是從模擬矩陣發展而來,超越了標清SD-SDI矩陣,又由于視頻監控30幀即可達到1080P不需要到3G-SDI,從而占據了主流的位置。
HD-SDI矩陣與傳統模擬矩陣完全不同,數字電路對于信號的理解、芯片的使用、線路的布局、大規模矩陣的信號指標、控制、功能都提出更高的挑戰,HD-SDI矩陣的廣泛應用對于那些技術積累不強的傳統矩陣廠商,矩陣的規模、多信號格式及矩陣高清字符等將是瓶頸問題,預計國內的矩陣廠商陣營將重新洗牌。
基于國內視頻信號種類繁多,既有傳統的模擬復合CVBS-D1、模擬高清YPbPr、計算機VGA、RGBHV、DVI、HDMI、HD-SDI等,多信號格式的混合型矩陣應運而生,輸入信號可以是任意一種視頻信號,甚至包括光纖和IP信號,輸出通常為DVI、HDMI、VGA等便于連接大屏幕顯示,當然也包括HD-SDI輸出用于存儲等,其難點主要在信號的接口轉換,而信號轉換的難點在于信號的全格式轉換,比如復合信號的轉換存在倍線問題、1080/60i則需轉換為1080/30P。
雖然多格式混合矩陣也可以實現HD-SDI信號的輸入和輸出,但是造價要比HD-SDI矩陣高很多,好處是極大的方便了系統連接和控制,其核心則通常為DVI信號的交換。
由于安防監控行業的規模廣闊,視頻采集數量巨大,要求HD-SDI矩陣的規模不會比傳統模擬矩陣小,不論是傳輸、處理、顯示,都需要通過矩陣進行信號交換,雖然目前國內HD-SDI矩陣規模已經突破256x128,但未來矩陣的規模將可能要求512路甚至更大。
當然,小型HD-SDI矩陣(64x16以下)可能不會少見,因為國外芯片商一般都提供典型電路,有一定基礎的廠商勢必會迅速生產一批小型HD-SDI矩陣搶占市場,但是廣大的工程商和用戶需注意,這里將會是魚龍混雜,因為矩陣的規模、傳輸距離和信號指標將是難以解決的致命問題。
橫向開展:即多信號格式和多功能的擴展。如前文所述,未來的高清監控市場很可能是模擬、數字、IP兼容的格局,那么必將要求HD-SDI矩陣具備多格式混合矩陣的功能,包括光信號的輸入和IP信號輸入等,HD-SDI矩陣將成為信號交換處理的平臺。
同樣,HD-SDI矩陣作為信號平臺,在控制、報警、字符、顯示等方面也都提出新的課題,控制、報警系統要求兼容各級平臺的內容和功能,高清字符則完全顛覆之前傳統模擬矩陣字符疊加的概念,輸出顯示則可能將信號切換、轉換、拼接控制、畫面融合等功能集成到一起。
真正的模塊化插板式結構,是矩陣系統內所有源部件全部都可以帶電熱插拔,并且最好是前插板,包括控制、電源系統,因為幾乎所有的故障都來自有源電路。這種結構極大的方便了故障解決和系統維護。同時,由于模塊化的設計,使得矩陣的擴展變成公式下模塊的物理堆積,形成規模生產,又極大的提升了產品的生產速度,大幅減少產品故障率,成本和價格也相應降低。
HD-SDI矩陣的信號輸入、輸出、切換模塊的故障過多造成部分信號問題,而控制系統和電源系統的故障則很容易導致系統的崩潰,所有矩陣的控制和電源系統,除了要求模塊化、前插板式結構外,必須是雙控制、雙電源,而且冗余式熱備份(自動備份),避免了冷備份的人工手動系統可能的混亂失靈的隱患。
結語
隨著科技的發展,高清的時代、HD-SDI時代即將到來,它賦予了傳統的監控和矩陣廠商新的機遇和挑戰。作為“矩陣專家”將一如既往,不斷研發、創新,為中國視聽、廣電以及安防行業的成長、成熟,提供有力的技術支持與保障