高清SDI实现方案解析.pdf
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高清SDI实现方案解析 高清SDI(High-Definition Serial Digital Interface)是一种高带宽的数字视频接口,广泛应用于安防行业、广播电视行业、医疗行业等领域。高清SDI实现方案解析主要讨论HD-SDI在安防行业的实现技术,主要分为发送端和接收端两部分。 发送端主要应用于高清摄像机等前端采集设备,实现流程见图1。摄像机的CCD或CMOS图像传感器采集信号后,未经压缩的高清视频信号传输方式有模拟和数字两种。模拟传输一般采用YPbPr分量传输,一路高清视频信号需要三根同轴线缆同时传输。数字传输一般采用DVI、HDMI或者HD-SDI传输,其中DVI或HDMI的传输距离只有几米,中间加中继放大器,最远也只有几十米左右,不适合用于监控图像的远程传输,通常被应用在演播控制室内设备间的连接和信号传输。而HD-SDI信号可以传输百米左右,并可采用CVBS同轴电缆传输,接口为常用的BNC,所以通常被应用在现场采集设备与百米内的控制设备间的信号传输连接。 发送端的实现框图见图1,主要包括成像器件、CPU、信号输出接口等模块。成像器件包括CCD/CMOS图像传感器、AFE等器件,CCD/CMOS图像传感器相当于人的眼睛,主要完成光学图像转换为电学信号,并输出电子图像信号。CPU可以为FPGA、DSP、ASIC或ASSP,它作为整个高清摄像机核心器件,相当于人的心脏,HD-SDI高清摄像机不经编码压缩即以原始数字信号经HDMI或HD-SDI口输出。总体说,CPU除完成图像处理和编码功能外,还要完成高清摄像机系统控制及计算,充当整个系统的中央处理器。在HD-SDI设计中,该CPU如何选型?FPGA OR DSP/ASIC/ASSP?哪个更好?对于DSP/ASIC/ASSP,由于其专用性,存在有限的功能和固有的不灵活性等缺点,不允许在产品定型后,又根据市场的要求增减新功能,而不改变原有硬件基础,此时,需要对原有硬件电路进行删减,无形之中就增加了研发成本。而FPGA却能提供广泛的功能和高度的灵活性。 信号输出接口包括串行器(Serializer)、电缆驱动器CD(Cable Driver)等电路,其中,串行器也称之为发送器(Transmitter),主要实现将CPU输出的10BIT/20BIT成像器件CPU SDI OUT串行器驱动器信号输出接口视频数据按SMPTE规定的编码标准调制成标准SDI信号发送出去。为了增加传送距离,通常会带一个线缆驱动器CD(cable driver),也可以不用。 接收端主要应用在高清编码卡、DVR等带SDI接口的产品中。市面上,两者针对SDI接收方案的实现方式基本是一样的,本文以HD-SDI编码卡为例介绍。方案一、实现流程见图2。图2方案一包括自适应电缆均衡器EQ(Equalizer)、时钟恢复器、FPGA等模块。自适应电缆均衡器EQ是SDI信号传输距离的关键,例如国家半导体公司(NS)提供的LM0394均衡器芯片可以保证无论采用那种数据传输率,都能以最低功率将信号传送至最远的范围。时钟恢复器顾名思义,就是从接收到的数字信号中恢复时钟信号。FPGA需要包含高成本的SERDES处理模块,成本较高。Altera Cyclone IV GX系列支持3G速率,包含4个SERDES模块。 HD-SDI技术的应用前景广阔,未来将在安防行业、广播电视行业、医疗行业等领域发挥重要作用。高清SDI实现方案解析为高清摄像机、高清编码卡、DVR等设备的设计提供了参考依据,对高清SDI技术的研究和应用具有重要意义。
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