HD-SDI芯片方案及其选择、应用与发展方向（下）

众所周知，视频监控在经历模拟时代、数字时代、网络时代的发展后，现在已经逐步走入了高清化与智能化时代。而“高清”不仅能使监控场景中的目标看得清，取证准确，重要的是提供了高质量原始图像的保障，使智能视频内容分析识别更加方便而准确。本文分上下两部分，上期主要介绍视频监控中SoC芯片的发展、HD-SDI芯片方案及选择，本期主要介绍HD-SDI在视频监控中的应用、HD-SDI高清摄像机与高清网络摄像机的比较、HD-SDI芯片的问题及发展方向。

HD-SDI在视频监控中的应用

光纤HD-SDI监控摄像机

众所周知，远距离的视频传输，一般采用光纤传输。摄像机的工程应用，除了考虑产品的稳定性，还需要考虑工程布线的简单、方便。而工程中应用到HD-SDI摄像机的远距离传输，往往会采用HD-SDI摄像机加HD-SDI光端机的方式，但这种方式会略显臃肿。在恶劣的工程施工现场，减少设备间的连接将有助于大大简化工程施工的复杂性，其故障点也将大大降低。因此，将这两个设备合并在一起成为一个可靠稳定的产品将会解决这一系列的问题。

一般，HD-SDI摄像机由下面几部分构成：

①图像传感器

用于对监视场景光线的感知，即把光信号图像转换成电信号图像。

②图像信号处理

对原始的电信号图像进行处理，转换成标准的视频格式输出，如BT1120等。

③SDI编码

通过编码芯片对标准视频进行SDI编码，从BNC输出高清SDI信号。SDI编码可通过FPGA来实现，也可以通过一些专门的编码芯片实现。前者较为灵活，但是算法不容易做好。后者相对会简单而且很稳定。

由于一般的HD-SDI摄像机传输距离短，作视频监控应用时，最好通过光纤传输而构成光纤HDSDI监控摄像机。要构成光纤HD-SDI摄像机，其前两个部分和一般HD-SDI摄像机是一样的，不同的地方是后端的传输部分。光纤HD-SDI摄像机除了通过BNC头输出HD-SDI信号，还需要通过光传输模块，把HD-SDI信号转换成光信号通过光纤发送出去。

以1080P光纤HD-SDI摄像机为例，其光传感器采用Sony最新的1/2.8英寸300万像素CMOS图像传感器，之后再配合Sony的CXD4191GG处理芯片，对视频信号进行处理后，转换成BT1120格式的YUV信号。至此已经完成了图像信号的采集及处理。

SDI编码采用Gennum公司的SDI专用编码芯片GV7600。该GV7600芯片功能很强大，支持相当多的格式，包括720P、1080I、1080P等高清视频格式，并且也支持音频嵌入。它将咪头或拾音器的声音采样，通过放大、滤波和ADC等处理，然后再与高清视频信号一起，被编码成SDI信号输出。

GV7600有两路相互反相的SDI输出，其中一路把输入的BT1120格式的YUV，编码成SDI信号通过BNC头输出。另一路则输入到光传输模块中，等待信号还原后通过光纤输出。光传输模块中的FPGA对GV7600的SDI信号进行还原处理，处理后的信号通过光发射器发送出去。配置不同的光发射器，根据其发射功率不同，光纤的传输距离可以为20km甚至更远。

该高清视频光信号通过光纤传输，在接收端用HD-SDI的光端机，就可以把高清视频信号还原出图像，以完成高清视频信号的收发。

这种光纤HD-SDI监控摄像机，还具有菜单功能，可以通过尾板的菜单按键，很方便地打开菜单配置参数。此外，也可以利用其RS485接口，通过PELCO-D、PELCO-P协议，进行菜单按键相同的操作。

由于光纤HD-SDI摄像机既有BNC接口的SDI信号输出，又有光纤接口的SDI信号输出，且光传输模块的安装是可选的，因此在用到HD-SDI摄像机的场合，都可以用该光纤HD-SDI摄像机。对于需要远距离光纤传输的需求，同样也可以满足，从而省去了需要加装额外的HD-SDI光端发射器的麻烦，并直接解决视频信号防雷问题，提高了设备的稳定性。同时，由于其体积小巧，也适合应用于不同的环境。

HD-SDI在视频监控中的应用

安防视频监控系统向高清监控发展已是必然趋势，将高清摄像机输出的非压缩视频信号通过HDSDI接口直接向中心设备传输，显然也是优先考虑的传输方案之一，因为公认的图像质量最优的广播电视演播室用高清摄像机，即采用了HD-SDI传输。2008年北京奥运会期间，所有场馆的高清电视转播也都采用了HD-SDI高清视频传输方式。

一般大型电视台的大型电视演播室在进行综艺节目的制作时，至多也就用到十几台电视摄像机，然而一个社区甚至一个小超市的安防监控系统所用的监控摄像机就很可能超过十几台，更不用说摄像机数以十万计的庞大的平安城市监控系统了。因此，将众多的监控视频信号向中心传输时，如果采用HD-SDI传输，则每一路视频就需要一根同轴电缆(借助HD-SDI光纤收发器，通过光缆传输HDSDI信号，可相对较好地解决高数据率HD-SDI信号的长距离传输问题)，因为HD-SDI传输属于点到点的传输，这使得人们很容易想起，传统监控系统在中心控制室机柜下面那些连接前端模拟摄像机的成束成捆的同轴电缆了。另外显而易见的是，每一路HD-SDI高清视频数据，对存储系统的要求也将是无比巨大的。如此说来，HD-SDI在当今安防视频监控系统中的应用，不会是大范围的，相对现有系统来说，更不可能是颠覆性的，而应是对现有监控系统在某一特定需求方面的补充。例如，上海世博园电视监控系统，即是将前端摄像机的SDI输出信号，就近传输到摄像机附近的数字视频服务器，再以压缩视频的方式通过网络来传输。

由上可见，点对点的传输方式以及超大、超宽的视频数据率，在一定程度上限制了HD-SDI技术在安防监控系统中的实际应用，至少现阶段是这样的。

当然，相对于目前已成气候的基于网络的IP视频监控系统来说，HD-SDI的优点也是明显的，那就是其高质量的实时传输与显示特性，因为HD-SDI信号为非压缩、无损、低延迟，可以在显示时充分地还原高清图像细节，这对于车牌识别、人脸识别等智能视频分析应用来说，无疑是很有意义的。也正是因为如此，在部分对图像质量及实时性要求较高的监控项目中，采用了HD-SDI传输技术。

对高清监控而言，仅一个高清摄像机是不够的，这对于网络高清和HD-SDI高清都是相同的。无论是模拟监控或数字监控或网络监控，都是由前端摄像机、NVR/DVR/管理平台设备、显示设备、存储设备、传输线缆等组成，每一环节都是缺一不可的。因此，HD-SDI高清监控系统也必须如此，任何一类系统是就系统的整体性能而言，HD-SDI高清监控要具备实际的应用意义，就必须提供涵盖前端、传输、管理中心以及后端环节的完整的解决方案，比如HD-SDI高清摄像机 + HD-SDI光端机 +HD-SDI高清矩阵或HD-SDI监视器 + HD-SDI高清编码器 + 相适应的存储设备(如IP-SAN)。

TI 的HD-SDI传输应用方案

一个典型的SDI 输入、输出和处理的应用框图，如图5所示。

图5 典型的HD-SDI 应用框图

TI能够提供相应的全套SDI传输方案，它们分别是均衡器、线缆驱动器、重定时器、交叉开关矩阵、视频时钟、显示驱动、存储驱动和电源等。这里着重介绍一下实际的HD-SDI芯片对电源的要求。

SDI对眼图、抖动、噪声等有严格的要求，低噪声低纹波的电源设计方案对SDI 信号链路非常重要。一个典型的线缆驱动器的应用原理图，如图6所示。

由图可以看出，电源Vcc是通过一个75 欧姆的电阻与输出端直接相连的，因此电源上任何的噪声和纹波都会直接耦合到输出信号端。SMPTE 规范了输出电压幅度典型值是800mV， 一个3G SDI经过200m的电缆传输后，最多可以被衰减50dB，而低频的电源噪声和纹波在经过长电缆以后几乎没有衰减，这意味着SDI信号幅度在经过电缆传输以后可以低至几mV，这与电源噪声和纹波已非常接近，此时电源将大大恶化SDI的信噪比。因此，电源噪声和纹波必须很低，最好采用低噪声的LDO（如TI的LP3878）给所有SDI 器件供电，而不是直接采用DC/DC。

图6 SDI 芯片对电源的要求

HD-SDI高清摄像机与网络高清摄像机的比较

HD-SDI摄像机的特点

HD-SDI高清摄像机使用高等级同轴电缆无中继传输的距离可达到100m左右，这在众多视频非压缩标准中是最远的，为现场使用带来了一定的便利。具体基于HD-SDI高清摄像机的视频监控系统，有下列几个特点或优势：

①设计施工方便

HD-SDI高清摄像机在布线方案上可以沿用老的模拟系统的成果，无需重新布线（100m之内），其设备管理也可以沿用老的模拟系统的架构，从老的系统升级，只需要更换硬件设备（摄像机，DVR等），就可以直接升级到百万高清。并且，也无需再经过系统变化所需要的新的知识培训等。总之，新构建的系统结构几乎完全类似于原传统模拟系统，为工程商设计施工提供了很大的便利。

但值得指出的是，其线缆最好是使用高品质同轴电缆，接头使用高品质BNC接头，且原模拟系统中几乎所有设备都要同步更新为相应的SDI类设备，比如SDI前端、SDI光端机、SDI视频分配器、SDI矩阵、SDI-DVR等。

②稳定可靠、不失真

HD-SDI高清摄像机系统不像IP系统那样视频资料是压缩后以封包方式在网络上传输，HD-SDI视频以未经压缩的信号在同轴电缆上传输，因而稳定可靠，不会失真。

③高清实时图像

HD-SDI高清摄像机在视频产生和传输过程中没经过压缩和封包化，以及解码的过程，因而不产生IP高清图像的延迟，在讲究实时监控的场合不受传输网络影响，而特别合适。尤其用于赌场、道路交通等实时监控的场合，就显得特别重要。

④一根同轴电缆传输多种信号

HD-SDI高清摄像机可在同轴电缆上做多工传输。同轴电缆上不但可以传输视频，还可以传输音频，这样模拟系统中的视频矩阵和音频矩阵就可以合二为一，同时SDI标准还支持在同轴电缆上传输控制信号，未来PTZ的控制信号也可以通过同轴电缆传输，无需敷设控制线缆，电源也极有可能通过同轴电缆传输。如此真正实现一根同轴电缆传输多种信号，也节省了布线成本。

⑤可提供智能监控所需的最佳高清图像

HD-SDI高清摄像机所提供的是未经压缩过的高清图像，保持了图像的完整性和原始性，即为智能视频分析提供所需的优质视频信号，大大提高了智能视频分析的准确性，提供更多细节，从而大大提高了智能分析算法的精度，为智能视频分析IVS提供了保障。

⑥具备的信号安全性和系统开放性扩展潜力

HD-SDI高清摄像机系统和模拟视频监控系统类似，因而它具备和模拟视频监控系统类似的信号安全性和系统开放性扩展潜力。

⑦提高了采集设备的利用效能

HD-SDI高清摄像机的监控覆盖面更宽广，图像分辨率更高，信息量更丰富。因而可使单位面积摄像机布点密度大幅下降，从而提高了采集设备的利用效能。

HD-SDI高清摄像机与IP高清摄像机的比较

首先我们来看HD-SDI芯片高清摄像机与网络高清摄像机有什么区别，其具体的典型的参数比较如表1所示。

表1 HD-SDI芯片高清摄像机与高清网络摄像机的比较

由表1可看出，主要有下列几点不同：

①HD-SDI高清摄像机的数字信号是未经压缩的格式在视频线上传输，而不像网络高清摄像机传输的是视频压缩后的信号，所以它不像网络传输容易掉张/破张，其可靠度较高一些；

②HD-SDI高清摄像机的图像延迟仅40ms，不像网络高清摄像机那样延迟大到200～300ms，因而它是实时监控(Live)较好的方案；

③HD-SDI高清摄像机的视频输出物理接口同模拟系统一样，都是BNC，而IP网络高清摄像机是RJ45；

④HD-SDI高清摄像机的信噪比为58dB以上，一般均比网络高清摄像机的高；

⑤HD-SDI高清摄像机系统由模拟升级到高清的总成本较低，使用已有的视频线从D1升级到HD，只要更换前后端设备，不需重新布线。由于其安装设定与操作和原CCTV系统无异,因而也没有学习上的额外成本等。

目前，由于IP高清存在不稳定、易死机等安全隐患，以及各个品牌产品兼容集成复杂等问题，因而导致市场越来越青睐于稳定性、实时性效果好的HD-SDI高清产品。

客观地讲，基于IP监控和基于HD-SDI监控各有优势，从目前安防需求看，HD-SDI监控效果令人振奋。但是，HD-SDI监控本身也还有技术问题需解决。如需要解决HD-SDI的长距离(长于100m)传输问题；配套设备欠成熟、厂商较少，厂商和配套设备的选择面较小，成本也比较高；应用的普及度及用户的认知度还远远不及IP网络高清监控等。

HD-SDI芯片的问题及发展方向

HD-SDI存在的问题

①长距离传输的问题

HD-SDI摄像机的高清视频，采用同轴电缆传输仅有100m左右的距离，这远远不能满足视频监控系统的要末。虽然，HDcctv高清联盟设置的最新标准是2.4 版本，即300m的传输距离，如果高于300m的传输距离就需要增加光端收发器来达到传输效果。这样，就需要考虑产品的兼容性和一些匹配的配件，从而也会使远距离的传输成本增高不少。

②HD-SDI系统设备价格昂贵的问题

前端的HD-SDI摄像机作为系统的图像传感设备，要将转换成数字化的视频信号传递给监视器，一般短距离采用同轴电缆传输，但是这个电缆一定要是高等级的同轴电缆，BNC接头也一样要用高等级的。中远距离就要采用中继器，更远就要采用HD-SDI光端机了，显然这种数字的光端机价格很高。

高清HD-SDI的存储每小时高达3.5GBytes码流，720P最小要4M的存储空间，实时的1080P则需要8M的存储空间，这都需要配备高清的HD-SDI存储设备。如果不经压缩直接存储的话，其硬盘的消耗将非常大，如果压缩的话，还要添加昂贵的编码器，这样整个系统的造价将会很高，显然比网络高清监控系统高得多。

而要使HD-SDI高清数字监控具备实际的应用意义，就须提供涵盖前端、传输、中心管理、后端显示与存储的一整套解决方案，如HD-SDI高清摄像机+HD-SDI光端机+HD-SDI高清矩阵+HDSDI监视器+HD=SDI高清编码器+存储设备（IPSAN），这样的设备配置成本是非常之高的。再者，HD-SDI监控核心的硬件厂家少，芯片成本高，也使得整个系统的设备造价变得昂贵。因此，也需要各大安防厂商加快HD-SDI系列摄像机、光端机、矩阵、硬盘录像机等产品的开发，以形成产业化发展。

③传输方式不够丰富的问题

目前，HD-SDI在监控上只能使用同轴电缆，光端机，光纤传输，只有电视台才会用到数字微波发射来传输，而这样就要建一个很高的发射塔，这在监控系统里面是不可能应用的。而IP网络高清监控系统既可以用双绞线，也可以用光纤，还可以使用无线传输，甚至3G都可以在无线监控里面应用。而且，组网方便灵活，可根据不同的建筑区域，不同地形，不同的规模设计出最优化的网络架构。

④前端防雷不好解决的问题

SDI来自广电领域，主要用于室内环境，并没有大规模用于外场的先例，相关标准的制定也没有考虑工业环境下的应用，相关的防雷技术之前也未储备。由于SDI电缆传输的是高频数字信号，防雷器的原理和设计与模拟视频完全不同，目前应该说还没有什么好的解决方案。针对此问题，只能考虑用光纤解决，安装在外场的摄像机就近接入SDI光端机，甚至更进一步，SDI前端直接用光纤端口输出视频信号，这样无疑又会增加成本造价。IP高清监控在这方面已经有了很好的工程项目经验了，使用网络防雷技术可以很好地解决防雷问题，从而可以应用在室内，室外全天候运行。

⑤高路数、高稳定性与高画质回放的问题

由于编解码压力集中转移至后端主机，从而增加了实现高路数、高稳定性与高画质回放的难度。因为HD-SDI在后端存储的时候还是要压缩编码的，也就需要SDI编码器，而SDI码流如此之大会造成编码设备压力巨大，解码回放的时候主机压力也很大，这样就会造成了大功耗，也会影响主机的稳定性。因此，高路数的情况下，要保持高画质高稳定性就要困难得多。

⑥后端与其他配套不丰富，使用受限的问题

HD-SDI和以往的模拟监控系统结构相似，无法和后端其他的应用相配套，并进行二次开发。而网络高清监控系统具备网络的开放性和强大的软件管理功能，可以根据用户需求，独立开发应用功能，视频的分发、浏览和存储方便，设备间的互连仅有一根网线即可完成，并可方便地实现资源共享。

⑦频率兼容的问题

HDcctv以广电高清先进技术为基础发展，由于讯号未经任何压缩传输，没有延迟及TCP/IP的协议困扰，产品也给摄像机一个“即插即用”的实现，使HD影像视讯能够直接显示于显示器上。但是HDSDI需要匹配VGA或者HDMI高清接口的监视器才可显示，这也是HD-SDI需要攻克的一个难点所在。

⑧普及度和认知度问题

HD-SDI监控系统虽然优势明显，但HD-SDI应用的普及度和用户的认知度还不够高，设备尚欠成熟，所应用的规模也还较小，目前尚不能满足对分辨率（目前只有720P和1080P）有更高要求的市场。对更高分辨率要求的市场，现在只能依靠网络产品来填充。

HD-SDI芯片的发展方向

由上可知，HD-SDI产品的应用障碍仍旧存在。但从长远来看，SDI摄像机的市场发展前景十分明朗，发展空间巨大。今后，要从以下几个方面发展：

①重视标准化建设

HD-SDI高清数字监控的普及应用，离不开行业标准化架构的建设，随着针对模拟CCTV升级而成立的HDcctv高清联盟需要不断改进和完善现有标准。

②解决存在的技术问题

由于HD-SDI监控本身还有一些技术问题需要解决。如需要解决HD-SDI的长距离(长于100m)传输等前面提到的几个存在的问题等。此外，从HDSDI摄像机使用上以及周边搭配上仍然存在一些明显的障碍，如HD-SDI摄像机的数字编码影像信号格式与不同厂牌HDDVR仍然存在兼容性问题，以及HD-SDI摄影机在采用不同HDMI缆线材质时传输时会出现不同程度的干扰。可以看到的是，HD-SDI摄像机出现以来，一直受制于周边器材的限制，到现在很多问题依然没有解决。而网络高清在这几年已得到长足的发展，技术问题得到很好的解决，在国内市场已经深入人心，全面地进入了应用领域。虽然，HD-SDI高清监控具有优于网络高清监控的一些优势，但能否为HD-SDI在安防市场的应用铺开阳光大道，看来还需要很长的路要走。

③努力实现HD-SDI系统整体设备的配套齐全

虽然，HD-SDI可以使用已有的同轴电缆线，但如果前端采用HD-SDI摄像机，则必须要有一整套完整的HD-SDI产品与之搭配才可以获得良好的效果。这包括有HD-SDI编码器、HD-SDI视频服务器、HD-SDI光端机等产品，在现有的安防系统下，显然这样的成本是比较高的。目前，在国内主力推HD-SDI整体设备的厂家为数不多，这就使得在HD-SDI没有在安防领域广泛取得应用之前，前期投入的建设成本会加大。而与此相对的是，网络高清整体设备已经得到了规模化生产，且其成本也得到明显的下降。因此，要使HD-SDI高清数字监控具备实际的应用意义，就需努力实现HD-SDI系统整体设备的配套齐全，这就需要各大安防厂商加快HD-SDI系列摄像机、光端机、矩阵、硬盘录像机等配套产品的开发，以形成产业化发展。

④大力开发智能软件与中间件

从应用功能上看，HD-SDI高清监控系统与CCTV 模拟监控系统相似，功能简单，无法结合用户需求进行二次开发。尤其在当下安防行业向智能化方向迅猛发展的情况下，这个缺陷远远不能满足用户的需求，而智能应用功能的扩展性已经成为用户选择的重要因素。网络高清监控系统在这方面的优势是HD-SDI高清监控系统无法比拟的，网络高清监控系统有网络的开放性和智能管理软件与中间件的功能强大，可以根据用户的需求开发独立的应用功能，而且，视频分发、浏览、存储非常方便，设备接入只需一根网线即可使用，同时资源共享更加方便，多个用户浏览不需建立多个物理连接，系统开放性好，扩容方便。因此，HD-SDI高清监控系统要占领市场，还必须大力开发智能软件与中间件。

⑤要降低系统的成本

除了要努力解决上述问题外，要使HD-SDI系统真正步入市场应用，还需要降低系统的成本。值得提出的是，如果HD-SDI技术无法得到大量应用，造成成本居高不下，最终将被市场无情淘汰。因此，降低系统的成本，也应是HD-SDI高清系统今后努力方向之一。

结束语

综上所述，HD-SDI芯片应该针对相应的要求制定发展策略，解决技术难点，这样HD-SDI系统产品才可以实现更广程度的普及和应用，SDI芯片也才能够以更加统一的步伐向技术前沿迈进，这是终端用户所迫切需求的，也是厂商新的曙光和动力。

值得指出的是，虽然HD-SDI具有几个优于网络高清监控的优势，但并没有超越性的价值，它仅是一种量上的优越，而未达到质的变化。仅从目前情况来讲，网络高清监控的延时已得到很大改进，很多厂商的产品延时在一两百ms内，这可以满足绝大多数的视频监控应用需求。同时，网络高清监控系统的稳定性也已经得到很好地解决，它已经应用于城市大型的视频监控项目中。目前，HD-SDI技术的高清监控最先能够应用，是对视频监控延时性跟稳定性要求特别高的某些行业领域，而且这种行业领域相对于整个安防市场来说还是比较小的。HD-SDI技术将是一种新锐力量加入到中国安防市场当中，要想撼动现在网络高清监控的发展势头是很困难的。

HD-SDI在广播电视技术领域的成功应用证明了其应用价值，但移花接木到安防领域能否得到广泛的应用，还需要市场环境的最终检验。可以预见的是，由于HD-SDI摄像机画面效果好以及视频数据传输保持实时等优点，未来几年必然会成为厂家以及工程商所追捧的产品，而与其配套的设备也会受到重视。