SDI高清的原理及应用

文│ 佛山市顺德区碧日安防工程有限公司 杜翔宇

1 引言

随着人们对SDI的认识越来越清晰，SDI的优势越来越明显，选择SDI的用户也越来越多。目前模拟视频已经很成熟，而SDI高清视频在行业内运用的并不多。

行业内各高清视频厂家为了使SDI高清视频的功能更加完善且同样能实现高清视频播放，在此方面，笔者特别关注了SDI高清视频的发展。本文将介绍SDI高清视频的原理、运用过程中的相关注意事项及解决方案。

2 SDI概述

SDI是数字非压缩技术。顾名思义，数字非压缩视频技术中视频模拟/数字转换后不再压缩，只是按特殊的方式进行编码（此编码不同于压缩编码，不存在有损压缩的过程），非压缩带来的好处是视频质量最大限度的保真且几乎没有延迟，但其带来的代价则是视频数据量极大。高清技术标准有多种，常见的 HDMI、DVI和 SDI。

SDI接口是“数字分量串行接口”，串行接口是把数据通过单一通道按传输速率的顺序来传送接口。

由于安防市场不断的发展，对应的需求也越来越高，模拟显示已无法满足部份人群的需求；随着市场上不断涌现出不同的数字接口来满足高清的分辨率显示，其数字接口种类也越来越多，包括HDMI接口、DVI接口、SDI接口。

串行接口是把数据的各个比特以及相应的数据通过单一通道顺序传送的接口。由于串行数字信号的数据率很高，在传送前必须经过处理。标准包含数字音频在内的数字复合和数字分量信号。在传送前，对原始数据流进行扰频，确保在接收端可靠地恢复原始数据。这样在概念上可以将数字串行接口理解为一种基带信号调制。SDI接口能通过270Mbps的串行数字分量信号，对于16：9格式的图像，能传送360Mbps的信号。在数据流的接收端，由SDI解码器从码流中恢复原数据流。

SD-SDI标清帧率为25～30，传输速率为270Mbps（矩阵、SDI转换器）；HD-SDI高清帧率为25～30，传输速率为1.485Gbps（摄像机、DVR、光端机）；3G-SDI高清帧率为50～60，传输速率为3Gbps（主要应用在光端机）。

SD和HD及3G的区别在于传输速率及帧率，应用领域都在广播行业或监控行业，由于标清视频基本采用模拟方式，所以SD-SDI意义不大，3G-SDI经过模拟/数字转换后的数据量太大，在监控领域也没有必要，故SD-SDI和3G-SDI不太可能广泛应用；真正可能在监控领域上打开局面的是HD-SDI，在高等级的同轴电缆无中继传输距离可达100m；在众多非压缩标准的基础上是最远的。各传输线缆对比如表1所示。

表1

3 SDI系统存在的问题

（1）前端防雷不好解决

SDI来自广电领域，主要用于室内环境，并没有大规模用于外围环境的先例，相关的防雷技术之前并无储备。SDI电缆传输的是高频数字信号，防雷器的原理设计与模拟视频完全不同，目前应该说没有很好的解决方案。针对此问题，可以考虑用光纤解决，安装在外围环境的摄像机可以就近接入SDI光端机，SDI前端直接用光纤端口输出视频信号，一旦使用光纤传输，干扰和防雷就基本解决。

（2）线缆等级

HD-SDI高清视频信号最好能在专门的SDI线缆上传输，以保证视频信号的最好效果，但专门的SDI线缆包括接头都很昂贵，在实际项目中，如果全部采用专用的SDI线缆将增大建设成本。

笔者经过实际测试，选用中等级别的同轴电缆和BNC头能基本保证视频效果。

（3）存储解决方案

高清非压缩视频信号数据量非常大，用这样的数据量直接去存储的代价很大，所以从实际考虑，视频的存储还需要进行压缩，具体来说，可以采用SDI-DVR来解决，操控方面可以做到所见即所存，不会丢失重要视频。

（4）矩阵规模

目前，SDI矩阵的系统规模受制于上游芯片厂商，同时产品的设计和制造技术也有很大不同，所以目前大容量模块化可扩容的SDI矩阵较少，市面上基本都是小规模（64×16）的产品。如果SDI能够获得广泛应用，芯片和设计技术都会得到突破，大规模的SDI矩阵也很快会出现。工程案例上如需应用模拟/数字混合的矩阵都是直接在模拟矩阵的基础上增加SDI板卡完成。

4 安装前后注意事项

（1）连接线缆及插件接驳虽不显眼，但很重要。在模拟CVBS传输时代，由于信号最高频率只有6.5MHz，线路一定程度的过度衰减会造成图像亮度和色度失真；对于HD-SDI信号，虽然其铜连接同样采用同轴电缆，但其图像通信传输速率达到1.45Gbps。在这种高速率通信中，信号在电缆和电缆接头的损耗将变得明显和容易产生。虽然现今的HD-SDI铜连接接收端采用了一些眼图恢复技术来提升对弱信号的接收能力，但良好的传输品质对HDSDI系统的稳定工作甚至是否能工作还是很重要的。

（2）怎样保证HD-SDI铜连接的正确传输。以下特指常规的不平衡同轴电缆传输方式，如表2所示。

（3）线缆与接头的正确选择，HD-SDI需要使用75Ω的BNC接插件，以上两种一种为压接方式，一种为焊接方式，两者价格相差不大，如果是用RG-5或RG-6的线缆进行高清传输，建议使用压接型的BNC头进行接驳；如果是模拟信号，一般使用焊接方式的BNC头较多。

表2

（4）线缆与连接头的接驳前注意事项

使用RG-6的线缆进行传输，建议使用压接型的BNC头，因部分线缆厂商生产的线型屏幕层大部份不吸焊，导致无法将屏蔽层焊接牢固。

（5）光端机的选型

大部份施工现场的线路铺设较远，一般会选用光纤来进行传输，使用SDI高清摄像机必须匹配SDI光端机。

（6）安装时注意问题

问题1：同轴电缆的最小弯曲半径是多少？

按照日本电线工业会（JCS）的指导，对于机房内的固定布线，发泡绝缘介质（含LDP和HDPE）同轴电缆的最小弯曲半径为电缆直径的6倍；对于实心PE材料，最小弯曲半径为电缆直径的4倍。对于转播现场的电缆铺设，电缆的最小弯曲半径要相应增加。发泡聚乙绝缘介质（含LDPE和HDPE）同轴电缆的最小弯曲半径为电缆直径的15倍；对于实心聚乙烯绝缘材料，最小弯曲半径为电缆直径的10倍。

问题2：安装同轴电缆时，应该进行等距离绑扎吗？

许多人为了美观而喜欢在安装电缆时做等距离绑扎。对于模拟视频系统，因为信号波长较长，即使等距离绑扎不会影响信号的传输，但对于数字视频系统而言还是应该避免。原因是数字视频信号，特别是高清数字信号，由于频率较高，信号波长较短，等距离绑扎电缆容易在与绑扎距离相同的波长及其谐波上引入驻波，从而造成反射损耗增加，致使信号传输的质量下降。

问题3：安装同轴电缆时，适合的绑扎力有多大，应如何判断？

对于数字视频系统，因使用发泡聚乙烯（包含LDPE和HDPE）为介质的同轴电缆，其机械强度相对较弱，过大的绑扎力会造成电缆变形，增加数字信号传输中的反射损耗。在线缆绑扎作业中的力量以6kg左右为宜。绑扎后，电缆束外部的电缆表面不应有明显的凹痕，而用手指无法转动被绑扎的电缆即可。

同轴电缆可选用RG-5、RG-6，在测试过程中75-5视频线也能在短距离中具有很好的效果。

问题4：在电缆铺设过程中，应注意哪些事项？

（1）在转播现场或机架上进行敷设作业时，要注意电缆允许弯曲半径及张力等，施工人员应谨慎作业。

（2）注意不要踩踏电缆，避免电缆发生变形、外皮破损等。造成外皮破损会影响传输，需对线缆尽量做好保护。

（3）在水平敷设电缆时，要使相邻的电缆保持平行，敷设时应尽量避免电缆交叉叠放。

（4）铺设线路必须对线缆进行有效的保护，如套线管、软管等，尽量选择较好的管材。

（5）在电缆敷设后，对于尚未安装连接器的电缆切断端，建议将终端位置进行保护，以防止潮气等物质进入电缆的发泡介质。

（6）在整个施工过程中，前期线路铺设工作是非常重要，不但要做好线路的保护，而且对线路的固定也要认真对待。

5 工程案例方案

根据客户需求和项目建设的现场环境，SDI高清监控系统主要由前端摄像机采集系统以及后端的管理系统组成。

方案说明

（1）前端主要设备采用某厂家6000P系列摄像机；视频输出为HD-SDI高清接口。

（2）后端设备采用某品牌硬盘录像机；视频接口为HD-SDI高清接口；输出为HDMI接口。

（3）其余设备为视频分配器，采用HDMI接口。

前端摄像机安装在外围重要位置，通过后端DVR进行录像，DVR通过HDMI输出端口用HDMI线缆 （1.4版） 接入HDMI分配器，再由分配器分出图像至其余显示设备上；整个过程图像基本未做任何处理，效果可达到1080p高清分辨率。

6 结束语

视频监控系统未来将如何发展，可能见仁见智。唯一可以确定的是，在未来较长的一段时间内，多种类型的监控系统会并存。随着人们对视频清晰度要求的不断提升，未来视频分辨率会进一步提高，编解码技术会进一步优化，更为优化的视频压缩算法也将脱颖而出，同时，随着网络技术的提高，网络带宽也不会再是限制视频监控发展的因素。

从系统结构上考虑，不管监控系统结构如何，每套系统都可以看作是一个虚拟的矩阵，这也是监控系统的本质（原本就是一套输入到输出的系统）。明白了这一点，不同类型系统之间的集成和兼容就有了理论基础。