串行数据HD-SDI信号的特征及监测方法分析

电子设计 2018-09-04 15795

描述

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

数字信号

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。

数字信号

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。

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，保证系统的安全。

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