无压缩、零延时数字视频传输：浅析SDI数字分量串行接口

    近年来，随着科技的不断发展，人们对高清数字信号的需求也在不断增加。DVI、HDMI信号已经不能更好的满足整个高清视频行业的发展需要，人们都迫切需要一种更好的能满足未来高清视频行业发展的接口技术，正是基于这个原因，促使了SDI的发展。

    SDI的出现，让信息传输在清晰度以及传输率有了进一步的提高，且几乎达到零延时，在广播电视行业以及安防监控领域受到了高度好评。接下来，“影音新生活”的编辑将带领大家一同深入了解SDI接口。

    SDI的定义及原理

    SDI，即数字分量串行接口，是一种用于广播级的数字视频接口，用于传输无压缩的数字视频数据，常见于各种数字视频设备。其最初是在SMPTE（电影与电视工程师协会）259M和国际电信联盟无线电通信部（ITU-R）BT.656标准中规定的不同信号速率条件下传输的接口规格，该规格规定了数据格式、信道编码方式，同轴电缆接口的信号规格，连接器及电缆类型与光纤接口，在当今的广播和视频产品领域得到了广泛的应用。

    SDI是通过用扰码的不归零倒置（NRZI）来代替早期的分组编码，包括了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，并变换为NRZI码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。

    需要注意的是，SDI接口不能直接传送压缩数字信号，数字录像机、硬盘等设备记录的压缩信号重放后，必须经解压并经SDI接口输出才能进入SDI系统。如果反复解压和压缩，必将引起图像质量下降和延时增加，为此各种不同格式的数字录像机和非线性编辑系统，规定了自己的用于直接传输压缩数字信号的接口。

    SDI接口的主要类型

    SDI接口按照其传输速率，主要分为SD-SDI、HD-SDI和3G-SDI三种类型标准，三种类型带宽分别为270Mbps、1.485Gbps和2.97Gbps。

    SD-SDI接口

    SD-SDI通常也被称为标清串行数字接口，是最早的SDI标准，规定了怎样通过视频同轴电缆在产品设备之间传送串行数字视频数据。主要对针对标清分辨率，每秒25帧或30帧，模数转化后的视频带宽大致为270Mbps左右。由于SD-SDI清晰度和传输率的限制，目前已逐渐不被市场采用。

    HD-SDI接口

    HD-SDI高清串行数字接口，是一个广播级的高清数字输入与输出端口。该标准规定了数据格式、信道编码方式、同轴电缆接口的信号规格、连接器及电缆类型与光纤接口等。HD-SDI接口采用同轴电缆，以BNC接口作为线揽标准，传输有效距离为100m。

    Dual LinkHD-SDI接口

    Dual Link HD-SDI接口是SMPTE 372M标准定义了一种双通道HD-SDI的混合模式接口，即双通道高清串行数字接口，码率可达2.97Gb/s，主要用于比高清晰度电视（HDTV, High-Definition Television）码率更高的场合，例如2K数字电影（DigitalCinema）。

    3G-SDI接口

    3G-SDI分辨率仍为1080P，但是帧率增大到50或者60，模数转换后的数据量大致为2.97Gbps。采用3G-SDI接口，能够看清柜员点钞的动作，在室外能够看清路边行人的情况，汽车车牌、人脸信息等，配合智能视频分析更是达到高清监控+预警的效果。但是3G-SDI帧率高、数据量太大，并不是适合广泛运用。

    相比较于SD-SDI接口和3G-SDI接口来说，HD-SDI接口不仅有着高分辨率和高传输率，同时数据量也远没有3G-SDI接口和Dual Link HD-SDI接口大，是目前运用最广泛的SDI接口。尤其是随着高清时代的到来， HD-SDI接口开始在是市场产品上流行，其对应的产品有HD-SDI摄像机、HD-SDI光端机、HD-SDI转HDMI转换器、HD-SDI硬盘录像机、HD-SDI矩阵、大屏幕组建的高清HD-SDI监控系统以及拼接屏等。

    SDI接口的优势

    除却数字电视和安防监控等专业领域，相信大部分人对SDI接口不了解。即便如此，我们依然不能忽略SDI所具备的的行内优势。

    首先是SDI接口技术的成熟。HD-SDI是非常成熟的接口技术，支持视频信号高速率、几乎零延时的传输，而普通的IP摄像机，由于需要对数据封装、编码等原因，导致演示较大。

    其次，SDI接口适用于标准线缆。HD-SDI传输协议的物理形态是基本网络卡接口，我们可以在已有的传统模拟框架系统专为高清监控系统的过程中，无需重新布线，而只需要更换成像部分，这将为工程节省巨大的时间成本和人力成本。

    再者，单路HD-SDI可以使用一根同轴电缆传输视频和音频信号。即使是立体声也同样可以传输。而无需像标清时代，必须要使用3根A/V线来连接视频、音频左声道、音频右声道。

    最后，SDI支持多路并列传输，最高可以支持到六路并列。SDI的传输宽带可达到8.9Gbps的数据传输流量。有效架设距离长达100米，延长距离可以加SDI光端机，可达10公里以上。

    当然，SDI接口也存在架设距离太短需要SDI光端机辅助延长的不足，以及SDI设备也暂时不具备的产品链的完整性和设备兼容性，这在一定程度上有所约束SDI技术的发展。

    SDI接口的运用及前景

    SDI可应用于图像传输系统、监控系统、数据传输系统、电视会议系统等不同行业。目前主要运用于数字电视和高端安防监控。早在2009年，在广电行业应用已久的HD-SDI技术已经成熟，随着摄像机行业中高清技术兴起，芯片厂商和设备提供商终于按捺不住，将HD-SDI技术推向了安防CCTV（闭路电视）行业，形成了新的HD-CCTV标准，各厂家随之推出相应HD-SDI数字高清摄像机。SDI技术及产品对安防应用的渗透，使安防监控多了一个选择的余地，其产品系列已经成为数字技术在安防监控领域的主轴，涵盖的产品类型较多，包括摄像机、DVR、光端机、矩阵、支持SDI接口的显示器等产品。

    然而随着网络高清监控技术，包括网络监控设备和网络传输技术的持续长进，现在的网络监控已经将清晰度提高到可与SDI高清没有泾渭分明的高度。而对于实时性或延迟性，现在网络监控的大多数应用其传输网络都采用扁平设计，主干选用专用光缆，所以延迟会做得很小。

    面对高清网络摄像机这个强大的竞争对手，弱小的HD-SDI高清数字摄像机需要寻找合适的位置，一方面降低成本，无论从结构、硬件软件到配套设备，都要在产业链更成熟且有着合理的价格条件下，才能找到更好的低端产品生存空间；另一方面与高清网络摄像机做整合，同一台摄像机可以既支持网络压缩编码传输，又可以通过HD-SDI接口传输无损视频信号。这样，SDI的发展才不至于被市场淘汰。

    结语：SDI接口技术一直在不断寻求发展和突破，从SD-SDI到HD-SDI，再到3G-SDI，不断完善和提高。SDI接口具有实时性、高画质、稳定性、安全性等技术优势。尽管目前在整个高清接口市场优势并不明显，相信随着SDI在广播电视和安防监控领域的深入运用，SDI的应用面会越来越广，所占市场也会越来越大。