多路SDI信號單波長(cháng)無(wú)損光傳輸

　　摘要：針對目前市場(chǎng)上越來(lái)越多針對SDI信號的應用需求，提出了多路SDI電信號單波長(cháng)光纖傳輸的實(shí)現方案，就方案中出現的由于FIFO“寫(xiě)滿(mǎn)”或“讀空”引起的SDI信號傳輸誤碼，提出了一種基于FPGA內部PLL的可控時(shí)鐘，利用該時(shí)鐘作為FIFO的讀時(shí)鐘，實(shí)現SDI信號無(wú)損傳輸。

　　引言

　　串行數字接口(Serial Digital Interface，簡(jiǎn)寫(xiě)為SDI)是針對演播室環(huán)境提出的用單根電纜來(lái)傳輸數字視音頻信號的方式。在SMTPE-259M標準中，定義了A、B、C、D四種SDI信號接口，其中C類(lèi)在實(shí)際應用中最為廣泛，其定義的SDI信號速率是270Mbps，足夠滿(mǎn)足標清視頻的傳輸要求，其傳輸距離最長(cháng)可達350米。目前SDI接口是演播室數字電視節目制作系統中應用最廣泛的接口，主要用在非線(xiàn)性編輯系統、視頻服務(wù)器、虛擬演播室以及數字切換距陣和數字光端機等領(lǐng)域。

　　近年來(lái)，隨著(zhù)計算機、數字網(wǎng)絡(luò )和電視技術(shù)的飛速發(fā)展，我國廣播電視事業(yè)日新月異、迅猛發(fā)展，大眾對于高質(zhì)量電視圖像的需求不斷提高。數字電視、數字廣播也形成了相當的規模。數字攝錄、數字特技、非線(xiàn)性編輯系統、虛擬演播室、數字轉播車(chē)以及各種數字播放設備越來(lái)越多地被中央電視臺及各省市級電視臺采用。

　　與此同時(shí)，隨著(zhù)監控廠(chǎng)家的推廣以及用戶(hù)對監控圖像視頻清晰度要求的提高，高清視頻監控以其實(shí)時(shí)高清、圖像未壓縮以及信號傳輸距離遠等方面的優(yōu)勢，在當前對圖像清晰度與實(shí)時(shí)性要求比較高的場(chǎng)合，如城市交通監控、大型標志場(chǎng)館、銀行、機場(chǎng)等方面得到越來(lái)越廣泛的應用。相比于模擬的視頻監控，高清視頻以無(wú)壓縮的基帶數字視頻信號在同軸電纜上高速傳輸，圖像具有高清晰度、高分辨率、更豐富的色彩等優(yōu)點(diǎn)，畫(huà)質(zhì)更加接近自然本色;加上前端攝像機采用高端CCD成像芯片，全天24小時(shí)都能完美呈現出高清晰、實(shí)時(shí)的視頻畫(huà)面。

　　1 多路SDI信號電復接光傳輸的必要性

　　高清視頻系統以及高清監控市場(chǎng)發(fā)展，帶動(dòng)了高清視頻傳輸的發(fā)展。高清視頻信號傳輸介質(zhì)主要有兩種：電纜和光纜。由于電纜本身的特性導致其傳輸距離有限，無(wú)法滿(mǎn)足越來(lái)越多的遠距離高清信號的傳輸;與電纜傳輸相比，光纖的低傳輸損耗使遠距離傳輸中繼之間距離大為增加。除此以外，光纜還具有不輻射能量、不導電、沒(méi)有電感、不怕雷擊、抗腐蝕、保密性好、通信可靠性高、運行維護成本低等特點(diǎn)，且光纜不存在串擾以及光信號相互干擾。隨著(zhù)光纖通信技術(shù)的發(fā)展，光纖局域網(wǎng)已深入到軍事、工業(yè)實(shí)時(shí)控制、辦公自動(dòng)化以及大眾生活等應用領(lǐng)域，為人們提供了現代數據通信的先進(jìn)手段。與光纖媒介的結合可以擴展高清視頻的應用領(lǐng)域。

　　目前市場(chǎng)上傳輸SDI信號的光傳輸設備都是一個(gè)波長(cháng)的光信號傳輸一路SDI信號，其光纖信道容量的利用率比較低，而且當需要傳輸多路SDI信號時(shí)需要用到多芯光纖或者采用波分復用器。是現在城市的光纜布線(xiàn)基本上已經(jīng)固定，這樣當需要傳輸的信號路數比較多時(shí)，就會(huì )由于光纖數量的限制而無(wú)法實(shí)現。

　　本文提出的多路SDI信號的單波長(cháng)光纖傳輸方式為：把多路(最大可達8路)270 Mbps的SDI信號采用電復接的方式復用成一路高速信號，然后通過(guò)一根光纖進(jìn)行傳輸。極大地降低了系統成本、提高了光纖通道帶寬的利用率。用它取代現有的SDI信號電纜傳輸以及使用一個(gè)波長(cháng)光信號傳輸一路SDI信號的傳輸方式。從而成功地解決了通過(guò)電纜傳輸時(shí)受距離限制以及光纖傳輸時(shí)受光纖數量限制的問(wèn)題。

　　2 多路SDI信號電復接實(shí)現原理、技術(shù)難點(diǎn)及解決方案

　　2.1 多路SDI信號電復接的實(shí)現原理

　　由圖1所示，原始SDI信號每路經(jīng)過(guò)均衡、時(shí)鐘提取，恢復出270MHz的時(shí)鐘和數據，然后經(jīng)過(guò)信號解碼把1路270MHz串行信號轉換成10路27MHz的低速并行信號和1路與之同步的27MHz時(shí)鐘;兩路SDI信號通過(guò)時(shí)鐘恢復電路出來(lái)的時(shí)鐘之間并不同步，為了實(shí)現這些信號的電復接，需要對這些信號進(jìn)行碼速調整、同步處理;將這些并行信號在FPGA內部經(jīng)過(guò)碼速變換把N×10路的異步信號轉換成同步信號，同步后的數據再通過(guò)FPGA進(jìn)行復接、編碼，形成1路高速串行信號;該信號經(jīng)過(guò)電/光轉換后變成1310nm/1550nm波長(cháng)的光信號，最后通過(guò)一根光纖傳輸到接收端。