HD—SDI多格式矩阵在高速公路管理中心的应用

摘要：HD-SDI高清信号是从模拟信号经过并行数字信号再到串行数字信号演变过来的信号，传输图像无压缩、无损失、不失真，传输图像过程为高清实时、无延时，是真正的高清信号。基于HD-SDI信号的多格式矩阵，除了具备HD-SDI信号本身的特点之外，还具备设备接口的多样化、信号格式的兼容化的特点，为政府、交通、金融部门提供完美的解决方案和强有力的监管保证。

关键词：HD-SDI高清信号 多格式矩阵 无压缩

在科技高速发展的今天，高速公路犹如无形的桥梁，拉近了不同地域间人与人的距离，俨然成为了经济社会的“加速器”。然而，随着车辆的陡增，高速公路管理中心对于监管信号调度倍感压力。与此同时，监管设备接口多样化、信号格式兼容化也日趋复杂多变。针对管理中心设备接口、信号格式多样的困境，多格式混合矩阵应运而生。

1 HD-SDI多格式矩阵概述

对于高速公路管理中心而言，信号源主要包括台式计算机、笔记本电脑、高清摄像机、智能高速球、液晶书写屏交互设备、DVD以及蓝光播放器，显示设备主要包括大屏幕投影机及其幕墙、液晶升降拼接显示屏、硬盘录像机、以及专业的监视器。整个系统中，设备接口包含了HDMI、DVI_I/DVI_D、VGA、BNC、RCA和光纤LC、SC、FC、ST接口，信号格式涵盖了HDMI、DVI、VGA、3G-SDI、HD-SDI、SD-SDI、RGBHV、YPbPr、CVBS以及光信号。尤其是3G-

SDI、HD-SDI、SD-SDI广电级的信号的加入，基于HD-

SDI多格式混合矩阵产品已蓄势待发。

究竟什么是SDI呢？SDI（Serial Digital Input）即串行数字接口，是一种将数据字的各个比特以及相应的数据，以串行数据流的形式，并通过单一通道顺序传输的接口。其标准是美国电影和电视工程师协会制定的SMPTE（The Society of Motion Picture and Television Engineers）标准，规定了其SDI信号怎样通过视频同轴线缆，在设备之间传输无压缩、无损失、不失真、高清实时的串行数字视频数据，以及将数字、模拟音频信号嵌入到串行数字视频的数据流中。

HD-SDI高清信号又是什么呢？基于串行数字信号数据的码率不同，串行数字信号包括SD-SDI数字标清信号、HD-SDI数字1.5G高清信号和3G-SDI数字3G高清信号。目前，在国内外应用最多的是HD-SDI信号符合的SMPTE 292M标准，其码率可达1.5Gbps，分辨率有1080p@25Hz、1080p@30Hz，1080i@50Hz、1080i@60Hz，

720p@50Hz、720p@60Hz。其最主要的特点包括：①传输的信号图像无压缩、无损失、不失真。②传输的信号过程高清实时、无延时。③传输的信号分辨率包括1080p、1080i、720p。④传输的码率达1.5Gbps。⑤可传输最多16路嵌入音频信号。⑥传输距离最远可达150米均衡，并通过时钟对数据进行恢复。

2 HD-SDI信号与其他信号的区别

既然HD-SDI高清信号有如此多的特点，那么它与模拟、数字视频信号的区别是什么呢？提到HD-SDI高清信号，就不得不提及广电级的电视信号的衍生。从早期的模拟复合视频信号CVBS（即标清D1）、Y/C分量视频信号（即S-VIDEO）、YUV分量视频信号（即YPbPr）、RGBHV（即YUV分量及行、场信号）和VGA（计算机视频信号）的模拟视频信号，到基于并行数字接口的DVI（计算机视频信号）和HDMI（高清电视多媒体视音频信号）的数字视音频信号，以及十年前兴起并发展至今，基于串行数字接口的SDI信号，从SD-SDI标清信号到最终实现“高清”HD-SDI、3G-SDI高清信号。

虽然HD-SDI高清信号和IP网络高清信号皆属于高清视频信号，它们相对于模拟视频的领先优势是不言而喻的，而且像DVI和HDMI这种传输距离过短、接口复杂、传输成本又高的数字信号又难以在当前高清信号市场上立足；虽然IP高清信号真实的将信号传输的图像分辨率提升到了相当高的档次，但是通过编解码的方式进行信号的压缩，总会使信号传输的图像有失真、信号传输的过程有延时。这种有损编解码的压缩方式带来的图像失真、网络打包传输延迟带来的信号非实时性，加之网络本身传输的相对不稳定性、无安全性（与通过同轴线缆传输HD-SDI高清信号相比较而言），以及无统一的信号标准规范的先天不足，IP网络高清信号略逊于HD-SDI这种信号传输图像无压缩、无损失、不失真，信号传输过程高清实时、无延时的高清信号。

3 HD-SDI多格式矩阵的特点

对于HD-SDI系列多格式混合矩阵而言，其最主要的特点包括：

3.1 领先的模块化前后插板式结构：矩阵整机，包括输入板卡、输出板卡、电源、控制板卡，均为模块化前后插板式结构；支持带电热插拔，即在不经断电和不改变布线的情况下，只需要更换或增加模块，即可完成维护与扩展工作；信号背板接口与信号输入、输出板卡一体化，解决虚焊、漏焊、连焊等影响信号质量的工艺瓶颈，减少设备的故障点。

3.2 支持多种信号格式：HDMI、DVI、VGA、3G-SDI、HD-SDI、SD-SDI、RGBHV、YPbPr、CVBS以及光信号的全格式信号，并相互进行传输切换。

3.3 具有倍频功能：支持1080p@25Hz、1080p@30

Hz，1080i@50Hz、1080i@60Hz，720p@50Hz、720p@60Hz、

720p@25Hz、720p@30Hz、1920x1080@60Hz、1280x1024

@60Hz、1280x720@60Hz、1024x768@60Hz、800x600@60

Hz，并向下兼容各种信号格式的分辨率和刷新频率。

3.4 具有信号均衡功能：自动对输入串行数字信号进行线缆均衡，在Belden 1694A型号线缆（或等效线缆）码率为1.485Gbps的条件下，从信号源到矩阵的距离可达到150米，有效地解决了数字信号的远距离传输的问题，保证了信号传输切换的质量。

3.5 具有时钟恢复功能：对于输出串行数字信号进行时钟恢复处理，延长信号的传输距离，减少传输过程中的数据丢失，亦有效地保证了信号传输切换的质量。

3.6 具有时基校准同步功能：内置时基校准同步技术，即两个信号源切换时，通过设备内部特定时间进行时间基准的校准，在切换画面的瞬间，尽最大可能保持画面的完整，达到真正的“无缝”切换。

3.7 冗余热备份式双电源、双控制系统：当一个电源或控制板卡组件发生故障时，另一个电源或控制板卡组件自动承担全部工作，保证系统运行的稳定性，大大提高了系统的可靠性。

传统的高速公路管理中心，大多数采用的是模拟化设备，如果进行高清化产品的升级改造，传统的解决方案会将矩阵前端的球机、枪机、光端机设备，通过大量的信号转换器，统一信号格式，再利用矩阵切换器调度信号，最后传输至终端的显示设备。或者通过各种不同信号格式的矩阵切换器，分别调度信号，再传输至各自的终端的显示设备。但是这样会大大增加管理中心系统升级改造的建设的成本，以及大大提高现场施工的难度。

基于多格式混合矩阵恰是为了解决上述方案的弊端，而孕育出高速公路管理中心的完美解决方案。因为多信号格式混合矩阵系统，其最大特色在于可以任意选择输入、输出信号，并进行信号的调度和转换。输入信号格式包括HDMI、DVI、VGA、3G-SDI、HD-SDI、SDI、RGBHV、YPbPr、CVBS以及光信号，同时输出信号包括DVI、HDMI、VGA、HD-SDI、YPbPr以及CVBS信号。而且每一路的输出都可以自由选择任何一路的输入进行转换和切换，且不会干扰其它输出，使信号传输衰减降至最低，高质量输出信号。

4 结论

综上所述，HD-SDI多格式矩阵这种具备设备接口的多样化、信号格式的兼容化的传输切换设备，已经越来越完善，相应的解决方案也越来越得到广泛的应用。随着人们认知度的提高，相信在不久的未来，实现全高清化的HD-SDI时代将会来临。

参考文献：

[1]王龙琪.论新型高速公路管理模式——专业公司管理[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2008.07.

[2]田建华.浅议数字图像处理中的模拟信号处理[J].价值工程，2011.14.

[3]刘直芳，王运琼，朱敏.数字图像处理与分析[M].清华大学出版社，2006.

作者简介：李元（1986-），男，辽宁大连人，学士学位，初级工程师（电子），研究方向：电子信息工程。