轨道交通SIO S平台视频传输技术改进

应寅

（上海市安装工程集团有限公司，上海，200080）

轨道交通SIO S平台视频传输技术改进

应寅

（上海市安装工程集团有限公司，上海，200080）

随着轨道交通设备专业分工的细化，相关设施设备的专业种类不断扩张，对于运行操作人员要求专业集成，系统集成，操作简易。在业主需求下，集中控制操作和完全的人机分离是必然趋势。论文在这样的现实需求中，完善了较远距离高清视频传输遇到的瓶颈问题，在不增加过多设备的条件下，通过一定的技术论证和实际现场尝试，妥善地解决了问题。

高清视频信号长距离传输;信号衰减;V G A;D V I-D;SIO S平台

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.09.028

1 引言

随着上海轨道交通网络的规模扩展，相关设备专业分工的细化，专业种类不断扩张，包括机电设备监控系统、火灾报警系统、门禁系统、屏蔽门系统等多个专业。各专业独立设计、独立配置网络通信设备和监视终端，使得原本就不宽裕的车站控制室（简称“车控室”）内出现众多大小形态不统一的监控终端设备，不仅影响车控室的布局美观，还增加了车站值班员的操作管理难度，还会导致误操作和运营安全隐患。

对于车控室而言，增设一间辅助机房，工作站统一放在辅助机房的机柜内。辅助机房共设置2台42U的标准服务器柜，一台机柜放置各分系统工作站；另一台机柜放置数据服务器、集成接口单元IIU、网管型3层交换机等网络数据设备。相关输出设备（大屏显示器）集成在一体化操作台上。鼠标键盘安放在操作台下的托盘内（见图1）。

图1 车控室设备布局图

这个方案实现了完全的人机分离，是今后车站车控室设备安放的发展方向，但这种方案的实施是需要特别定制工作站与显示器的连接线。

2 概念介绍

2.1 SIO S平台

SIOS平台是车站控制室集成操作（station integration operatesystem）平台的简称。它主要包括车站运营管理业务系统、车站机电集成系统和车站控制室工艺要求（符合人体工学）等方面的内容组成。

在这些内容中运营管理和人体工学的要求都是统一操作、集中显示和人机分离。通常我们都知道电脑主机必须和显示器通过视频线缆连接，而且相互距离不能太远，视频传输的质量与距离成反向关联。

目前,高清视频信号的传输都是以下2种信号传输格式的演化或升级。

2.2 V G A传输

VGA（videographicsarray）即视频图形阵列，是IBM在1987年使用模拟信号的一种视频传输标准，在当时具有分辨率高、显示速率快、颜色丰富等优点，在彩色显示器领域得到了广泛的应用。这个标准对于现今的个人电脑市场已经过时。即使如此，VGA仍然是最多制造商所共同支持的一个标准，个人电脑在加载自己的独特驱动程序之前，都必须支持VGA的标准。

要提高VGA显示的效率，就要不断更新数据，同时还要保证实时性，因此需要非常高的接口速度。VGA显示卡现可达到100Mbps的数据更新速度。

通过显卡功能的提升，现有常规VGA显卡都能支持SVGA，它是在VGA基础上加以扩充，使其支持更高分辨率如800×600、1024×768甚至2 048×1536，这些扩充的模式就称之为VESA（videoelectronicsstandardsAssociation，视频电子标准协会)的SuperVGA模式，简称SVGA，目前的显卡和显示器都支持SVGA模式,VGA接口即为显卡上输出高清信号的接口，也叫D-Sub接口，传输红、绿、蓝模拟信号以及同步信号(水平和垂直信号)。

这种接口的形式和针脚定义见表1和图2。

表1 V G A斜脚定义

图2 V G A接口形式

2.3 D V I传输

DVI（digital visual interface），即数字视频接口。它是1999年由英特尔、康柏、IBM、惠普、NEC、富士通等公司共同组成DDWG（digitaldisplayworkinggroup，数字显示工作组）推出的接口标准。

DVI是基于 TMDS (transition minimized differential signaling)（转换最小差分信号)技术来传输数字信号[1]，可以用低成本的专用电缆实现长距离、高质量的数字信号传输。DVI接口是一种国际开放的接口标准，在PC、DVD、高清晰电视（HDTV）、高清晰投影仪等设备上有广泛的应用。

为达到高清晰度显示要求，扫描一般采用1080i@60Hz格式 (即隔行扫描，行频33.75kHz，场频60Hz，像素频率74.25MHz)，实际应用中为减少行频变换，所有的视频输入格式(如480P、576P、720P等)通过格式变换(Scale和De-interlace等)都统一转换为1 080i@60Hz格式输出，即多频归一。

DVI接口有 3种类型 5种规格，端子接口尺寸为39.5mm×15.13mm。

3大类包括：DVI-Analog（DVI-A） 接口，DVI-Digital（DVI-D）接口，DVI-Integrated（DVI-I）接口[2]。

5种规格包括:DVI-A(12+5)、单连接DVI-D（18+1）、双连接DVI-D（24+1）、单连接DVI-I（18+5）、双连接DVI-I（24+5）。

本文讨论的是双连接DVI-D（24+1）的接口，具体接口形式和针脚定义见表2和图3。

3 应用瓶颈及处理方法

3.1 实际应用障碍

在实际应用中，由于SIOS界面集成的画面内容非常多，一块22in(1in=25.4mm)显示器不够用，如果直接用40in以上的液晶电视屏，一体化操作台上已经有一块46in液晶电视是给安防视频监控使用的,没有多余的空位。最后，在调整多次方案后决定用2块22in液晶显示器进行扩屏显示,按设计要求画面分辨率不低于1 920×1 080@60Hz。

表2 D V I针脚定义

图3D V I接口形式

同时，SIOS工作站使用的是业主方统一定型的研华ACP-2010MB系列工控机，它的标准配置的是SIMB-A01主板，集成英特尔IntelGMA3100图形加速芯片，带2路视频输出，分别是VGA和DVI的。研华ACP-2010MB工控机2路视频输出（VGA和DVI）分别对应1块显示器。

该人机分离的方案测得实际现场视频线缆放线路由（从工作站机柜到显示器）距离为从15～30m不等（根据不同车站的车控室面积和排布）。

显示器线缆连接后进行测试，我们发现连接DVI的那一路显示器一直报“无视频信号”。在排除了显示器设备故障、工控机设备故障、线缆断线等硬件隐患点后，仍然无法解决问题。

3.2 初步原因分析

厂家和项目组的技术工程师们提出，会不会是传输距离导致的问题，我们把工控机放在显示器旁，利用3m左右的普通DVI连接线连接，果然，双屏能正常显示。

根据英特尔官网的数据，查找到这个集成图形芯片的核心频率达到400MHz，提供具备1.6GB/s的纹理填充率，功耗是13.5W。

众所周知，DVI输出是数字高清输出,相对于VGA的模拟量输出功耗要求更大，在保证画面分辨率的情况下，它对于传输距离就更加敏感。对于输出驱动来说，需要最大限度地减小数字输出引脚的容性载荷，但是在信号布线阶段，一般不能精确计算容性负载，为方便系统调试，应考虑在数据信号线、行场同步信号线、时钟信号线到地并联电容，根据PCB材料、信号长度不同，电容值一般在几十pF即可，这样就可达到通道负载平衡、数据上升沿、下降沿和相位的一致，减少数字噪声干扰和抖动。

现在，工程现场的实际测试结果也证明了，在这样的集成显卡使用上，DVI的传输距离不宜超过8m。这个传输距离的数值是在测试了3m，5m，10m，15m的同样规格，但不同长度的DVI传输线后得到的结果。

3.3 应对措施及效果

为了提高传输距离，中继器的使用是首先被想到的，现在DVI转DVI的有源（有外插电源）中继器很多，我们通过尝试某品牌有源DVI信号放大器，把5m和8mDVI线缆连接后，还是能正常显示。但10mDVI线缆就无法正常使用（@1920×1080）。证明了采取单纯DVI信号放大的措施，只能使DVI传输距离扩展到13m左右，无法满足现场实际要求。

经过分析发现这是集成显卡输出信号功率太小造成的。

如何在现有设备的条件下，达到较远距离视频信号的传输，显示分辨率又要达标，不影响整个工程调试验收的要求和进度。笔者和厂家工程师又分析了设备性能和设计要求，发现分辨率1920×1080@60Hz是SVGA（RGB）信号能支持的分辨率，而且从现场实际情况验证，集成显卡有一路输出就是VGA的，它能够顺利的传输30m左右距离。

那么现在的问题就是：

1）集成显卡的第二路输出（DVI）的输出功率是不是比第一路(VGA)输出功率小？

2）在满足分辨率要求的情况下，是否能将DVI信号转换成VGA信号？

首先，研华工控机的工程师们参考相关芯片的技术参数，明确了2路信号输出功率是相当的，而且从芯片厂家反馈，在某种工作条件下DVI信号输出更强。

其次，笔者也找到了一款DVI-D转SVGA（RGB）的转换器（见图4）。

在解决了上述2个问题后，笔者在现场进行了多次尝试，利用手里有的不同长度的线缆。最终，找到了一个特定的应用范围：DVI-D输入侧线缆距离最大5m，VGA输出侧距离最大25m，显示分辨率1 920×1080@60Hz。这样就正好覆盖了现有车站视频线缆传输距离的范围。

图4 D V I-D转V G A转换器

4 结语

采用本方法改进了纯DVI信号传输距离不长，过长距离传输又会造成信号衰减和画质降低等现场实际障碍。虽然这种改进只是将高清数字视频信号的传输距离从原先的不大于10m，延展到了近30m，但其中的意义在于：

1)它让SIOS系统的人机彻底分离成为了现实；

2)这种方法的实现是在极少或不增加设备成本的条件下实现的，有一定的现实经济意义和工程推广的可能。

【1】冯永茂，丁铁夫.数字视频接口DVI1.0[J].电子技术应用,2003(9)：54-55.

【2】崔选选，曹先国.数字视频接口技术[J].兵工自动化,2005(6):102.

Video Transmission Technology for SIOS Platform

YINGYin
(Shanghai Installation Engineering GroupCo.Ltd.，Shanghai 200080，China)

Withtherefinementofrailequipmentsystem,specially,kindsofrelatedfacilitiesare expanded, the requirementsin operation areprofessional integration, systems integration and convenient operate. For such owners' demands, centralized control operation and fullyman-machine separation is an inevitable trend.This article iswritten about anHDvideo transmission for SIOS platform,which give a path fortheman-machineseparationbottlenecks.Withoutaddingtoomanycosts,wegetthetarget.

HDvideosignalinlongdistancetransmission；signalattenuation；VGA；DVI-D；SIOSplatform

TU29-39

B

1007-9467（2016）09-0105-04

2016-04-18

应寅（1977～），男，浙江定海人，高级工程师,从事工业自控系统调试及软件集成与开发研究，（电子信箱）1158773261@qq. com。