多路SDI信號單波長無損光傳輸

　　摘要：針對目前市場上越來越多針對SDI信號的應用需求，提出了多路SDI電信號單波長光纖傳輸的實現方案，就方案中出現的由于FIFO“寫滿”或“讀空”引起的SDI信號傳輸誤碼，提出了一種基于FPGA內部PLL的可控時鐘，利用該時鐘作為FIFO的讀時鐘，實現SDI信號無損傳輸。

　　引言

　　串行數字接口(Serial Digital Interface，簡寫為SDI)是針對演播室環境提出的用單根電纜來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類在實際應用中最為廣泛，其定義的SDI信號速率是270Mbps，足夠滿足標清視頻的傳輸要求，其傳輸距離最長可達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，主要用在非線性編輯系統、視頻服務器、虛擬演播室以及數字切換距陣和數字光端機等領域。

　　近年來，隨著計算機、數字網絡和電視技術的飛速發展，我國廣播電視事業日新月異、迅猛發展，大眾對于高質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、非線性編輯系統、虛擬演播室、數字轉播車以及各種數字播放設備越來越多地被中央電視臺及各省市級電視臺采用。

　　與此同時，隨著監控廠家的推廣以及用戶對監控圖像視頻清晰度要求的提高，高清視頻監控以其實時高清、圖像未壓縮以及信號傳輸距離遠等方面的優勢，在當前對圖像清晰度與實時性要求比較高的場合，如城市交通監控、大型標志場館、銀行、機場等方面得到越來越廣泛的應用。相比于模擬的視頻監控，高清視頻以無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、更豐富的色彩等優點，畫質更加接近自然本色;加上前端攝像機采用高端CCD成像芯片，全天24小時都能完美呈現出高清晰、實時的視頻畫面。

　　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發展，帶動了高清視頻傳輸的發展。高清視頻信號傳輸介質主要有兩種：電纜和光纜。由于電纜本身的特性導致其傳輸距離有限，無法滿足越來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，且光纜不存在串擾以及光信號相互干擾。隨著光纖通信技術的發展，光纖局域網已深入到軍事、工業實時控制、辦公自動化以及大眾生活等應用領域，為人們提供了現代數據通信的先進手段。與光纖媒介的結合可以擴展高清視頻的應用領域。

　　目前市場上傳輸SDI信號的光傳輸設備都是一個波長的光信號傳輸一路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基本上已經固定，這樣當需要傳輸的信號路數比較多時，就會由于光纖數量的限制而無法實現。

　　本文提出的多路SDI信號的單波長光纖傳輸方式為：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，然后通過一根光纖進行傳輸。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波長光信號傳輸一路SDI信號的傳輸方式。從而成功地解決了通過電纜傳輸時受距離限制以及光纖傳輸時受光纖數量限制的問題。

　　2 多路SDI信號電復接實現原理、技術難點及解決方案

　　2.1 多路SDI信號電復接的實現原理

　　由圖1所示，原始SDI信號每路經過均衡、時鐘提取，恢復出270MHz的時鐘和數據，然后經過信號解碼把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時鐘;兩路SDI信號通過時鐘恢復電路出來的時鐘之間并不同步，為了實現這些信號的電復接，需要對這些信號進行碼速調整、同步處理;將這些并行信號在FPGA內部經過碼速變換把N×10路的異步信號轉換成同步信號，同步后的數據再通過FPGA進行復接、編碼，形成1路高速串行信號;該信號經過電/光轉換后變成1310nm/1550nm波長的光信號，最后通過一根光纖傳輸到接收端。