視頻監(jiān)控SDI芯片將成HD信號(hào)傳輸?shù)年P(guān)鍵

視頻監(jiān)控的高清浪潮一波未平、一波再起，產(chǎn)品規(guī)劃面更需要找到可靠的技術(shù)方案支撐。純IP監(jiān)控陣營(yíng)雖然像水中魚(yú)紛紛冒出頭，產(chǎn)品具威脅性，分食商機(jī)、擴(kuò)張領(lǐng)域，雖不一定能閃躲，但若因此看得更明白通透，就更有把握來(lái)應(yīng)付挑戰(zhàn)。在沒(méi)有誰(shuí)可壓倒全勝的今日，明白彼此強(qiáng)項(xiàng)弱點(diǎn)，便能更快切入適合生存位置。HD-SDI作為傳統(tǒng)CCTV一種轉(zhuǎn)型出路..

IP攝影的考驗(yàn)往往不在傳輸，因?yàn)镮T網(wǎng)通本身即是成熟領(lǐng)域，但畫質(zhì)卻最容易讓人詬病。至于HD-SDI監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵不只在圖像，反而在于傳輸。高階感光元件與影像處理元件近乎唾手可得，但如何用對(duì)元件，維持高畫質(zhì)傳遞，確保長(zhǎng)途不失真，就是一門學(xué)問(wèn)。

距離一拖長(zhǎng)就感到吃力

畫面清晰、沒(méi)有延遲、方便控制和遠(yuǎn)端儲(chǔ)存管理，說(shuō)起來(lái)都容易，但高清化之后就變成難題。不論高清影像是否經(jīng)過(guò)壓縮，非網(wǎng)絡(luò)化的圖像信號(hào)能傳得多快多即時(shí)，能跑到多遠(yuǎn)距離，對(duì)安全監(jiān)控而言是非常嚴(yán)酷的考驗(yàn)。所以我們說(shuō)高清的考驗(yàn)是傳輸，傳越遠(yuǎn)就越兇險(xiǎn)。正如我們熟悉的SDI，其規(guī)格概念不來(lái)自影像領(lǐng)域，而是指一種傳輸方式，是信號(hào)發(fā)射與接收端(Tx和Rx)的技術(shù)。

與近幾年流行的IP監(jiān)控Datacom概念迥異，不透過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，直接傳輸HD影像的方式，在CCTV領(lǐng)域迅速燃燒。

從Gennum和Stretch主導(dǎo)的HDcctv聯(lián)盟于2010年點(diǎn)火開(kāi)始，HD-SDI成為安防制造重鎮(zhèn)的顯學(xué)。

一時(shí)之間，觀念更新、研發(fā)的艱辛、殺出紅海的期盼，在安防HD化的過(guò)程中交織而糾結(jié)。對(duì)CCTV族群而言，HD究竟是比較容易，或者其實(shí)比較難，是不易回答的論題。包括設(shè)備相容性、影像信號(hào)的純度、傳送的距離、低延遲性要求、后端壓縮效率、影像分析的效能、電力供應(yīng)、控制信號(hào)、與IP網(wǎng)絡(luò)的介接，顯示播放的格式，甚至是電子物料成本本身，都已是極大考驗(yàn)。到底目前市面上有幾種實(shí)現(xiàn)SDI的方案?該具備哪些相關(guān)技術(shù)?除了SDI還有哪些HD替代架構(gòu)?即時(shí)影像是不是唯一要求?光纖或其他線材有沒(méi)有機(jī)會(huì)?種種HD系統(tǒng)開(kāi)發(fā)上的疑惑，我們透過(guò)Tx和Rx的探討來(lái)跨越。

SDI功能由不同單元組成

現(xiàn)今我們?cè)?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/安防">安防RD圈中看到的SDI芯片方案，甚至包括FPGA，早在2007年就多已成型。在當(dāng)時(shí)美國(guó)的傳播媒體展(NAB2007)中，芯片廠針對(duì)3G-SDI(第三代序列數(shù)位介面)各自推出不少解決方案。這些公司包括Gennum(現(xiàn)已并入Semtech)，NationalSemiconductor(NS，現(xiàn)并入德州儀器)、Altera與Xilinx等。

其中Gennum日后發(fā)展出GV7600/GV7601芯片在安防之所以有名，除了是HDcctv的推動(dòng)主力，另一方面也是率先將Tx和Rx等離散型的芯片架構(gòu)整合為一的緣故。例如其發(fā)射端(Tx)的芯片就是串列器(Serializers)加上電纜驅(qū)動(dòng)器(CableDrivers)，而接收端(Rx)芯片即為解串列器(Deserializers)加上電纜等化器(Equalizers)，可精簡(jiǎn)攝像機(jī)和DVR的設(shè)計(jì)。

現(xiàn)任Semtech亞太區(qū)業(yè)務(wù)經(jīng)理許文隆就表示：“因?yàn)槲覀冃酒某晒?lái)自廣播電視領(lǐng)域的肯定，因此會(huì)有許多客戶的研發(fā)單位，將我們發(fā)表于安防應(yīng)用的GV7600和GV7601運(yùn)用在其他相關(guān)領(lǐng)域如電視墻、醫(yī)療內(nèi)視鏡及MachineVision等?！?

事實(shí)上，例如將HDMI信號(hào)延伸至100公尺以上的轉(zhuǎn)接器和Extender設(shè)備，確實(shí)都可以有不錯(cuò)的發(fā)揮。這相當(dāng)程度注解了SemtechCanada(Gennum)芯片的品質(zhì)能力。未來(lái)SemtechCanada也將陸續(xù)發(fā)表植基于現(xiàn)有安防應(yīng)用芯片的附加功能新芯片，如由監(jiān)控端透過(guò)同一條同軸電纜，向攝像機(jī)端傳輸控制信號(hào)、聲音等資料的解決方案。

從技術(shù)面拆解來(lái)看，SDI全名是串列數(shù)位介面，是一系列由SMPTE(TheSocietyofMotionPictureandTelevisionEngineers)電影動(dòng)畫和電視工程師協(xié)會(huì)所定義的格式。這種SDI標(biāo)準(zhǔn)串列介面都用于傳輸未壓縮且無(wú)延時(shí)的數(shù)碼視頻信號(hào)，同時(shí)能嵌入Audio音訊和Data控制碼。SDI標(biāo)準(zhǔn)目前有五種，其中SMPTE-292M標(biāo)準(zhǔn)的HD-SDI，主要用于廣播級(jí)視頻的數(shù)位視訊介面，它以1.485Gbit/sec傳送720P及1080i的畫面格式。

此外，還有俗稱為3G-SDI采用SMPTE424M標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的高解析晰電視定義格式，可提供2.970Gbit/s為1080P的高速影像資料傳輸介面。

在安防運(yùn)用上，是采用HD-SDI與3G-SDI居多。而要實(shí)現(xiàn)這種傳輸架構(gòu)，除了同軸纜線(包括接收端設(shè)備內(nèi))和BNC接頭，它主要是靠幾個(gè)元件共同組成。以TI(NS)推出各別芯片種類表示，包括電纜等化器(Equalizers)、電纜驅(qū)動(dòng)器(CableDrivers)、時(shí)脈重整器(Reclocker)、串列器(Serializers)、解串列器(Deserializers)、影像時(shí)序控制器(VideoTiming)和其他特殊控制功能的IC等。這就表示在HD安防的SDI芯片陣營(yíng)中，就粗分為整合型如Semtech(Gennum)和TI(NS)的離散式等兩種典型。其余推出分離型元件，還有EqcoLogic和Mindspeed等公司。

SDI芯片整合程度影響設(shè)計(jì)

至于SDI芯片的另一種區(qū)分法，尤其在安防中會(huì)比較明顯的，就是單路和多路的差別，主要是指高速解串列器(Deserializers)方面，是否有4路整合的情況。目前所知能夠有4路的方案，大多由FPGA擔(dān)綱，如Lattice、Altera和Xilinx;即使有如韓國(guó)SiliconGear公司開(kāi)出整合HD等級(jí)MUX與4路解串列器單顆芯片，其實(shí)里面仍為FPGA本質(zhì)。至于何時(shí)真正能有ASIC是4路合1，或許等市場(chǎng)更穩(wěn)定成熟，就會(huì)有些安防老牌芯片廠推出產(chǎn)品。特別說(shuō)明，等化器(Equalizers)則不適宜作多路整合，這牽涉過(guò)于密集的電路布線與干擾等問(wèn)題。

此外，SDI包括CableDriver和Equalizer等元件，都含有混合信號(hào)技術(shù)，在并入德州儀器(TI)以前，NS就是知名的類比芯片供應(yīng)廠。而眾所周知，原本TI在數(shù)位方案，包括DSP/SoC等許多方面，對(duì)于安防IP攝像機(jī)和DVR/NVR設(shè)備主控芯片端，就已具備強(qiáng)大的支持力道，在安防業(yè)界起指標(biāo)性作用。合并NS除了讓TI的整體類比芯片實(shí)力壯大，事實(shí)上對(duì)HD安防的設(shè)計(jì)方案更別具意義。

于今年四月CompoSec(第四屆全球安防電子技術(shù)論壇)，德州儀器負(fù)責(zé)SDI產(chǎn)品的講員，資深應(yīng)用工程師曾祥華，就已經(jīng)發(fā)表前后端類比和數(shù)位芯片的整合設(shè)計(jì)，TI已能針對(duì)無(wú)壓縮HD攝像機(jī)和HD-DVR提出更整體的解決方案，讓新架構(gòu)導(dǎo)入更為順暢。

TI(原NS)各類SDI元件配合精簡(jiǎn)FPGA，與Semtech(原Gennum)的SDI芯片在延長(zhǎng)傳輸距離，簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，于安防應(yīng)用面正延續(xù)2007年以來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)。

光是細(xì)究SDI技術(shù)領(lǐng)域，各種透過(guò)IC半導(dǎo)體來(lái)實(shí)現(xiàn)HD傳輸?shù)姆绞?，顯然已呈現(xiàn)多元的樣貌;當(dāng)然也有很多人討論到這樣的高畫質(zhì)信號(hào)，或許可采用HDMI或是DVI的通道，如單以HD-SDI來(lái)定義這種不壓縮的高畫質(zhì)方案不恰當(dāng)。基于信號(hào)格式傳輸及方便施工與替代性，以BNC這樣的SDI連接器，對(duì)監(jiān)控應(yīng)用最有利，相對(duì)也就被大量采用，并成為HDcctv聯(lián)盟極力推動(dòng)的一種標(biāo)準(zhǔn)格式。

HDcctv與長(zhǎng)距離的考驗(yàn)

目前，“HDcctv傳輸距離較短”是許多安防工程商常提出的問(wèn)題之一，就算用同軸電纜也只能逼近150公尺，這使得系統(tǒng)設(shè)備商仍須提供延長(zhǎng)和中繼設(shè)備(Repeater)，其中都必須要內(nèi)建Tx和Rx，也就是SDI芯片，如果再加上電力供應(yīng)和控制信號(hào)，就容易墊高成本。

許文隆表示：“因應(yīng)安防行業(yè)的需求，特別有針對(duì)Rx改版為GV7601A，較先前的版本可多提供增加60公尺傳送距離，總共可達(dá)200公尺遠(yuǎn)?！?

針對(duì)SDI傳輸配套方案，有些工程端已靈活運(yùn)用光纖來(lái)轉(zhuǎn)接，延長(zhǎng)傳輸距離。這樣的考慮方向，直接形成光纖材料和模組在安防的新機(jī)會(huì)點(diǎn)，從今年的CompoSec安防電子展上，也能觀察風(fēng)象。目前有些系統(tǒng)制造商已經(jīng)開(kāi)始重視這個(gè)問(wèn)題，除了積極開(kāi)發(fā)新的3G-SDI產(chǎn)品，以傳輸速率來(lái)增加SDI的傳輸距離外，同時(shí)也會(huì)選擇FPGA設(shè)計(jì)架構(gòu)去設(shè)計(jì)HD-SDI的Tx芯片。

例如可采用Dirac影像壓縮技術(shù)，以達(dá)到無(wú)壓損失(losslesscompression)的無(wú)中繼傳輸，最遠(yuǎn)距離能達(dá)到300公尺的效能。

同樣能將不壓縮原始影像信號(hào)傳遞達(dá)150公尺(或說(shuō)同在150公尺限制內(nèi))，還包括最近以色列的IC設(shè)計(jì)公司ValensSemiconductor所推動(dòng)的HDbaseT方案。

比較特別之處，是不透過(guò)HDMI傳輸，不像SDI一樣走同軸電纜，也不是透過(guò)LVDS介面電路，而是經(jīng)由一般最常見(jiàn)的cat5e/cat6a網(wǎng)絡(luò)線(LANCable)進(jìn)行傳輸，也就是我們很熟悉的RJ45網(wǎng)絡(luò)接頭。目前首波推出一對(duì)Tx和Rx芯片，并聲明是針對(duì)安防應(yīng)用開(kāi)發(fā)，可傳遞無(wú)壓縮和高音質(zhì)1080P@60fps影像，150公尺最大延遲僅10微秒。

芯片兼容性設(shè)計(jì)

IP高清在傳輸過(guò)程中需要進(jìn)行壓縮編碼及解壓等工作，數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)丟包，網(wǎng)絡(luò)擁堵等問(wèn)題，從而導(dǎo)致視頻畫面延遲，而且IP高清存在不穩(wěn)定、易死機(jī)等安全隱患，以及各個(gè)品牌產(chǎn)品兼容集成復(fù)雜等問(wèn)題，導(dǎo)致市場(chǎng)越來(lái)越青睞于穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性效果好的HD-SDI高清產(chǎn)品。

恒業(yè)智能安防(深圳)有限公司營(yíng)銷中心的靳雨蓓經(jīng)理表示，目前，SDI芯片雖然都可以向下兼容(1080P、1080i、720P)，但從設(shè)計(jì)上除了要考慮視頻數(shù)據(jù)量大以外，還要評(píng)估CPU性能，以及在并行數(shù)據(jù)處理能力方面。同時(shí)信號(hào)輸出接口：包括串行器(Seralizer)、電纜驅(qū)動(dòng)器CD(CableDriver)等電路等也是需要考慮的方面。其中，串行器也稱之為發(fā)送器(Transmitter)，主要實(shí)現(xiàn)將CPU輸出的10BIT/20BIT視頻數(shù)據(jù)按SMPTE規(guī)定的編碼標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制成標(biāo)準(zhǔn)SDI信號(hào)發(fā)送出去。

同時(shí)，HD-SDI攝像機(jī)的數(shù)字編碼影像信號(hào)格式與不同廠牌HDDVR仍然存在兼容性的問(wèn)題，以及HD-SDI攝像機(jī)在采用不同HDMI纜線材質(zhì)時(shí)傳輸會(huì)出現(xiàn)不同程度的干擾。

其實(shí)對(duì)于設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，他們更關(guān)心的還是芯片兼容性問(wèn)題。部分半導(dǎo)體廠家如NS、GENNUM等不同廠家的三個(gè)不同速率的均衡器(EQ)管腳封裝都是一樣的，各芯片都是向下兼容的，如支持3G速率、HD-SDI等，只需更換相應(yīng)的均衡器EQ型號(hào)，硬件設(shè)計(jì)與PCB都不需要做改動(dòng)即可大大降低研發(fā)成本。同時(shí)也針對(duì)不同的客戶需求，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品種類的多樣化。

再者，低成本FPGA也可滿足要求，前端接收器(Receiver)集成電纜均衡器EQ、SERDES等電路，導(dǎo)致FPGA前端器件成本增加。接收器主要作用是實(shí)現(xiàn)將SDI信號(hào)轉(zhuǎn)換成10BIT/20BIT并行數(shù)據(jù)輸出。接收端具體采用哪種方案，需要綜合考慮：

1、需要有一定的FPGA開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)積累，周期難以預(yù)料，但易維護(hù)，產(chǎn)品功能容易實(shí)現(xiàn)多樣化。

2、關(guān)于SDI轉(zhuǎn)換與處理基本都是通過(guò)硬件芯片實(shí)現(xiàn)，開(kāi)發(fā)周期短，可以快速將產(chǎn)品推向市場(chǎng)。

HDbaseT將網(wǎng)絡(luò)線當(dāng)影音信號(hào)線

用網(wǎng)絡(luò)線來(lái)跑高畫質(zhì)影音信號(hào)當(dāng)然是新鮮的，就像是我們的DVD或BD藍(lán)光機(jī)，甚至手持裝置的周邊接到電視螢?zāi)?，都用網(wǎng)絡(luò)線來(lái)當(dāng)信號(hào)線的情況。網(wǎng)通相關(guān)技術(shù)勢(shì)力的滲透力自是不容小，但是發(fā)揮在這個(gè)面向上確實(shí)少見(jiàn)。

HDbaseT聯(lián)盟早在2010年便已挾著電力、控制信號(hào)、網(wǎng)絡(luò)資訊流、音訊、高畫質(zhì)的五合一功能，向HDMI介面下戰(zhàn)帖，所以也可以方便將其看為走網(wǎng)絡(luò)線的HDMI。除了ValensSemiconductor，包括LG、Samsung和Sony都是核心成員，不難感受其企圖心。

有了SDI方案的前車之鑒，如今HDbaseT對(duì)于將方案推廣到安防市場(chǎng)更具信心。Valens的亞太區(qū)總監(jiān)林浩原表示：“我們最大的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手就是自己!當(dāng)其他方案為了HD影像的傳遞效能，已全力而為之，而VS020剛剛起步，在規(guī)格面卻已產(chǎn)生先天的優(yōu)勢(shì)?！?

回歸安防設(shè)計(jì)的本質(zhì)

除了要選擇方案，有幾種關(guān)于安防的備選技術(shù)，可優(yōu)先排除，避免徒增研發(fā)和應(yīng)用障礙。

首先是攝像機(jī)和儲(chǔ)存設(shè)備間，關(guān)于TCP/IP的繁瑣設(shè)定。高畫質(zhì)一定透過(guò)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)嗎?前端就進(jìn)行影像壓縮工作的影響為何?影像分析于何處用哪一種資料格式進(jìn)行?

上述的HD傳輸芯片供應(yīng)端，已用無(wú)壓縮影像的高速連結(jié)方案提出示范。然而，如果我們關(guān)心安防工程端，勢(shì)必能察覺(jué)上述理想化方案，SDI傳輸格式列表名稱標(biāo)準(zhǔn)位元率影像格式有一道新門檻：即時(shí)無(wú)壓縮(RAWData)傳輸!要完全落實(shí)這項(xiàng)訴求，絕不是只更換優(yōu)質(zhì)線材的成本就可輕易實(shí)現(xiàn)。HD影像確實(shí)是安全監(jiān)控的產(chǎn)品趨勢(shì)，而且不可逆轉(zhuǎn);然而什么是HD影像呢?“不壓縮”必定不是在定義內(nèi)，否則我們看過(guò)的DVD、藍(lán)光片，網(wǎng)絡(luò)影片，甚至HD層次的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)都沒(méi)資格說(shuō)自己是高畫質(zhì)，因?yàn)檫@些訊源，都是經(jīng)過(guò)壓縮處理。

ccHDtv用數(shù)位電視技術(shù)傳安防影像

松翰科技產(chǎn)品經(jīng)理涂宗憲就對(duì)此表示，他相信一定有個(gè)新的設(shè)計(jì)動(dòng)能，來(lái)自于HD的影像需求，并且兼顧傳輸和管理方便性，在布線上不用費(fèi)力更改，就像目前類比攝像機(jī)和DVR之間讓業(yè)界累積的直覺(jué)和信賴感;不用耗費(fèi)額外中繼傳輸?shù)某杀荆m度的壓縮處理也能夠容許，并且對(duì)于IP網(wǎng)通的架構(gòu)整合也帶有方便性。

也許，我們可以期待這樣的安防攝影解決方案，會(huì)是新一波投入安防的IC設(shè)計(jì)產(chǎn)品發(fā)表重點(diǎn)。

說(shuō)到臺(tái)廠的IC，切入HD安防提供Tx和Rx最亮眼的代表，從2012年看過(guò)來(lái)，應(yīng)該就是ITE聯(lián)陽(yáng)半導(dǎo)體，以及他們推動(dòng)的ccHDtv架構(gòu)。

他們不但完全實(shí)現(xiàn)上述HD和非IP架構(gòu)的描述，而且藉用他們?cè)跀?shù)位電視領(lǐng)域累積的經(jīng)驗(yàn)，所提出技術(shù)本質(zhì)為DVB-T的方案，即可實(shí)現(xiàn)用同軸電纜“串接”和“并接”等方式拉回儲(chǔ)存端管理，確實(shí)節(jié)省了布線成本耗損。透過(guò)“多對(duì)一”和“一對(duì)多”靈活的分流管理，為HD安防領(lǐng)域注入鮮活的研發(fā)方向。

也許有人發(fā)現(xiàn)，這樣的架構(gòu)在安防或許是新鮮的，然而在第四臺(tái)業(yè)者、數(shù)位電視(尤其是歐洲地區(qū))早已行之多年。而車內(nèi)收看的電視頻道，就是透過(guò)DVB-T無(wú)線傳輸。

這意味HD無(wú)線化的可能性，也是HDcctv的架構(gòu)優(yōu)勢(shì)。

聯(lián)陽(yáng)半導(dǎo)體的資深行銷經(jīng)理賴勝中說(shuō)：“無(wú)線化或許在臺(tái)灣有頻道管理上的考量，但若是在閉路系統(tǒng)中，完全就沒(méi)有這層法規(guī)和安全性顧慮?！边@說(shuō)法蠻務(wù)實(shí)貼近安防的系統(tǒng)工程實(shí)況。他補(bǔ)充：“建置在攝像機(jī)尾端的Tx芯片，是參考各方看法和需求性，為安防開(kāi)發(fā)的全新IC，盼望使臺(tái)灣產(chǎn)業(yè)擁有堅(jiān)實(shí)而創(chuàng)新的方案。”

當(dāng)我們本次聚焦HDcctv的HD-SDI各種芯片架構(gòu)，包括FPGA、分離型、整合型芯片;參考了走上網(wǎng)絡(luò)線的HDbaseT，并且有多工能整合優(yōu)勢(shì);再回看臺(tái)灣推動(dòng)的ccHDtv架構(gòu)，藉DVB-T的成熟技術(shù)運(yùn)用于安防;很顯然，安防對(duì)HD影像的需求是不言可喻，并且一直將非IP化列為其中一種必要的設(shè)計(jì)考量。

不論我們是走在哪一種設(shè)計(jì)路線，盼望都伴隨一條能開(kāi)創(chuàng)應(yīng)用形態(tài)，同時(shí)也有源源不絕技術(shù)支撐的活水泉。