‧ Long Reach HD-SDI (HD-MSDI) 初探

來源:CPS中安網

全球安防監控市場中目前市場容量約為每年1億路左右，其中傳統類比影像監控系統佔據絕對多數市場佔，但是，高清化已經是大勢所趨，目前市場中960H、HD-IPC、HD-CVI、HD-SDI等方案都是類比監控高清化的方向。

以上各種解決方案各有優劣，在高清化道路上的不同階段及不同應用領域，各自發揮優勢，一段時間內可能會存在並存發展，互為補充的局面。基於目前類比監控設備的巨大市場保有量及監控行業的較高發展速度，高清監控市場的前景無疑是非常巨大的。

　　

目前安防監控領域對於顯示格式及解析度使用了數位電視系統顯示格式的標準定義。數位電視系統顯示格式的標準，可以分為五種規格：

D1：480i格式(525i)：720×480(水準480線，隔行掃描)，和NTSC類比電視清晰度相同，行頻為15.25kHz，相當於我們所說的4CIF(720×576);

D2：480P格式(525p)：720×480(水準480線，逐行掃描)，較D1隔行掃描要清晰不少，和逐行掃描DVD規格相同，行頻為31.5kHz;

　　

D3：1080i格式(1125i)：1920×1080(水準1080線，隔行掃描)，高清放鬆採用最多的一種解析度，解析度為1920×1080i/60Hz，行頻為33.75kHz;

　　

D4：720p格式(750p)：1280×720(水準720線，逐行掃描)，雖然解析度較D3要低，但是因為逐行掃描，市面上更多人感覺相對於1080I(實際逐次540線)視覺效果更加清晰。解析度為1280×720p/60Hz，行頻為45kHz;

　　

D5：1080p格式(1125p)：1920×1080(水準1080線，逐行掃描)，解析度為1920×1080P/60Hz,行頻為67.5KHZ。

類比影像監控D1

目前影像監控市場大為類比監控攝影機，其解析度僅為720×480，只能滿足“看得見”的要求，但是完全無法達到目前不斷提高的對於畫質的需求，高清化是必然的選擇。

　　

類比影像監控960H

960H對應的影像是960x576,相對於標清的720*576(D1)來說,960H只能屬於準高清的解析度。960H監控攝影機的推出，一方面是延續了傳統的類比監控設計思路，延長了類比監控生命的週期；第二個是出於市場用戶對"高清"監控的渴望，以超高的性價比搶佔市場優勢。

　　

雖然960H有以上的優勢，但是其解析度僅介於D1與720P之間，畫質提升效果有限。而且，960H類比攝影機，仍無法避免顏色失真及易受干擾等問題，這些缺點限制了其發展空間，後續市場前景不容樂觀。

HD-IP Camera

隨著網路技術的發展，網路通訊已融入了全球各個領域，包括國計民生、高新科技、傳統消費等所有行業都在經歷網路化的洗禮。網路影像監控系統也借此優勢，在安防領域開拓了大片市場，其增長速度已超過類比影像監控，大有取代傳統類比監控成為市場主流之勢。

網路攝影機是把圖像進行M-JPEG/H.264編碼壓縮，通過網路利用TCP/IP協定，可以將1080P影像碼流壓縮至8M左右的頻寬進行傳輸。網路影像監控系統，可以使用現有大量成熟網路傳輸設備，通過價格低廉的網線進行連接，在系統配套設施上具有一定優勢。

但是，由於網路攝影機需要對圖像進行H.264編碼壓縮，其系統複雜性較高，同時會引入較大延時，局域網延時一般在200ms左右，做的比較好的可以做到150ms以內，廣域網路延時一般在2s左右。另外，網路攝影機的功耗相對較高，也是實際系統應用中需要考慮的因素。

HD-CVI

2012年11月份，HD-CVI高調高清亮相安防展，吸引了媒體關注。HDCVI是大華股份自主智慧財產權的同軸高清傳輸介面技術，是一種基於已有SYV75-3或SYV75-5同軸電纜的高清影像傳輸方法，能夠在低成本和較低品質的同軸電纜上，實現超長距離高清視訊訊號的可靠傳輸。HD-CVI究其根本，仍然是屬於類比傳輸，其發送端經過調製及高速DAC技術，將BT1120信號轉換為複合視訊訊號，在接收端通過高速ADC，及解調還原為數位視訊信號。其信號轉換過程為無損過程，但是在傳輸過程中容易受到線纜的影響，其最終效果還需經過市場進一步驗證。

　　

HD-SDI

從HDcctv聯盟於2010年點火開始，HD-SDI成為影像監控製造的熱點。一時之間，觀念更新、研發的艱辛、殺出紅海的期盼，在影像監控高清化的過程中交織而糾結。

　　

HDcctv聯盟是一個非營利的工業協會，致力於發展、管理、推動HDCCTV(高清閉路電視)的技術規範。

　　

HD-SDI高清影像傳輸標準，是基於普通同軸電纜進行傳輸，以高速數位視訊信號切換設備為核心的無損數位高清傳輸解決方案。

　　

HD-SDI是目前影像監控向高清化發展的一個理想的解決方案，可以通過單根同軸電纜傳輸720P及1080P等解析度即時、高清影像流，其信號頻率為1.5GHz甚至可達3GHz(3G-SDI)。HD-SDI的信號頻率較高，對於傳輸線纜及連接有一定要求。

對於相同規格的同軸電纜，信號的衰減常數隨頻率的增加而增加，信號的傳輸距離會隨頻率的增加而縮短;如果選用高性能的同軸電纜，可以減少高頻信號的衰減，但是同時也將大幅增加系統成本。

　　

在高清影像監控系統中，HD-SDI在畫質及回應時間上有先天的優勢，而傳輸距離與系統成本是兩個弱點。如果可以延長傳輸距離，則可以擴大HD-SDI高清監控系統的應用範圍，擴展系統的適用性;同時，若能夠降低HD-SDI高清監控系統對線纜規格的需求，則可以降低高清監控系統總體工程成本，也使未來在現有類比影像監控系統佈線基礎上直接升級為高清提供可能性。

　　

基於以上問題，已有中國廠商在現有HD-SDI單路發送晶片，和四路接收晶片產品的基礎上，開發出新一代Long Reach SDI(HD-MSDI)收發晶片。HD-MSDI加入了硬體壓縮技術，可以將1080P、720P影像流經過無失真壓縮後進行傳輸，同時引入前向糾錯編碼，降低了對於同軸電纜規格的要求，大大的提高了信號傳輸距離，為HD-SDI高清影像監控的發展提供了廣闊空間。

　　

以下我們將簡單介紹一下新一代HD-MSDI收發系統。

1. HD-MSDI收發系統框圖

　　

2. HD-MSDI收發系統相關技術

相容原有HD-SDI標準，增加無失真壓縮傳輸方式HD-MSDI，使用VC-2(Dirac Pro video codecs)編碼，降低了信號傳輸頻寬，同時支援前向糾錯(FEC)功能，進一步保證了信號的可靠傳輸。

　　

VC-2(Dirac Pro video codecs)： Dirac是由BBC採用開放模式開發的一種食品壓縮系統，採用小波變換和算術編碼等現代技術，實現了先進的壓縮性能。Dirac Pro是Dirac標準的子集，僅針對I幀進行壓縮處理，其優勢在於低功耗、低延時，適合應用於高碼率的高清影像處理。

　　

前向糾錯(FEC)：是一種資料編碼技術，傳輸中檢錯由接收方進行驗證，在FEC方式中，接收端不但能發現差錯，而且能確定二進位碼元發生錯誤的位置，從而加以糾正。FEC方式使用改錯碼，發現錯誤無須通知發送方重發。

　　前向糾錯(FEC)

　　

3. HD-MSDI收發系統性能指標

如下圖所示，同樣的130米75-3同軸電纜，對於1.5G頻率信號的衰減是比500M頻率信號的衰減大20dB以上。所以，使用500M頻寬，可以實現更遠的傳說距離。

使用HD-MSDI技術，信號頻寬最高可以降低5倍以上，信號頻率降至270MHz，使用SYV75-3 128編同軸電纜在不加中繼設備的情況，可以實現250米的長距離傳輸。如果配合相應的中繼設備，傳輸距離還可以大大延長。