多路SDI信号单波长无损光传输

摘要：针对目前市场上越来越多针对SDI信号的应用需求，提出了多路SDI电信号单波长光纤传输的实现方案，就方案中出现的由于FIFO“写满”或“读空”引起的SDI信号传输误码，提出了一种基于FPGA内部PLL的可控时钟，利用该时钟作为FIFO的读时钟，实现SDI信号无损传输。

引言

串行数字接口(Serial Digital Interface，简写为SDI)是针对演播室环境提出的用单根电缆来传输数字视音频信号的方式。在SMTPE-259M标准中，定义了A、B、C、D四种SDI信号接口，其中C类在实际应用中最为广泛，其定义的SDI信号速率是270Mbps，足够满足标清视频的传输要求，其传输距离最长可达350米。目前SDI接口是演播室数字电视节目制作系统中应用最广泛的接口，主要用在非线性编辑系统、视频服务器、虚拟演播室以及数字切换距阵和数字光端机等领域。

近年来，随着计算机、数字网络和电视技术的飞速发展，我国广播电视事业日新月异、迅猛发展，大众对于高质量电视图像的需求不断提高。数字电视、数字广播也形成了相当的规模。数字摄录、数字特技、非线性编辑系统、虚拟演播室、数字转播车以及各种数字播放设备越来越多地被中央电视台及各省市级电视台采用。

与此同时，随着监控厂家的推广以及用户对监控图像视频清晰度要求的提高，高清视频监控以其实时高清、图像未压缩以及信号传输距离远等方面的优势，在当前对图像清晰度与实时性要求比较高的场合，如城市交通监控、大型标志场馆、银行、机场等方面得到越来越广泛的应用。相比于模拟的视频监控，高清视频以无压缩的基带数字视频信号在同轴电缆上高速传输，图像具有高清晰度、高分辨率、更丰富的色彩等优点，画质更加接近自然本色;加上前端摄像机采用高端CCD成像芯片，全天24小时都能完美呈现出高清晰、实时的视频画面。

1 多路SDI信号电复接光传输的必要性

高清视频系统以及高清监控市场发展，带动了高清视频传输的发展。高清视频信号传输介质主要有两种：电缆和光缆。由于电缆本身的特性导致其传输距离有限，无法满足越来越多的远距离高清信号的传输;与电缆传输相比，光纤的低传输损耗使远距离传输中继之间距离大为增加。除此以外，光缆还具有不辐射能量、不导电、没有电感、不怕雷击、抗腐蚀、保密性好、通信可靠性高、运行维护成本低等特点，且光缆不存在串扰以及光信号相互干扰。随着光纤通信技术的发展，光纤局域网已深入到军事、工业实时控制、办公自动化以及大众生活等应用领域，为人们提供了现代数据通信的先进手段。与光纤媒介的结合可以扩展高清视频的应用领域。

目前市场上传输SDI信号的光传输设备都是一个波长的光信号传输一路SDI信号，其光纤信道容量的利用率比较低，而且当需要传输多路SDI信号时需要用到多芯光纤或者采用波分复用器。是现在城市的光缆布线基本上已经固定，这样当需要传输的信号路数比较多时，就会由于光纤数量的限制而无法实现。

本文提出的多路SDI信号的单波长光纤传输方式为：把多路(最大可达8路)270 Mbps的SDI信号采用电复接的方式复用成一路高速信号，然后通过一根光纤进行传输。极大地降低了系统成本、提高了光纤通道带宽的利用率。用它取代现有的SDI信号电缆传输以及使用一个波长光信号传输一路SDI信号的传输方式。从而成功地解决了通过电缆传输时受距离限制以及光纤传输时受光纤数量限制的问题。

2 多路SDI信号电复接实现原理、技术难点及解决方案

2.1 多路SDI信号电复接的实现原理

由图1所示，原始SDI信号每路经过均衡、时钟提取，恢复出270MHz的时钟和数据，然后经过信号解码把1路270MHz串行信号转换成10路27MHz的低速并行信号和1路与之同步的27MHz时钟;两路SDI信号通过时钟恢复电路出来的时钟之间并不同步，为了实现这些信号的电复接，需要对这些信号进行码速调整、同步处理;将这些并行信号在FPGA内部经过码速变换把N×10路的异步信号转换成同步信号，同步后的数据再通过FPGA进行复接、编码，形成1路高速串行信号;该信号经过电/光转换后变成1310nm/1550nm波长的光信号，最后通过一根光纤传输到接收端。

接收端先对收到的光信号进行光/电转换，把光信号转换成电信号，然后输入到FPGA，通过FPGA对该高速串行信号进行解码、时钟恢复、解复用恢复出N×10路同步并行信号，然后经过FPGA进行码速变换后恢复出N×10路异步并行信号;最后经并/串转换，SDI编码、整形恢复出N路原始的SDI信号输出。

2.2 多路SDI信号电复接的技术难点

在上述的原理图中，SDI信号的编解码、时钟