高清视音频信号传输技术介绍

　　高清视音频信号传输技术介绍一

　　一、 电缆传输方式

　　各种信号在电缆中传输时,根据该信号在当初设计时的驱动情况，在其对应的标准电缆中本身的驱动能力大致如下:

　　1、SDI:在1694A(SCFB)电缆中，可传输大约300米，该电缆相当于18AWG或RG6/U，对应国内型号是SYV75-5，但75-5电缆指标要差许多，计算距离时要注意。

　　2、HDSDI:在上述电缆中可传输100米。

　　3、DVI信号:在24AWG标准下,1600×1200×60可传7米,1280×1024可传10米，1024×768可传13-14米，但当线号下降时线径变细后，距离会缩短，下面会单独讨论。

　　4、HDMI信号:在24AWG标准下，1080p可传15米，1080i和720p可传输25米左右。

　　5、DP信号:应该与HDMI信号相同，也可达15米。

　　以上种种，都是在标准的电缆中的情况，但在实际应用中，我们所能采购到的电缆是非常不同的，尤其是以DVI和HDMI电缆为甚。比如，一些短的电缆如1.5米、2米、5米等，由于是定长的，所以厂家在生产时，就不会使用24AWG的线缆，而可能是28AWG，甚至32AWG的线缆(尤其在MINI HDMI中，这样可以节省成本)。但对我们的工程应用就要造成很大麻烦。因为我们的信号从源头开始一直到显示为止中间要经过许多设备，有许多处要用电缆联接，原则上讲，每一级设备都会对信号进行“再生”不应该影响图像的质量，但一般的设备对其中的时钟信号是无法“再生”的，在锁相过程中“抖动” 会不断加大。如果在短距离时使用细线，虽然距离短，但时钟的“抖动”与长距离时差不多，这样会影响到级联使用的。因此建议用户购买时要注意，看其线缆的标准情况，最好还是选用标准电缆，尤其是级数较多时。另外在做接头时，所采用的工艺不同，对电缆的传输特性影响也很大，如压接工艺指标好一点，但压接的接头牢固程度差一点，而焊接的一致性较差。因为我公司有为电缆生产研制的电缆测试设备，在实际使用中，会有大量的焊接接口的错误被发现，误码率的差别巨大，一般厂家对长线会进行误码分析，短线往往不会，因此短线时更要注意，或者准备一套数字诊断包，对所用电缆进行一次测试，你会发现误码的差距。而系统中一旦发生误码了，就会永远误下去，无法再纠正了。

　　在电缆传输时，由于距离的限制，有时需要用电缆驱动器(中继)进行延长，该类设备在原理上，是先将信号进行预加重，根据要传输的距离进行均衡调节，可延长传输距离，现在有些成品电缆的电缆头中加有该设备，但只能是定长的。如果是可外加的驱动设备，往往在实际应用中有缺陷，因为要供电，而在传输过程中中途供电可能并不实际，因此应用的好像不多，实际上，如果要进行多次中继，就不如换其它方式传了。

　　二、网线传输

　　除了SDI、HDSDI外(其本身的驱动能力较强，所能传输的距离足够长了)，DVI和HDMI都存在网线传输的问题，DP目前好像还没有这种应用。这是由于如果采用标准的DVI或HDMI电缆价格较贵，较好的标准线确实要做到30-40元RMB/米，如果要传20-30米，电缆钱加上驱动器的钱，成本比较高。而网线就非常便宜，因此出现了网线传输DIV和HDMI的设备，原则上，好的网线如23-24AWG的网线，可将信号传输40米-60米左右，但在实际应用，有许多问题要特别注意。

　　1、对网线的要求较高

　　网线的质量对传输距离影响很大，有些线能传40米，有些线传10米都出问题。由于发送和接收芯片中都含有均衡调节部分，针对不同质量不同长短的网线，均衡调节是很麻烦的事情。因此有时我们建议用户在采购网线设备时也一起采购指定的网线，如特定的几种品牌和型号。因为这些线经过测试与匹配，在应用时麻烦也少许多。不建议在市面上随便买网线用到工程中。

　　2、抗干扰能力

　　由于DVI与HDMI的频率都在1G左右，而手机等设备的频率也在此波段，因此除原有电机、荧光灯等干扰外，手机的干扰也很明显。根据我们的实验测试，当手机距网线1-2米时就会有干扰，当手机在距设备1-1.5米时，也会有明显的干扰(手机型号不同，干扰的距离也不同)，这对实际应用影响较大。一般的网线由综合布线部分完成，一旦出现干扰有时只能换线，很难解决。根据我们的实验结果，采用屏蔽网线，甚至是双屏蔽网线，并将屏蔽层直接焊到网线头上(用金属头而不是水晶头)的金属上，可有效减少干扰，另外，设备本身的防辐射性能要做考虑，这样可以有效许多。

　　三、光纤传输

　　数字光纤传输的特点以前的文章中做过许多介绍。光纤应用的特点是①光电隔离，不存在许多干扰。②传输距离很长，在多模情况下，应能达到550米，在单模时可达20KM。③光纤成本很低，拉一条光缆可含很多光纤，易施工。

　　1、单模(Single-Mode)光纤：光纤口径很细，在10μm左右，由于口径很小，因此光线在其中传输时所走的路径基本一致，是按单一模式完成的，因此色散小，可传输距离较长，但其安装配合时耦合很困难，光模块成本高，光纤本身便宜一点。

　　多模(Multi-Mode)光纤：口径较粗，有50和62.5μm两种。由于口径大，光纤在其中作全反射时会有许多不同的模式，路径长短差距大，色散严重，(在光纤中，有三种色散模式，即模式色散、材料色散、波导色散，单模光纤中基本不存在模式色散)，传输距离近，但光耦合安装容易，模块本身便宜，但光纤稍贵一点(相比单模用的材料多)。国内多模一般为62.5μm的，用户在选用设备和光纤时应注意，否则光纤与设备不匹配会影响使用。光纤也有其性能指标，类似“带宽距离乘积”，表现该光纤在某一频率时的最远距离。

　　2、单纤传输与多纤传输

　　SDI与HDSDI，目前有许多光纤传输设备，由于SDI就一路信号，无疑是用单纤传输。DVI与HDMI信号，其含有4路通道，因此应占用4条光纤传输，由4路光发射器将每路信号分别调制成光信号，各自占用一条光纤传输，收端反之。这样作非常简单，但其缺点是要有4对光模块，且占用4条光纤。可以设法利用一条光纤传输，其优点是光纤与光模块用量少，资源占用少。办法有二：其一，利用波分复用，光模块将信号调制到某一频率的光波上传输，如850nm、1310nm、1550nm，如果利用四路不同频率的光波分别调制四路信号，如分别在1510、1530、1550、1570nm， 在发端利用光学器件(波分复用器)，将四路光合成起来变成一路光信号，收端再利用光器件将四个不同频率的光信号拆分出来(类似多棱镜分光的原理)，重新得到四路光信号。这样作的优点，只占用一条光纤，在长距离或超长距离传输时资源占用少。缺点：①波分复用器不便宜，2其热稳定性与损耗不太理想。第二种方法，利用数字合成法，将四路数字信号合成为一路数字信号，如将1.485G的HDMI信号合成为5.6G的数字信号，再利用一对光模块和一路光纤完成传输。其优点依然是节省了信道资源，但其缺点也很明显。①数字合成的芯片很贵(至少目前贵)②所能完成的带宽有限，例如无法将四路1.485G信号合成，只能降低频率，如无法实现1080p的单纤，只能做到1080i的单纤③光模块的指标要提高，如原可用1.25G的模块，现在要5.6G模块，成本也要高许多。

　　因此在实际使用时，要统筹考虑采用哪种方式，当然以距离为标准的选择很容易，长度大于500米就选单模的，小于500米可选用多模的，多模虽然光纤稍贵，但设备便宜。如果光纤资源有限，情愿多花钱，多担风险，那就上单纤，如果资源不紧张，我们建议还是用多纤的合理。

　　3、光纤的要求

　　光纤有口径的区别，尤其多模，50和62.5μm的要多加注意，否则在光耦盒时损失较大，而且光纤也有性能上的不同，主要指标是色散和衰减，如果在长距离传输时，应考虑选用色散和衰减小指标好的光纤。

　　4、光设备的供电

　　其实设备供电很简单，直接上外接电源就可以了，但在DVI输出信号中包含有电源，因此与之相连发端的设备，如光设备、传网传输设备等，就有可能由DVI口直接取电。按照DVI口标准，其可供的电流有限，大致55mA，如果外接设备的耗电小于该规定参数，是可以利用其供电的，但个数也不能多，因为牵扯到前端设备的整体供电问题。如用32×32的DVI矩阵，如果所有端口都由DVI口供电，32个外设的电流是很大的，而矩阵本身不可能预留大的电流(否则该设备也太贵了)，因此外设上都要能自行供电。当前的外设包括光设备或网线设备都有自供电的能力，这在工程使用中没有问题。

　　5、光的切换、分配、中继等问题

　　无源的光分配和切换是可行的，但对光的功率损失也是明确的。如分配，既使我们不考虑分配器的损失，仅将一路光信号分成两路，光功率就损失一半，因此都是要靠无源光器件完成分配虽然便宜，但不实用，传输距离会锐减。因此一般都用电信号的分配，经分配后上光发送。如果距离很近，理论是可以用一套光发设备，将电信号变成光信号后用无源光器件进行分配，这样子减少光发送器的数量，但距离要计算好，防止光功率不够。无源光切换就很昂贵而且切换规模很小，目前好像只有4切1的器件，也贵得很。利用光器件完成切换目前看不合实际，目前也未见到真正的光切换器，目前的光切换应该称为光接口的切换器，都是将光信号转为电信号，在电信号上切换，再转为光信号输出。光中继由光检测，前置放大，主放大判断，再生电路与驱动电路组成，完成均衡放大，识别再生和再定时，不是个便宜的东西，所幸我们一般用不上。

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