(接上期)
HD-SDI光傳輸裝置的選擇方法
在引進HD-SDI光傳輸裝置的時候，必須要注意選擇的產品是否符合SMPTE標準。另外，即使是按照SMPTE規格生產的裝置之間也有可能發生匹配方面的問題，這是需要注意的。還有一點是必須考慮的，那就是作為SDI的檢測，要根據SMPTE PR198的規定使用包含許多直流成分的、稱為檢查過濾信號的檢測信號，并能夠無誤的將其進行傳輸。
因此裝置必須是面向廣播傳輸、在傳輸帶寬或比特率、編碼方式的設計與其他通信設備有所不同，不同的裝置設計就不能使用。
如上所述，必須事先了解HD-SDI光傳輸裝置是否能夠傳輸以上的檢測信號。
首先要了解一下HD-SDI光傳輸裝置的一般構成。對于用于HD-SDI的裝置或模組，需要考慮是否存在帶寬不足，或者有無內置進行波形補償的電纜均衡器及進行波形整形的時鐘恢復器等問題。
另外，有時可能需要請廠家對裝置進行實際性能的演示或進行測定評價。
除了以上要求外，還需要考慮裝置是否滿足其他方面的要求規格。比如說裝置的大小尺寸、要傳輸的信道數等等。再進一步，還可能考慮除了HD-SDI信號以外、能否同時滿足傳輸SD-SDI、AES/EBU信號或MPEG2-TS信號等規格要求。
HD-SDI光傳輸裝置的標準構成
信號發射機（E/O：電-光轉換器）、信號接收器（O/E：光電轉換器）的標準方框圖如圖6所示。
在此就各個部分進行說明。
·電纜均衡器（Cable Equalizer）
通過同軸電纜傳輸高頻信號的時候，信號與頻率平方根成反比進行衰減。所以衰減量根據所用電纜的長度而變化。為了補償這種衰減量就要用到電纜均衡器。
圖7表示的是衰減造成的損失與補償的關系。另外，圖8是經由50m同軸電纜傳輸的HD-SDI的波形與被電纜均衡器均衡過的波形的示意圖。
電纜均衡器將電纜中發生的抖動成分直接輸出。
·時鐘恢復器（Reclocker）
時鐘恢復器的作用是通過對信號波形進行整形，使眼圖的開口變大。
時鐘恢復器將輸入的HD-SDI信號使用PLL（鎖相環路）提取時鐘信號進行再生，利用再生的時鐘信號對時間再度進行調整，從而使波形得到整形。
此時PLL的帶寬決定了低頻的抖動成分得以直接輸出，而高頻的抖動成分由于被抑制，結果是抖動能夠被除去。但是這個高頻抖動的振幅如果超過0.2UI就會引起閉鎖時間錯誤，結果可能造成數據的誤碼。
圖10是通過時鐘恢復器使眼圖開口變大，高頻抖動被除去的波形示意圖。
·激光二極管（LD）與激光驅動器（LD driver）
激光二極管的作用是將電信號轉換成光信號，通過注入電流就能夠容易的進行光的連續發射。另外通過電流的ON/OFF可以實現對光輸出ON/OFF的控制。根據這樣的特征，將本來是1和0的連續信號的HD-SDI信號借助激光驅動器調制成光的ON/OFF信號。
激光驅動器不只是把電流注入到LD中，還進行APC（自動功率控制）控制，穩定光輸出。一般來說因為LD模組進行APC，內置有監視LD發光功率的光電二極管（Photo Diode），將此監視輸出反饋到激光驅動器使輸出功率得以穩定。
因為APC反饋時間常數對傳輸帶寬與響應有影響，所以需要具備能夠傳輸SDI信號的特征。
·光電二極管（PD）與TIA（轉移阻抗放大器）
在信號接收一端，把以光的形式傳輸的HD-SDI信號轉換成電信號。作為光接收元件需要使用與信號發送器一端的發光元件（LD）相同光波長與波長感度特性的二極管，根據射入光的水平輸出相應的電流。另一方面TIA將從二極管接收的電流轉換成電壓并進行低阻抗的輸出。因為光接收器發生的雜音（熱雜音、發射雜音）會使信噪比發生劣化，對光的接收靈敏度造成重大影響，所以要求具備低噪聲特性。
通常二極管與TIA集成在一個模組里面，根據規格的不同可能有的低頻濾波不能滿足前述檢測過濾信號的帶寬要求，而無法傳輸，這是需要注意的。
·限制放大器（后級放大器）
對在TIA轉換成電壓的信號增幅到規定的水平。此增幅的信號要在后段的時鐘恢復器進行波形的整形。
·電纜驅動器
電纜驅動器按照SPMT292的規定對信號的振幅、上升下降時間進行調整，以75Ω的阻抗輸出HD-SDI信號。
HD-SDI光傳輸裝置的評價與測定
即使對于同樣按照SMPTE292進行制造，性能方面也會因廠家或產品而異。換言之就是良莠不齊。為了更透徹的認識，需要采用一定的方法對HD-SDI光傳輸裝置的性能進行評價和測定。
·眼圖測定
串行數字視頻信號的品質確認中要用到眼圖的測定。這對于評價通過光傳輸裝置或回路的信號品質是有用的。
由HD-SDI信號發生器將彩條信號輸入到被測光傳輸裝置，最后用HD-SDI波形監視器對恢復的SDI電信號進行測定。波形監視器不顯示基帶模擬波形，而是測定眼圖。
在此測定信號的上升、下降時間、過沖、下沖、振幅水平等是否符合規格（SMPTE292）。
·抖動測定
SDI中規定有2種抖動。一種是定時抖動，這是包含在信號中的抖動的總稱，規定為包含從10Hz到時鐘頻率的1/10即HD-SDI的場合為148MHz的頻率成分的抖動。10Hz以下的抖動可以因漂移而除外。原因是測量裝置難以生成不受10Hz以下的漂移影響的穩定的基準時鐘。
SDI的另外一種抖動是校準抖動。規定為包含從100Hz到與定時抖動一樣148MHz的頻率成分的抖動。因為以時鐘再生為目的的PLL通常不能跟蹤過高的頻率，所以測量的目的是驗出有對數據有影響的、難以跟蹤的有代表性的抖動數值。
作為容許抖動值，定時抖動值規定為1UI、校準抖動值規定為0.2UI（Unit Interval）。1UI是一個時鐘周期，在HD-SDI的場合按照1.485Gb/s計算1UI=673.4psec，0.2UI就相當于134psec。[Page]
抖動的測定與眼圖一樣采用波形監視器進行。
關于抖動
對于像HD-SDI這樣的連續傳輸系統，以下列舉的特性會影響數字信號的矩形波形，數據由“0”變“1”或者由“1”變“0”的時間點的變化稱之為抖動，表現為從時間的理想位置的微小變動。
1.振幅水平的衰減
2.因帶寬限制造成的波形位移
3.傳輸路徑的群遲延時間位移
4.阻抗不匹配造成的波形位移
5.因為半導體元件造成的非線形位移或雜音
6.耦合造成的直流偏置
7.串擾或者外來噪音等等
一般來說，數據即使包含了這樣的抖動，只要電纜均衡器的輸出能夠充分確保眼圖，并且能夠獲得穩定的時鐘信號的話，在信號接收端就可以對數據進行正確的再生。實際上因為時鐘要從傳輸的連續信號中提取，所以再生時包含了信號中的抖動。像這樣包含抖動的再生時鐘因為邊緣位置向眼圖開口部位的中心附近移動，對時間進行修正，所以在包含低頻成分的抖動較大的場合信號接收數據也不會發生誤碼。但是隨著抖動的頻率增高，時鐘的跟蹤難度也會加大，就會最終不能對時間進行修正而發生數據的誤碼。基于這樣的理由對抖動的測定，對裝置、回路或信號的品質進行評價是重要的。
·光傳輸的抖動
上面所說的是由電氣原因造成的抖動，另一方面在光纖中存在光插入損失或分散等低品質情況，也以抖動的形式表現出來。分散中又包括波長分散與模分散，在SMPTE規定的SM（單模）光纖中的問題不是模分散，而只有波長分散。
波長分散是因為光纖內部各種波長的傳播速度存在極微小的差異而造成的，這相當于同軸電纜的群遲延。標準光纖的波長分散在1310nm的場合呈現零特性，所以使用1310nm的光傳輸裝置由于波長分散的損失是最小的。
·通過檢查過濾信號進行疲勞試驗
SMPTE292中規定的測試信號為彩條測試信號，使用檢查過濾信號會給傳輸回路造成很大的負擔，由此可以對回路或系統是否出現動作錯誤進行診斷。
診斷方法是使用帶有CRC驗出機能的波形監視器。通過該機能可以驗證接收到的信號中是否有錯誤。
檢查過濾信號（病態信號）
SDI的信道編碼方式采用擾頻NRZI，這樣作的目的是減少信號傳輸中的直流成分（連續的1或者0）。但是，對于某些特殊的數據排列還是會發生連續的1或者0的情形。這種場合下的直流成分可能會引起HD-SDI光傳輸裝置以下問題。
1.引起電纜均衡的變動而使抖動增加、信號劣化。
2.由于信號的變化點少而使時鐘恢復器的再生時鐘頻率的穩定性劣化。
3.LD驅動器的APC時間常數的相關信號水平的穩定性劣化。
4.由于光信號接收模組（PD/TIA）的低通帶寬特性而使信號劣化。
5.因為限制放大器的DC偏置取消的帶寬特性造成的信號劣化。
6.其他因信號的耦合時間常數的影響造成的信號劣化。
由于上述信號的劣化或者回路的穩定性劣化，結果可能造成信號接收端產生誤碼，對于這樣的狀態有必要進行檢測。
SMPTE RP198中規定有這樣的檢測信號，通過故意加重直流成分，以對其影響進行評價，這樣的信號稱之為檢查過濾信號或者病態（Pathological）信號。
這種負擔有2種形式，一種是電纜均衡器試驗用的一個“1”后面連續跟著19個“0”，另一種是20個“1”后面連續跟著20個“0”，信號的變化點很少，時鐘信號難以提取，故用作鎖相環路（PLL）性能的檢測。
這樣的狀態發生一次以后至下一個EAV之前會連續發生，成為強大的疲勞信號，在EAV肯定要進行重新設定，所以最長連續1行，從概率來看，HD-SDI的加擾次數為9次，發生率為1行/512行。
紫色的上半部分是電纜均衡器試驗用的疲勞波形發生的信號畫面，灰色的下半部分是數據變化點少的時鐘恢復器試驗用的疲勞波形發生的信號畫面。
關于CRC（Cyclic Redundancy Check）
HD-SDI使用CRC校驗活動數字行或與之連接的EAV數據錯誤。
該方法專業性強，有難以理解的地方，在此進行簡單的說明。
首先，在信號發送端把活動數字行的連續數據以及EAV數據約38000比特與既定的18比特數據相除，計算出余數，作為CRC數據一起進行傳輸。
在信號接收端對接收的數據進行同樣的計算，求得CRC，如果傳送過來的CRC與信號接收端計算出來的CRC一致的話就可以說數據沒有錯誤。
CRC分別計算亮度信號與色差信號，能夠檢測出各行的每個數據錯誤。
·嵌入音頻測定
有的類型的波形監視器搭載有嵌入音頻信號的監視機能或者水平表示機能，通過SDI信號的狀態就能夠嵌入音頻信號。
裝置評價的舉例
下邊介紹一下實際使用波形監視器測定的波形。
此波形是由信號發生器通過10m的同軸電纜直接輸入到波形監視器而觀測到的波形。可以看出被噪音埋沒，眼圖完全潰亂了。
該波形是剛才的信號（經由100m同軸電纜）通過EO（佳耐美電氣制造EO-100）轉換成光信號，再經過20km的光纖通過OE（佳耐美電氣制造OE-101）重新轉換成電信號以后的波形。因為E/O搭載的電纜均衡器以及E/O、O/E雙方搭載的時鐘恢復器的作用，波形的眼圖得以完全的展開。
圖14是附加有2MHz的抖動成分約0.4UI的波形。
圖15表示的是圖14的信號通過EO與OE，然后再與剛才一樣通過20km的光纖進行傳輸的波形。
因為E/O、O/E中搭載的時鐘恢復器對抖動起到抑制作用，所以抖動值由340psec變成了122psec，得到了改善。
SMPTE規格以外的光傳輸裝置
以上的陳述都是針對SMPTE規格的光傳輸裝置進行的，根據具體情況有時要求將HD-SDI信號進行更長距離更大容量的傳輸，這時要用到SMPTE接口規格中未被定義的規格。比如說為了使用功率預算而必須提高發光功率，或者為了現有回路及有效利用回路條數而需要使用1310nm以外的發光波長的激光，或者是不經壓縮而直接以IP數據包的形式利用SDH/SONET網進行長距離傳輸等。（全文完）[Page]