SDI串行数字分量信号格式及检测方法

SDI串行数字分量信号格式及检测方法
鲍思明 江苏广播电视总台电视技术部高级工程师。

《世界广播电视》2007（9）
关键词：SDI检测方法
SDI 信号格式的主要内容
数字视频的量化范围
现以 100％彩条信号为例，说明数字分量信号对量化范围的规定。

1．亮度分量
亮度分量的模拟信号电平与其相对应的数字信号样值(即量化电平)之间的关系如图，所示。

图中示出 了 8b 量化和10b 量化 2 种情况下的对应样值，每个样值都分别以 10 进制数和 16 进制数表示其量化级数。

在 10b 量化系统中共有 1024 个数字电子，用 16 进制数表示时，其数值范围从 000 到 3FF。

数字电平 000h～003h(带下标 h 的数字为 16 进制数，下同)和 3FCh,--3FFh 为储备电平或称保护电平，这 2 部分电 平不允许出现在数据流中。

其中 000h和 3FFh 用于传送同步信息。

模拟信号进行 A/D 变换时，其电平不允许超出 A/D 的基准电子范围，否则会发生限幅，产生非线性失 真，所产生的谐波在抽样后会引起频谱混叠。

因此，标准中规定了储备电平，即使模拟信号电平达到储备 电平范围仍不会发生限幅，防止了混叠失真。

但储备电平的数字不进入数据流。

D/A 后恢复的模拟信号也 不会出现储备电平范围的信号。

004h～3FBh 代表亮度信号的数字电平；040h 为消隐的数字电平；3ACh 为白峰值的数字电平。

标准规定的数字电平留有很小的余量：底部电平余量为 004h～040h，顶部电平余量为 3ACh～3FBh， 数字分量方式对亮度信号中的同步部分不抽样。

由于调整的偏差和漂移， 通过滤波器和校正电路产生的过； 中都会扩大模拟视频信号的动态范围，所以在消隐电平以下和峰值白电平以上都留有余量，以使余量范围。

内的信号不失真地进行数字传输。

上下余量称为“Headroom”
8b 字的数字信号可以通过 10b 字的数字设备和数字通路，只要在 8b 的最低位后加两位 0 即可，在输 出端再将两位 0 去掉，恢复 8b字数字信号。

2．色度分量
图 2 示出 CB分量的模拟电平与 8b 和 10b 量化电平之间的关系。

图 3示出 CR分量的模拟电平与8b 和 10b 量化电平之间的关系。

用 10b 量化时，量化电平为：16 进制数 004～3FB，共 1016 级表示 CB 和 CR 信 号。

消隐(即零电平)的量化电平定为 200h，模拟信号的最高正电平对应的数字电平定为 3CAh，最低的负 电平对应 040h。

所规定的顶部电平余量为 3CAh～3FBh，底部电平余量为 004h～040h，其作用同亮度信号 的电平余量。

储备电平范围与亮度信号相同。

数字视频定时基准信号 TRS
串行数字分量标准规定，不直接传送模拟信号的同步脉冲，而是在每一行的数字有效行数据流之后， 通过复用方式加入 2个定时基准信号 TRS，在行消隐期间留出 8个数据字的位置，用于传送定时基准信号。

TRS 由 EAV(有效视频行结束)和 SAV(有效视频行起始)提供。

EAV 和 SAV 各由 4 个宇组成，对于 625/50 扫 描标准，EAV 的位置是字 1440～1443，SAV 的位置是 1724～1727。

在场消隐期间，EAV 和 SAV 保持同样的 格式。

EAV 和 SAV 的 4个字数列可用 16 进制表示为 3FF、000、000、xyz，前 3 个宇 3FF、000h、000 是定时 标志的固定前缀，只为 EAV和 SAV 同步信息的开始做出标志。

xyz 代表一个可变字，其格式如表 1EAV/SAV 中的“xyz”字格式所示。

“xyz”的每个位具有以下功能：bit 9(固定比特)始终为 1，bit8(F-bit)“xyz”字是一个 10b 字，
是场标志，在逐行扫描系统中始终为 0；在隔行扫描系统中，F=0为第一场，F=1 为第二场。

bit 7(V-bit) 是场消隐标志，V=1为场消隐期，V=0 为有效视频行期间；bit6(H-bit)是行消隐标志，H=1 表示 EAV(有效 视频行结束)；H=0 表示 SAV(有效视频行起始)，bit 5、4、3、2(保护比特)对 F、V 和 H 比特数据中的错 误提供有限的校正。

Bit1、bit0(固定比特)设置为 0，以便兼容 8b 量化接口。

全场中每一行的 SAV 和 EAV 都必须符合表 2 中
规定的位置和数值。

(表内数据为 16 进制)。

辅助数据及其插入格式
辅助数据分为行辅助数据(HANC)和场辅助
数据(VANC)。

10b 的 HANC 数据允许插在所有从 EAV 开始到 SAV结束期间的数字行消隐内。

场辅助数据(VANC)只允许插在场消隐期间从 SAV 结束到 EAV 开始前的各有效行内。

VANC 信号是 8b 信 号。

HANC 和VANC 每个辅助数据块都以 16 进制的 3 个字 ADF(辅助数据标志)数据字 000、3FF，3FF 开始， ADF 的 3 个字位于场正程每行紧跟着 EAV、场逆程每行紧跟 EAV 或 SAV 以及紧跟在前一组嵌入数据之后； 为了能适应 10b 和 8b字的设备， 必须把储备范围量化电平的所有数值都视为等效的16 进制的 000 和 3FF。

在不嵌入辅助数据的行场逆程期间，必须在 Y 信号对应位置填充 16 进制 040，在 CB、CR 信号对应的 位置填充 16进制 200。

当附属数据区有辅助数据嵌入时，辅助数据的格式应符合《GY/T 160-2000 数字分量演播室中接口中 的附属数据信号格式》，《GY/T161-2000数字电视附属数据空间内数字音频和辅助数据的传输规范》。

辅助数据区目前主要用于嵌入音频和 EDH 数据误码检测的传送。

采用嵌入音频，可以将音频信号复用在SDI 数字视频中传输，减少传输系统的设备，避免传输造成视 频信号与音频信号延时的不一致。

嵌入音频以块(Block)形式打包。

AES/EBU规定，每个 192 帧的序列(从 0 到 191帧)形成一个块。

每一 帧包含 2 个子帧(子帧 1 和子帧 2)或通道(通道 1 和通道 2)。

每个子帧表示一个音频通道，前置码 X 和 Y 用以识别音频通道 1 和音频通道 2，前置码 Z 用以识别块的起始和音频通道 1。

每一个子帧由 32b 组成， 其中音频数据为 20b(SMPTE272M 的最低实施标准)。

形成一个辅助音频流时，2帧(4 个子帧或 4 个通道)成 为一组。

2个抽样对分别来自2个AES/EBU串行数据流(2路AES/EBU数字音频信号)。

每组包含2个抽样对，
串行数字分量信号的消隐期间可传送 16路 AES/EBU的嵌入音频信号。

GY/T161-2000《数字电视附属数据空间内数字音频和辅助数据的传输规范》规定了音频及扩展数据在 附属数据空间的嵌入位置：
(1)音频及扩展数据应放置在除切换行第 6/319 行(625 行系统)及紧临切换行之后的第 7/320 行(625 行系统)以及用于放置 EDH 错误检出校验字第 5/318(625 行系统)之外的 EAV 与 SAV之间的数字行消隐内。

音频及扩展数据放置在切换行第 6/319 行(625 行系统)及紧临切换行之后的第 7/320 行(625 行系统)时， 在节目切换点会损坏音频及扩展数据，并可能产生干扰噪声。

(2)必须在可用的附属空间(数字行消隐)内 EAV定时基准信号之后，立即嵌入音频及扩展数据。

SMPTE RP165(EDH 错误检测和处理方式)在标准清晰度格式中定义了数据误码检测和处理方法。

EDH 错 误检测和处理方式可在系统运行中在线检测和处理系统的故障。

它是基于在并串变换器(串行器)中对每一 场视频信号进循环冗余码(CRC)计算。

在数字传输系统中，当数据不能完整无错地到达时，循环冗余校验 可为工作人员提供信息甚至声音告警。

在标准清晰度格式中，可将它插入到每一场中。

在发送端，对 CRC 进行计算并把它插入到数据信号中，在接收端对 CRC重新计算并与接收的CRC 数据相比较，如果比较的数 值不一致，即表示有误码，错误检测数据用一段长时间内的误码秒(有错的秒数)表示。

在标清格式中，EDH 错误检出校验字放置在第 5/318 行(625/50 系统)。

全场和有效图像数据是分别进 行校验的，每场产生一次 16-b CRC 字。

全场 CRC 校验包含除了用于场消隐切换保留行(在 625行标准中为 第 5～7 行)以外的全部传输数据。

有效图像 CRC 校验只包含有效视频数据字，它们位于 SAV 和 EAV之间但 不包括 SAV 和 EAV。

有效视频的半行不包含在有效图像 CRC 校验中。

数字监视器可以提供 CRC 数值的显示 和任一 CRC误码的告警信息。

EDH 分别检测有效图像数据、全场信号数据和辅助数据 3 个部分的数据误码，EDH 标志脉冲指示出各 部分数据的误码情况，各部分数据误码标志脉冲各有 5 个，它们分别是 EDH，EOA、IDH、IDA 和 UES 脉冲 标志。

各标志脉冲的定义为：(1)EDH(此处检测到误码)。

表示在本检测点检测到一个串行数据误码。

(2)EDA(已经检测出来误码)。

表示一个串行数据误码已经在上游被检测出来。

(3)IDH(此处检测到设备内 部误码)。

表示设备内检测到与串行传输无关的硬件误码。

(4)IDA(已经检测出来内部误码)。

表示收到一 个 IDH 标志即在上游发生了一个硬件误码。

(5)UES(未知误码状态)。

表示接收到一个没有插入 EDH 信息的 串行数字信号。

切换行数据格式
第 6、319 行的正程期间和第 7、320 行的逆程期间不能有辅助数据嵌入，在 Y 信号对应位置填充 16 进制 040，在 CB、CR信号对应的位置填充 16 进制 200。

SDI 信号格式检测的重要性
在串行数字分量系统中，通常人们更关注串行数字分量系统的通道指标，如 SDI 眼图幅度、过冲、抖 动、上升和下降时间等，而忽略了数字系统的 SDI信号格式是否符合标准的规定。

在串行数字分量系统中， SDI 信号格式的检测十分重要。

SDI 信号格式错误会影响数字设备互连时 SDI 信号数据的正常还原。

音频 及扩展数据放置在切换行第 6/319 行(625 行系统)及紧临切换行之后的第 7/320 行(625 行系统)时，在节 目切换点会损坏音频及扩展数据，并可能产生干扰噪声；嵌入音频数据包位置放置错误将不能解复用出音 频信号；一些设备EAV/SAV定时基准信号数据字中的XYZ 字格式错误也是比较常见的。

笔者曾处理过这样 的故障：新闻中心传送至播控中心的新闻节目，在经过国内某知名厂家生产的播出延时器后，监视器上屏
后来用泰克VM700T视(音) 幕下端的新闻节目字幕显示不出来。

此故障现象困扰了较长时间一直未找到原因。

频测量仪对经过播出延时器后信号进行 SDI-Format 检测分析，发现 XYZ 字格式错误，厂家将播出延时器 有些行的 XYZ 字中的bit 7(V-bit)场消隐标志写错了。

将该信息反馈给厂家，重写芯片后即排除了这一故 障。

SDI 信号格式(SDI-Format)的检测
使用泰克VM700T视(音)频测量仪提供的SDI-Format或SDI-AncData测量项目可以对SDI串行数字分 量信号格式进行检测并找出格式错误的原因。

(1)应用SDI-Format 测量，检测 SDI 信号格式
选择 SDI-Format测量项目，可以提供连续的实时串行数字分量信号格式的检测。

SDI 信号格式测试可 检测如下错误：信号丢失，视频行、消隐、场长度出错，EAV/SAV 放错位置，辅助数据出错，音频辅助数 据出错，不合规定的亮度信号和色度信号，EDH错误检出校验出错等。

在泰克 VM700T 视(音)频测量仪的数字视频测量项目主菜单中选择 SDI-Format 测量项目，进入 SDI-Format Monitor(SDI 格式监测)测试界面，见图4SDI Format Monitor(SDI 格式监测)。

在未检测出 SDI 格式错误时，图 4 中 SDI 信号格式检测项目的单元格内以白底黑字显示“0”标志 (Elapsed 单元格除外，该单元格用于误码秒测试所经历的时间)，否则，以黑底白字显示方式给出相应的 出错信息。

SDI 信号格式出错信息如表 3 SDI信号格式出错信息表所示。

为了确定图 4 中SDI 格式出错的物理位置(位于第几行)，可触摸以黑底白字方式显示的出错单元格， (例如 XY(Z))， 再触摸 SDI Format Monitor的 Error Map 选择框，进入下级 SDI 格式出错图形显示界面， 错误 SDI 格式的物理位置如图6 所示。

在显示出错的EAV 及 SAV 分别位于 161～177行之间及193～209 行 之间。

(2)应用 SDI-AncData测量，检测 SDI 信号格式。

选择 SDI-AncData 测量项目，可对辅助数据进行检查和分析，这可以帮助我们分析辅助数据的错误。

在泰克 VM700 T 视(音)频测量仪的数字视频测量项目主菜单中选择 SDI-AncData 测量项目，进入
SDI-Ancillary Data Analyzer display(SDI 辅助数据分析显示)测试界面，见图 7 SDI 辅助数据分析显示。

在 SDI Ancillary Data Analyzer display 测试界面中触摸 Find Error 选择框，进入下级寻找出错 显示模式界面，见图 8。

在图 8 中显示第 1 场第 30 行的 SAV 字中的 XYZ 字 000 出错(000 以黑底白字方式 显示)。

在图 8 的下端提示 EAV/SAV Bit 9 Invalid(EAV/SAV Bit 9 无效)，Bit 9 在该出错的 XYZ 字中为 0，正确值应为 1。

在图 8 界面触摸 Find Next Back，wards 选择框或 Find Next Forwards 选择框，可向后或向前寻找
下一个错误数据字。