Chapter 6 數字視頻介面——專業視頻分量介面

來自專欄 Video Demystified

這篇主要介紹專業視頻分量介面。

上圖列出了用於專業視頻的並行和串列數字介面標準。

從圖中我們可以看到，對於不同的解析度、不同的採樣頻率、串列/並行，數字介面的標準也不同。

視頻時序

我們知道，一個採樣線上的數據，可以分為消隱期的數據和有效視頻數據。有效視頻數據傳輸視頻的像素值，而消隱期的數據是沒有用的（從模擬視頻上採樣的數據）。因此，我們可以在消隱期傳輸一些和視頻相關的數據，比如數字音頻、圖文電視、字幕等等。

消隱期的開始和結束也就是有效視頻的結束（EAV，End of Active Video）和開始（SAV，Start of Active Video）。SAV和EAV序列的優先順序必須高於有效視頻數據或輔助數據，以保證視頻正常傳輸。

視頻時序是通過三個時序信號進行控制的，行消隱信號H、列消隱信號V、場信號F。

H：0→1，進入場消隱，有效視頻結束，此時是EAV序列。

H：1→0，結束場消隱，有效視頻開始，此時是SAV序列。

F和V只能在EAV處發成改變。

專業視頻分量介面可以使用8位或10位。10位中0x000~0x003和0x3FC~0x3FF範圍內的值作為時序信息，8位中的0x00和0xFF作為時序信息。

EAV或SAV序列包括以下數據，F、V、H、P3、P2、P1、P0。

P3=V⊕H P2=F⊕H P1=F⊕V P0=F⊕V⊕H

P3、P2、P1、P0是保護位，用於糾錯。

上圖是EAV或SAV序列的例子，數據可以是8 bits也可以是10 bits。

如果P3、P2、P1、P0和F、V、H不相符，會進行糾錯，糾錯原則如下表。

下面舉一個視頻時序的例子。

在上述例子中，首先是EAV碼，首先是前導碼3FF、000、000，這個前導碼是固定的，代表EAV開始，之後的XYZ代表EAV所攜帶的信息。EAV後是消隱期，消隱期要結束時，是SAV碼，和EAV碼相似。SAV碼後是有效視頻數據。

輔助數據

輔助數據用於消隱期內發送非視頻數據信息（字幕、音頻等）。也就是說，在行消隱期，輔助數據在EAV和SAV間傳輸；在場消隱期，輔助數據在SAV和EAV間傳輸。

在消隱期內可以提供多個輔助數據包，如同時提供音頻和字幕，但是輔助數據包之間必須是連續的。

輔助數據不能包含10位值0x000~0x003、0x3FC~0x3FF，8位值0x00、0xFF（它們用作時序信息）。

具體的輔助數據包格式如有需要，參見Video Demystified。

並行介面

1. 25引腳並行介面
2. 93引腳並行介面
3. 應用

25引腳並行介面

這類介面主要用於傳輸SDTV解析度、格式為4:2:2的YCbCr數據。傳輸10位或8位數據時鐘。

Y有10個數據位，標稱範圍0x040~0x3AC；消隱期內，如果沒有提供數據，Y為0x040。

CbCr有10個數據位，標稱範圍0x040~0x3C0；消隱期內，如果沒有提供數據，CbCr為0x200。

93引腳並行介面

這類介面是用於對HDTV解析度的RGB數據、4:2:2的YCbCr數據或4:2:2:4的YCbCrK數據進行變換。

傳輸4:2:2 YCbCr數據時，G通道載入Y信息，R通道載入復用的CbCr信息。

傳輸4:2:2:4 YCbCrK數據時，G通道載入Y信息，R通道載入復用的CbCr信息，B通道載入K（alpha通道）信息。

Y有10個數據位，標稱範圍0x040~0x3AC；消隱期內，如果沒有提供數據，Y為0x040。

CbCr有10個數據位，標稱範圍0x040~0x3C0；消隱期內，如果沒有提供數據，CbCr為0x200。

RGB和K有10個數據位，標稱範圍0x040~0x3AC。消隱期內，如果沒有提供數據，RGB為0x040。

應用

可以用一個或多個並行介面在設備之間傳輸各種視屏格式。

Video Demystified中舉了很多視頻時序的例子，可以參看一下，加深自己對數字視頻時序的理解。

串列介面

並行格式可以轉換為串列格式，轉換如下圖所示。

如圖所示，並行的4:2:2視頻數據有10位，該並行數據首先經過移位寄存器（Shift Register）轉化成串列的數據，並且採樣時鐘也要變成原來的10倍（10×PLL），此外，要進行加擾（Scrambler）處理。

在實際的數字通信過程中，信息流在經過編碼處理後，可能會出現連續的「0」或連續的「1」，這樣破壞了「0」碼和「1」碼的平衡，這樣將影響位同步的建立和保持。而加擾則是通過一個偽隨機序列對輸入的傳送碼流進行擾亂處理，二進位數字信息做「隨機化」處理，變為偽隨機序列，避免這種情況出現。

上述就是加擾的意義，具體加擾的演算法原理不做介紹，解擾（Descrambler）是加擾的反運算。

經過加擾處理後，我們就得到了串列數據。

如果原來是8位數據，串列化之前，在EAV和SAV期間，編碼0x00和0xFF擴展為10位的0x000和0x3FF。其他8位數據串列化之前在最低有效位後加兩個0。

下面是一些常用的串列介面。（串列數字介面，Serial Digital Interface，SDI）

SD-SDI，270Mbps串列介面，用於將27MHz的並行數據流轉換為270Mbps的串列數據流。10倍PLL使用27MHz時鐘信號來生成270MHz的時鐘。這種介面主要用於480i和576i的4:3系統。

SD-SDI，360Mbps串列介面，用於將36MHz的並行數據流轉換為360Mbps的串列數據流。10倍PLL使用36MHz時鐘信號來生成360MHz的時鐘。這種介面主要用於480i和576i的16:9系統。

ED-SDI，540Mbps串列介面，用於將27MHz或54MHz的並行數據流轉換為540Mbps的串列數據流。10倍PLL使用54MHz時鐘信號來生成540MHz的時鐘。這種介面主要用於480p和576p的系統。

HD-SDI，1.485Gbps或1.4835Gbps串列介面，用於將74.25MHz或74.176MHz的並行數據流以復用的方式轉換為1.485Gbps或1.4835Gbps的串列數據流。20倍PLL使用74.25MHz或74.176MHz時鐘信號來生成1.485Gbps或1.4835Gbps的時鐘。這種介面主要用於HDTV系統。