向高清晰度(HD)和3 Gb/s SDI(串行数字接口)的转换可以是 一个平滑的过程，问题是您对系统设施进行规划时一开始就 必须认真地按照正确的工程实践来进行。为确保工程的安装 质量，对于HD和3 Gb/s信号这样有着很高的数据传输速率 的数字信号而言，必须正确地选择适当的电缆型号。在安装 电缆的过程中，应当仔细认真，避免不正确地打褶、扭曲、 弯曲电缆或者对电缆施加种种不适当的应力，这样才能使信 号沿着电缆顺利地传输。还有，在工程安装期间，为了确保 每一链路的传输性能以及确保每一设备均符合其技术规范， 必须进行简单的测试和测量。为了解决SDI 信号的物理层问 题，使用一款带有眼图和抖动测量功能的波形监视器是必不 可少的工具。

3G-SDI 和HD-SDI 串行数字信号的物理层测试

电缆
    不同的电缆类型有着不同的物理特性，它们所允许的数字信号的传输长度也各不相同。电缆制造商一般会提供电缆的技术规范，给出各种型号的电缆传输3Gb/s、HD-SDI和SD-SDI信号时的最大推荐长度。表1给出的是某些常用的电缆型号以及它们用来传输SD(270Mb/s)、HD(1.5Gb/s)信号和3Gb/s 数据率的推荐长度。
    此外，可能还有一些其它因素会影响您选择什么型号的电缆，以及在施工过程中应注意些什么问题以保证电缆的正确安装。
    您选择的电缆的温度额定值必须适合于它所在使用环境的要求。
    您选择的电缆的物理尺寸将关系到您选择BNC 连接器的类型。
    不同粗细的电缆它允许的弯曲半径也不相同，因此，在施工期间电缆所能承受的张力也不一样。
    当您使用多扎电缆时，还应当考虑电缆自身的重量，因为在敷设电缆的过程中它可能会给电缆施加一定的重力。
    在施工时用来支撑电缆的机械夹具必须具有足够的强度。在电缆施工期间如何正确操作对于确保整个系统的正常运行是至关重要的。对于这一点，对传输3Gb/s 或HD-SDI 信号的电缆的要求比传输SD-SDI信号的电缆更为严格。在施工的过程中可能会给电缆施加一定的应力，尽管这种施加的应
力在物理上也许不会被发现，但施加的应力却会对信号在系统中的传输质量带来影响(给电缆允许的信号传输长度容限即传输余量带来影响)。如果有人踩在电缆上，或者设备车从电缆上碾过，均有可能使电缆变形。尽管您也许看不出电缆有明显的损坏，但却会给电缆的传播特性带来影响。当电缆从电缆圆盘中展开时，应当注意的是不要让电缆有任何的纽绞。
    因为纽绞的电缆可能会造成传输信号的反射。在敷设电缆时通常是沿着各种管道牵引电缆，电缆的牵引应当缓慢而稳步地进行。用猛力拖曳电缆可能会给电缆施加过大的张力而使电缆变形。在这种情况下，即便是看不出电缆有明显的损伤，但它的物理性质可能已经发生了变化，电缆的传输性能也会降低。如果是沿着不同的管道牵引多根电缆，应当使用润滑剂以减轻电缆之间的摩擦，所使用的润滑剂类型应当适合于电缆的外皮。
    为使改变电缆的敷设路径，通常需要围绕着某一物体来改变电缆的走向。每一种型号的电缆均有它的最小弯曲半径，最小弯曲半径一般是电缆直径的10倍。如果敷设电缆时弯曲半径太小，会给电缆施加一定的应力，造成电缆物理性能的变化。需要注意的是，如果敷设电缆的转角是90 度，那么就相当于给信号的物理传输路径额外增加了30 英尺的传输长度。
    有时需要将很多根电缆捆扎在一起以敷设在电缆架上或者铺放在电缆支撑槽内。大捆的电缆可能非常重，各根电缆相互之间均承受着压力，这也可能造成电缆的变形。在架设电缆时电缆的下垂量不得超过8 英寸，垂度过大同样可能造成电缆的变形。另外，架设电缆时通常使用“J”型挂钩或将一组电缆结扎在一起，一个好的实践经验是：如果您不能挪动捆扎在一起的电缆中的任一根电缆，说明这组电缆捆扎的太紧。还有，电缆结或“J”型挂钩相互之间的空间距离也是重要的。
    大多数施工人员在架设电缆时，往往从敷设的对称美观和整洁考虑，通常是按照相等的距离来分布电缆结或“J”型挂钩。实际上，这种方法可能会导致传输信号在某一给定波长处的畸变，这种畸变累积的结果会降低系统内的反射损耗1。因此，电缆结或挂钓的分布距离应当是随机的，并且可以挪动电缆捆扎结中的任一根电缆。

    当我们将电缆与设备相连接时，必须注意一扎电缆(以及电缆 到达某一指定输入端口处的弯曲形态)可能会对电缆和连接器 施加的应力。随着时间的推移，这种持续的应力可能导致电 缆导体与连接器之间的接触不良。因此，当电缆与设备相连 接时应当特别小心。在进行系统安装时，应当确保电缆的弯 曲形态和其它电缆的重量不会对您连接的电缆或连接器带来 应力。所有上述这些措施都是为了保持电缆的原始自然形 状，以保证电缆始终处于最佳的性能状态。
增强测试
    我们知道，模拟系统的性能劣化是逐渐地变差的，但数字系 统与模拟系统不同，数字系统可以在系统崩溃之前一直无故 障地工作。到目前为止，我们还没有在不中断服务即不停播 的情况下来测试SDI 信号的传输余量(富裕量)的方法，而必 须在中断服务即停播时采用增强测试来评估系统的运行状 况。所谓增强测试，指的是改变数字信号的一个或多个传输 参数直至传输误码的出现，当传输误码出现时传输参数的改 变量即为系统余量的测定值。
    我们可以从相关的串行数字视频标准( S M P T E 2 5 9 M、 SMPTE 292M 或SMPTE 424M)的技术规范出发，对系统进 行增强测试最直观的方法是添加一段电缆直至传输误码发 生。必须注意的是，尽管在SDI 信号中视频信号已被编码为 数据流，但是，就SDI 信号本身而言，在其本质上仍然是以 模拟形式传输的，它在传输过程中同样经受着模拟失真，例 如信号的衰减和相移等。为了补偿这种失真，通常是在接收 设备端使用一个适当的电缆均衡器。电缆均衡器可以补偿因 电缆传输衰减和频率响应性能的劣化而造成的信号损失和相 移。利用这种给系统信号传输添加一定长度电缆的方法，可 以用来评定接收机的性能，特别是接收机的自动均衡范围和 噪声特性。
SDI 查验场
     SDI查验场信号(也称为“病理信号”)是一种全场测试信号，因 此它必须在服务中断时即停播时才能进行这项测试。SDI 查 验场是串行数字系统特别难于处理的一种信号，因此它是一 项非常重要的测试。SDI 查验场经过专门设计以产生一种系 统最难于处理的数据串，这种数据串在加扰后具有丰富的低 频能量，SDI查验场具有两个独立的部分即分为两个半场。从 统计的观点来看，这种数据串的出现间隔是大约每场一次。 SDI 查验场的其中一个测试信号分量用来测试均衡器的运行 状况，这个分量是一串加扰的NRZI(倒相不归零码)序列，该 序列是由19个零和其后跟随一个“1”(也可以是19个“1”和 其后跟随一个零)的数据所组成。当加扰器处于某一必须的起 始状态时，将在一个单行中自始至终循环重复这个序列，且 大约每场出现一次；该序列将持续一整行直至EAV(有效视频 结束标志)包到来时结束。显然，这样的序列有着丰富的直流 分量，这将是对接收设备和传输系统处理该信号的模拟能力 的严峻考验。如果用图像显示器观看SDI 查验场的这部分测 试信号，则会有阴影信号显现在图像显示器的上方。假设显 示器输入数据序列的亮度样值为198h，而两个色度通道样值 均为300h，这时图像显示器的上方阴影呈现为品红色阴影， 如图1 所示。

    SDI查验场的另一部分测试信号是专门设计用于查验锁相环 路的性能，该信号经加扰后形成的NRZI数字序列由20个零 和跟随其后的20 个“1”组成。显然，这种序列具有最少的 过零点，这对于时钟提取是十分不利的。用图像显示器观看 这部分测试信号，它会显现在显示器的下方，如果显示器输 入数据序列的亮度样值为110h，而两个色度通道样值均为 200h，则显示器下方显现的是灰色阴影。
     某些测试信号发生器提供的SDI查验场信号可能是与上述不 同的数字序列，这样在图像显示器上呈现的就不是品红阴影 而是绿色阴影。SDI 信号的接收设备应能处理SDI 查验场测 试信号且无误码发生。必须指出，SDI 查验场是一种完全合 法的信号，但它仅适用于分量数字域而不能用于复合数字 域。SD-SDI 查验场测试信号在SMPTE 建议实践RP178 中 被定义，而HD-SDI 查验场信号在建议实践RP198 中被定 义。
     目前还没有3Gb/s SDI校验场测试信号的标准，尽管在某些 发生器例如TG700 和HD3G7 3Gb/s 发生器模块中(参见图 2 所示)已经提供了与前文相类似的数字序列。在3Gb/s 的 SMPTE 标准中定义了两个级别，即A 级和B 级。其中A 级 给出的是专为3Gb/s格式开发的映射结构，而B级则指的是 按照SMPTE 372 标准化的双链路信号且将双链路信号复合 成一路3Gb/s 数据流。因此，SDI 查验场测试信号应当分别 按照A级或B 级结构而映射为特定的方式，这样才能提供相 应的病理测试信号。
CRC 误码测试
    所谓CRC即循环冗余校验是用来校验接收数据中是否出现了 误码，并且当误码出现时可以给用户提供警示信息，甚至可 以可以发出外部声响告警。在高清晰度或者3Gb/s 格式的串 行数字流中，这种特定的CRC 数据对放置在每一视频行中， 它们分别为色度分量和亮度分量的CRC计算值。在标准清晰 度格式中，用户也可以视需要在每一场中插入CRC 数据。在 发送端对CRC 值进行计算并将CRC 计算值插入到数据信号 中，而在接收端重新计算CRC 值并与接收的CRC 值进行比 较。
     对于标准清晰度格式，CRC数据插入到场消隐期内且在切换 点之后。按照SMPTE PR165 的规定，CRC 校验是标准清晰 度格式中用来检测和处理数据误码的一种可选方法。在每一 场中，分别对全场和有效图像数据进行校验并产生长度为16 比特的数据字。全场的CRC校验的数据包括该视频场中的所 有行的传输数据，但不包括场消隐期内切换点保留行(切换点 保留行在525 格式中为第9 至第11 行，在625 格式中为第5 至第7行)的数据。有效图像CRC校验范围仅包括SAV与EAV 之间的有效视频数据字但不包括SAV 和EAV。有效视频的半 行不计入有效图像的校验范围。利用数字监视器，可以显示 出全场和有效图像的CRC 数据值，且当发生任何CRC 误码 时会发出告警信号。

     高清晰度格式的CRC 校验由SMPTE 292M标准定义，而3Gb/s 格式的CRC校验则由SMPTE 425定义。在这两种格式的SDI 信号中，CRC 值的插入位置在紧跟EAV和行序列字之后，并 且是逐行地对CRC 值进行校验。采用波形监视器，例如泰克 公司的WV R 系列或者WFM 系列可以在视频会话( V i d e o Session)的状态显示中观察到CRC 数据，如图3 所示。监视 器同时还给出了逐场的误码数。利用这一方法，用户可以沿 着您欲查验的传输路径检测出传输的误码数。
     在理想情况下，仪器显示的误码数为零，这表示该传输路径 没有误码产生。反之，如果误码数增加到每小时1 个甚至每 分钟1个，那么表示该传输系统性能劣化以至接近数字悬崖。 此时，工程师应当对该传输路径进行检查以排查引起误码的 原因。当系统接近数字悬崖时，故障的查寻将会变得更加困 难。
     当出现CRC误码时，由于接收机不能正确地再现原数据，在 图像监视器中起初可能会观察到闪烁现象(黑白像素的丢失)。 如果信号传输质量继续劣化，那么图像显示器上将失去一些 完整行或部分行，直至图像冻结甚至导致黑屏。在这种情况 下，表明信号的传输已跌入数字悬崖。为了避免这一情况的 出现，必须监视SDI 信号物理层的工作状况。
眼图和抖动监视
     WFM8300(图4)和WFM8200 波形监视器是泰克公司最近推 出的测量仪器，它们能够监视SDI 信号的物理层。WFM8000 系列平台可以用来监视3 G b / s 、H D 和S D 数字信号。     WFM8200 波形监视器还可以添加EYE 选购件。添加EYE 选 件后，用户就可以使用该仪器观察到SDI信号的眼图显示。工 程技术人员通常使用眼图以分析串行数字信号以诊断信号传 输过程中的各种问题。如果您熟悉眼图显示的相关特性，那 么，利用仪器的眼图显示，将有助于您检测SDI 信号传输路径中的各种故障。
    眼图显示是传输数据的模拟信号在示波器上的显示图形。接 收机必须能够可靠地识别这种信号的高电平和低电平，用以 提取时钟信号并恢复实时数据，同时还不应有误码产生。

   为形成眼图，仪器利用参考时钟信号来校准等效时间取样时 段。这种参考时钟是从波形监视器接收的数据信号中提取 的。测量仪器按照等效时间对接收的数据流取样，利用各个 取样的时间段以重建眼图显示。将这些取样时间段的波形叠 加在一起，就形成如图5 所示的眼图显示图形。
    利用眼图显示，可以测量的一些基本参数包括接收信号幅 度、信号的过冲、上升时间和下落时间。如果指定了时钟恢 复的带宽，利用眼图显示还可以测量接收信号中的抖动。SMPTE 标准(SMPTE 259M、292M、424M 和RP184)对信号 的上述参数以及发送器件的发送幅度均作出了规定。表2 和 图6 给出了这些技术规范的具体要求。在进行眼图和抖动测 量时，建议用户在被测器件与测量仪器之间使用一段高质量 的短电缆(一般为1米长或3 英尺长)。因为在这种情况下可以 忽略由噪声和频率滚降效应对测量精度带来的影响。另外， 在进行眼图测量时，发送器件应当送出彩条测试信号，这是 一种非增强性的测试信号。

   两个相邻的眼框之间的时间间隔可称为单位间隔(UI)，它是 时钟频率的倒数。按照SMPTE 259M 标准，数字分量525/ 625 格式的单位间隔为3.7ns，按照SMPTE 292M 标准，数字 高清晰度格式的单位间隔为673.4ps(数据率为1.485Gb/s)或 674ps(数据率为1.484Gb/s)，而根据SMPTE 424M 标准， 3Gb/s 信号的单位间隔为336.7ps(2.97Gb/s)或336.4ps(2. 967Gb/s)。在用波形监视器观看眼图显示时，用户通常习惯 于在仪器的显示屏上人工测量这些参数。但是有一个问题， 就是选择测量点时可能有些困难；信号中的取样过程和噪声 可能会给如何确定实际测量位置带来困惑。考虑到测量的一 致性，泰克公司的波形监视器能够自动地进行这些测量，自 动测量方式能够提供准确的、可重复的测量结果。例如，波 形监视器WFM8300 的选件PHY 就具有这样的功能，参见 图7。选件PHY能够自动地测量眼图的幅度、上升时间、下 落时间、过冲和抖动等。此外，如果处于全屏模式，仪器会 提供眼图幅度的直方图显示。
    串行数字接收机是在每一眼图的中心处的判决阈值上确定接 收的信号是“高”电平还是“低”电平(参见图8)，从而检 测出串行数据的传输比特是“1”还是“0”。如果使用一段 短电缆来连接发送器件和接收机，接收机中的自适应电缆均衡器将对系统产生一定的补偿效果。这时眼图会更加“开放” 即两个过零点波形沿之间有最大的距离。当信号沿着某一路 径传输时，如果信号中的噪声和抖动增加，那么眼图的眼开 度就会变窄。如果增加SDI 信号的电缆传输长度，就会造成 信号的衰减以及频率响应的跌落。这时，应当使用接收机中 的自适应电缆均衡器来补偿这种传输损耗。
    一般而言，接收机为了提取时钟和恢复数据，通常是在眼图 的中心处选择最佳的判决阈值，尽管某些接收机是在每一跳 变点之后的一固定时间处选择取样点。需要说明的是，任何 使眼图趋于闭合的效果均会给信号的接收带来不利。在一般 具有前向误码校正功能的通信系统中，可以在眼图几近闭合 的情况下同时使用均衡器和误码校正以准确地恢复数据。不 过，如果没有误码前向校正特性和在误码率较低的情况下仍 然需要对串行数字视频的传输进行校正或补偿，信号在经过 接收机中自适应均衡器处理后，其眼图应当提供相当广阔和 洁净的眼开度。这时因为信号处理过程的随机特性，闭合的 眼图带有统计学上的“尾巴”，可能会引起偶然的、但却是不 可接受的错误。另外，SDI均衡器仅用于同轴电缆的补偿或均衡，它却不能均衡或校正信号的线性失真。