在前一篇博文基於Semtech GS12170 12G UHD-SDI to HDMI 2.0解決方案中, 有介紹一般在SDI應用中比較常用的SDI to HDMI的解決方案, 這個方向是一般比較常會用到的方向, 像是在醫療用顯示器或是高階的投影機上, 會需要即時且長距離的傳輸, 就可以使用SDI to HDMI的解決方案, 而且在SDI to HDMI設計上的困難度也相對比較低一些, 主要的原因是SDI訊號品質的clock jitter要求是比HDMI的clock jitter要求更嚴謹的, 所以收到SDI訊號後, 要將SDI的訊號解出來, 再轉成HDMI的訊號輸出, 在過程中, clock jitter部份並不會有無法滿足HDMI clock jitter要求的狀況, 所以在SDI to HDMI的設計上, 相對會比較單純, 但相反的, 如果是這一篇博文主要介紹的HDMI to SDI的方向, 因為HDMI訊號的clock jitter規範是比SDI訊號要求的clock jitter還要大, 所以如果直接將收到的HDMI訊號解出來, 再轉成SDI的訊號輸出, 在SDI訊號的量測設備所量測到的結果, 都會有clock jitter超標的狀況, 這個部份就需要特別的處理, 來解決clock jitter超標的問題.
在12G UHD-SDI還沒有推出之前, 若要使用SDI介面傳輸到4K/60f的影像, 可以使用4路3G-SDI的傳輸介面來做傳輸, 但因為使用到4路3G-SDI, 就會需要使用到4條同軸電纜, 一個是使用4條同軸電纜的成本會比較高, 另一個是4條同軸電纜的重量並不輕, 在佈線上也會比較麻煩, 不過使用3G-SDI來傳輸的好處是在使用相同的同軸電纜, 在3G-SDI的傳輸距離會比使用12G UHD-SDI來的遠, 例如使用廣播應用上常用的Belden 1694A cable, 在3G-SDI的傳輸距離可以到190~200M左右, 但一樣使用Belden 1694A cable, 在12G UHD-SDI的傳輸只有80M.
在Semetch最新的12G UHD-SDI/HDMI 2.0 bridge IC還沒推出前, 要做到HDMI 2.0 to 12G UHD-SDI的應用, 難度是比較高的, 可以參考下圖的HDMI 2.0 to 12G UHD-SDI方塊圖, 使用HDMI 2.0的RX將HDMI 2.0的訊號轉成parallel video data, 因為這個parallel video data的排列方式與GS2972的排列方式不同, 並無法直接對接, 會需要一個FPGA來處理video mapping的問題, 並將輸出的parallel video data轉換成GS2972所需要的排列方式, 讓4顆GS2972輸出4個符合SMPTE 2SI規範的Quad link 3G SDI訊號, 再由Semtech GS12070 Gearbox做速率轉換, 將Quad link 3G SDI輸出single link的12G UHD-SDI訊號, 經過了四級的轉換後, 終於可以產生出12G UHD-SDI的訊號, 但如同前面所提, 這樣轉換出來的12G UHD-SDI訊號, 基本上clock jitter都是會超過標準規範的, 所以通常在FPGA做video mapping時, 會加上一顆clock cleaner或PLL, 讓FPGA參考一個jitter非常小的clock, 在做video mapping過程中, 讓parallel video data重新做sample動作, 輸出一個clock jitter很小的parallel video data給GS2972, 在GS2972轉成3G-SDI時, 就能產生一個能符合3G SDI clock jitter規範的訊號, 這樣在經過GS12070轉成12G SDI後, 也一樣可以符合12G UHD-SDI規範的訊號.
使用上述的方式來設計HDMI 2.0 to 12G UHD-SDI轉換, 因為需要4顆GS2972, 除了多增加IC成本之外, 還增加了不少PCB使用面積, 這也是增加額外的成本, 外殼機構變大也是成本, 因此可以考慮將GS2972的parallel video data to 3G-SDI部份, 使用FPGA來實現, 因為FPGA的SERDES部份只需要3Gbps即可, 在FPGA的成本上差異不大, 但會需要使用FPGA的3G-SDI IP, 設計的困難度也會上升, 但這樣最大的好處是簡化的HDMI 2.0 to 12G UHD-SDI的設計, 並降低了較多的成本; 當然還有更進階的方式, 將GS12070 Quad Link 3G轉12G UHD-SDI的部份, 也整合進FPGA裡, 但這就需要更高階, 有12Gbps SERDES的FPGA, 設計困難度也是最高的, 在使用高階FPGA的散熱也會是一個大問題.
在GS12170 HDMI 2.0/12G UHD-SDI bridge的推出之後, 將HDMI 2.0 to 12G UHD-SDI轉換的部份, 變的容易了, GS12170的封裝大小只有12mm x 12mm, 最大功率< 2.4W, 在一般使用下雖然還算熱, 但還不致於需要加上散熱片或風扇來降溫, 比起有12Gbps SERDES的FPGA在功耗及散熱上, 有不小的優勢, 尤其是HDMI 2.0 to 12G UHD-SDI的部份, 大多都應用在camera端, 而camera本身的空間就不大, 對散熱及功耗更是斤斤計較, 加上GS12170搭配PLL後, 可以大幅降低HDMI所造成的clock jitter過大的問題, 讓12G UHD-SDI的輸出可以符合SMPTE的規範.
由於HDMI cable的傳輸距離最長大約3~5M, 對於要架設會議室的投影機, 為了美觀會需要佈線, 這樣的距離傳輸距離是不足夠的, 這樣就可以考慮使用HDMI extender, 在這個應用下, 會同時使用到HDMI to SDI及SDI to HDMI的轉換, 這一樣可以使用GS12170 HDMI 2.0/12G UHD-SDI bridge來實現, 只是在HDMI的輸入及輸出端都會接HDMI cable, 所以會額外需要使用HDMI re-driver, 以確保HDMI的訊號品質.
在架構上可以參考下面的方塊圖, 左邊是HDMI輸入, 經由HDMI re-driver後給GS12170轉成12G UHD-SDI, 再經GS12281 12G UHD-SDI cable driver後輸出, 12G UHD-SDI使用Belden 1694A coax cable的傳輸距離可以到75 ~ 80M, 若是使用佳耐美 5.5C coax cable則可傳輸到100 ~ 110M, 這樣的傳輸距離在佈線上已經綽綽有餘; 右邊的是12G UHD-SDI輸入, 經過GS12341 12G UHD-SDI EQ後, 進GS12170轉成HDMI訊號, 因為HDMI需要使用cable傳輸, 所以也需要加上HDMI re-driver再輸出, 這樣就可以完成HDMI Extender的應用.
評論