在SDI(Serial Digital Interface)的傳輸中, 會需要使用到SDI的影像訊號源, Coax cable及SDI的訊號接收端, 而通常一般的產品, 不是做SDI的影像訊號源, 就是做SDI訊號的接收端, 而有些設備在SDI訊號的接收端做SDI daisy-chain, 同時會做SDI訊號的接收端, 也會有一路SDI loop through, 做SDI的影像環出.
一般來說, 專業型的攝影機, 專業型的影像錄影機或是專業型視訊轉換器, 都會有SDI的影像訊號源, 但是這些專業的設備都非常的貴, 當然也有一些設備, 是使用HDMI設備, 搭配HDMI to SDI轉換器來當作SDI的影像訊號源, 但因為HDMI在clock jitter的規範較寬鬆, 若使用品質較差的HDMI to SDI轉換器, 產生的SDI的影像訊號源的jitter有可能也會超過SMPTE標準規範, 另外有些特定的pattern, 是為了測試特定元件的效能, 而這些pattern並不是一般單純的影像畫面, 所以也無法單純的用HDMI to SDI轉換器來達成.
因為SDI所支援的影像格式有非常多, SDI本身的data rate就從最低速的SD-SDI 270Mbps, HD-SDI 1.485Gbps, 3G-SDI 2.97Gbps, 6G-SDI 5.94Gbps及12G-SDI 11.88Gbps; 每個不同的data rate又都有不同的解析度, 像是480i, 576i, 720p, 1080i, 1080p, 2160p等, 在12G-SDI的4K格式, 又分成3840x2160p及4096x2160p兩種不同的解析度; 還有分不同的frame rate, 像是24f, 25f, 30f, 50f, 60f, 100f及120f, 在SDI設備還會有比較特別/1.001的frame rate, 23.98f, 29.97f, 59.94f; 甚至是在color space取樣格式上都有不同像是RGB444, YCbCr444, YCbCr422, YCbCr420; 取樣的bit數也有分8 bit, 10 bit及12 bit; 另外在3G-SDI部份, 有分3G level-A, 3G level-B, 6G-SDI及12G-SDI又有分single-link, dual-link, quad-link, 甚至還有非SMPTE規範標準的SQD格式, 要能做到那麼多種不同格式的影像訊號源也還真的不容易.
目前所知道的SDI pattern generator, 有的是使用HDMI pattern generator, 搭配好的HDMI to SDI converter來設計, 這樣的好處是可以一魚兩吃, 看是外掛一個converter在外面, 或是把converter當插卡式的做成擴充模組; 或是使用FPGA來設計不同的video timing, 搭配使用SDI的SERDES IC來做到SDI pattern generator, 但如果是專業的量測設備, 除了能產生SDI pattern之外, 還要能量測SDI訊號的品質, 包含SDI的swing是否有符合800mVpp, over/under shoot, rising/falling time, 另外還要能夠量測timing jitter及alignment jitter, 要能夠量測那麼高速訊號的訊號品質, 這些專業的設備當然價值不菲.
這篇的主要重點, 就是如何使用Semtech GS12170的12G-SDI/HDMI 2.0 bridge IC來做到SDI pattern generator的功能, 雖然上面提到SDI data rate, color space取樣格式, 取樣的bit數, frame rate等都是可以選擇的, 但單純使用GS12170的pattern generator功能則是有限制的,只有support 6G-SDI及12G-SDI等兩種data rate, 在不使用外部SDI訊號輸入下, 6G-SDI模式會輸出最常用的3840x2160p 30f YCbCr422 10bit的video格式, 而12G-SDI模式下, 輸出最常用的3840x2160p 60f YCbCr422 10bit的video格式, frame rate並無法額外設定.
若是搭配外部HD-SDI或3G-SDI的1080p訊號源, 則可以解鎖frame rate的限制, 若是使用HD-SDI輸入, 使用GS12170的MUX功能, 轉成6G-SDI輸出, 若非1080p的HD-SDI訊號格式則會無法動作, 相同的, 若是使用3G-SDI輸入, 使用GS12170的MUX功能, 轉成12G-SDI輸出, frame rate的部份, 就可以依照外部SDI輸入訊號源來改變.
雖然這個SDI pattern generator只能做到6G-SDI及12G-SDI的輸出, 但對於生產部門需要投資高額的SDI pattern generator做測試設備, 或是已經有HD-SDI/3G-SDI的SDI pattern generator, 可以用最低成本升級成6G-SDI/12G-SDI的SDI pattern generator, 也能算是一個可行的方案.
Semtech GS12170 Pattern generator mode選擇(資料來源:Semtech)
Semtech GS12170 Pattern generator的pattern選擇(資料來源:Semtech)
Semtech GS12170 Pattern generator的pattern種類(資料來源:Semtech)
Semtech也針對GS12170來做12G SDI pattern generator, 在Youtube上提供了兩個demo video, 一個是不需要外部SDI輸入的external clock mode, 一個是使用外部SDI輸入的DDI reference mode.
GS12170 S2S PG External clock mode:
https://www.youtube.com/watch?v=6344eG1phbA
GS12170 S2S PG DDI reference mode:
https://www.youtube.com/watch?v=MYlbf0Zf2Ms
Q&A 1
Q:為什麼會需要SDI pattern generator?
A: 主要是因為SDI訊號是NRZ這種0/1的串列訊號, 在遇到長0或長1的時候, 會有訊號還原出錯的可能, 但這並不是一般的畫面可以測試出來的, 所以才會需要pattern generator來產生特定的pathological patten來做測試.
Q&A 2
Q:是否單純使用Semtech GS12170就可以做到pattern generator的功能.
A:除了GS12170之外, 至少還需要搭配GS12281 12G SDI CD才能做到pattern generator的功能,
若是搭配外部HD-SDI或3G-SDI的1080p訊號源來解鎖frame rate的限制, 還會需要額外的3G EQ GS3241.
Q&A 3
Q:使用GS12170做的pattern generator, 是否可以輸出SD-SDI, HD-SDI及3G-SDI的pattern?
A:GS12170的pattern generator只能輸出6G-SDI及12G-SDI, 無法輸出SD-SDI, HD-SDI及3G-SDI的pattern.
Q&A 4
Q:使用GS12170做的pattern generator是否有價格競爭力?
A:若是已經有3G-SDI pattern generator, 可以向下相容SD-SDI, HD-SDI, 這樣搭配GS12170 來補足6G-SDI及12G-SDI的部份, 算是滿有競爭力的; 若是沒有3G-SDI pattern generator, 使用GS12170做的pattern generator, 還是能先測試6G-SDI及12G-SDI較高速, 對效能較敏感的部份.
Q&A 5
Q:Semtech GS12170做的pattern generator可以產生幾種pattern?
A:基本上有標準的14個pattern, 另外還可以加上一個客制化的pattern.
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