IP攝影的考驗往往不在傳輸，因為IT網通本身即是成熟領域，但畫質卻zui容易讓人詬病。至于HD-SDI監控系統的關鍵不只在圖像，反而在于傳輸。高階感光元件與影像處理元件近乎唾手可得，但如何用對元件，維持高畫質傳遞，確保長途不失真，就是一門學問。
　　
　　距離一拖長就感到吃力
　　
　　畫面清晰、沒有延遲、方便控制和遠端儲存管理，說起來都容易，但高清化之后就變成難題。不論高清影像是否經過壓縮，非網絡化的圖像信號能傳得多快多即時，能跑到多遠距離，對安全監控而言是非常嚴酷的考驗。所以我們說高清的考驗是傳輸，傳越遠就越兇險。正如我們熟悉的SDI，其規格概念不來自影像領域，而是指一種傳輸方式，是信號發射與接收端（Tx和Rx）的技術。
　　
　　與近幾年流行的IP監控Datacom概念迥異，不透過IP網絡架構，直接傳輸HD影像的方式，在CCTV領域迅速燃燒。
　　
　　從Gennum和Stretch主導的HDcctv聯盟于2010年點火開始，HD-SDI成為安防制造重鎮的顯學。
　　
　　一時之間，觀念更新、研發的艱辛、殺出紅海的期盼，在安防HD化的過程中交織而糾結。對CCTV族群而言，HD究竟是比較容易，或者其實比較難，是不易回答的論題。包括設備相容性、影像信號的純度、傳送的距離、低延遲性要求、后端壓縮效率、影像分析的效能、電力供應、控制信號、與IP網絡的介接，顯示播放的格式，甚至是電子物料成本本身，都已是極大考驗。到底目前市面上有幾種實現SDI的方案？該具備哪些相關技術？除了SDI還有哪些HD替代架構？即時影像是不是*要求？光纖或其他線材有沒有機會？種種HD系統開發上的疑惑，我們透過Tx和Rx的探討來跨越。
　　
　　SDI功能由不同單元組成
　　
　　現今我們在安防R&D圈中看到的SDI芯片方案，甚至包括FPGA，早在2007年就多已成型。在當時美國的傳播媒體展（NAB2007）中，芯片廠針對3G-SDI（第三代序列數位介面）各自推出不少解決方案。這些公司包括Gennum（現已并入Semtech），NationalSemiconductor（NS，現并入德州儀器）、Altera與Xilinx等。
　　
　　其中Gennum日后發展出GV7600/GV7601芯片在安防之所以有名，除了是HDcctv的推動主力，另一方面也是將Tx和Rx等離散型的芯片架構整合為一的緣故。例如其發射端（Tx）的芯片就是串列器（Serializers）加上電纜驅動器（CableDrivers），而接收端（Rx）芯片即為解串列器（Deserializers）加上電纜等化器（Equalizers），可精簡攝像機和DVR的設計。
　　
　　現任Semtech亞太區業務許文隆就表示：“因為我們芯片的成功來自廣播電視領域的肯定，因此會有許多客戶的研發單位，將我們發表于安防應用的GV7600和GV7601運用在其他相關領域如電視墻、醫療內視鏡及MachineVision等。”
　　
　　事實上，例如將HDMI信號延伸至100公尺以上的轉接器和Extender設備，確實都可以有不錯的發揮。這相當程度注解了SemtechCanada（Gennum）芯片的品質能力。未來SemtechCanada也將陸續發表植基于現有安防應用芯片的附加功能新芯片，如由監控端透過同一條同軸電纜，向攝像機端傳輸控制信號、聲音等資料的解決方案。
　　
　　從技術面拆解來看，SDI全名是串列數位介面，是一系列由SMPTE（TheSocietyofMotionPictureandevisionEngineers）電影動畫和電視工程師協會所定義的格式。這種SDI標準串列介面都用于傳輸未壓縮且無延時的數碼視頻信號，同時能嵌入Audio音訊和Data控制碼。SDI標準目前有五種，其中SMPTE-292M標準的HD-SDI，主要用于廣播級視頻的數位視訊介面，它以1.485Gbit/sec傳送720P及1080i的畫面格式。
　　
　　此外，還有俗稱為3G-SDI采用SMPTE424M標準規范的高解析晰電視定義格式，可提供2.970Gbit/s為1080P的高速影像資料傳輸介面。
　　　　
　　在安防運用上，是采用HD-SDI與3G-SDI居多。而要實現這種傳輸架構，除了同軸纜線（包括接收端設備內）和BNC接頭，它主要是靠幾個元件共同組成。以TI（NS）推出各別芯片種類表示，包括電纜等化器（Equalizers）、電纜驅動器（CableDrivers）、時脈重整器（Reclocker）、串列器（Serializers）、解串列器（Deserializers）、影像時序控制器（VideoTiming）和其他特殊控制功能的IC等。這就表示在HD安防的SDI芯片陣營中，就粗分為整合型如Semtech（Gennum）和TI（NS）的離散式等兩種典型。其余推出分離型元件，還有EqcoLogic和Mindspeed等公司。
　　
　　SDI芯片整合程度影響設計
　　
　　至于SDI芯片的另一種區分法，尤其在安防中會比較明顯的，就是單路和多路的差別，主要是指高速解串列器（Deserializers）方面，是否有4路整合的情況。目前所知能夠有4路的方案，大多由FPGA擔綱，如Lattice、Altera和Xilinx；即使有如韓國SiliconGear公司開出整合HD等級MUX與4路解串列器單顆芯片，其實里面仍為FPGA本質。至于何時真正能有ASIC是4路合1，或許等市場更穩定成熟，就會有些安防老牌芯片廠推出產品。特別說明，等化器（Equalizers）則不適宜作多路整合，這牽涉過于密集的電路布線與干擾等問題。
　　
　　此外，SDI包括CableDriver和Equalizer等元件，都含有混合信號技術，在并入德州儀器（TI）以前，NS就是的類比芯片供應廠。而*，原本TI在數位方案，包括DSP/SoC等許多方面，對于安防IP攝像機和DVR/NVR設備主控芯片端，就已具備強大的支持力道，在安防業界起指標性作用。合并NS除了讓TI的整體類比芯片實力壯大，事實上對HD安防的設計方案更別具意義。
　　
　　于今年四月CompoSec（第四屆安防電子技術論壇），德州儀器負責SDI產品的講員，資深應用工程師曾祥華，就已經發表前后端類比和數位芯片的整合設計，TI已能針對無壓縮HD攝像機和HD-DVR提出更整體的解決方案，讓新架構導入更為順暢。
　　
　　TI（原NS）各類SDI元件配合精簡FPGA，與Semtech（原Gennum）的SDI芯片在延長傳輸距離，簡化系統設計方面，于安防應用面正延續2007年以來的競爭。
　　
　　光是細究SDI技術領域，各種透過IC半導體來實現HD傳輸的方式，顯然已呈現多元的樣貌；當然也有很多人討論到這樣的高畫質信號，或許可采用HDMI或是DVI的通道，如單以HD-SDI來定義這種不壓縮的高畫質方案不恰當。基于信號格式傳輸及方便施工與替代性，以BNC這樣的SDI連接器，對監控應用zui有利，相對也就被大量采用，并成為HDcctv聯盟極力推動的一種標準格式。
　　
　　HDcctv與長距離的考驗
　　
　　目前，“HDcctv傳輸距離較短”是許多安防工程商常提出的問題之一，就算用同軸電纜也只能逼近150公尺，這使得系統設備商仍須提供延長和中繼設備（Repeater），其中都必須要內建Tx和Rx，也就是SDI芯片，如果再加上電力供應和控制信號，就容易墊高成本。
　　
　　許文隆表示：“因應安防行業的需求，特別有針對Rx改版為GV7601A，較先前的版本可多提供增加60公尺傳送距離，總共可達200公尺遠。”
　　
　　針對SDI傳輸配套方案，有些工程端已靈活運用光纖來轉接，延長傳輸距離。這樣的考慮方向，直接形成光纖材料和模組在安防的新機會點，從今年的CompoSec安防電子展上，也能觀察風象。目前有些系統制造商已經開始重視這個問題，除了積極開發新的3G-SDI產品，以傳輸速率來增加SDI的傳輸距離外，同時也會選擇FPGA設計架構去設計HD-SDI的Tx芯片。
　　　　
　　例如可采用Dirac影像壓縮技術，以達到無壓損失（losslesscompression）的無中繼傳輸，zui遠距離能達到300公尺的效能。
　　
　　同樣能將不壓縮原始影像信號傳遞達150公尺（或說同在150公尺限制內），還包括zui近以色列的IC設計公司ValensSemiconductor所推動的HDbaseT方案。
　　
　　比較特別之處，是不透過HDMI傳輸，不像SDI一樣走同軸電纜，也不是透過LVDS介面電路，而是經由一般zui常見的cat5e/cat6a網絡線（LANCable）進行傳輸，也就是我們很熟悉的RJ45網絡接頭。目前首波推出一對Tx和Rx芯片，并聲明是針對安防應用開發，可傳遞無壓縮和高音質1080P@60fps影像，150公尺zui大延遲僅10微秒。
　　
　　芯片兼容性設計
　　
　　IP高清在傳輸過程中需要進行壓縮編碼及解壓等工作，數據在傳輸過程中，會出現丟包，網絡擁堵等問題，從而導致視頻畫面延遲，而且IP高清存在不穩定、易死機等安全隱患，以及各個品牌產品兼容集成復雜等問題，導致市場越來越青睞于穩定性、實時性效果好的HD-SDI高清產品。
　　
　　恒業智能安防（深圳）有限公司營銷中心的靳雨蓓表示，目前，SDI芯片雖然都可以向下兼容（1080P、1080i、720P），但從設計上除了要考慮視頻數據量大以外，還要評估CPU性能，以及在并行數據處理能力方面。同時信號輸出接口：包括串行器（Seralizer）、電纜驅動器CD（CableDriver）等電路等也是需要考慮的方面。其中，串行器也稱之為發送器（Transmitter），主要實現將CPU輸出的10BIT/20BIT視頻數據按SMPTE規定的編碼標準調制成標準SDI信號發送出去。
　　
　　同時，HD-SDI攝像機的數字編碼影像信號格式與不同廠牌HDDVR仍然存在兼容性的問題，以及HD-SDI攝像機在采用不同HDMI纜線材質時傳輸會出現不同程度的干擾。
　　
　　其實對于設計人員來說，他們更關心的還是芯片兼容性問題。部分半導體廠家如NS、GENNUM等不同廠家的三個不同速率的均衡器（EQ）管腳封裝都是一樣的，各芯片都是向下兼容的，如支持3G速率、HD-SDI等，只需更換相應的均衡器EQ型號，硬件設計與PCB都不需要做改動即可大大降低研發成本。同時也針對不同的客戶需求，實現產品種類的多樣化。
　　
　　再者，低成本FPGA也可滿足要求，前端接收器（Receiver）集成電纜均衡器EQ、SERDES等電路，導致FPGA前端器件成本增加。接收器主要作用是實現將SDI信號轉換成10BIT/20BIT并行數據輸出。接收端具體采用哪種方案，需要綜合考慮：
　　
　　1、需要有一定的FPGA開發經驗積累，周期難以預料，但易維護，產品功能容易實現多樣化。
　　
　　2、關于SDI轉換與處理基本都是通過硬件芯片實現，開發周期短，可以快速將產品推向市場。
　　
　　HDbaseT將網絡線當影音信號線
　　
　　用網絡線來跑高畫質影音信號當然是新鮮的，就像是我們的DVD或BD藍光機，甚至手持裝置的周邊接到電視螢幕，都用網絡線來當信號線的情況。網通相關技術勢力的滲透力自是不容小，但是發揮在這個面向上確實少見。
　　
　　HDbaseT聯盟早在2010年便已挾著電力、控制信號、網絡資訊流、音訊、高畫質的五合一功能，向HDMI介面下戰帖，所以也可以方便將其看為走網絡線的HDMI。除了ValensSemiconductor，包括LG、Samsung和Sony都是核心成員，不難感受其企圖心。
　　
　　ccHDtv用數位電視技術傳安防影像
　　
　　有了SDI方案的前車之鑒，如今HDbaseT對于將方案推廣到安防市場更具信心。Valens的亞太區總監林浩原表示：“我們zui大的競爭對手就是自己！當其他方案為了HD影像的傳遞效能，已全力而為之，而VS020剛剛起步，在規格面卻已產生先天的優勢。”
　　
　　回歸安防設計的本質
　　
　　除了要選擇方案，有幾種關于安防的備選技術，可優先排除，避免徒增研發和應用障礙。
　　
　　首先是攝像機和儲存設備間，關于TCP/IP的繁瑣設定。高畫質一定透過網絡設備來實現嗎？前端就進行影像壓縮工作的影響為何？影像分析于何處用哪一種資料格式進行？
　　
　　上述的HD傳輸芯片供應端，已用無壓縮影像的高速連結方案提出示范。然而，如果我們關心安防工程端，勢必能察覺上述理想化方案，SDI傳輸格式列表名稱標準位元率影像格式有一道新門檻：即時無壓縮（RAWData）傳輸！要*落實這項訴求，絕不是只更換線材的成本就可輕易實現。HD影像確實是安全監控的產品趨勢，而且不可逆轉；然而什么是HD影像呢？“不壓縮”必定不是在定義內，否則我們看過的DVD、藍光片，網絡影片，甚至HD層次的網絡攝像機都沒資格說自己是高畫質，因為這些訊源，都是經過壓縮處理。
　　
　　ccHDtv用數位電視技術傳安防影像
　　
　　松翰科技產品涂宗憲就對此表示，他相信一定有個新的設計動能，來自于HD的影像需求，并且兼顧傳輸和管理方便性，在布線上不用費力更改，就像目前類比攝像機和DVR之間讓業界累積的直覺和信賴感；不用耗費額外中繼傳輸的成本，適度的壓縮處理也能夠容許，并且對于IP網通的架構整合也帶有方便性。
　　
　　也許，我們可以期待這樣的安防攝影解決方案，會是新一波投入安防的IC設計產品發表重點。
　　
　　說到臺廠的IC，切入HD安防提供Tx和Rxzui亮眼的代表，從2012年看過來，應該就是ITE聯陽半導體，以及他們推動的ccHDtv架構。
　　
　　他們不但*實現上述HD和非IP架構的描述，而且藉用他們在數位電視領域累積的經驗，所提出技術本質為DVB-T的方案，即可實現用同軸電纜“串接”和“并接”等方式拉回儲存端管理，確實節省了布線成本耗損。透過“多對一”和“一對多”靈活的分流管理，為HD安防領域注入鮮活的研發方向。
　　
　　也許有人發現，這樣的架構在安防或許是新鮮的，然而在第四臺業者、數位電視（尤其是歐洲地區）早已行之多年。而車內收看的電視頻道，就是透過DVB-T無線傳輸。
　　
　　這意味HD無線化的可能性，也是HDcctv的架構優勢。
　　
　　聯陽半導體的資深行銷賴勝中說：“無線化或許在中國臺灣有頻道管理上的考量，但若是在閉路系統中，*就沒有這層法規和安全性顧慮。”這說法蠻務實貼近安防的系統工程實況。他補充：“建置在攝像機尾端的Tx芯片，是參考各方看法和需求性，為安防開發的全新IC，盼望使中國臺灣產業擁有堅實而創新的方案。”
　　
　　當我們本次聚焦HDcctv的HD-SDI各種芯片架構，包括FPGA、分離型、整合型芯片；參考了走上網絡線的HDbaseT，并且有多工能整合優勢；再回看中國臺灣推動的ccHDtv架構，藉DVB-T的成熟技術運用于安防；很顯然，安防對HD影像的需求是不言可喻，并且一直將非IP化列為其中一種必要的設計考量。
　　
　　不論我們是走在哪一種設計路線，盼望都伴隨一條能開創應用形態，同時也有源源不絕技術支撐的活水泉。