V oblasti televízneho vysielania,{0}}veľkého{0}}živého vysielania a profesionálnej audiovizuálnej oblasti (Pro-AV) bolo SDI (Single Component Serial Interface) vždy kľúčovým priemyselným štandardom vďaka svojim nekomprimovaným charakteristikám, nízkej{2}}latencii a vysokej-spoľahlivosti. Keďže sa však rozlíšenie videa vyvinulo z 1080i na 4K a dokonca aj na 8K (zodpovedá 3G-SDI, 12G-SDI a dokonca 24G-SDI), inžinieri často čelia kritickej voľbe týkajúcej sa prenosu na dlhé{14}}vzdialenosti: pokračovať v potenciáli koaxiálneho káblového prenosu alebo úplného stláčania
Ako inžinier s rozsiahlymi skúsenosťami s modulárnymi technológiami spracovania a prenosu signálu bude tento článok objektívne analyzovať aplikačné hranice oboch technológií zo štyroch dimenzií: fyzikálne charakteristiky, útlm signálu, požiadavky na šírku pásma a skutočné náklady na inžinierstvo.
I. Základné úvahy: Útlm signálu a fyzikálne limity prenosovej vzdialenosti
Či už ide o koaxiálny kábel alebo optické vlákna, hlavným nepriateľom-prenosu na veľké vzdialenosti je útlm. Veľkosť a prejav útlmu sú však v rôznych fyzických médiách úplne odlišné.
1. Koaxiálny kábel: Vyššia frekvencia, kratšia vzdialenosť
Koaxiálne káble (napríklad štandardný Belden 1694A alebo ekvivalent) prenášajú vysokofrekvenčné elektrické signály. V dôsledku kožného efektu a dielektrickej straty sa útlm signálu dramaticky zvyšuje s frekvenciou.
3G-SDI (približne 3 Gbps): Bezpečná prenosová vzdialenosť cez-kvalitný koaxiálny kábel je zvyčajne okolo 80 – 100 metrov.
12G-SDI (približne 12 Gbps): Na prenos signálov 4K 60Hz sa frekvencia signálu výrazne zvýši. Aj pri vysokovýkonnom-automatickom ekvalizéri je prenosová vzdialenosť koaxiálneho kábla zvyčajne obmedzená na 45 – 60 metrov.
2. Optické vlákna: Takmer revolučne nízky útlm
Káble z optických vlákien prenášajú optické signály a ich strata pochádza predovšetkým z rozptylu a absorpcie skleneným médiom.
V jednotnom{0}}vlákne majú bežne používané vlnové dĺžky 1310 nm alebo 1550 nm extrémne nízky útlm (strata je len zlomok decibelu na kilometer).
Či už ide o 3G-SDI alebo 12G{3}}SDI, prenosová vzdialenosť káblov z optických vlákien zvyčajne začína na 10 kilometroch a pri spárovaní s prijímačom s vysokou{5}}citlivosťou môže dosiahnuť dokonca 40 alebo 80 kilometrov.
II. Porovnanie kľúčových technológií
V praktickom inžinierskom návrhu zvyčajne vytvárame viacrozmerný model hodnotenia:
Hodnotenie Rozmery: koaxiálny kábel vs. optické vlákna
Fyzické prenosové médium: medené jadro, tieniaca vrstva, vysoko{0}}frekvenčné elektrické signály vs. kremenné sklo/plast, optické signály
Odolnosť proti elektromagnetickej interferencii (EMI): Citlivá na vysokonapäťové káble, rádiové vlny a vysokovýkonné motory
Hmotnosť a priemer kábla: ťažší, hrubší, väčší priestor na kabeláž v porovnaní s extrémne ľahkým, tenkým, jednoduchým pre kabeláž s vysokou-hustotou
Výroba a údržba na mieste{0}: Medené konektory BNC káblov sa vyrábajú jednoducho, nástroje sú ľahko dostupné v porovnaní s spájaním optických vlákien/spájaním za studena vyžaduje špeciálne nástroje a požiadavky na čistenie
Oneskorenie systému: Závisí iba od rýchlosti šírenia elektrického signálu v medenom kábli vs. Zvyšuje elektro-optickú/fotoelektrickú konverziu, ale oneskorenie konverzie je v rozsahu nanosekúnd a je zanedbateľné
III. Kedy zvoliť koaxiálny kábel? Kedy si vybrať kábel z optických vlákien?
V inžinierskej logike neexistuje absolútne dokonalé riešenie, iba návrh prepojenia najvhodnejší pre daný scenár.
Scenáre, kde je koaxiálny kábel vhodný:
Vnútorné prepojenie na krátku až strednú vzdialenosť v miestnostiach s vybavením (< 40 meters): In studio racks, inside OB vans, or in areas near equipment switching systems, coaxial cable with BNC connectors offers extremely high mechanical strength and plug-and-play convenience.
Inovácia existujúcich systémov: Ak už existujúce priestory majú predinštalovaný-kvalitný 75{2}}ohmový koaxiálny kábel-, inovácia na 3G-SDI systém môže maximalizovať úspory nákladov na kabeláž nahradením oboch koncov vysokovýkonnými distribučnými zosilňovačmi s možnosťou ekvalizácie a pretaktovania.
Scenáre, kde je potrebná alebo odporúčaná kabeláž z optických vlákien:
Long distance transmission across buildings and venues (>80 metrov): Napríklad prenos signálu z kamier na štadióne do OB dodávok a prepojenie hlavných riadiacich miestností medzi rôznymi budovami v rámci veľkého kampusu.
Služby 4K/8K (12G-SDI): Keď dĺžka spojenia presiahne 50 metrov a je potrebné prenášať signály 12G{6}}SDI, najspoľahlivejším riešením na zabezpečenie integrity signálu a nízkej bitovej chybovosti (BER) je použitie optických vlákien.
Zložité elektromagnetické prostredia (napr. priemyselné areály, blízko miestností elektrární): Nevodivá povaha optických vlákien prirodzene eliminuje rušenie navíjania videa spôsobené rozdielmi zemného potenciálu (zemné slučky) a stratou/blikaním paketov spôsobeným vysoko-elektromagnetickým žiarením.
IV. Odporúčania inžinierskej architektúry: Modulárne konštrukčné schémy pre konverziu „elektro-na-optické, optické-na-elektrické“ sú veľmi vyspelé pri budovaní moderných prenosových systémov SDI.
V prípade diaľkových{0}}odpojení je všeobecne odporúčaná architektúra konvertovať elektrický signál SDI na optický signál na konci zdroja signálu (napr. výstup z kamery alebo prepínača) pomocou elektro-optického prevodníka (vysielača), preniesť ho cez kilometre vlákna s jedným-režimom a potom na prijímacom konci (napr. monitor alebo maticový vstup) použiť optický prevodník na štandardný konvertor na BNC{7}} rozhranie.
Pri navrhovaní takýchto systémov sa odporúčajú tieto dva body:
Kompatibilita patologických signálov: Signály SDI obsahujú jedinečné patologické kódy SDI (používané na testovanie a synchronizáciu). Bežné sieťové optické moduly (SFP) ich nedokážu správne prenášať; musia sa vybrať špecializované optické moduly SDI optimalizované pre vysielacie štandardy.
Rozpočet optického výkonu: Pri plánovaní prenosov na niekoľko kilometrov je nevyhnutné presne vypočítať útlm spojenia optických vlákien a straty prepojovacieho kábla príruby, aby sa zabezpečilo, že optický výkon dosahujúci prijímač je v rámci optimálneho rozsahu citlivosti čipu prijímača.
Záver: Stručne povedané, koaxiálne káble vynikajú lokálnou odolnosťou a nízkou zložitosťou systému, zatiaľ čo optické vlákno vyniká absolútnou šírkou pásma a neobmedzeným predlžovaním vzdialenosti. Prenos 3G/12G na veľkú vzdialenosť-SDI nie je- ani návrhom. Pri veľkých-projektoch je kombinácia vedenia medených káblov v miestnosti s vybavením s rozsiahlym optickým pokrytím okolo miesta konania zlatou kombináciou na zabezpečenie stabilného prenosu-signálu na úrovni vysielania.
