Serial Digital Interface (Serial Digital Interface)

Последовательный цифровой интерфейс (англ. Serial Digital Interface, SDI) — семейство профессиональных цифровых видеоинтерфейсов, стандартизованных обществом инженеров кино и телевидения.

История

Первая редакция стандарта была разработана МСЭ-Р в 1986 году как Рекомендация CCIR-656, которая определяла последовательные и параллельные интерфейсы телевизионного студийного оборудования для передачи цифрового компонентного видеосигнала уровня 4:2:2.^[1] Рекомендация МСЭ-R BT.656 (бывшая CCIR-656) также редактировалась и дополнялась в 1992, 1994, 1995, 1998, 2007 годах.^[2].
В том же 1986 году на выставке в Хьюстоне штат Техас был продемонстрирован первый цифровой последовательный интерфейс.^[1]
Дальнейшая проработка характеристик для реализации последовательных интерфейсов была опубликована Европейским вещательным союзом в 1991 году в EBU Tech. 3267.^[3]
Детализацию стандарта и разработку новых взаимосвязанных стандартов проводило уже общество инженеров кино и телевидения SMPTE. Первый стандарт, SMPTE 259M, принятый в 1993 году (с последующей редакцией 1997 года), регламентировал передачу 4:2:2 компонентных и композитных цифровых видеосигналов в телевизионных системах с 525 строками и с 625 строками по последовательному цифровому интерфейсу.^[4].
Позже вышли стандарты, описывающие передачу сигналов высокой чёткости. В 1996 году опубликован SMPTE-292M, описывающий последовательный цифровой коаксиальный и волоконно-оптический интерфейс для компонентных сигналов HDTV с потоками от 1,3 до 1,5 Гбит/с. Получил распространение как HD-SDI.
В 2002 году опубликован стандарт SMPTE 372M передачи видео высокой четкости формата 1080i/p по двум линиям связи 1,5 Гбит/c.
Новый стандарт 3G-SDI, позволяющий передавать видео 1080р50 по одному кабелю в 2005 году опубликован в Рекомендации ITU-R BT.1120, в 2006 году принят как стандарт SMPTE ST 425:2006.^[5].
В 2006 году принят стандарт SMPTE ST 297:2006 описывающий оптический интерфейс для всех потоков SDI от 143 Мбит/с до 3 Гбит/с.^[5]
С 2013 года ведется разработка стандартов для передачи сигналов телевидения сверхвысокой чёткости по электрическим и оптическим интерфейсам. Рабочая группа 32NF-70 ведет разработку стандартов ST-2081, ST-2082 и ST-2083 для 6 Гбит/с, 12 Гбит/с и 24 Гбит/с SDI соответственно. Предполагаемая дата завершения 30 июня 2015 года.^[6]^[7]

Виды

Существует несколько стандартов SDI:

SD-SDI — для передачи цифрового видео вещательного качества стандартного разрешения;
ED-SDI (Enhanced Definition Serial Digital Interface) — для передачи цифрового видео улучшенного качества с прогрессивной развёрткой;
HD-SDI (High-Definition Serial Digital Interface) — SDI для телевидения высокой чёткости (ТВЧ) предусматривает поток данных 1485 Мбит/с;
Dual Link HD-SDI — для ТВЧ с прогрессивной развёрткой, позволяет передавать до 2970 Мбит/с посредством двух физических соединений HD-SDI;
3G-SDI — для передачи ТВЧ с прогрессивной развёрткой потоком до 2970 Мбит/с посредством одного коаксиального кабеля.

Стандарты на стадии разработки:

6G-SDI — для передачи сигналов телевидения сверхвысокой чёткости (UHDTV) до 2160/30p со скоростью 5,94 Гбит/c
12G-SDI — для передачи сигналов UHDTV до 2160/60p со скоростью 11,88 Гбит/c

Эти стандарты используются для передачи несжатых и некодированных цифровых видеосигналов (могут также иметь вложенные аудиопотоки и/или таймкод) в профессиональном телевизионном оборудовании. Передача потока данных 2970 Мбит/с возможна на расстояние до 300 м по коаксиальному кабелю.

Электрический интерфейс

В различных стандартах последовательного цифрового интерфейса используется один (и более) коаксиальный кабель волновым сопротивлением 75 Ом с разъёмами типа BNC. Такой же кабель используется для аналогового композитного видео, но для цифрового потока предпочтительнее кабели более высокого качества. Размах сигнала 800 мВ (±10 %). Затухание сигнала при передаче на большие расстояния могут компенсироваться на приёмной стороне, что делает возможным передачу потока 270 Мбит/с на расстояние до 300 м. Для HD-потоков расстояние обычно не более 100 м.

Для передачи цифрового компонентного некомпрессированного видеосигнала используется канальное кодирование с модифицированным кодом без возвращения к нулю (БВНМ) в сочетании со скремблированием. Интерфейс является самосинхронизируемым. Кадровая синхронизация осуществляется специальным синхронизирующим пакетом данных, состоящим из последовательности подряд идущих 10 единиц и 20 нулей (20 единиц и 40 нулей для HD).

Стандарты

Стандарт	Название	Битрейт	Примеры видеоформатов
SMPTE 259M	SD-SDI	270 Мбит/с, 360 Мбит/с, 143 Мбит/с, и 177 Мбит/с	480i, 576i
SMPTE 344M	ED-SDI	540 Мбит/с	480p, 576p
SMPTE 292M	HD-SDI	1.485 Гбит/с и 1.485/1001 Гбит/с	720p, 1080i, 1080p25/30
SMPTE 372M	Dual Link HD-SDI	2.970 Гбит/с и 2.970/1.001 Гбит/с	1080p50/60
SMPTE 424M	3G-SDI	2.970 Гбит/с и 2.970/1.001 Гбит/с	1080p50/60
SMPTE 2081-1	6G-SDI	5.94 Гбит/с и 5.94/1.001 Гбит/с	4K 2160p25/30
SMPTE 2082-1	12G-SDI	11.88 Гбит/с и 11.88/1.001 Гбит/с, а также multilink 12G-SDI	4K 2160p50/60

Скорости передачи данных

Для передачи SDI используются следующие скорости потока:

Для видеоустройств стандартной четкости, как установлено стандартом SMPTE 259M, возможны потоки 270 Мбит/с, 360 Мбит/с, 143 Мбит/с и 177 Мбит/с. Наиболее распространенная скорость потока — 270 Мбит/с, тем не менее, иногда встречается и 360 Мбит/с интерфейс (используется для широкоэкранного видео стандартной четкости). Интерфейсы 143 и 177 Мбит/с предназначены для передачи композитного видео (PAL или NTSC) в цифровой форме и ныне считаются устаревшими.
Для передачи цифрового видео улучшенного качества с прогрессивной разверткой (в основном 525p) установлено несколько 540 Мбит/с интерфейсов, включающих также интерфейс, состоящий из двух физических соединений 270 Мбит/с интерфейсов. Встречается довольно редко.
Для устройств ТВЧ, интерфейс SDI определён стандартом SMPTE 292M. Установлены два потока — 1,485 Гбит/с и 1,485/1,001 Гбит/с. Коэффициент 1/1,001 введен, чтобы обеспечить SMPTE 292M поддержку видеоформатов с частотой кадров 59,94 Гц, 29,97 Гц и 23,98 Гц, для совместимости наверх с существующими системами NTSC. Версия стандарта 1,485 Гбит/с поддерживает и другие широко распространенные форматы с частотой кадров 60 Гц, 50 Гц, 30 Гц, 25 Гц и 24 Гц. Таким образом при номинальной скорости потока 1,5 Гбит/с возможна передача обеих версий стандарта.
Для устройств телевидения сверхвысокой четкости, требующих более высокой четкости, частоты кадров или глубины цвета, чем предоставляется возможным в интерфейсе HD-SDI, стандарт SMPTE 372M определяет интерфейс с двумя физическими соединениями. Этот интерфейс состоит из двух подключений SMPTE 292M, функционирующих в параллели. В частности, поддерживается формат 1080p (4:2:2, 10-бит) c частотой кадров 60 Гц, 59,94 Гц и 50 Гц, а также и с 12-битной глубиной цвета, RGB- кодированием и цветовой дискретизацией 4:4:4.
Интерфейс, именуемый 3 Гбит/с (более точно — 2,97 Гбит/с, но чаще упоминается, как «3-гигабитный») стандартизован SMPTE 424M. Стандарт поддерживает все характеристики, поддерживаемые двойным интерфейсом 1,485 Гбит/с, а для передачи требуется только один кабель, а не два.

Дополнительные данные

SMPTE 259M, SMPTE 292M включают поддержку дополнительных данных по стандарту SMPTE 291M. Дополнительные данные представляют собой стандартизованный поток данных для передачи в составе потока цифрового последовательного интерфейса. Помимо видео, в поток SDI могут быть включены вложенный звук, субтитры, тайм-код, сигналы обнаружения ошибок (EDH) и другие виды метаданных.

Вложенный звук

Оба стандарта SD и HD-SDI предусматривают передачу до 16 каналов вложенного звука. В этих двух стандартах формирование пакетов звуковых данных происходит по-разному — SD использует стандарт SMPTE 272M, тогда как HD — стандарт SMPTE 299M. В обоих случаях SDI поток может содержать до 16 звуковых каналов (4 группы по 4 канала) с частотой дискретизации 48 кГц и 24-битным квантованием, совместимые со стандартом AES/EBU.

Сигналы обнаружения ошибок (EDH)

Протокол обнаружения ошибок (SMPTE RP 165—1994, ITU-R BT.1304) является дополнительным, но обычно используется в цифровом последовательном интерфейсе. Протокол позволяет приёмному оборудованию SD-SDI проверять корректный приём каждого поля видеосигнала. Передающее оборудование рассчитывает две суммы контрольного значения циклического избыточного кода для каждого поля — одна соответствует полному кадру, другая соответствует одному полю, и помещает их в сигнал обнаружения ошибок (EDH) в пакет дополнительных данных.

Сигнал обнаружения ошибок (EDH) не исправляет ошибки, а только их детектирует. Также не существует механизма, при котором поля с выявленными ошибками могли бы быть переданы снова.

EDH не используется в стандарте высокой четкости HD-SDI, так как в стандарте заложена передача суммы контрольного значения циклического избыточного кода каждой строки.

См. также

SMPTE 259M

Ссылки

Standards of SMPTE Архивная копия от 1 февраля 2009 на Wayback Machine (англ.)

Примечания

↑ ¹ ² "Report ITU-R BT.1088-2. Interfaces for digital video signals in 525-line and 625-line television systems" (неопр.). ITU-R. Дата обращения: 15 апреля 2015. Архивировано 6 марта 2016 года.
↑ "Рек. МСЭ-R BT.656-5. Интерфейсы для цифровых компонентных видеосигналов в телевизионных системам с 525 строками и с 625 строками, работающих на уровне 4:2:2,описанном в Рекомендации МСЭ-R BT.601" (неопр.). EBU. Дата обращения: 15 апреля 2015. Архивировано 20 января 2022 года.
↑ "EBU Interfaces for 625-line Digital Video Signals at the 4:2:2 Level of CCIR Recommendation 601" (неопр.). EBU. Дата обращения: 15 апреля 2015. Архивировано 3 марта 2016 года.
↑ "10-Bit 4:2:2 Component and 4fsc Composite Digital Signals — Serial Digital Interface" (неопр.). SMPTE. Дата обращения: 15 апреля 2015. Архивировано 12 мая 2013 года.
↑ ¹ ² "SMPTE Standards Update: 3G SDI Standards" (неопр.). SMPTE. Дата обращения: 15 апреля 2015. Архивировано из оригинала 4 марта 2016 года.
↑ "SMPTE: 32NF-70 WG Ultra HD SDI Interfaces" (неопр.). SMPTE. Дата обращения: 15 апреля 2015. Архивировано из оригинала 22 апреля 2014 года.
↑ March 2014 Standards Quarterly Report (page 28) (неопр.). SMPTE. SMPTE. Дата обращения: 19 сентября 2014. Архивировано из оригинала 16 июля 2014 года.

[Report_ITU-R_BT.1088-2-1] ¹ ² "Report ITU-R BT.1088-2. Interfaces for digital video signals in 525-line and 625-line television systems" (неопр.). ITU-R. Дата обращения: 15 апреля 2015. Архивировано 6 марта 2016 года.

[ITU-R-REC-BT.656-5-2] "Рек. МСЭ-R BT.656-5. Интерфейсы для цифровых компонентных видеосигналов в телевизионных системам с 525 строками и с 625 строками, работающих на уровне 4:2:2,описанном в Рекомендации МСЭ-R BT.601" (неопр.). EBU. Дата обращения: 15 апреля 2015. Архивировано 20 января 2022 года.

[EBU_Tech._3267-3] "EBU Interfaces for 625-line Digital Video Signals at the 4:2:2 Level of CCIR Recommendation 601" (неопр.). EBU. Дата обращения: 15 апреля 2015. Архивировано 3 марта 2016 года.

[SMPTE_259M-1997-4] "10-Bit 4:2:2 Component and 4fsc Composite Digital Signals — Serial Digital Interface" (неопр.). SMPTE. Дата обращения: 15 апреля 2015. Архивировано 12 мая 2013 года.

[SMPTE_3G_SDI-5] ¹ ² "SMPTE Standards Update: 3G SDI Standards" (неопр.). SMPTE. Дата обращения: 15 апреля 2015. Архивировано из оригинала 4 марта 2016 года.

[SMPTE:_32NF-70_WG-6] "SMPTE: 32NF-70 WG Ultra HD SDI Interfaces" (неопр.). SMPTE. Дата обращения: 15 апреля 2015. Архивировано из оригинала 22 апреля 2014 года.

[7] March 2014 Standards Quarterly Report (page 28) (неопр.). SMPTE. SMPTE. Дата обращения: 19 сентября 2014. Архивировано из оригинала 16 июля 2014 года.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]