Войти
| Последовательный цифровой интерфейс | |
 Последовательный цифровой интерфейс использует разъемы BNC | |
| Год начала | 1989 (1989) |
|---|---|
| Организация | SMPTE (Общество инженеров кино и телевидения) |
Последовательный цифровой интерфейс (SDI ) - это семейство интерфейсов цифрового видео , впервые стандартизированных SMPTE (Обществом инженеров кино и телевидения) в 1989 году. Например, ITU-R BT. 656 и SMPTE 259M определяют цифровые видеоинтерфейсы, используемые для широковещательного видео. Соответствующий стандарт, известный как последовательный цифровой интерфейс высокого разрешения (HD-SDI), стандартизирован в SMPTE 292M ; это обеспечивает номинальную скорость передачи данных 1,485 Гбит / с.
Были введены дополнительные стандарты SDI для поддержки увеличения разрешения видео (HD, UHD и выше), частоты кадров, стереоскопического (3D) видео и глубина цвета. Dual link HD-SDI состоит из пары каналов SMPTE 292M, стандартизированных SMPTE 372M в 1998 г.; это обеспечивает номинальный интерфейс 2,970 Гбит / с, используемый в приложениях (таких как цифровое кино или HDTV 1080P), которые требуют большей точности и разрешения, чем может обеспечить стандартный HDTV. 3G-SDI (стандартизован в SMPTE 424M ) состоит из одного последовательного канала со скоростью 2,970 Гбит / с, который позволяет заменить двухканальный HD-SDI. Стандарты 6G-SDI и 12G-SDI были опубликованы 19 марта 2015 года.
Эти стандарты используются для передачи несжатого, незашифрованного цифрового видео сигналы (необязательно, включая встроенный звук и временной код) в телевизионных объектах; их также можно использовать для пакетированных данных. SDI используется для соединения различных частей оборудования, таких как записывающие устройства, мониторы, ПК и видеомикшеры. Коаксиальные варианты в спецификации имеют длину, но обычно менее 300 метров (980 футов). Оптоволоконные варианты спецификации, такие как 297M, допускают передачу на большие расстояния, ограниченную только максимальной длиной волокна или повторителями. SDI и HD-SDI обычно доступны только в профессиональном видеооборудовании, поскольку различные лицензионные соглашения ограничивают использование незашифрованных цифровых интерфейсов, таких как SDI, запрещая их использование в потребительском оборудовании. Несколько профессиональных камер DSLR с поддержкой видео и HD-видео и все потребительские камеры с поддержкой несжатого видео используют интерфейс HDMI, часто называемый чистым HDMI. Существуют различные комплекты модификаций для существующих DVD-плееров и других устройств, которые позволяют пользователю добавлять к этим устройствам последовательный цифровой интерфейс.
Все стандарты последовательного цифрового интерфейса используют (один или несколько) co осевые кабели с разъемами BNC, с номинальным сопротивлением 75 Ом. Это тот же тип кабеля, который используется в аналоговых видеоустройствах, что потенциально упрощает обновление (хотя могут потребоваться более качественные кабели для длительных прогонов с более высокими битрейтами). Заданная амплитуда сигнала на источнике составляет 800 мВ (± 10%) от пика до пика; намного более низкие напряжения могут быть измерены на приемнике из-за затухания. Используя эквализацию на приемнике, можно передавать SDI 270 Мбит / с на расстояние более 300 метров (980 футов) без использования повторителей, но предпочтительнее использовать меньшие длины. Битрейты HD имеют меньшую максимальную длину серии, обычно 100 метров (330 футов).
Передаются несжатые цифровые компонентные сигналы. Данные кодируются в формате NRZI, и сдвиговый регистр с линейной обратной связью используется для скремблирования данных, чтобы уменьшить вероятность того, что длинные строки нулей или единиц будут присутствует на интерфейсе. Интерфейс самосинхронизируется и самосинхронизируется. Кадрирование выполняется путем обнаружения специального шаблона синхронизации, который появляется в (незашифрованном) последовательном цифровом сигнале как последовательность из десяти единиц, за которыми следуют двадцать нулей (двадцать единиц и сорок нулей в HD); эта битовая комбинация недопустима где-либо еще в пределах полезной нагрузки данных.
| Стандарт | Название | Представлено | Битрейт | Примеры форматов видео |
|---|---|---|---|---|
| SMPTE 259M | SD -SDI | 1989 | 270 Мбит / с, 360 Мбит / с, 143 Мбит / с и 177 Мбит / с | 480i, 576i |
| SMPTE 344M | ED-SDI | 2000 | 540 Мбит / с | 480p, 576p |
| SMPTE 292M | HD-SDI | 1998 | 1,485 Гбит / с и 1,485 / 1,001 Гбит / с | 720p, 1080i |
| SMPTE 372M | Dual Link HD-SDI | 2002 | 2,970 Гбит / с и 2,970 / 1,001 Гбит / с | 1080p60 |
| SMPTE 424M | 3G-SDI | 2006 | 2,970 Гбит / с, и 2,970 / 1,001 Гбит / с | 1080p60 |
| SMPTE ST 2081 | 6G-SDI | 2015 | 6 Гбит / с | 1080p120, 2160p30 |
| SMPTE ST 2082 | 12G-SDI | 2015 | 12 Гбит / с | 2160p60 |
| SMPTE ST 2083 | 24G-SDI | В разработке | 24 Гбит / с | 2160p120, 4320p30 |
Несколько скоростей передачи находятся используется в последовательном цифровом видеосигнале:
SMPTE 297 -2006 определяет волоконно-оптическую систему для передачи цифровых сигналов с последовательным битом. Она предназначена для передачи сигналов SMPTE ST 259 (от 143 до 360 Мбит / с), сигналов SMPTE ST 344 (540 Мбит / с), SMPTE ST 292-1 / - 2 сигнала (1.485 Гбит / с и 1.485 / 1.001 Гбит / с) и сигналы SMPTE ST 424 (2.970 Гбит / с и 2.970 / 1.001 Гбит / с). В дополнение к оптическим спецификациям, ST 297 также требует проведения испытаний на безопасность лазеров, и все оптические интерфейсы имеют маркировку, указывающую на соответствие требованиям безопасности, применение и совместимость.
8-битный параллельный цифровой интерфейс определяется ITU- R Рек. 601 ; это устарело (однако многие пункты в различных стандартах допускают возможность 8-битного интерфейса).
В приложениях SD и ED формат последовательных данных определяется шириной 10 бит, тогда как в приложениях HD он имеет ширину 20 бит, разделенных на два параллельных 10-битных потока данных. (известные как Y и C ). Поток данных SD организован следующим образом:
, тогда как потоки данных HD расположены следующим образом:
Для всех последовательных цифровых интерфейсов (за исключением устаревших составных кодировок) исходная цветовая кодировка - это формат 4:2:2 YCbCr. Канал яркости (Y) кодируется с полной полосой пропускания (13,5 МГц в SD 270 Мбит / с, ~ 75 МГц в HD), а два канала цветности (Cb и Cr) подвергаются субдискретизации по горизонтали и кодируются с половиной ширины полосы (6,75 МГц. или 37,5 МГц). Выборки Y, Cr и Cb совмещены (получены в один и тот же момент времени), а выборка Y 'получена на полпути между двумя соседними выборками Y.
В приведенном выше примере Y относится к выборкам яркости, а C - к выборкам цветности. Cr и Cb также относятся к красному и синему каналам «цветового различия»; см. Компонентное видео для получения дополнительной информации. В этом разделе обсуждается только собственная цветовая кодировка SDI; возможны другие цветовые кодировки, если рассматривать интерфейс как общий 10-битный канал данных. Использование других колориметрических кодировок и преобразование в цветовое пространство RGB и из него обсуждается ниже.
Полезная нагрузка видео (а также полезная нагрузка вспомогательных данных) может использовать любое 10-битное слово в диапазон от 4 до 1019 (от 004 16 до 3FB 16) включительно; значения 0–3 и 1,020–1,023 (3FC 16 –3FF 16) зарезервированы и не могут появляться где-либо в полезной нагрузке. Эти зарезервированные слова имеют две цели; они используются как для пакетов синхронизации, так и для заголовков вспомогательных данных.
Пакет синхронизации (обычно известный как опорный сигнал синхронизации или TRS ) происходит непосредственно перед первой активной выборкой в каждой строке и сразу после последней активной выборки (и перед началом области горизонтального гашения ). Пакет синхронизации состоит из четырех 10-битных слов, первые три слова всегда одинаковы - 0x3FF, 0, 0; четвертый состоит из 3 битов флага вместе с кодом исправления ошибок. В результате возможны 8 различных пакетов синхронизации.
В интерфейсах HD-SDI и Dual Link пакеты синхронизации должны происходить одновременно в потоках данных Y и C. (Некоторая задержка между двумя кабелями в двухканальном интерфейсе допустима; ожидается, что оборудование, поддерживающее двухканальный канал, буферизует ведущий канал, чтобы позволить другому каналу наверстать упущенное). В интерфейсах SD-SDI и расширенного определения существует только один поток данных и, следовательно, только один пакет синхронизации за раз. Помимо вопроса о том, сколько пакетов появляется, их формат одинаков во всех версиях последовательно-цифрового интерфейса.
Биты флагов, обнаруженные в четвертом слове (обычно известные как слово XYZ ), известны как H, F и V. Бит H указывает начало горизонтального пробела; и биты синхронизации, непосредственно предшествующие области горизонтального гашения, должны иметь значение H, равное единице. Такие пакеты обычно называются пакетами Конец активного видео или EAV . Аналогично, пакет, появляющийся непосредственно перед началом активного видео, имеет значение H, равное 0; это Начало активного видео или SAV пакет.
Аналогично, бит V используется для указания начала области вертикального гашения; пакет EAV с V = 1 указывает, что следующая строка (считается, что строки начинаются с EAV) является частью вертикального интервала, пакет EAV с V = 0 указывает, что следующая строка является частью активного изображения.
Бит F используется в форматах чересстрочный и сегментированный кадр, чтобы указать, идет ли строка из первого или второго поля (или сегмента). В форматах прогрессивной развертки бит F всегда установлен в ноль.
В последовательном цифровом интерфейсе высокой четкости (и в двухканальном HD) предусмотрены дополнительные контрольные слова для повышения надежности интерфейса. В этих форматах четыре отсчета, следующие сразу за пакетами EAV (но не за пакетами SAV), содержат поле циклического контроля избыточности и индикатор количества строк. Поле CRC предоставляет CRC предыдущей строки (CRC вычисляются независимо для потоков Y и C) и может использоваться для обнаружения битовых ошибок в интерфейсе. Поле счетчика строк указывает номер строки текущей строки.
CRC и счетчики строк не предусмотрены в интерфейсах SD и ED. Вместо этого специальный пакет вспомогательных данных, известный как пакет EDH, может дополнительно использоваться для обеспечения проверки CRC данных.
Каждой выборке в данном потоке данных присваивается уникальный номер строки и выборки. Во всех форматах первой выборке, следующей сразу за пакетом SAV, присваивается номер выборки 0; следующий образец - образец 1; вплоть до слова XYZ в следующем пакете SAV. В интерфейсах SD, где есть только один поток данных, 0-я выборка - это выборка Cb; первый образец - это образец Y, второй образец - образец Cr, а третий образец - образец Y '; узор повторяется оттуда. В интерфейсах HD каждый поток данных имеет свою собственную нумерацию отсчетов, поэтому 0-й отсчет потока данных Y является отсчетом Y, следующий отсчет - отсчетом Y 'и т. Д. Аналогично, первый отсчет в потоке данных C - это Cb, за ним следует Cr., затем снова Cb.
Строки нумеруются последовательно, начиная с 1, до количества строк в кадре указанного формата (обычно 525, 625, 750 или 1125 (Sony HDVS )). Определение строки 1 несколько произвольно; однако это однозначно оговорено соответствующими стандартами. В системах с 525 строками первая вертикальная пустая строка - это строка 1, тогда как в других системах с чересстрочной разверткой (625 и 1125 строк) первая строка после перехода бита F в ноль - это строка 1.
Примечание. Считается, что эти строки начинаются с EAV, тогда как нулевой отсчет является отсчетом после SAV. Это дает несколько сбивающий с толку результат: первая выборка в данной строке видео 1080i - это номер образца 1920 (первый образец EAV в этом формате), а строка заканчивается следующим образцом 1919 (последний активный образец в этом формате). Обратите внимание, что это поведение несколько отличается от аналоговых видеоинтерфейсов, где считается, что переход строки происходит в синхроимпульсе, который происходит примерно на полпути через горизонтальную область гашения.
Нумерация каналов - это проблема только в многоканальных интерфейсах. Первой ссылке (первичной) присваивается номер ссылки 1, последующим ссылкам присваиваются возрастающие номера ссылок; таким образом, второй (вторичный) канал в двухканальной системе - это канал 2. Номер канала данного интерфейса указывается пакетом VPID, расположенным в вертикальном пространстве вспомогательных данных.
Обратите внимание, что структура данных в двухканальном режиме разработана таким образом, что первичный канал может быть передан в одноканальный интерфейс, и при этом будет воспроизводиться пригодное для использования (хотя и несколько ухудшенное) видео. Вторичная ссылка обычно содержит такие вещи, как дополнительные младшие разряды (в 12-битных форматах), несчетные сэмплы в видео с дискретизацией 4: 4: 4 (так что основная ссылка по-прежнему действительна 4: 2: 2), а также альфа-каналы или каналы данных. Если второй канал в двухканальной конфигурации 1080P отсутствует, первый канал по-прежнему содержит действительный сигнал 1080i.
В случае видео 1080p60, 59,94 или 50 Гц по двойному каналу; каждая ссылка содержит действительный сигнал 1080i с той же частотой поля. Первая ссылка содержит 1-ю, 3-ю и 5-ю строки нечетных полей и 2-ю, 4-ю, 6-ю и т. Д. Строки четных полей, а вторая ссылка содержит четные строки на нечетных полях и нечетные строки на четных. поля. Когда две ссылки объединяются, в результате получается изображение с прогрессивной разверткой с более высокой частотой кадров.
Подобно SMPTE 259M, SMPTE 292M поддерживает стандарт SMPTE 291M для вспомогательных данных. Вспомогательные данные предоставляются как стандартизованный транспорт для полезной нагрузки, не связанной с видео, в последовательном цифровом сигнале; он используется для таких вещей, как встроенное аудио, скрытые субтитры, временной код и другие виды метаданных. Вспомогательные данные обозначаются пакетом из 3 слов, состоящим из 0, 3FF, 3FF (противоположность заголовка пакета синхронизации), за которым следует идентификационный код из двух слов, слово подсчета данных (указывающее от 0 до 255 слов полезной нагрузки), фактическая полезная нагрузка и контрольная сумма из одного слова. Помимо использования в заголовке, коды, запрещенные для полезной нагрузки видео, также запрещены для полезной нагрузки вспомогательных данных.
Конкретные приложения вспомогательных данных включают в себя встроенное аудио, EDH, VPID и SDTI.
В двухканальных приложениях; вспомогательные данные в основном находятся по первичной ссылке; вторичная ссылка должна использоваться для вспомогательных данных только в том случае, если на первичной ссылке нет места. Единственным исключением из этого правила является пакет VPID; на обоих каналах должен присутствовать действующий пакет VPID.
Последовательные интерфейсы HD и SD обеспечивают 16 каналов встроенного звука. Два интерфейса используют разные методы инкапсуляции звука - SD использует стандарт SMPTE 272M, тогда как HD использует стандарт SMPTE 299M. В любом случае сигнал SDI может содержать до шестнадцати аудиоканалов (8 пар), встроенных 48 кГц, 24-битных аудиоканалов вместе с видео. Как правило, 48 кГц, 24 бит (20 бит в SD, но с возможностью расширения до 24 бит) PCM аудио сохраняется способом, напрямую совместимым с цифровым аудиоинтерфейсом AES3. Они помещаются в (горизонтальные) периоды гашения, когда сигнал SDI не несет ничего полезного, поскольку приемник генерирует собственные сигналы гашения от TRS.
В двухканальных приложениях доступно 32 аудиоканала, так как каждый канал может передавать 16 каналов.
SMPTE ST 299-2: 2010 расширяет интерфейс 3G SDI, чтобы иметь возможность передавать 32 аудиоканала (16 пар) по одному каналу.
Поскольку интерфейс стандартного определения не содержит контрольной суммы, CRC или другой проверки целостности данных, EDH (Обнаружение и обработка ошибок ) пакет может быть дополнительно размещен в вертикальном интервале видеосигнала. Этот пакет включает в себя значения CRC как для активного изображения, так и для всего поля (за исключением тех строк, в которых может происходить переключение, и которые не должны содержать полезных данных); оборудование может вычислять свой собственный CRC и сравнивать его с полученным CRC для обнаружения ошибок.
EDH обычно используется только со стандартным интерфейсом определения; наличие слов CRC в интерфейсе HD делает пакеты EDH ненужными.
Пакеты VPID (или) все чаще используются для описания формата видео. В ранних версиях последовательного цифрового интерфейса всегда можно было однозначно определить формат видео путем подсчета количества строк и отсчетов между H и V переходами в TRS. С введением двухканальных интерфейсов и стандартов это больше невозможно; таким образом, стандарт VPID (определенный SMPTE 352M) предоставляет способ однозначно и однозначно идентифицировать формат полезной нагрузки видео.
Активная часть видеосигнала определяется как те отсчеты, которые следуют за пакетом SAV и предшествуют следующему пакету EAV; где для соответствующих пакетов EAV и SAV бит V установлен в ноль. Именно в активной части хранится фактическая информация об изображении.
В последовательном цифровом интерфейсе возможно несколько цветовых кодировок. По умолчанию (и наиболее распространенный случай) - это 10-битные линейно дискретизированные видеоданные, закодированные как 4: 2: 2 YCbCr. (YCbCr - это цифровое представление цветового пространства YPbPr ). Образцы видео хранятся, как описано выше. Слова данных соответствуют уровням сигналов соответствующих видеокомпонентов следующим образом:
Обратите внимание, что масштабирование каналов яркости и цветности не идентично. Минимальный и максимальный из этих диапазонов представляют собой предпочтительные пределы сигнала, хотя полезная нагрузка видео может выходить за пределы этих диапазонов (при условии, что зарезервированные кодовые слова 0–3 и 1020–1023 никогда не используются для полезной нагрузки видео). Кроме того, соответствующий аналоговый сигнал может выходить за пределы этого диапазона.
Поскольку оба YPbPr (и YCbCr) являются производными от цветового пространства RGB, требуется средство преобразования. Для цифрового видео обычно используются три колориметрии :
Двухканальные интерфейсы и интерфейсы 3 Гбит / с дополнительно поддерживают другие цветовые кодировки, кроме 4: 2: 2 YCbCr, а именно:
Если используется кодирование RGB, все три основных цвета кодируются таким же образом, как и канал Y; значение 64 (40 в шестнадцатеричном формате) соответствует 0 мВ, а 940 (3AC в шестнадцатеричном формате) соответствует 700 мВ.
12-битные приложения масштабируются аналогично их 10-битным аналогам; дополнительные два бита считаются LSB.
Для частей вертикальной и горизонтальной областей гашения, которые не используются для вспомогательных данных, рекомендуется, чтобы образцы яркости назначить кодовое слово 64 (40 шестнадцатеричных), а выборкам цветности назначить 512 (200 шестнадцатеричных); оба соответствуют 0 мВ. Допускается кодировать аналоговую информацию о вертикальном интервале (например, временной код вертикального интервала или тестовые сигналы вертикального интервала) без нарушения интерфейса, но такое использование нестандартно (и вспомогательные данные являются предпочтительным средством передачи метаданных). Однако преобразование аналоговых сигналов синхронизации и пакетных сигналов в цифровые не рекомендуется, как и в цифровом интерфейсе.
Различные форматы изображений имеют разные требования к цифровому гашению, например, все так называемые 1080-строчные HD-форматы имеют 1080 активных строк, но всего 1125 строк, а остальные представляют собой вертикальное гашение.
Различные версии последовательного цифрового интерфейса поддерживают множество видеоформатов.
Помимо обычного последовательного цифрового интерфейса, описанного здесь, существует несколько других подобных интерфейсов, которые аналогичны последовательному цифровому интерфейсу или содержатся внутри него.
Существует расширенная спецификация SDTI (последовательный интерфейс передачи данных), которая позволяет передавать сжатые (т.е. DV, MPEG и другие) видеопотоки линия SDI, что позволяет передавать несколько видеопотоков по одному кабелю или передавать видео быстрее, чем в реальном времени (2x, 4x,...). Родственный стандарт, известный как HD-SDTI, предоставляет аналогичные возможности через интерфейс SMPTE 292M.
Интерфейс SDTI определяется SMPTE 305M. Интерфейс HD-SDTI определяется SMPTE 348M.
Спецификация асинхронного последовательного интерфейса (ASI) описывает, как транспортировать транспортный поток MPEG (MPEG-TS), содержащий несколько видеопотоков MPEG, через медный коаксиальный кабель с сопротивлением 75 Ом или многомодовый оптоволокно. ASI - популярный способ передачи вещательных программ из студии на конечное передающее оборудование до того, как они достигнут зрителей, сидящих дома.
Стандарт ASI является частью стандарта цифрового видеовещания (DVB).
Стандартный SMPTE 349M: транспортировка альтернативных исходных форматов изображения через SMPTE 292M определяет средства инкапсуляции нестандартных видеоформатов и видео с более низкой скоростью передачи данных в интерфейсе HD-SDI. Этот стандарт позволяет, например, мультиплексировать несколько независимых видеосигналов стандартной четкости на интерфейс HD-SDI и передавать по одному проводу. Этот стандарт не просто регулирует синхронизацию EAV и SAV для соответствия требованиям форматов с более низким битрейтом; вместо этого он предоставляет средства, с помощью которых весь формат SDI (включая слова синхронизации, вспомогательные данные и полезную нагрузку видео) может быть инкапсулирован и передан как полезная нагрузка обычных данных в потоке 292M.
Преобразователь HDMI в SDI Интерфейс HDMI - это компактный аудио / видео интерфейс для передачи несжатого видео данные и сжатые / несжатые цифровые аудио данные с HDMI-совместимого устройства на совместимый компьютерный монитор, видеопроектор, цифровое телевидение или цифровое аудио устройство. Он в основном используется в потребительской сфере, но все чаще используется в профессиональных устройствах, включая несжатое видео, часто называемый чистый HDMI.
Стандарт G.703 - еще один высокоскоростной цифровой интерфейс., изначально предназначенный для телефонии.
Стандарт HDcctv воплощает адаптацию SDI для приложений видеонаблюдения.
Стандарт CoaXPress - еще один высокоскоростной цифровой интерфейс, изначально разработанный для интерфейсов промышленных камер. Скорость передачи данных для CoaXPress достигает 12,5 Гбит / с по одному коаксиальному кабелю. В стандарт также включены восходящий канал со скоростью 41 Мбит / с и питание по коаксиальному кабелю.
