Что такое sdi интерфейс
Последовательный цифровой интерфейс
Резюме
Стандарты
Последовательный технический прогресс привел к появлению множества видеоформатов как в цифровом телевидении, так и в цифровом кино (2K, 4K, 8K). Четкость изображения (SD, HD, UHD, 2K, 4K, 8K) или частота изображения (25, 50, 100 и т. Д. Изображений в секунду в Европе) увеличиваются, что требует, чтобы изображения занимали объем памяти и более высокую передачу тарифы. Соотношение сторон изображения также может различаться в зависимости от приложения (ранее 4/3 и в настоящее время 16/9 на телевидении, 1,89 ≈ 17/9 в цифровом кино). Вот почему Общество инженеров кино и телевидения ( SMPTE ), Европейский вещательный союз (EBU или EBU на английском языке), Международный союз электросвязи (UTI или ITU на английском языке) или даже Digital Cinema Initiatives ( DCI ) опубликовали несколько документов. для стандартизации видеоформатов и / или транспортных протоколов для облегчения обмена.
| Одинарные облигации ( одинарные ) | |||||
| Фамилия | Стандарт SDI | Датировано | Разрешение / частота кадров (максимальная) | Структура / количественная оценка (максимум) | (Максимальный расход) |
|---|---|---|---|---|---|
| SD-SDI | SMPTE ST 259 | ||||
HDTV 1080i или 1080p / 30 *, 25, 24 *
Кинотеатр 2К / 30 *, 25, 24 *
1,485 / 1,001 Гбит / с
Форматы изображений UHDTV1 и UHDTV2 определены стандартами SMTPE ST 2036-1 и ITU-R BT 2020.
SMTPE ST 274 (1080p; 60 *, 50)
| Стандарт (ы) | Система | Соотношение изображения | Активная рамка | Полный кадр | Валовой поток | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| SDTV | ||||||
Генерация сигнала
Сначала часть компонентных сигналов Y ‘, Cb и Cr, зарезервированная для подавления кадров ( вертикальное гашение ) и подавления строк ( горизонтальное гашение ), частично или полностью заменяется.
Новые стандарты позволяют передавать менее определенные видео и иногда позволяют передавать несколько видеопотоков одновременно.
Частоты дискретизации и битрейты
SD-SDI
Общий расход можно рассчитать следующим образом:
864 × 625 × 25 × 10 × 2 = 13,5 × 10 6 × 10 × 2 = 270 Мбит / с.
Чистый поток, соответствующий части, посвященной только изображению, стоит:
576 × 720 × 25 × 10 × 2 = 207 Мбит / с.
HD-SDI
В случае видео 1080/25 кадр состоит из 1125 × 2640 пикселей, а активное изображение состоит из 1920 × 1080 пикселей.
Таким образом, общий расход можно рассчитать:
1125 × 2640 × 25 × 10 × 2 = 74,25 × 10 6 × 10 × 2 = 1,485 Гбит / с.
Чистый поток, соответствующий части, посвященной только изображению, стоит:
1080 × 1920 × 25 × 10 × 2 = 1,037 Гбит / с.
Serial Digital Interface
Содержание
Существует несколько стандартов SDI:
Эти стандарты используются для передачи некомпрессированных и некодированных цифровых видео сигналов (могут также иметь вложенные аудио потоки и/или таймкод) в профессиональном телевизионном оборудовании. Передача потока данных 270 Мбит/с возможна на расстояния до 300 м по коаксиальному кабелю.
Электрический интерфейс
В различных стандартах цифрового последовательного интерфейса используется один (и более) коаксиальный кабель волновым сопротивлением 75 Ом с разъёмами типа BNC. Такой же кабель используется для аналогового 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 1,485/1,001 Гбит/с | 720p, 1080i |
| SMPTE 372M | Dual Link HD-SDI | 2,970 Гбит/с и 2,970/1,001 Гбит/с | 1080p |
| SMPTE 424M | 3G-SDI | 2,970 Гбит/с и 2,970/1,001 Гбит/с | 1080p |
Скорости передачи данных
Для передачи SDI используются следующие скорости потока:
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
Сигналы обнаружения ошибок (EDH)
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.
HD-SDI и EX-SDI — стандарты видеонаблюдения которые не смогли
Оглавление
Что такое HD-SDI?
Как это работает?
HD-SDI получается из аналогового композитного сигнала, сначала сигналы раскладываются на составляющие: яркость Y, а также цветоразностные сигналы U (или Cr) и V (или Cb). Затем каждая компонента оцифровывается и подается на кодер, в котором данные собираются в последовательности, соответствующей структуре SDI.
Звук включается в структуру SDI (в промежутках между метками EAV и SAV) с помощью специальных устройств – эмбеддеров, на приемной же стороны он вновь извлекается из сигнала с помощью деэмбеддеров. Стандарт SMPTE-292M дает возможность внедрения до 16 каналов цифрового звука.
На сегодняшний день разработано уже несколько поколений формата HD-SDI.
Преимущества HD-SDI
Качество изображения
Наиболее явное преимущество перед аналоговыми стандартами передачи видео HD-SDI приобретает как раз исходя из того, что интерфейс цифровой, а следовательно изображение не деградирует при передачи на расстояние. Восстановить цифровой сигнал гораздо легче, чем аналоговый. Отсюда сравнение изображений, переданных при помощи аналогового стандарта передачи и цифрового, дает очки последнему.
Отсутствие задержек
По сравнению с IP-системой у HD-SDI отсутствуют задержки передачи видеопотока, лаги, выпадающие кадры и т.д. Поскольку камера передается несжатый видеопоток напрямую на регистратор по коаксиальному кабелю.
Plug-and-play
HD-SDI открыл аналоговым системам (мы исходим из того, что этот стандарт появился раньше, чем аналоговые стандарты) второе дыхание. Оборудование HD-SDI дает возможность использовать старые коаксиальные трассы, также отсутствует необходимость сложной настройки, как в случае с IP-системой.
Недостатки HD-SDI
Дальность передачи
HD-SDI позволяет передавать видео на расстояние всего до 150 метров по коаксиальному кабелю. На больших расстояниях цифровой сигнал теряет помехоустойчивость и деградирует. Именно поэтому HD-SDI не стал популярным и позже уступил аналоговым стандартам.
Максимальное разрешение
HD-SDI (а это стандарт 1998 года, хотя и обновлен в некоторой степени в 2002) позволяет передавать видеопоток максимального разрешения 2Мп на скорости до 60к/сек.
Стоимость оборудования
Стоимость оборудования HD-SDI выше, чем HD-TVI, HD-CVI, AHD.
Производители чипов HD-SDI
В 2010 году компанией Dahua был создан, так называемый, HDCCTV Alliance, это некоммерческая организация собрала ведущих китайских и корейских производителей для разработки и стандартизации спецификаций интерфейса для аналогового телевидения высокой четкости (HDcctv). Начали они со стандарта HD-SDI, для которого была разработана первая спецификация аналогового интерфейса HDCCTV 1.0. Все оборудование, имеющее сертификацию HDCCTV должно быть совместимо, товарищи из альянса хотели сделать что-то похожее на ONVIF, только для аналогового видеонаблюдения. В 2014 появилась спецификация HDCCTV 2.0, а в 2016 альянс закончил свое существование. Dahua занялась продвижением своего стандарта HDCVI самостоятельно. Но некоторые производители, которые входили в этот альянс до сих пор занимаются производством и чипов HD-SDI и оборудования для видеонаблюдения.
Производители оборудования для видеонаблюдения стандарт HD-SDI
EX-SDI
Все-таки, не смотря на свои недостатки, у HD-SDI были предпосылки к развитию, хотя бы потому, что после HD-SDI выпускались новые стандарты передачи цифрового видео высокой четкости, позволяющие передавать видеопоток от устройства разрешением вплоть до 4Мп.
Уже упоминаемая корейская компания Eyenix в 2015 году завершила разработку нового стандарта EX-SDI (расширенный последовательный цифровой интерфейс), являющегося логическим продолжением HD-SDI. Главной целью разработки было увеличение дистанции передачи и перспективное увеличение разрешения до формата сверхвысокой чёткости 4К. Разработчики достигли этой цели, применив сжатие цифрового потока по алгоритм у JPEG до 270 Мбит/с.
Этот стандарт имеет улучшенные характеристики, по сравнению с HD-SDI, в том числе и по дальности передачи видеосигнала. Они внедрили в свой стандарт PoC (передачу питания по коаксиальной линии), поддержку управления PTZ, передачу звука, OSD-меню.
Удивительно, что именно американский вендор поддержал корейскую технологию, учитывая отношение американских компаний к аналоговым стандартам передачи HD-видео как к спаму. Компании не крупные, но они активно продвигают EX-SDI в своих линейках оборудования.
Однако, что несмотря на корейскую доработку стандарта HD-SDI, его явные преимущества (например, качество изображения) перед аналоговыми стандартами передачи, EX-SDI не очень-то оценен производителями и потребителями как следствие.
Новые стандарты SDI
Стандарты, которые были выпущены после HD-SDI (3G-SDI, 6G-SDI, 12G-SDI) так и не перешли в отрасль видеонаблюдения и используются в профессиональном телевидении. Так 6G-SDI и 12G-SDI позволяют передавать видео формата 4K и UHD.
Вывод
Появление стандарта HD-SDI дало возможность развивать не только отрасль телевидения и телевещания, но и здорово оживило ситуацию на рынке видеонаблюдения. Пусть сам формат не выдержал конкуренции с аналоговыми стандартами передачи видео высокого разрешения, но он создал предпосылки для их появления.
Его улучшенная версия, EX-SDI, также не имеет сколь бы то ни было серьезного распространения на данный момент ни в мире вообще, ни в России в частности. Да и перспективы тоже не просматриваются.
Поэтому всерьез рассматривать HD-SDI да и EX-SDI как стандарты для использования в системах видеонаблюдения можно только если вы эксцентричный миллионер.
Есть еще один момент, который интересно отметить, HD-SDI, а особенно EX-SDI если немного огрубить ничем не хуже и не лучше чем HD-CVI, HD-TVI, AHD. Однако первые два форсят два китайских монстра (HikVision и Dahua) и они продаются контейнерами. А значит в войне продукта и маркетинга уверенно побеждает последний.
Главное о HD-SDI
Если хотите выбрать видеонаблюдение то HD-SDI последний стандарт который стоит рассматривать, так сильно рискуете оказаться в ситуации когда когда этот стандарт на все 100% а не на 99% как в данный момент.
СОДЕРЖАНИЕ
Электрический интерфейс
Стандарты
| Стандарт | Имя | Введено | Битрейт | Примеры форматов видео |
|---|---|---|---|---|
| SMPTE 259M | SD-SDI | 1989 г. | 270 Мбит / с, 360 Мбит / с, 143 Мбит / с и 177 Мбит / с | 480i, 576i |
| SMPTE 344M | ED-SDI | 2000 г. | 540 Мбит / с | 480p, 576p |
| SMPTE 292M | HD-SDI | 1998 г. | 1,485 Гбит / с и 1,485 / 1,001 Гбит / с | 720p, 1080i |
| SMPTE 372M | Двойной канал HD-SDI | 2002 г. | 2,970 Гбит / с и 2,970 / 1,001 Гбит / с | 1080p60 |
| SMPTE 424M | 3G-SDI | 2006 г. | 2,970 Гбит / с и 2,970 / 1,001 Гбит / с | 1080p60 |
| SMPTE ST 2081 | 6G-SDI | 2015 г. | 6 Гбит / с | 1080p120, 2160p30 |
| SMPTE ST 2082 | 12G-SDI | 2015 г. | 12 Гбит / с | 2160p60 |
| SMPTE ST 2083 | 24G-SDI | В развитии | 24 Гбит / с | 2160п120, 4320п30 |
Битрейт
В последовательном цифровом видеосигнале используются несколько битрейтов:
Прочие интерфейсы
8-битный параллельный цифровой интерфейс определяется Рек. МСЭ-R Рек. 601 ; это устарело (однако многие пункты в различных стандартах учитывают возможность 8-битного интерфейса).
Формат данных
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 (известных как Y и C ). Поток данных SD устроен следующим образом:
Cb Y Cr Y ‘Cb Y Cr Y’
тогда как потоки данных HD организованы следующим образом:
Y ГГ ‘ГГ’ ГГ ‘ГГ’ C Cb Cr Cb Cr Cb Cr Cb Cr
75 МГц в HD), а два канала цветности (Cb и Cr) подвергаются субдискретизации по горизонтали и кодируются с половинной шириной 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.
Пакеты 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 двойное соединение, 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.
Счетчик строк и CRC
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 контроля циклическим избыточным кодом 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 количество строк не предусмотрены в интерфейсах SD и ED. Вместо этого можно дополнительно использовать специальный пакет вспомогательных данных, известный как пакет EDH, для обеспечения проверки данных с помощью CRC.
Нумерация строк и образцов
Нумерация ссылок
В случае видео 1080p60, 59,94 или 50 Гц по двойному каналу; каждая ссылка содержит действительный сигнал 1080i с той же скоростью 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.
Вспомогательные данные
Конкретные приложения вспомогательных данных включают встроенное аудио, EDH, VPID и SDTI.
В двухканальных приложениях; вспомогательные данные в основном находятся по первичной ссылке; вторичный канал должен использоваться для дополнительных данных только в том случае, если на первичном канале нет места. Единственным исключением из этого правила является пакет VPID; на обоих каналах должен присутствовать действующий пакет VPID.
Встроенный звук
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 стандартной четкости не содержит контрольной суммы, CRC или другой проверки целостности данных, пакет EDH ( обнаружение и обработка ошибок ) может быть дополнительно помещен в вертикальный интервал видеосигнала. Этот пакет включает 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 вычислить свой собственный CRC и сравнить его с полученным CRC, чтобы обнаружить ошибки.
EDH обычно используется только со стандартным интерфейсом определения; наличие слов CRC в интерфейсе HD делает пакеты EDH ненужными.
Пакеты VPID (или идентификатор полезной нагрузки видео ) 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 появлением двухканальных интерфейсов и стандартов сегментированных кадров это больше невозможно; таким образом, стандарт VPID (определенный SMPTE 352M) предоставляет способ однозначно и однозначно идентифицировать формат полезной нагрузки видео.
Полезная нагрузка видео и гашение
Активная часть видеосигнала определяется как те отсчеты, которые следуют за пакетом SAV и предшествуют следующему пакету EAV; где соответствующие пакеты EAV и SAV имеют бит V, установленный в ноль. Именно в активной части хранится фактическая информация об изображении.
Кодировка цвета
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.
Колориметрия
Другие цветовые кодировки
Интерфейсы Dual-link и 3 Гбит / с дополнительно поддерживают другие цветовые кодировки, помимо 4: 2: 2 YCbCr, а именно:
Если используется кодирование RGB, все три основных цвета кодируются тем же способом, что и канал Y; значение 64 (40 в шестнадцатеричном формате) соответствует 0 мВ, а 940 (3AC в шестнадцатеричном формате) соответствует 700 мВ.
Вертикальные и горизонтальные области гашения
Для частей вертикальной и горизонтальной областей гашения, которые не используются для вспомогательных данных, рекомендуется присвоить выборкам яркости кодовое слово 64 (40 шестнадцатеричных), а выборкам цветности назначить 512 (200 шестнадцатеричных); оба соответствуют 0 мВ. Допускается кодирование аналоговой информации о вертикальном интервале (такой как 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 форматы 1080 строк HD имеют 1080 активных строк, но всего 1125 строк, а остальные представляют собой вертикальное гашение.
Поддерживаемые форматы видео
Различные версии последовательного цифрового интерфейса поддерживают множество видеоформатов.
Связанные интерфейсы
В дополнение к описанному здесь обычному последовательному цифровому интерфейсу существует несколько других подобных интерфейсов, которые аналогичны последовательному цифровому интерфейсу или содержатся в нем.
Интерфейс SDTI определяется SMPTE 305M. Интерфейс HD-SDTI определяется SMPTE 348M.
НАСКОЛЬКО Я
Стандарт ASI является частью стандарта цифрового видеовещания (DVB).
SMPTE 349M
Стандарт SMPTE 349M: передача форматов изображений из альтернативных источников 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 в соответствии с требованиями 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.
Мультимедийный интерфейс высокой четкости (HDMI)
HDcctv
Стандарт HDcctv воплощает адаптацию SDI для приложений видеонаблюдения, не путать с TDI, аналогичным, но другим форматом для камер видеонаблюдения.