выход sdi что такое
Форматы передачи видеосигналов SDI/HD-SDI: задачи, описание и функциональность
14 октября 2019 года завершился двухлетний масштабный проект Правительства РФ – полный переход отечественного телевещания в цифровой формат. Эта реформа – закономерный результат технического прогресса в развитых странах: европейские государства активно переходят на цифровое вещание. В статье рассмотрим особенности работы с форматом SDI и тонкости перехода с аналогового формата видео на цифровое.
14 октября 2019 года завершился двухлетний масштабный проект Правительства РФ – полный переход отечественного телевещания в цифровой формат. Эта реформа – закономерный результат технического прогресса в развитых странах: европейские государства активно переходят на цифровое вещание.
Причины всеобщего перехода на «цифру»
Перспективность цифрового вещания не вызывает вопросов.
Во-первых, современное оборудование и всеобщая компьютеризация и цифровизация влияют на современный мир. Появились программные способы обработки сигналов, методы монтажа и обработки видео, недоступные для «плёнки».
Free-Flow является запатентованной технологией британского производителя KVM-оборудования Adder Technology
В-третьих, качество цифрового видео значительно превосходит аналоговое. Аналоговый сигнал при передаче сильно деформируется, в зависимости от расстояния, числа компонентов тракта, погоды. Возникали помехи в виде «полосок», «звездочек», постороннего шума, зависания видео.
В-четвертых, современная видеоаппаратура (мониторы, телевизоры, иное оборудование) может раскрыть весь свой потенциал только с «цифрой». Такие операции, как, например, набирающее популярность интерполяционное масштабирование (достижение изображения наилучшего качества в цвете и яркости пикселя, основываясь на значениях окружающих пикселей), актуальны в современном вещании. Однако они либо невозможны в сочетании с традиционными сигналами, либо возможны, но с применением преобразователей.
Но стоит понимать, что эти несомненные плюсы могут так и не стать преимуществами. Дело в том, что сигналы в процессе обработки множество раз перемещаются между студией и аппаратной, между серверами и компьютерами редакторов, монтажеров и операторов. Такие неоднократные перемещения с преобразованиями аналоговых сигналов в цифровые чреваты теми же проблемами, что и при трансляции чистого аналогового сигнала.
Производители видео- и звукозаписывающего оборудования предлагают телестудиям широкий выбор устройств, исключающих критически важные преобразования аналогового сигнала в цифровой. В идеале лучшим техническим решением было бы вовсе исключить промежуточные преобразование сигналов, кроме последнего, когда непосредственно перед эфиром необходимо преобразовать цифровой сигнал в аналоговый.
Что такое SDI
Чтобы перейти на цифровое телевещание, студиям, прежде всего, придется организовать инфраструктуру для передачи видео в «цифре» без потерь. Перепрокладывать всю кабельную сеть было бы очень дорогим и времязатратным шагом, тем более что под трансляцию цифрового сигнала можно адаптировать уже имеющиеся коаксиальные сети, ранее служившие для передачи аналогового. Для этого необходимо лишь оснастить аппаратные комплексы дополнительными устройствами без необходимости обновления уже имеющейся кабельной системы.
Вопреки устоявшемуся мнению, просто перевести аналоговый сигнал в цифровой недостаточно. Телесигнал, который передается в эфир, имеет сложную структуру: композитное видео плюс аудио в виде частотно-модулированной поднесущей. Но студийная кабельная сеть в основном однолинейная, а не трехлинейная, как это мыслится для передачи цифрового телесигнала.
Специально под эти нужды был разработан особый формат цифрового видео – SDI (Series Digital Interface). Так называемый последовательный цифровой интерфейс транслирует одновременно три сигнала: два – цветоразностных и один – яркости, – а также обеспечивает точную передачу видеосигнала на значительные расстояния.
Проблемы внедрения формата SDI
При оцифровке высокочастотных сигналов возникают трудности с обработкой данных больших объемов, что, в свою очередь, негативно сказывается на скорости передачи. Диапазон частот сигнала достигает сотен мегагерц. Нужная скорость и сохранение изначальной формы сигналов достигается расширенной полосой тракта. Полоса представляет собой выраженную синусоиду, где наглядно видно такое явление, как джиттер. Джиттер – это своего рода дрожание фронтовых фаз. Это дрожание провоцирует возникновение ошибок и помех. Низкочастотный джиттер (НЧ-дрейф) появляется на частоте ниже 10 Гц и практически не влияет на качество передачи. Высокочастотный же приводит к помехам и ошибкам. Расчет минимального значения для ВЧ-джиттера:
Проблему устраняют, как правило, восстановлением тактовой частоты сигналов. Однако стоит учесть, что существует порог деформирования сигнала, по достижении которого сигнал не восстановить без ущерба для восприятия.
Современное KVM оборудование позволяет передавать сигналы видео, аудио и USB в одном пакете (по одному кабелю) без потерь практически на любые расстояния. См., например, решения:
Некоторые технические особенности формата SDI
Типы кабелей для передачи сигналов в формате SDI и требования к сетям
| Коаксиальный кабель | Оптоволоконный кабель | ||||||||||||||||||||||||
| Важные характеристики | 75 Ом с терминалами BNC |
| 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.
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.