SDI, HD-SDI, 3G-SDI, 6G-SDI, 12G i 24G-SDI: Przewodnik Ostateczny

Co to jest interfejs szeregowy SDI (Serial Digital Interface)?

Interfejs szeregowy SDI (Serial Digital Interface) to rodzina cyfrowych interfejsów wideo, które po raz pierwszy zostały znormalizowane przez SMPTE (Society of Motion Picture and Television Engineers) w 1989 roku. SDI jest standardem służącym do przesyłania nieskompresowanego cyfrowego wideo i audio za pomocą kabli koncentrycznych lub światłowodowych.

Interfejs SDI nie może bezpośrednio przesyłać skompresowanego sygnału cyfrowego. W związku z tym system musi najpierw zdekompresować skompresowany sygnał zarejestrowany przez rejestratory wideo, dyski twarde i inne urządzenia, zanim wejdzie on do systemu SDI.

Jednakże, wielokrotne dekompresowanie i kompresowanie może prowadzić do pogorszenia jakości obrazu i zwiększenia opóźnień. Dlatego różne formaty rejestratorów wideo i systemów do nieliniowej edycji wideo mają własne rozwiązania umożliwiające bezpośrednie przesyłanie skompresowanego sygnału cyfrowego.

 

Czym jest SD-SDI?

Standard SD-SDI obsługuje przepływność 270 Mb/s. SD-SDI przesyła wideo o niskiej rozdzielczości kompatybilne z systemem PAL, o rozdzielczości 720 × 576 przy 25 klatkach na sekundę, z częstotliwością zegara 27 MHz.

W 1994 roku ITU-R (dawniej Międzynarodowy Komitet Doradczy ds. Radia) wydał rekomendację BT.656-2, która zawierała nowy szeregowy interfejs cyfrowy zdefiniowany w EBU Tech.3267 i SMPTE 259M. Interfejs ten wykorzystuje 10-bitową transmisję i kodowanie NRZI.

Ten interfejs wykorzystuje 10-bitową transmisję oraz kodowanie NRZI (Non-Return-to-Zero Inverted). Częstotliwość zegara wynosiła 270 Mb/s podczas transmisji sygnału na poziomie 4:2:2 z ITU-R BT.601 (część A). Standard SD-SDI został zdefiniowany jako dzisiejszy szeregowy interfejs cyfrowy.

Czym jest HD-SDI?

Standard HD Serial Digital Interface (HD-SDI) został ustandaryzowany w SMPTE 292M. Choć jest znany jako interfejs 1,5 Gb/s, obsługuje przepływności 1,485 Gb/s i 1,485/1,001 Gb/s.

HD-SDI jest powszechnie stosowany w systemach monitoringu wysokiej rozdzielczości. Jest wyjątkowy ze względu na możliwość dostarczania wideo w jakości 1080p przy szybkości klatek 25 lub 30, zachowując wszystkie szczegóły obrazu i opóźnienie niemal równe systemom analogowym.

Czym jest Dual Link HD-SDI?

Dual Link HD-SDI to nowy standard wprowadzony przez SMPTE 372M w 2002 roku. Jest to ulepszona wersja HD-SDI, obsługująca większą prędkość 2,97 Gb/s dzięki zastosowaniu dwóch połączeń. Standard ten jest odpowiedni dla aplikacji wymagających wysokiej wierności i rozdzielczości, takich jak kino cyfrowe i HDTV 1080P.

Czym jest 3G-SDI?

Standard 3G-SDI to interfejs 3 Gb/s, choć rzeczywiste przepływności to 2,97 Gb/s i 2,97/1,001 Gb/s. Obsługuje różne poziomy mapowania, zgodnie ze standardem SMPTE ST425-1, oraz generowanie i sprawdzanie CRC, wstawianie numerów linii i przechwytywanie.

Standard 3G-SDI jest szeroko stosowany w przemyśle nadawczym, a wielu producentów oferuje związane z nim produkty. Jednocześnie, wraz z rozwojem przemysłu zabezpieczeń, coraz bardziej eksplorowane są zalety cyfrowych sygnałów o dużej prędkości i bez kompresji.

Dostawcy wprowadzili na rynek wiele produktów z serii 3G-SDI, w tym transceivery optyczne, sprzęt konwertujący, cyfrowe matryce przełączające oraz rozdzielacze. Urządzenia te obsługują sygnały 3G-SDI i są także wstecznie kompatybilne z sygnałami 1.5G, co umożliwia transmisję na długie odległości i spełnia zróżnicowane potrzeby użytkowników.

Czym jest 6G-SDI?

Standard 6G-SDI definiuje strukturę danych w postaci bitów, sygnał elektryczny oraz interfejs kabla koncentrycznego do transportowania sygnałów o łącznym przepływie danych wynoszącym 5,940 Gb/s lub 5,940/1.001 Gb/s. Standard ten określa również charakterystyki elektryczne i fizyczne kabli koncentrycznych oraz złączy.

Standard ten definiuje kilka trybów mapowania dla przesyłania formatów obrazu 2160-liniowych i 1080-liniowych oraz związanych danych pomocniczych przez pojedynczy link SDI o nominalnej przepustowości 6 Gb/s.

Czym jest 12G-SDI?

12G-SDI to standard cyfrowego interfejsu szeregowego opracowany w celu obsługi wyższej rozdzielczości, częstotliwości odświeżania i wierności kolorów. Oferuje czterokrotnie większą przepustowość niż 3G-SDI, wynoszącą 12 Gb/s, co czyni go idealnym dla formatu 4K 60p.
Nie jest to nowe. UG rozwijało 6G / 12G od 2012 roku, jednak nie zostało to jeszcze zatwierdzone przez organ standaryzacyjny SMPTE (Society of Motion Picture and Television Engineers) pod roboczą nazwą SMPTE ST-2082.

Większość profesjonalnych kamer 4K, endoskopów medycznych i monitorów używa jednocześnie czterech złączy BNC do przesyłania sygnałów 12G-SDI. Niektóre kamery, takie jak ręczna kamera Sony PXW-Z280 typu all-in-one, teraz oferują złącza wyjściowe 12G-SDI w miarę postępu technologii; jednakże tylko jeden kabel SDI spełnia standard transmisji 12G i może bezpośrednio przesyłać sygnały 4K 60p.
Niektórzy dostawcy transceiverów wideo wprowadzili również transceivery 12G-SDI, aby sprostać wymaganiom rynku telewizyjnego i nadawczego o wyższej rozdzielczości.

Czym jest 24G-SDI?

24G-SDI, znane również jako UHD-2 lub 24G UHD-SDI, zdefiniowane w standardzie SMPTE ST-2083, obsługuje rozdzielczość 8K przy 120 klatkach na sekundę. Jest to najnowsza generacja interfejsów cyfrowych szeregowych, przeznaczona do zastosowań związanych z transmisją strumieniową mediów UHDTV w czasie rzeczywistym. 24G-SDI wykorzystuje osiem linii SMPTE ST 2083, umożliwiając przesyłanie sygnałów wideo z prędkością do 24 Gbps.

Czym jest 48G-SDI?

48G-SDI to nowy termin zaproponowany przez niektórych liderów branży, jednak nie został jeszcze zdefiniowany w standardzie SMPTE. Poprzez łączenie czterech niezależnych kanałów 12G-SDI, 48G-SDI obsługuje sygnał 8K (48G) przesyłany przez kabel światłowodowy. Jest idealny do przesyłania wielu nieskompresowanych strumieni SDI lub sygnałów UHD o jakości nadawczej 8K.

Historia interfejsu cyfrowego szeregowego (SDI)

W 1982 roku były CCIR opublikował standard CCIR 601 oparty na propozycjach Europejskiej Unii Nadawczej (EBU) oraz Amerykańskiego Towarzystwa Inżynierów Filmowych i Telewizyjnych (SMPTE). Przy częstotliwości próbkowania 13,5 MHz, 8-bitowej kwantyzacji i sub-próbkowaniu chrominancji w układzie 4:2:2 zjednoczono parametry cyfrowe dla systemów skanowania telewizyjnego 525/60 i 625/50.

W 1983 roku CCIR przekształciło się w Międzynarodową Unię Telekomunikacyjną – Sektor Telekomunikacji Radiowej (ITU-R).

W 1986 roku CCIR opublikował standard CCIR 656, oparty na standardach EBU Tech.3246 i SMPTE 125, proponując interfejs równoległy, który przesyła specyfikacje CCIR 601 przy użyciu 11 skręconych par i złączy typu D o 25 pinach.

Niektóre wczesne urządzenia cyfrowe używały tego interfejsu, jednak ze względu na krótki zasięg transmisji, złożoność połączenia i inne powody, nie był on odpowiedni do użycia na dużą skalę.

CCIR 656 obejmował także standard serialnego interfejsu cyfrowego EBU Tech.3247 zaproponowany przez EBU w 1983 roku, używający kodowania blokowego 8/9 przy przepływności bitów 243 Mb/s, ale wspierał tylko kwantyzację 8-bitową i nie było łatwo zaprojektować stabilny, tani układ interfejsu.

W 1994 roku ITU-R opublikowało rekomendację BT.656-2, wprowadzając nowy serialny interfejs cyfrowy zdefiniowany w EBU Tech.3267 i SMPTE 259M. Ten interfejs używa transmisji 10-bitowej i kodowania NRZI. Częstotliwość zegara wynosi 270 Mb/s przy przesyłaniu sygnału 4:2:2 z ITU-R BT—601 (część A), znanego teraz jako SDI.

Wykorzystanie kabla koncentrycznego 75 Ω i złącza BNC 75 Ω (IEC 60169-8) umożliwiło ponowne wykorzystanie wielu istniejących kabli w stacji w systemie cyfrowym, a SDI stał się standardem w urządzeniach cyfrowych. Oparcie o ostateczną realizację studia, systemu master i systemu kontroli nadawania w systemach cyfrowych.

Chiny również sformułowały odpowiedni krajowy standard BG / T 17953 dotyczący powyższych standardów. EBU Tech.3268, SMPTE RP145 i ITU-R BT.799 proponują dual-link, aby zaspokoić zapotrzebowanie na produkcję programów o wysokiej jakości dla obrazu w poziomie 4:4:4 i klucza chrominancji z ITU-R BT.601 (część A), przesyłając jednocześnie obraz R’G’B’/4:4 oraz inne sygnały szerokopasmowe przez dwa kanały SDI.

W 1990 roku, wraz z publikacją rekomendacji ITU-R BT.709, przyspieszony rozwój technologii telewizji wysokiej rozdzielczości sprawił, że w branży zgodzono się na użycie interfejsu cyfrowego szeregowego do przesyłania sygnałów HD, dla którego SMPTE zdefiniowało w standardzie 292M częstotliwość zegara do 1,5 Gb/s. Odpowiednim międzynarodowym standardem jest ITU-R BT.1120, znany jako HD-SDI.

W 2005 roku ITU-R określiło interfejs szeregowy o przepływności 2,97 Gb/s w standardzie BT.1120-6, który wciąż używa kabla koncentrycznego 75 Ω i złącza zgodnego ze standardem IEC 60169-8. Dodatkowo, standard SMPTE 424M definiuje podobny interfejs o przepływności 3 Gb/s. Pojawienie się interfejsu szeregowego 3 Gb/s rozwiązuje wcześniejsze potrzeby związane z dual-link HD-SDI, takie jak programowanie w formatach 4:4:4 / 12-bit lub 1080p50 / 59,94.

Producenci wprowadzili produkty z układami interfejsu szeregowego 3 Gb/s. Jednak miedź ma pewne ograniczenia w sytuacjach wymagających transmisji na długie odległości, takich jak łączenie dwóch odległych studiów.

Obecnie kabel światłowodowy stał się naturalnym zamiennikiem dla miedzi. ITU-R BT.1367 i SMPTE 297M to standardy przesyłania sygnałów cyfrowych szeregowych przez kable światłowodowe. Na przykład, w standardzie ITU-R BT.1367 do przesyłania sygnałów wysokiej rozdzielczości dozwolone są tylko włókna optyczne jedno trybowe i odpowiadające im złącza optyczne – konwersja elektryczna na optyczną odbywa się za pomocą odpowiedniego odbiornika optycznego i nadajnika optycznego.

SD-SDI vs. HD-SDI vs. 3G-SDI – jaka jest różnica?

Podstawowe specyfikacje elektryczne HD-SDI i SD-SDI są takie same, jednak prędkość transmisji bitów w HD-SDI jest znacznie wyższa niż w SD-SDI.
Ponieważ standard ITU-R BT.1120-2 określa, że częstotliwość próbkowania luminancji w sygnałach wideo wysokiej rozdzielczości wynosi 74,25 MHz, a częstotliwość próbkowania dwóch sygnałów różnicy kolorów wynosi 37,125 MHz, podstawowa prędkość bitów HD-SDI osiąga 1,485 Gb/s.
Rozkład parametrów kabla do transmisji wysokiej częstotliwości wpływa na transmisję sygnałów wideo wysokiej rozdzielczości, dlatego długość kabla będzie znacznie krótsza.
Format transmisji danych HD-SDI jest taki sam jak format transmisji SD-SDI, a sygnał luminancji Y oraz sygnały różnicy kolorów Cb i Cr poddane multipleksacji czasowej są przetwarzane jako słowa 20-bitowe. Każde 20-bitowe słowo odpowiada próbce różnicy kolorów i próbce luminancji. Tryby multipleksacji to (Cb1Y1), (Cr1Y2), (Cb3Y3) i (Cr3Y4).
Wraz z pojawieniem się standardów wideo wysokiej rozdzielczości (HD) takich jak 1080i i 720P, interfejsy zostały dostosowane do obsługi wyższych prędkości transmisji danych 1,485 Gb/s. Interfejs szeregowy o prędkości 1,485 Gb/s, powszechnie nazywany interfejsem HD-SDI, jest zdefiniowany przez standard SMPTE292M.
Używa tego samego kabla koncentrycznego 75 Ω. SMPTE zatwierdziło nowy standard SMPTE424M, który podwaja prędkość transmisji SDI do 2,97 Gb/s przy użyciu tego samego kabla koncentrycznego 75 Ω i obsługuje obrazy o wyższej rozdzielczości, takie jak 1080P i cyfrowe kino.

3G-SDI jest ulepszoną wersją HD-SDI. System ten wspiera standardy SMPTE424M, SMPTE292M, SMPTE259M, SMPTE297M, SMPTE305M i SMPTE310M.

Jakie są zalety SDI?

Wysoka niezawodność: SDI przesyła dane wideo bez kompresji, co zapewnia wysokiej jakości interfejs multimedialny o wysokiej rozdzielczości.

Brak opóźnień: Sygnał SDI przesyłany jest przez kable koncentryczne, co pozwala na dostarczanie wyraźnych obrazów HD bez opóźnień i nieskompresowanych sygnałów cyfrowych. Jest to kluczowe dla transportu sygnałów w czasie rzeczywistym, takich jak monitorowanie i transmisje na żywo.

Długa odległość: W porównaniu do tradycyjnej technologii, interfejs cyfrowy szeregowy wspiera transmisję na odległość dziesiątek kilometrów przez kabel światłowodowy, bez pogarszania jakości sygnału.

Maksymalne wykorzystanie okablowania: Większość systemów SDI używa złącza BNC, które jest kompatybilne z analogowym okablowaniem. Dzięki temu można zaktualizować istniejący system do SDI bez znacznych modyfikacji, co obniża całkowite koszty.

Najczęściej zadawane pytania

Q: Co to jest 8K?

A: 8K to ogólna nazwa dla rozdzielczości wideo 7680×4320. Ma proporcje 16:9 i 33 177 600 pikseli. Dokładniejszym terminem dla potrzeb nadawczych i wydarzeń na żywo jest UltraHD2.

Q: Jakie są czynniki wpływające na stabilność systemu SDI?

A: Główne czynniki to stabilne źródło zasilania, dobre dopasowanie impedancji, zredukowany wpływ pojemności rozłożonej, odpowiednie złącza oraz charakterystyka ekranowania kabla.

Q: Czy SDI obsługuje HDCP?

A: Nie, SDI nie obsługuje HDCP, więc konwersja HDMI na SDI nie przeniesie HDCP.

Q: Czy SDI jest lepsze od HDMI?

A: To zależy od sytuacji związanej z transmisją. Jeśli kabel ma być używany na długich odległościach, lepiej jest używać SDI, natomiast HDMI będzie najtańszym rozwiązaniem na bardzo krótkie odległości.

Q: Czy 3G SDI obsługuje 4K?

A: Nie, 3G-SDI nie obsługuje rozdzielczości 4K. Ponieważ wspiera tylko 1080p, do sygnału 4K należy użyć 6G- lub 12G-SDI.

Podsumowanie Niniejszy przewodnik dostarcza kompleksowego wprowadzenia do terminów SDI. Postęp technologiczny sprawił, że interfejs cyfrowy szeregowy jest idealny do transmisji w wysokiej rozdzielczości i monitorowania. Gdy zrozumiesz różnice między SD, HD, 3G, 6G, 12G i 24G-SDI, będziesz mógł wybrać najlepsze rozwiązanie dla swojej aplikacji.