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Interfaz Digital Serial

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Conector BNC como los empleados en SDI.

Serial Digital Interface (SDI), es una interfaz de vídeo digital estandarizada. Utilizada principalmente para la transmisión de señal de vídeo sin compresión (video RGB) y sin encriptación (incluyendo opcionalmente audio). También se utiliza para la transmisión de paquetes de datos.

Las especificaciones de este formato están recogidas en la recomendación ITU-R-BT 656 para la transmisión de señales de vídeo en componentes digitales, utilizando un flujo de 270 Mbits / s. Esta cifra se deriva de la multiplicación de las siguientes:

  • cuadros (o frames) por segundo * líneas de cada cuadro * muestras de cada línea * bits de cada muestra

Donde el valor de bits / muestra incluye los valores de la luminancia como los de la crominancia, así pues, con 625 líneas (Sistema PAL) tenemos que:

  • 25 * 625 * 864 * 20 = 2.7e8 = 270 Mbits por segundo.

En una interfaz de vídeo digital es importante destacar la capa física y la capa de datos (ITU-R BT.656)

En una señal de vídeo digital SDI podemos tener hasta 4 grupos, de dos pares de audio cada uno, lo que hace un máximo de 16 canales. Se trabaja con pares indisolubles de canales de audio para que la recomendaciónITU-R BS 647 se definen cuatro modos de usos posibles, dos sonidos independientes, monofónicos, primario / secundario, o como par estereofónico. Las conexiones de salida SDI suelen llevarlas incorporadas los equipos profesionales de alta gama .

Características

  • Es un estándar únicamente para dispositivos profesionales ya que en muchos acuerdos de concesión de licencias, se restringe el uso de señal sin encriptar en equipos profesionales y prohíbe el uso por dispositivos domésticos, es decir, diseñados para entornos de producción.
  • Esta interfaz está especialmente diseñada para operaciones en distancias muy cortas (aproximadamente 300m) y con tasas de bits muy elevadas que impiden las transmisiones a largas distancias.
  • Utilizan datos no comprimidos.

Capas del Serial Digital Interface

Como hemos comentado antes, la interfaz SDI consta de dos capas, la capa física y la capa de datos


Capa física

Los diferentes tipos de cables tienen varias propiedades físicas que permiten que una señal digital se propague a lo largo de una cierta longitud de cable. El fabricante del cable puede facilitar especificaciones para la distancia máxima recomendada que debe utilizarse para transportar señales de HD (Alta definición) y SD (Definición estándar) del tipo SDI (Serial Digital Interface) por un cable determinado.

Hay otros factores que pueden afectar la decisión sobre qué tipo de cable se utilizará y cómo asegurarse de que el cable se instala correctamente:

  • El índice de temperatura del cable debe estar de acuerdo con el ambiente en que se utilizará.
  • Las dimensiones físicas del cable afectarán el tipo de conector BNC que se tenga que utilizar en la instalación.
  • El grosor del cable afectará al radio de curvatura máximo y la tensión de estiramiento que se le dará durante la instalación.
  • El peso del cable y los múltiples puntos de apoyo o vínculos deben entrar en consideración, ya que pueden causar tensiones en los cables una vez instalados.
  • Las sujeciones mecánicas usadas


Por todas estas características, la capa física consta decables coaxiales, conectoresBNC, en muchos HD-SDI se utilizan dos enlaces, ("dual link") que trabajan en paralelo lel. Además, el cableado analógico puede ser reutilizado en el caso SD.



Sección de un cable coaxial

Capa de datos

  • El estándar SDI utiliza palabras de datos que son de 8 o 10 bits de longitud.
  • Podemos apreciar que tiene 16 canales de audio disponibles.
  • El submuestreo de croma que utiliza es el 4:2:2 YCbCr
  • Los bloques de datos de vídeo están delimitados por dos señales de referencia temporal (timing reference): SAV y EAV.
    • Se define una señalización deSAV yEAV para indicar a qué campo pertenecen las líneas (par / impar) y si son líneas de borrado. La Primera Secuencia de sincronización se llama EAV (End of Active Video). Esta secuencia nos indica el comienzo de la línea. Y la Segunda Secuencia nos indica el SAV (Start of Active Video) que nos marca el final. La estructura de estos datos, tanto en el intervalo horizontal,HANC (Horizontal Ancillary), como en el intervalo vertical,VANCE (Vertical Ancillary) están definidos en la recomendación ITU-R BT.1364.


Representación de EAV i SAV
  • En la capa de datos podemos encontrar dos modelos posibles: paralelo y serie.
  • Paralelo:
  • Usar de 8 a 10 cables (uno por cada plan de bit)
  • Cable dedicado por un reloj de 27MHz.
  • Los cables que se utilizan son cables balanceados.
  • Pueden llegar una longitud de hasta 200 metros.
  • La codificación de los bits se hace en formato NRZ (Non Return-to-Zero):
  • No vale 0 entre bits consecutivos de valor 1
  • Serie:
  • Utilizan palabras de 10 bits
  • Para garantizar una sincronización óptima es necesario realizar una codificación previa.
  • En este caso se utilizan cables no balanceados
  • Utilizan dones cables coaxiales o de fibra óptica.
  • La codificación de los bits se hace en formato NRZI (Non Return-to-cero Inverted). Los datos se codifican en formato NRZI, y un registro de información de desplazamiento lineal se utiliza para cifrar los datos para reducir la probabilidad de que las cadenas largas de ceros o unos, estén presentes en la interfaz. Elaboración se realiza mediante la detección de un patrón especial de sincronización, que consiste en una secuencia de diez unidades seguido de veinte ceros, este patrón de bits no es legal en cualquier lugar más dentro de la carga de datos.
* 0 -> Mantiene el signo
* 1 -> Invierte el signo


Formato de Datos

submuestreo de la croma con formato 4:2:2

Tanto en las aplicaciones de SD como en ED, el formato de datos en paralelo se define en 10 bits, mientras que en aplicaciones de alta definición (HD), que es de 20 bits de ancho, dividida en dos de 10 bits (conocido como y y C). El flujo de datos SD organiza así:

  • Cb Y Cr Y 'Cb Y Cr Y'

Mientras que los flujos de datos HD organizan de esta manera:

  • Y
* Y Y 'Y Y' Y Y 'Y Y'
  • C
* Cb Cr Cb Cr Cb Cr Cb Cr

Para todas las interfaces digitales en serie, la codificación de color nativo es 4:2:2 en formato YCbCr. El canal de luminancia (Y) se codifica con el ancho de banda (13, 5 MHz a 270 Mbit/s SD, y aproximadamente a 75 MHz en HD ), y los dos canales de crominancia (Cb y Cr) son submuestras horizontal, y se codifica la mitad del ancho de banda (6,75 MHz).

Anteriormente, la (Y) se refería a muestras de luminancia, y (C) en las muestras de crominancia. Cr y Cb se refieren a la diferencia de color. Esta sección sólo trata de la codificación de color nativo de la SDI, otras codificaciones de color son posibles mediante el tratamiento de la interfaz como un genérico de 10 bits de datos del canal.

Medidas de errores CRC

Se puede utilizar un código CRC (Cyclic redundancy Check) para dar información al operador, o incluso hacer sonar una alarma externa si los datos no llegan intactos.

  • En los formatos de alta definición cada línea de vídeo lleva un par de códigos CRC con valores separados por luminancia y crominancia,
  • Para los formatos de definición estándar, el CRC se inserta en el intervalo vertical después del punto de conmutación. Se define en SMPTE RP165, y define el método opcional para la detección y manejo de los errores de datos. Se calculan dos palabras de 16 bits, con valores separados de CRC para las señales de Campo Completo (Full Field) y de Imagen Activa (Active Picture). La parte de Camp Completo incluye todos los datos transmitidos exceptuando las líneas reservadas para conmutación en intervalo vertical (líneas 9 a 11 en sistemas de 525 líneas y líneas 5 a 7 sistemas de 625 líneas PAL). La parte de Imagen Activa cubre sólo las palabras de datos correspondientes a la parte activa de vídeo comprendidas entre SAV y EAV, pero sin incluirlas. Las líneas medias (correspondientes al formato analógico, es decir líneas 23 y 623) no se incluyen. Los monitores digitales pueden mostrar los valores de CRC y alarmas en cualquiera de los errores CRC.


Sincronización de paquetes

La sincronización de paquetes (conocido como la señal de referencia de la sincronización o TRS) se produce inmediatamente antes de la primera muestra activa en cada línea, e inmediatamente después de la última muestra activa (y antes del inicio de la región borrado horizontal). El paquete de sincronización se compone de cuatro palabras de 10 bits, las tres primeras palabras son siempre los mismos valores [0x3ff, 0, 0] y el cuarto se compone de 3 bits, junto con un código de corrección de errores. Como resultado, hay 8 paquetes de sincronización de diferentes posibles.

  • En elHD-SDI de doble enlace y las interfaces, los paquetes de sincronización deben ocurrir simultáneamente.
  • EnSD-SDI y las interfaces de mayor definición, sólo hay un flujo de datos, y por tanto sólo un paquete de sincronización a la vez. Aparte de la cuestión del número de paquetes que aparecen, su formato es el mismo en todas las versiones de la interfaz en serie digital.

Los bits de "flag" se encuentran en la cuarta palabra (comúnmente conocida como la palabra XYZ). Cabe destacar deH, F y V.

  • El bitH indica el comienzo de horizontal en blanco y bits de sincronización inmediatamente anterior a la región de blanqueo horizontal H debe tener establecido una. Estos paquetes se conoce comúnmente como el final del video activo, o paquetes de EAV.
  • Del mismo modo, el paquete que aparece inmediatamente antes del comienzo del vídeo activo tiene'Ha 0, este es el comienzo del vídeo activo o un paquete de SAV.
  • Del mismo modo, el bitV se utiliza para indicar el inicio de la región de supresión vertical.
* Un paquete de EAV con V = 1 indica que la línea siguiente es parte del intervalo vertical,
* Un paquete de EAV con V = 0 indica que la línea que sigue es parte de la imagen activa.
  • El bitF se utiliza en formatos entrelazados y segmentado marco para indicar si la línea llega desde el campo primero o segundo (o segmento). En los formatos de exploración progresiva, el bit F siempre se establece en cero.

Línea y numeración de las muestras

Cada muestra dentro de un flujo de datos se le asigna una única línea y un número de muestra. En todos los formatos, la primera muestra inmediatamente después de que el paquete de SAV se le asigna el número de muestra 0, la siguiente muestra es la primera ... En las interfaces de SD, donde sólo hay un flujo de datos, la muestra 0 se encuentra en una muestra de Cb. Del mismo modo, la primera muestra en el flujo de datos de C es el banco central, seguido de Cr, seguido por Cb nuevo.

Las líneas se numeran secuencialmente a partir del 1 hasta el número de líneas por cuadro (en general 525, 625, 750, o 1125 (Sony HDV)). La Determinación de la línea 1 es un poco arbitrario, pero es inequívocamente especificadas por las normas pertinentes. En los sistemas de 525 líneas, la primera línea de la vertical en blanco es la línea 1, mientras que en otros sistemas de entrelazado (625 y 1125 líneas), la primera línea después de las transiciones F bits a cero es la línea 1 .

Datos auxiliares

  • En los periodos entreEAV ySAV se aprovechan para enviar datos auxiliares como audio, metadatos, señalización ....
  • Los diferentes formatos que toman estos datos auxiliares se encuentran en diferentes estándares:
Tabla con código ID auxiliares asignados por datos de tipo 1
Tabla con código ID auxiliares asignados por datos de tipo 2

Interfaces relacionadas

Además del Serial Digital Interface, hay interfaces similares, que son similares o están contenidas dentro de una interfaz digital en serie.

  • SDTI:

No es una especificación extendida SDTI (Serial Data Transport Interface), que permite comprimir (por ejemplo, DV, MPEG y otros) secuencias de vídeo para ser transportadas a través de una línea de SDI. Esto permite múltiples flujos de vídeo en un cable con una transmisión muy rápida. La interfaz SDTI especifica mediante SMPTE 305m. La interfaz HD-SDTI especifica mediante SMPTE 348m.


  • G.703:

El estándar G.703 es otra interfaz digital de alta velocidad, diseñado originalmente para la telefonía.





Estándares

  • SMPTE
Estándar Nombre Tasa de transferencia Formato de ejemplo
SMPTE 259M SD-SDI 270 Mbit/s, 360 Mbit/s, 143 Mbit/s, y 177 Mbit/s 480i, 576i
SMPTE 344M ED-SDI 540 Mbit/s 480p, 576p
SMPTE 292M HD-SDI 1,485 Gbit/s, y 1,485/1001 Gbit/s 720p, 1080i
SMPTE 372M Dual Link HD-SDI 2,970 Gbit/s, y 2,970/1,001 Gbit/s 1080p
SMPTE 424M 3G-SDI 2,970 Gbit/s, y 2,970/1,001 Gbit/s 1080p
TBA 6G-SDI TBA 4K
  • ITU-R BT.656

La recomendación ITU-R BT 656, también llamada ITU656, describe un protocolo de vídeo digital Sin comprimir para transmitir en PAL o NTSCTV (525 o 625 líneas). Este protocolo se basa en los parámetros de codificación de vídeo digital (4:2:2).

Este estándar se puede implementar para transmitir valores de 8 bits o 10 bits. Puede presentar un formato de transmisión en serie o paralelo.

Para la transmisión reutilizado de señales de vídeo en componentes digitales, utilizando un flujo de 270 Mbits / s. Los datos de este flujo contienen la información de luminancia. Y, muestreada en 13,5 MHz, de las dos señales diferencia de color muestreadas a 6,75 MHz respectivamente (Cb y Cr).


  • Society of Motion Picture and Television Engineers: SMPTE 274M-2005: Image Sample Structure, Digital Representation and Digital Timing Reference Sequences for Multiple Picture Rates
  • Society of Motion Picture and Television Engineers: SMPTE 292M-1998: Bit-Serial Digital Interface for High Definition Television
  • Society of Motion Picture and Television Engineers: SMPTE 291M-1998: Ancillary Data Packet and Space Formatting
  • Society of Motion Picture and Television Engineers: SMPTE 372M-2002: Dual Link 292M Interface for 1920 x 1080 Picture Raster

Enlaces externos

Referencias

  • llibres :
  • Digital interface handbook By Francis Rumsey, John Watkinson
  • Digital Video and HDTV. Morgan Kaufmann. Charles A. Poynton (2003). ISBN 1-55860-792-7.
  • Serial Digital Interface: Error Detection and Handling, Serial Data Transport Interface. General Books LLC, 2010.
  • páginas web :


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