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Serial Digital Interface



Das Serial Digital Interface (SDI) ist eine serielle, digitale Schnittstelle, primär zur Übertragung von unkomprimierten und unverschlüsselten Videodaten über Koaxialkabel oder Lichtwellenleiter. Es kommt hauptsächlich im Bereich professioneller Fernsehstudios und im Bereich von Fernsehsendern zum Einsatz.

Die SDI-Schnittstelle wird von der Society of Motion Picture and Television Engineers (SMPTE) spezifiziert und stellt eine Weiterentwicklung der analogen Videostandards wie dem PAL- bzw. NTSC-Verfahren dar.

Die Erweiterung HD-SDI gemäß der Norm SMPTE 292M ist dabei die derzeit vorherrschende Verbindung zur Übertragung von unkomprimierten Bildsignalen für HD, Digital Intermediate und digitales Kino im Studio- und Produktionsumfeld. Über alle HD-SDI-Verbindungen können Bild, Ton und Metadaten übertragen werden. HD-SDI ist, wie SDI im Allgemeinen, vor allem in professionellen Videogeräten zu finden, für Verbraucher haben sich Schnittstellen geringerer Leistung etabliert. HD-SDI-Geräte finden sich meist nur in Studios, Rentalhäusern und in Kinos. Die Schnittstelle ist außerdem in der Veranstaltungstechnik in Gebrauch, hauptsächlich um Video-Signale über größere Distanzen übertragen zu können.

Ein relativ neues Anwendungsfeld ist der Einsatz bei Videoüberwachungssystemen, wo über diesen Standard Bilder von speziellen HD-Kameras über bestehende Koaxialkabel-Installationen übertragen werden können. Somit ermöglicht HD-SDI in diesem Sektor hochauflösende Bilder ohne komplettes Umrüsten auf IP-Video.

Inhaltsverzeichnis

Bitraten und Bildformate


Die SDI-Schnittstelle wird in verschiedene Gruppen mit unterschiedlichen Bitraten eingeteilt:

Im Folgenden sind die wichtigsten SDI-Schnittstellennormen zusammengefasst. Die Zahl unter Videoformat gibt dabei die Zeilenanzahl an, der daran anschließende Buchstabe i steht für interlaced, wie es bei PAL bzw. NTSC üblich ist, und p für progressive, Bildmaterial welches ohne Zeilensprungverfahren übertragen wird.

Standard Name Bitraten (in Gbit/s) Beispielhafte Videoformate
SMPTE 259M SD-SDI 0,27, 0,36, 0,143 und 0,177 480i (NTSC), 576i (PAL)
SMPTE 344M ED-SDI 0,540 480p, 576p
SMPTE 292M HD-SDI 1,485 und 1,485/1,001 720p, 1080i (HDTV)
SMPTE 372M Dual Link HD-SDI 2,970 und 2,970/1,001 1080p
SMPTE 424M 3G-SDI 2,970 und 2,970/1,001 1080p, 4K (Dual Link)
SMPTE ST 2081 6G UHD-SDI 6 4K
SMPTE ST 2082 12G UHD-SDI 12 4K

Physische Schnittstellen


Die SDI-Schnittstelle basiert elektrisch auf Koaxialkabel mit einer Impedanz von 75 Ω und verwendet zum Anschluss BNC-Steckverbinder. Die verwendeten Kabel und Steckertypen wurden vom vorhergehenden analogen Videosignalstandard übernommen. Die maximale Kabellänge beträgt bei SD-SDI und Verwendung entsprechend hochwertiger Kabel bis zu 300 m, bei HD-SDI beträgt die maximale Kabellänge 100 m. Der Spannungshub beträgt 800 mV (±10 %).

Weiterhin kann, insbesondere bei HD-SDI, auch eine optische Übertragung mittels Lichtwellenleiter eingesetzt werden. Die Parameter sind in der SMPTE 292M festgelegt, welche unter anderem eine optische Wellenlänge von 1310 nm (±40 nm), SC-Stecker und Glasfaserkabel nach der Norm IEC 60793-2 vorgibt.

Die Daten werden medienunabhängig als NRZI-Datenstrom codiert, um dem Empfänger die Taktrückgewinnung des Pixeltaktes zu ermöglichen. Zusätzlich werden die Daten mittels Scrambler statistisch gleichanteilsfrei gemacht, um so den SDI-Datenstrom zur galvanischen Trennung über Impulstransformatoren führen zu können.

Datenformat


In der SMPTE 259M, welche gleichwertig zu der ITU-R BT.656 ist, wird der grundlegende Rahmenaufbau eines unkomprimierten digitalen Videosignals beschrieben. Das Format und die zeitliche Ausrichtung ist dabei an die analogen Videostandards angelehnt. Bestimmte analoge Spezifika, wie die zur horizontalen und vertikalen Synchronisation notwendigen Steuerimpulse, werden dabei durch spezielle digitale Codes, den SAV (engl. Start of Active Video) und EAV (engl. End of Active Video) abgebildet.

In SD-SDI ist die Wortbreite der übertragenden Helligkeitsdaten (Y) und der Farbinformation (Cb steht für die blaue Farbinformation bzw. Cr für die rote Farbinformation) typischerweise 10 Bit. In HD-SDI werden die Y und Cb/Cr Daten parallel zu je 10 Bit in einem 20 Bit breiten Wort abgebildet.

Die Bildinformation weist bei SD-SDI folgende zeitliche Abfolge auf:

Cb Y Cr Y' Cb Y Cr Y'

und bei HD-SDI, wobei immer ein Y- mit einem C-Wert parallel zusammengefasst wird:

Y
Y Y' Y Y' Y Y' Y Y'
C
Cb Cr Cb Cr Cb Cr Cb Cr

Die Bildinformation wird im YCbCr-Farbmodell mit einem Abtastraster von 4:2:2 übertragen und darf nur den Wertebereich 4 bis 1019 (0x004 bis 0x3FB in hexadezimaler Schreibweise) umfassen. Die Werte 0 bis 3 und 1020 bis 1023 (0x3FC bis 0x3FF) sind im Rahmen der SDI-Schnittstelle für Signalisierungen und Steuerworte reserviert. Unter anderem wird mit diesen Steuerworten der Beginn bzw. das Ende einer Videozeile signalisiert.

Farbmodelle


Single Link HD-SDI SMPTE 292M bietet

Dual Link HD-SDI SMPTE 372M bietet zusätzlich

Erweiterungen


Neben dem unkomprimierten Videosignal, welches primär übertragen wird, besteht bei SDI die Möglichkeit, zusätzliche Signale, Steuerdaten oder Metadaten/Kontrolldaten zu übertragen. Dazu werden die Zeitbereiche außerhalb des sichtbaren Videobereichs, welche bei den zugrunde liegenden analogen Videostandards für Synchronisationsimpulse verwendet werden, zur Übertragung spezieller Datenpakete verwendet.

In der Norm SMPTE 291M ist festgelegt, wie diese zusätzlichen Daten, im Englischen als Ancillary Data bezeichnet, in das SDI-Signal eingefügt werden können. Geräte, welche dieses Einfügen bzw. Einbetten vornehmen, werden auch als Embedder bzw. das Gegenstück dazu als Deembedder bezeichnet. Beispielsweise können folgende Daten zusätzlich zu den Videodaten eingefügt werden:

Der Vorteil der eingebetteten Zusatzdaten liegt darin, dass in der Infrastruktur eines Fernsehstudios keine getrennten Wege für Videosignale und die dazugehörigen Audiosignale und Steuersignale wie bei analoger Übertragung notwendig sind. Das Bildsignal enthält, entsprechend zeitlich korrekt ausgerichtet, seine bis zu 16 dazugehörigen Audioströme und kann als eine Signalfolge mit konstanter Verzögerungszeit beispielsweise über Kreuzschienen geführt werden.

SDTI

Neben dem Transport von unkomprimierten Videodaten kann die SDI-Schnittstelle den normalerweise sichtbaren Bereich der Videodaten für den Transport beliebiger Daten nutzen. Damit können beispielsweise Ethernet-Schnittstellen-Daten oder digital komprimierte Videodaten nach MPEG oder H.264 über bestehende SDI-Infrastruktur übertragen werden. Damit es nicht zu Störungen bei der Bildwiedergabe kommt, ist das Verfahren im SDTI (engl. Serial Data Transport Interface) festgelegt. Für SD-SDI spezifiziert SMPTE 305M die Details, für HD-SDI die Spezifikation SMPTE 348M.

3D

Die Digital Cinema Initiatives nutzt HD-SDI-Übertragung zur Darstellung von 3D-Inhalten im Kino mit 48P.

Literatur


Normen


Weblinks





Kategorien: Fernsehtechnik | Videotechnik | Videoschnittstelle | Filmtechnik | Cine-Standard



Quelle: Wikipedia - https://de.wikipedia.org/wiki/Serial Digital Interface (Autoren [Versionsgeschichte])    Lizenz: CC-by-sa-3.0


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