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시리얼 디지털 인터페이스

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목차

1. 개요

시리얼 디지털 인터페이스(SDI)는 BNC 커넥터와 75옴 동축 케이블을 사용하는 압축되지 않은 디지털 컴포넌트 비디오 신호 전송 인터페이스이다. NRZI 형식으로 데이터를 인코딩하고, 스크램블링을 통해 긴 0 또는 1 시퀀스를 줄이며, 자체 동기화 및 자체 클록킹 기능을 갖는다. SDI는 SD-SDI, HD-SDI, 3G-SDI, 6G-SDI, 12G-SDI 등 다양한 표준을 지원하며, 각 표준은 특정 비트 전송률과 비디오 형식을 지원한다. SDI는 임베디드 오디오, 보조 데이터 전송을 지원하며, SDTI, ASI, HDMI, HDcctv, CoaXPress 등 관련 인터페이스가 존재한다.

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시리얼 디지털 인터페이스
개요
종류디지털 비디오 인터페이스
약칭SDI / SD-SDI / HD-SDI / SDI 3G / SDI 6G / SDI 12G
기술 정보
개발 시작1989년
버전12G (2015년)
관련 단체SMPTE (영화 텔레비전 기술자 협회)
이전 기술CVBS - 복합 비디오
관련 표준

2. 전기 인터페이스

BNC 커넥터가 있는 동축 케이블을 사용하는 시리얼 디지털 인터페이스(SDI)는 공칭 임피던스가 75옴이다.[9][10] 이는 아날로그 컴포지트 비디오 설정에 사용되는 케이블과 같은 유형이므로, 장비 업그레이드가 더 쉬울 수 있다. 그러나 높은 비트 전송률에서는 오래되거나 품질이 낮은 케이블을 교체해야 할 수 있으며, 장거리 전송에는 광섬유가 사용되기도 한다.

신호 진폭은 소스에서 800mV(±10%) 피크 대 피크이나, 감쇠로 인해 수신기에서는 더 낮은 전압이 측정될 수 있다. 수신기 이퀄라이제이션을 통해 리피터 없이 300m 거리에서 270Mbit/s SDI를 전송할 수 있지만, 더 짧은 거리가 선호된다. HD 비트 전송률에서는 최대 전송 거리가 100m로 짧아진다.[9][10]

압축되지 않은 디지털 컴포넌트 비디오 신호는 NRZI 형식으로 인코딩되며, 선형 피드백 시프트 레지스터를 사용하여 스크램블되어 0 또는 1의 긴 시퀀스가 나타날 가능성을 줄인다. 인터페이스는 자체 동기화 및 자체 클럭킹되며, 특수한 동기화 패턴(HD에서 20개의 1과 40개의 0이 이어지는 시퀀스)을 감지하여 프레이밍이 수행된다. 이 패턴은 데이터 페이로드 내 다른 곳에서는 유효하지 않다.

장거리 전송 시 데이터 오류로 인해 화면에 노이즈가 발생하거나, 심한 경우 모든 데이터가 무효화될 수 있다. HD-SDI는 규격상 100m까지 가능하지만, 80m를 초과하는 경우 리클록형 중계 장비 설치 등의 주의가 필요하다. 3G-SDI와 같이 더 넓은 대역폭을 사용하는 인터페이스는 사용 가능한 거리가 더 짧아진다.

연결 케이블은 임피던스 75Ω의 FB 및 HD 케이블을 사용한다. 임시 사용에는 가늘고 굴곡성이 좋은 FW를 많이 사용하지만, 전송 가능 거리는 FB보다 짧다. 12G-SDI의 경우 FB, FW 저감쇠형이 필요하며, 케이블 양쪽 끝의 BNC 플러그도 12G-SDI 전용품이 필요하다.

2. 1. 표준

표준이름도입 시점비트 전송률예시가 되는 비디오 포맷
SMPTE 259MSD-SDI1989년[21]270 Mbit/s, 360 Mbit/s, 143 Mbit/s, 177 Mbit/s480i, 576i
SMPTE 344MED-SDI540 Mbit/s480p, 576p
SMPTE 292MHD-SDI1998년[21]1.485Gbit/s, 1.485Gbit/s/1.001720p, 1080i
SMPTE 372M듀얼 링크 HD-SDI2002년[21], /1.0011080p60
SMPTE 424M3G-SDI2006년[21], /1.0011080p60
SMPTE ST-20816G-SDI2015년[23]6Gbit/s2160p30
SMPTE ST-208212G-SDI2015년[24]12Gbit/s2160p60
SMPTE ST-2083*24G-SDI24Gbit/s2160p120



다양한 SDI 표준이 존재하며, 각각 다른 비트 전송률과 지원하는 비디오 형식이 다르다. 워킹 그룹 32NF-70은 초당 24Gbit/s의 SDI를 위한 표준 ST-2083을 개발 중이다.[25][26]

SMPTE 259M에 정의된 표준은 270 Mbit/s, 360 Mbit/s, 143 Mbit/s, 177 Mbit/s 의 비트 전송률을 가지며, 이 중 270 Mbit/s가 가장 일반적으로 사용된다. 고급 정의(주로 525P)의 경우 여러 개의 540 Mbit/s 인터페이스가 정의되어 있다. HDTV의 경우 SMPTE 292M에 의해 정의되며, 1.485Gbit/s 및 1.485Gbit/s/1.001의 두 가지 비트 전송률이 정의된다. SMPTE 372M 표준은 듀얼 링크 인터페이스를 정의한다. 공칭 3Gbit/s 인터페이스는 2006년에 SMPTE에 의해 424M으로 표준화되었다.

2. 2. 비트레이트

SMPTE 259M에 정의된 표준 화질 응용 분야의 경우 가능한 비트 전송률은 270 Mbit/s, 360 Mbit/s, 143 Mbit/s 및 177 Mbit/s이다. 270 Mbit/s가 가장 일반적으로 사용된다. 하지만 360 Mbit/s 인터페이스(와이드 스크린 표준 화질에 사용)가 때때로 발생한다. 143 및 177 Mbit/s 인터페이스는 복합 인코딩(NTSC 또는 PAL) 비디오를 디지털 방식으로 전송하기 위해 고안되었으며 현재는 구식으로 간주된다.[21]

향상된 화질 응용 분야(주로 525P)의 경우 여러 개의 540 Mbit/s 인터페이스가 정의되어 있으며 듀얼 링크 270 Mbit/s 인터페이스에 대한 인터페이스 표준도 있다. 이러한 경우는 거의 발생하지 않는다.[21]

HDTV 응용 분야의 경우 시리얼 디지털 인터페이스는 SMPTE 292M에 의해 정의된다. 1.485 Gbit/s 및 1.485/1.001 Gbit/s의 두 가지 비트 전송률이 정의된다. SMPTE 292M이 기존 NTSC 시스템과 호환되도록 59.94 Hz, 29.97 Hz 및 23.98 Hz의 프레임 속도로 비디오 형식을 지원할 수 있도록 1/1.001의 요소가 제공된다. 1.485 Gbit/s 버전의 표준은 60 Hz, 50 Hz, 30 Hz, 25 Hz 및 24 Hz를 포함하여 널리 사용되는 다른 프레임 속도를 지원한다. 1.5 Gbit/s의 공칭 비트 전송률을 사용하는 것으로 두 표준을 집합적으로 참조하는 것이 일반적이다.[21]

HD-SDI 인터페이스가 제공할 수 있는 것보다 더 높은 해상도, 프레임 속도 또는 색상 충실도를 요구하는 초고화질 애플리케이션의 경우 SMPTE 372M 표준은 '''듀얼 링크''' 인터페이스를 정의한다. 이름에서 알 수 있듯이 이 인터페이스는 병렬로 작동하는 두 개의 SMPTE 292M 상호 연결로 구성된다. 특히, 듀얼 링크 인터페이스는 60 Hz, 59.94 Hz, 50 Hz의 프레임 레이트에서 10비트, 4:2:2, 1080P 형식은 물론 12비트 색 심도, RGB 인코딩 및 4:4:4 색 샘플링을 지원한다.[21]

공칭 3 Gbit/s 인터페이스(보다 정확하게는 2.97 Gbit/s, 일반적으로 "3 gig"라고 함)는 2006년에 SMPTE에 의해 424M으로 표준화되었다. 2012년에 SMPTE ST 424:2012로 개정되었으며, 듀얼 1.485 Gbit/s 인터페이스에서 지원되는 모든 기능을 지원하지만 두 개가 아닌 하나의 케이블만 필요하다.[21]

2. 3. 데이터 포맷

SD 및 ED 애플리케이션에서 직렬 데이터 형식은 10비트 너비로 정의되는 반면, HD 애플리케이션에서는 20비트 너비로 두 개의 병렬 10비트 데이터 스트림(Y 및 C로 알려짐)으로 나뉘어 정의된다.[21] SD 데이터 스트림은 다음과 같이 배열된다.

: Cb Y Cr Y' Cb Y Cr Y'반면 HD 데이터 스트림은 다음과 같이 배열된다.

; Y: Y Y' Y Y' Y Y' Y Y'; C: Cb Cr Cb Cr Cb Cr Cb Cr모든 직렬 디지털 인터페이스(구식 복합 인코딩 제외)에서 기본 색상 인코딩은 4:2:2 YCbCr 형식이다. 휘도 채널(Y)은 전체 대역폭(270 Mbit/s SD에서 13.5 MHz, HD에서 ~75 MHz)으로 인코딩되고, 두 크로마 채널(Cb 및 Cr)은 수평으로 서브샘플링되어 절반 대역폭(6.75 MHz 또는 37.5 MHz)으로 인코딩된다. Y, Cr 및 Cb 샘플은 ''동일 위치''에 있으며(동일한 시간에 획득), Y' 샘플은 두 개의 인접한 Y 샘플 사이의 중간 시간에 획득된다.[21]

위에서 Y는 휘도 샘플을, C는 크로마 샘플을 나타낸다. Cr과 Cb는 빨간색 및 파란색 "색상 차이" 채널을 더 나타낸다. 자세한 내용은 컴포넌트 비디오를 참조하라. 이 섹션에서는 SDI의 기본 색상 인코딩만 다룬다. 인터페이스를 일반 10비트 데이터 채널로 취급하여 다른 색상 인코딩을 사용할 수 있다. 다른 색상 인코딩의 사용과 RGB 색상 공간으로의 변환은 아래에서 설명한다.

비디오 페이로드(보조 데이터 페이로드 포함)는 4에서 1,019(16진수 004에서 3FB)까지의 범위 내에서 모든 10비트 단어를 사용할 수 있다. 0–3 및 1,020–1,023(16진수 3FC–3FF) 값은 예약되어 있으며 페이로드에 나타나지 않을 수 있다. 이러한 예약된 단어에는 두 가지 목적이 있다. 동기화 패킷과 보조 데이터 헤더에 모두 사용된다.[21]

2. 4. 동기화 패킷 (TRS)

동기화 패킷(일반적으로 '''타이밍 기준 신호''' 또는 '''TRS''')은 각 라인의 첫 번째 활성 샘플 바로 앞, 마지막 활성 샘플 바로 뒤(그리고 수평 블랭킹 영역 시작 전)에 나타난다. 동기화 패킷은 4개의 10비트 워드로 구성되며, 처음 3개의 워드는 항상 0x3FF, 0, 0이다. 네 번째 워드는 3개의 플래그 비트와 오류 정정 코드로 구성된다. 결과적으로 8가지의 서로 다른 동기화 패킷이 가능하다.

HD-SDI 및 듀얼 링크 인터페이스에서 동기화 패킷은 Y 및 C 데이터 스트림에서 ''동시에'' 발생해야 한다. (듀얼 링크 인터페이스에서 두 케이블 간에 약간의 지연은 허용된다. 듀얼 링크를 지원하는 장비는 다른 링크가 따라잡을 수 있도록 선행 링크를 버퍼링해야 한다.) SD-SDI 및 향상된 화질 인터페이스에는 데이터 스트림이 하나만 있으므로 한 번에 하나의 동기화 패킷만 존재한다. 나타나는 패킷 수의 문제 외에는, 시리얼 디지털 인터페이스의 모든 버전에서 형식은 동일하다.

네 번째 단어(일반적으로 '''XYZ 단어'''라고 함)에서 발견되는 플래그 비트는 H, F, V로 알려져 있다. H 비트는 수평 블랭크의 시작을 나타낸다. 수평 블랭킹 영역 바로 앞에 오는 동기화 비트는 H가 1로 설정되어야 한다. 이러한 패킷은 일반적으로 '''활성 비디오의 끝''', 또는 '''EAV''' 패킷이라고 한다. 마찬가지로, 활성 비디오 시작 바로 전에 나타나는 패킷은 H가 0으로 설정되어 있으며, 이는 '''활성 비디오의 시작''' 또는 '''SAV''' 패킷이다.

마찬가지로, V 비트는 수직 블랭킹 영역의 시작을 나타내는 데 사용된다. V=1인 EAV 패킷은 다음 라인(라인은 EAV에서 시작하는 것으로 간주)이 수직 간격의 일부임을 나타내고, V=0인 EAV 패킷은 다음 라인이 활성 그림의 일부임을 나타낸다.

F 비트는 인터레이스 비디오 및 프로그레시브 세그먼트 프레임 형식에서 해당 라인이 첫 번째 또는 두 번째 필드(또는 세그먼트)에서 왔는지 여부를 나타내는 데 사용된다. 프로그레시브 스캔 형식에서 F 비트는 항상 0으로 설정된다.

2. 5. 라인 카운터 및 CRC

고화질 시리얼 디지털 인터페이스(및 듀얼 링크 HD)에서 인터페이스의 견고성을 높이기 위해 추가적인 검사 단어가 제공된다. 이러한 형식에서 EAV 패킷 바로 뒤에 오는 4개의 샘플(SAV 패킷 제외)에는 순환 중복 검사 필드와 라인 카운트 표시기가 포함된다. CRC 필드는 이전 라인의 CRC를 제공하며(CRC는 Y와 C 스트림에 대해 독립적으로 계산됨) 인터페이스의 비트 오류를 감지하는 데 사용할 수 있다. 라인 카운트 필드는 현재 라인의 라인 번호를 나타낸다.

CRC 및 라인 카운트는 SD 및 ED 인터페이스에서는 제공되지 않는다. 대신 '''EDH 패킷'''이라고 하는 특수한 부가 데이터 패킷을 선택적으로 사용하여 데이터에 대한 CRC 검사를 제공할 수 있다.

2. 6. 라인 및 샘플 번호 매기기

각 데이터 스트림 내의 각 샘플에는 고유한 라인 및 샘플 번호가 할당된다. 모든 형식에서 SAV (Start of Active Video) 패킷 바로 뒤에 오는 첫 번째 샘플에는 샘플 번호 0이 할당된다. 다음 샘플은 샘플 1이며, 다음 SAV 패킷의 XYZ 단어까지 반복된다. 데이터 스트림이 하나만 있는 SD 인터페이스의 경우, 0번째 샘플은 Cb 샘플, 1번째 샘플은 Y 샘플, 2번째 샘플은 Cr 샘플, 3번째 샘플은 Y' 샘플이다. 이 패턴은 이후 반복된다. HD 인터페이스의 경우 각 데이터 스트림에는 자체 샘플 번호가 있다. 즉, Y 데이터 스트림의 0번째 샘플은 Y 샘플이고, 다음 샘플은 Y' 샘플 등이다. 마찬가지로 C 데이터 스트림의 첫 번째 샘플은 Cb이고, 그 다음은 Cr, 그 다음은 다시 Cb이다.

라인은 1부터 시작하여 지정된 형식의 프레임당 라인 수(일반적으로 525, 625, 750 또는 1125 (소니 HDVS))까지 순차적으로 번호가 매겨진다. 라인 1의 결정은 다소 임의적이지만, 관련 표준에 의해 명확하게 지정된다. 525라인 시스템에서는 수직 블랭크의 첫 번째 라인이 라인 1인 반면, 다른 인터레이스 시스템(625 및 1125라인)에서는 F 비트가 0으로 전환된 후 첫 번째 라인이 라인 1이다.

라인은 EAV (End of Active Video)에서 시작하는 것으로 간주되는 반면, 샘플 0은 SAV 다음의 샘플이다. 이로 인해 1080i 비디오의 특정 라인의 첫 번째 샘플은 샘플 번호 1920 (해당 형식의 첫 번째 EAV 샘플)이고, 라인은 다음 샘플 1919 (해당 형식의 마지막 활성 샘플)에서 끝나는 다소 혼란스러운 결과가 발생한다. 이는 수평 블랭킹 영역의 대략 중간 지점에서 발생하는 동기 펄스에서 라인 전환이 발생하는 것으로 간주되는 아날로그 비디오 인터페이스와는 다소 다르다.

2. 7. 링크 번호 매기기

링크 번호 매기기는 다중 링크 인터페이스에서만 문제가 된다. 첫 번째 링크(''기본'' 링크)에는 링크 번호 1이 할당되고, 후속 링크에는 증가하는 링크 번호가 할당된다. 따라서 이중 링크 시스템의 두 번째(''보조'') 링크는 링크 2가 된다. 주어진 인터페이스의 링크 번호는 수직 보조 데이터 공간에 위치한 VPID 패킷으로 표시된다.

이중 링크의 데이터 레이아웃은 기본 링크를 단일 링크 인터페이스에 공급하여 사용 가능한(다소 저하된) 비디오를 생성할 수 있도록 설계되었다. 보조 링크는 일반적으로 추가적인 LSB(12비트 형식), 4:4:4 샘플링된 비디오의 비공동 위치 샘플(따라서 기본 링크는 여전히 유효한 4:2:2), 알파 또는 데이터 채널 등을 포함한다. 1080P 이중 링크 구성의 두 번째 링크가 없는 경우, 첫 번째 링크는 여전히 유효한 1080i 신호를 포함한다.

1080p60, 59.94 또는 50 Hz 비디오의 경우, 이중 링크를 통해 각 링크는 동일한 필드 속도로 유효한 1080i 신호를 포함한다. 첫 번째 링크에는 홀수 필드의 1, 3, 5번째 라인과 짝수 필드의 2, 4, 6번째 등의 라인이 포함되고, 두 번째 링크에는 홀수 필드의 짝수 라인과 짝수 필드의 홀수 라인이 포함된다. 두 링크를 결합하면 더 높은 프레임 속도로 프로그레시브 스캔 그림이 생성된다.

3. 보조 데이터 (Ancillary data)

SMPTE 259M과 SMPTE 292M은 SMPTE 291M 표준을 기반으로 부속 데이터를 지원한다. 부속 데이터는 시리얼 디지털 신호 내에서 비디오 이외의 페이로드(Payload, 임베디드 오디오, 폐쇄 자막, 타임코드, 메타데이터 등)를 전송하기 위한 표준화된 수단이다.[1] 부속 데이터는 0, 3FF, 3FF(동기화 패킷 헤더의 반대)로 구성된 3단어 패킷, 두 단어 식별 코드, 데이터 수 카운트 워드(0–255 단어의 페이로드 표시), 실제 페이로드, 한 단어 체크섬으로 표시된다.[1] 비디오 페이로드에 금지된 코드는 부속 데이터 페이로드에도 금지된다.[1]

부속 데이터는 주로 임베디드 오디오, EDH, VPID 및 SDTI에 사용된다.[1]

듀얼 링크 애플리케이션에서 부속 데이터는 주로 기본 링크에서 발견된다. 보조 링크는 기본 링크에 공간이 없는 경우에만 부속 데이터에 사용되지만, VPID 패킷은 두 링크 모두에 있어야 한다.[1]

3. 1. 임베디드 오디오

HD 및 SD 시리얼 인터페이스는 모두 16개의 임베디드 오디오 채널을 제공한다. SD는 SMPTE 272M 표준을, HD는 SMPTE 299M 표준을 사용한다. SDI 신호는 비디오와 함께 최대 16개의 오디오 채널(8쌍)을 포함할 수 있으며, 이는 48 kHz, 24비트 오디오 채널이다. 일반적으로, PCM 오디오는 AES3 디지털 오디오 인터페이스와 직접 호환되는 방식으로 48 kHz, 24비트(SD에서는 20비트이지만 24비트로 확장 가능)로 저장된다. 이는 SDI 신호가 아무런 유용한 정보를 전달하지 않는 (수평) 블랭킹 기간에 배치되며, 수신기는 TRS에서 자체 블랭킹 신호를 생성한다.[1]

듀얼 링크 애플리케이션에서는 각 링크가 16개 채널을 전송할 수 있으므로 32개 채널의 오디오를 사용할 수 있다.[1] SMPTE ST 299-2:2010은 3G SDI 인터페이스를 확장하여 단일 링크에서 32개의 오디오 채널(16쌍)을 전송할 수 있도록 한다.[1]

SD-SDI는 최대 8채널, HD-SDI는 16채널의 디지털 오디오 신호를 포함할 수 있다. 임베디드 오디오는 SD-SDI의 경우 SMPTE 272M(SMPTE 259M에 대한 추가 규정), HD-SDI의 경우 SMPTE 299M(SMPTE 292M에 대한 추가 규정)에 의해 규정된다.[1]

AES/EBU 디지털 오디오 신호 8계통을 HD-SDI 케이블을 통해 한 번에 원거리로 전송하는 용도로도 사용된다. 일반적인 75Ω 케이블을 여러 가닥, 수십 미터에 걸쳐 포설하는 것에 비해 SDI 신호를 사용함으로써 1개의 SDI 신호로 8계통의 음성을 전송할 수 있다. 또한 AES/EBU에서는 불가능했던 임베디드 오디오 특유의 에러 정정 정보나 디지털 오디오 위상 정보를 SDI 신호에 포함할 수 있기 때문에, 일반적인 AES/EBU 신호 케이블에 비해 고품질, 확실한 신호를 원거리로 전송하는 것이 가능하다.[1] 임베디드 오디오에는 일반적인 디지털 오디오 신호인 AES/EBU(또는 SPDIF)가 그대로 래핑되어 8계통 들어가므로, 디지털 오디오 신호를 그대로 꺼낼 수 있다. AES/EBU 규격이 비음성 데이터 전송도 고려하고 있기 때문에, 임베디드 오디오에 압축 오디오를 실을 수도 있다.[1]

3. 2. EDH (Error Detection and Handling)

표준 화질 인터페이스는 데이터 무결성 검사를 위한 체크섬, CRC 또는 기타 검사를 수행하지 않으므로, '''EDH''' (오류 감지 및 처리) 패킷을 비디오 신호의 수직 블랭킹 간격에 선택적으로 삽입할 수 있다. 이 패킷에는 활성 화면 및 전체 필드(전환이 발생할 수 있고 유용한 데이터를 포함하지 않아야 하는 라인 제외)에 대한 CRC 값이 포함되어 있다. 장비는 자체 CRC를 계산하여 수신된 CRC와 비교하여 오류를 감지할 수 있다.

EDH는 일반적으로 표준 화질 인터페이스에서만 사용된다. HD 인터페이스에 CRC 워드가 존재하기 때문에 EDH 패킷은 필요하지 않다.

3. 3. VPID (Video Payload Identifier)

VPID (또는 비디오 페이로드 식별자) 패킷은 비디오 형식을 설명하는 데 점점 더 많이 사용되고 있다. 초기 버전의 시리얼 디지털 인터페이스에서는 TRS에서 H와 V 전환 사이의 라인 수와 샘플 수를 세어 비디오 형식을 항상 고유하게 결정할 수 있었다. 듀얼 링크 인터페이스와 분할 프레임 표준의 도입으로 더 이상 불가능하게 되었으며, 따라서 VPID 표준(SMPTE 352M에서 정의)은 비디오 페이로드의 형식을 고유하고 명확하게 식별하는 방법을 제공한다.

4. 비디오 페이로드 및 블랭킹

시리얼 디지털 인터페이스 표준은 BNC 커넥터가 있는 동축 케이블을 사용하며, 케이블의 공칭 임피던스는 75옴이다. 신호 진폭은 소스에서 800mV(±10%) 피크 대 피크로 지정되지만, 감쇠로 인해 수신기에서는 더 낮은 전압이 측정될 수 있다. 수신기에서 이퀄라이제이션을 사용하면 리피터 없이도 300m에 걸쳐 270Mbit/s SDI를 전송할 수 있지만, 더 짧은 길이가 선호된다. HD 비트 전송률은 최대 실행 길이가 더 짧으며, 일반적으로 100m이다.

데이터는 NRZI 형식으로 인코딩되며, 선형 피드백 시프트 레지스터를 사용하여 스크램블되어 0 또는 1의 긴 문자열이 나타날 가능성을 줄인다. 인터페이스는 자체 동기화 및 자체 클럭킹된다. 프레이밍은 직렬 디지털 신호에 10개의 1과 20개의 0(HD에서는 20개의 1과 40개의 0)이 연속으로 나타나는 특수 동기화 패턴을 감지하여 수행된다. 이 비트 패턴은 데이터 페이로드 내에서는 유효하지 않다.

영상 신호의 활성 부분은 SAV (Start of Active Video) 패킷 다음에 오고 다음 EAV (End of Active Video) 패킷 앞에 오는 샘플로 정의되며, 해당 EAV 및 SAV 패킷의 V 비트는 0으로 설정된다. 실제 이미지 정보는 활성 부분에 저장된다.

4. 1. 색상 인코딩

4:2:2 YCbCr 형식으로 인코딩된 10비트 선형 샘플링된 비디오 데이터가 시리얼 디지털 인터페이스에서 주로 사용된다. 여기서 YCbCr은 YPbPr 색 공간의 디지털 표현이다. 비디오 샘플은 다음과 같이 저장된다.

  • 루마(Y) 채널은 0 mV 신호 레벨에 코드워드 64(16진수 40)를 할당하고, 700 mV(전체 스케일)에 코드워드 940(16진수 3AC)을 할당하도록 정의된다.
  • 크로마 채널의 경우 0 mV에 코드 워드 512(16진수 200)를 할당하고, -350 mV에 코드 워드 64(16진수 40)를 할당하며, +350 mV에 코드 워드 960(16진수 3C0)을 할당한다.


루마 및 크로마 채널의 스케일링은 동일하지 않다는 점에 유의해야 한다. 이러한 범위의 최소값과 최대값은 선호되는 신호 제한을 나타내지만, 비디오 페이로드에서 이 범위를 벗어날 수 있다. 단, 0-3 및 1020-1023의 예약된 코드 워드는 비디오 페이로드에 사용되지 않아야 한다. 또한, 해당 아날로그 신호는 이 범위를 더 벗어날 수 있다.

YPbPr(및 YCbCr)은 모두 RGB 색 공간에서 파생되었으므로 변환 방법이 필요하다. 디지털 비디오에 일반적으로 사용되는 세 가지 색도(colorimetries)는 다음과 같다.

종류내용
SD 및 ED 응용 분야ITU-R Rec. 601에 지정된 색도 행렬을 사용
대부분의 HD, 듀얼 링크 및 3Gbit/s 응용 분야ITU-R Rec. 709에 지정된 다른 행렬을 사용
1035-라인 MUSE HD 표준SMPTE 260M에 의해 지정되었으며(주로 일본에서 사용되었으며 현재는 거의 사용되지 않음), SMPTE 240M에 의해 지정된 색도 행렬을 사용. 이 색도는 1035 라인 형식이 1080 라인 형식으로 대체되었으므로 요즘에는 거의 사용되지 않음.


4. 2. 기타 색상 인코딩 (듀얼 링크 및 3Gbit/s)

듀얼 링크 및 3 Gbit/s 인터페이스는 4:2:2 YCbCr 외에 다음과 같은 다른 색상 인코딩을 추가적으로 지원한다.

  • 4:2:2 및 4:4:4 YCbCr (선택적으로 알파 합성 또는 데이터 채널 포함)
  • 4:4:4 RGB (선택적으로 알파 또는 데이터 채널 포함)
  • 4:2:2 YCbCr, 4:4:4 YCbCr 및 4:4:4 RGB (12비트 색상 정보). 인터페이스 자체는 여전히 10비트이며, 채널당 추가 2비트는 두 번째 링크의 추가 10비트 채널에 다중화된다.


RGB 인코딩을 사용하는 경우 세 가지 기본 색상은 Y 채널과 동일한 방식으로 인코딩된다. 값 64(16진수 40)는 0 mV에 해당하고 940(16진수 3AC)은 700 mV에 해당한다.

12비트 응용 프로그램은 10비트 응용 프로그램과 유사한 방식으로 스케일링된다. 추가 2비트는 LSB로 간주된다.

4. 3. 수직 및 수평 블랭킹 영역

보조 데이터에 사용되지 않는 부분의 경우, 루마 샘플은 코드 워드 64(hexadecimal|헥사디시멀영어 40), 크로마 샘플은 512(hexadecimal|헥사디시멀영어 200)로 지정하는 것이 권장되며, 둘 다 0mV에 해당한다. 수직 간격 타임코드나 수직 간격 테스트 신호와 같은 아날로그 수직 간격 정보를 인터페이스를 손상시키지 않고 인코딩하는 것은 허용되지만, 표준은 아니다(보조 데이터가 메타데이터 전송에 선호되는 수단이다). 아날로그 동기화 및 버스트 신호를 디지털로 변환하는 것은 권장되지 않으며, 디지털 인터페이스에서도 필요하지 않다.[1]

다양한 그림 형식은 디지털 블랭킹에 대한 요구 사항이 다르다. 예를 들어, 소위 1080 라인 HD 형식은 모두 1080개의 활성 라인을 갖지만 총 1125개의 라인을 가지며 나머지는 수직 블랭킹이다.[1]

4. 4. 지원되는 비디오 형식

다양한 SDI 버전은 다양한 비디오 형식을 지원한다.[21]

표준이름비트레이트예시가 되는 비디오 포맷
SMPTE 259MSD-SDI270Mbit/s, 360Mbit/s, 143Mbit/s, 177Mbit/s480i, 576i
SMPTE 344MED-SDI540Mbit/s480p, 576p
SMPTE 292MHD-SDI1.485Gbit/s, 720p, 1080i
SMPTE 372M듀얼 링크 HD-SDI, 1080p60
SMPTE 424M3G-SDI, 1080p60
SMPTE ST-20816G-SDI6Gbit/s2160p30
SMPTE ST-208212G-SDI12Gbit/s2160p60
SMPTE ST-2083*24G-SDI24Gbit/s2160p120


  • 270Mbit/s 인터페이스는 59.94Hz 필드 속도(29.97Hz 프레임 속도)의 525라인 인터레이스 비디오와 50Hz의 625라인 인터레이스 비디오를 지원한다. 이러한 형식은 각각 NTSC 및 PAL-B/G/D/K/I 시스템과 호환성이 높으며, '''NTSC''' 및 '''PAL''' 용어는 종종 (잘못) 이러한 형식을 지칭하는 데 사용된다.
  • 360Mbit/s 인터페이스는 525i 및 625i 와이드 스크린을 지원한다. 또한 4:2:0 샘플링을 사용하는 경우 525p를 지원하는 데 사용할 수 있다.
  • 다양한 540Mbit/s 인터페이스는 525p 및 625p 형식을 지원한다.
  • 일반 1.49Gbit/s 인터페이스는 대부분의 고화질 비디오 형식을 지원한다. 지원되는 형식에는 1080/60i, 1080/59.94i, 1080/50i, 1080/30p, 1080/29.97p, 1080/25p, 1080/24p, 1080/23.98p, 720/60p, 720/59.94p 및 720/50p가 포함된다.
  • 2.97Gbit/s 듀얼 링크 HD 인터페이스는 1080/60p, 1080/59.94p, 1080/50p는 물론 4:4:4 인코딩, 더 높은 색상 심도, RGB 인코딩, 알파 채널 및 비표준 해상도를 지원한다.
  • 3G-SDI의 쿼드 링크 인터페이스는 UHDTV-1 해상도 2160/60p를 지원한다.

5. 관련 인터페이스

SDI와 유사하거나 SDI에 포함된 몇 가지 다른 인터페이스들이 있다.


  • SDTI (Serial Data Transport Interface): 압축된 비디오 스트림을 SDI 라인을 통해 전송할 수 있게 해주는 확장 규격이다.
  • ASI (Asynchronous Serial Interface): 디지털 비디오 방송 표준의 일부로, MPEG 전송 스트림을 전송하는 방법을 설명한다.
  • SMPTE 349M: HD-SDI 인터페이스 내에서 비표준 및 저 비트 전송률 비디오 형식을 캡슐화하는 방법을 명시한다.[1]
  • HDMI: 주로 소비자 분야에서 사용되지만, 클린 HDMI라고도 하는 압축되지 않은 비디오를 포함하여 전문 장치에서도 점점 더 많이 사용되고 있다.

HDMI to SDI 컨버터

  • G.703: 통신을 위해 설계된 고속 디지털 인터페이스이다.
  • HDcctv: SDI를 비디오 감시 애플리케이션에 적용한 것이다.
  • CoaXPress: 산업용 카메라 인터페이스를 위해 설계된 고속 디지털 인터페이스이다.

5. 1. SDTI (Serial Data Transport Interface)

SDTI (Serial Data Transport Interface)는 압축된 (DV, MPEG 등) 비디오 스트림을 SDI 라인을 통해 전송할 수 있게 해주는 확장된 규격이다. 이를 통해 하나의 케이블로 여러 비디오 스트림을 전송하거나, 실시간보다 빠른 (2배속, 4배속 등) 비디오 전송이 가능하다. HD-SDTI라고 알려진 관련 표준은 SMPTE 292M 인터페이스를 통해 유사한 기능을 제공한다.

SDTI 인터페이스는 SMPTE 305M에 의해 규정된다. HD-SDTI 인터페이스는 SMPTE 348M에 의해 규정된다.

5. 2. ASI (Asynchronous Serial Interface)

디지털 비디오 방송(DVB) 표준의 일부인 비동기 직렬 인터페이스(ASI) 규격은 여러 MPEG 비디오 스트림을 포함하는 MPEG 전송 스트림(MPEG-TS)을 75옴 구리 동축 케이블 또는 멀티 모드 광섬유를 통해 전송하는 방법을 설명한다.

ASI는 방송 프로그램을 스튜디오에서 가정에 있는 시청자에게 도달하기 전 최종 전송 장비로 전송하는 데 널리 사용되는 방법이다.

5. 3. SMPTE 349M

표준 ''SMPTE 349M: SMPTE 292M을 통한 대체 소스 이미지 형식 전송''은 HD-SDI 인터페이스 내에서 비표준 및 저 비트 전송률 비디오 형식을 캡슐화하는 방법을 명시한다. 이 표준을 사용하면, 예를 들어 여러 개의 독립적인 표준 화질 비디오 신호를 HD-SDI 인터페이스에 다중화하여 하나의 케이블로 전송할 수 있다. 이 표준은 저 비트 전송률 형식의 요구 사항을 충족하기 위해 EAV 및 SAV 타이밍을 단순히 조정하는 것이 아니라, 전체 SDI 형식(동기화 단어, 부가 데이터 및 비디오 페이로드 포함)을 292M 스트림 내의 일반 데이터 페이로드로 ''캡슐화''하여 전송할 수 있는 방법을 제공한다.[1]

5. 4. HDMI (High-Definition Multimedia Interface)

HDMI 인터페이스는 HDMI 호환 장치에서 호환되는 컴퓨터 모니터, 비디오 프로젝터, 디지털 텔레비전, 또는 디지털 오디오 장치로 압축되지 않은 비디오 데이터와 압축/압축되지 않은 디지털 오디오 데이터를 전송하기 위한 소형 오디오/비디오 인터페이스이다. 주로 소비자 분야에서 사용되지만, 클린 HDMI라고도 하는 압축되지 않은 비디오를 포함하여 전문 장치에서도 점점 더 많이 사용되고 있다.

5. 5. G.703

G.703 표준은 원래 통신을 위해 설계된 또 다른 고속 디지털 인터페이스이다.

5. 6. HDcctv

HDcctv 표준은 SDI를 비디오 감시 애플리케이션에 적용한 것으로, 비디오 감시 카메라를 위한 유사하지만 다른 형식인 TDI와 혼동해서는 안 된다.

5. 7. CoaXPress

CoaXPress 표준은 원래 산업용 카메라 인터페이스를 위해 설계된 고속 디지털 인터페이스이다. CoaXPress의 데이터 전송 속도는 단일 동축 케이블을 통해 최대 12.5Gbit/s까지 가능하다. 또한, 41Mbit/s 업링크 채널과 전원 공급(power over coax)도 이 표준에 포함되어 있다.

6. SDI에 사용되는 케이블

시리얼 디지털 인터페이스(SDI)는 75옴 임피던스의 BNC 커넥터를 사용하는 동축 케이블을 사용한다. 이는 아날로그 비디오 설정에 사용되는 케이블과 같은 유형이므로, 업그레이드가 비교적 쉽다. 하지만, 높은 비트 전송률에서는 고품질 케이블이 필요할 수 있다.[1] 소스에서 지정된 신호 진폭은 800mV(±10%) 피크 대 피크이나, 감쇠로 인해 수신기에서는 더 낮은 전압이 측정될 수 있다. 수신기에서 이퀄라이제이션을 사용하면 리피터 없이 300m까지 270Mbit/s SDI 전송이 가능하지만, 더 짧은 거리가 선호된다. HD 비트 전송률은 최대 실행 길이가 더 짧아, 일반적으로 100m이다.[1]

디지털 신호는 장거리 전송 시 데이터 오류가 발생하여 화면 노이즈나 데이터 무효화를 일으킬 수 있다. HD-SDI는 규격상 100m까지 가능하지만, 80m를 초과하는 경우 리클록형 중계 장비 설치를 고려해야 한다. 3G-SDI와 같이 더 넓은 대역폭의 인터페이스는 사용 가능 거리가 더 짧다.[2]

SDI 연결에는 임피던스 75Ω의 FB 케이블 및 HD 케이블을 사용한다. 임시 사용 시에는 가늘고 굴곡성이 좋은 FW 케이블을 사용하기도 하지만, 전송 가능 거리는 FB 케이블보다 짧다.[3]

각 SDI 규격별 사용 케이블은 다음과 같다.

규격사용 케이블
HD-SDIFB, FW, HD
3G-SDIFB, FW
12G-SDIFB, FW의 저감쇠형, 12G-SDI 전용 BNC 플러그 필요


참조

[1] 서적 Digital Video and HDTV https://books.google[...] Morgan Kaufmann
[2] 웹사이트 3Gb/s SDI for Transport of 1080p50/60, 3D, UHDTV1 / 4k and Beyond https://www.smpte.or[...] 2013
[3] 서적 Digital interface handbook https://books.google[...] Taylor & Francis
[4] 웹사이트 AJA Introduces Hi5-3D Mini-Converter For Stereo 3D Monitoring by Scott Gentry – ProVideo Coalition https://www.provideo[...] 2010-09-10
[5] PDF http://pro.jvc.com/p[...] 2022-03
[6] 서적 Signalling and Transport of HDR and Wide Colour Gamut Video over 3G-SDI Interfaces https://tech.ebu.ch/[...] 2020-05-23
[7] conference ST 2081-10:2015 – 2160-Line and 1080-Line Source Image and Ancillary Data Mapping for Single-Link 6G-SDI IEEE 2015-03-19
[8] conference ST 2082-10:2015 - 2160-line Source Image and Ancillary Data Mapping for 12G-SDI IEEE 2015-03-19
[9] 서적 Advice on the use of 3 Gbit/s HD-SDI interfaces https://tech.ebu.ch/[...] European Broadcasting Un 2015-07-20
[10] 웹사이트 Recommended Transmission Distance at Serial Digital Data Rates https://www.belden.c[...] 2015-07-20
[11] 웹사이트 Transport of alternate source formats through Recommendation ITU-R BT.1120 https://www.itu.int/[...] 2019-02-27
[12] 웹사이트 SMPTE: 32NF-70 WG Ultra HD SDI Interfaces https://kws.smpte.or[...] SMPTE 2017-11
[13] 웹사이트 March 2014 Standards Quarterly Report (page 28) https://www.smpte.or[...] SMPTE 2014-09-19
[14] 웹사이트 3Gb/s SDI for Transport of 1080p50/60, 3D, UHDTV1 / 4k and Beyond https://www.smpte.or[...] 2017-03-17
[15] 학술지 ST 305:2005 - SMPTE Standard - For Television — Serial Data Transport Interface https://ieeexplore.i[...] 2005-07-XX
[16] 학술지 ST 348:2005 - SMPTE Standard - For Television — High Data-Rate Serial Data Transport Interface (HD-SDTI) https://ieeexplore.i[...] 2005-12-XX
[17] 학술지 OV 2082-0:2016 - SMPTE Overview Document - 12G-SDI Bit-Serial Interfaces — Overview for the SMPTE ST 2082 Document Suite https://ieeexplore.i[...] 2016-09-XX
[18] 웹사이트 放送業務用制作機材の歴史 {{!}} 映像制作機材 {{!}} 法人のお客様 {{!}} ソニー https://www.sony.jp/[...] 2021-06-04
[19] 웹사이트 3G-SDI 出⼒(1920x1080/59.94p)は、Level-A か Level-B のどちらか {{!}} Sony JP https://knowledge.su[...] 2021-04-25
[20] 서적 Digital Video and HDTV http://books.google.[...] Morgan Kaufmann
[21] 웹인용 3Gb/s SDI for Transport of 1080p50/60, 3D, UHDTV1 / 4k and Beyond https://www.smpte.or[...] 2016-04-02
[22] 서적 Digital interface handbook http://books.google.[...]
[23] 뉴스 ST 2081-10:2015 - 2160-Line and 1080-Line Source Image and Ancillary Data Mapping for Single-Link 6G-SDI http://ieeexplore.ie[...] IEEE 2016-01-14
[24] 뉴스 ST 2082-10:2015 - 2160-line Source Image and Ancillary Data Mapping for 12G-SDI http://ieeexplore.ie[...] IEEE 2016-01-14
[25] 웹인용 SMPTE: 32NF-70 WG Ultra HD SDI Interfaces https://kws.smpte.or[...] SMPTE 2014-09-19
[26] 웹인용 March 2014 Standards Quarterly Report (page 28) https://www.smpte.or[...] SMPTE 2014-09-19


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