Введение

Стандарт цифровой линии передачи видео SMPTE 292 — это стандарт цифровой линии передачи видео, опубликованный Обществом инженеров кино и телевидения (SMPTE). Этот технический стандарт обычно называют HD SDI; он входит в семейство стандартов, определяющих последовательный цифровой интерфейс на основе коаксиального кабеля, предназначенный для передачи несжатого цифрового видео и аудио в условиях телевизионной студии. SMPTE 292 расширяет стандарты SMPTE 259 и SMPTE 344, обеспечивая скорости передачи данных 1,485 Гбит/с и 1,485/1,001 Гбит/с. Эти скорости достаточны для и часто используются при передаче несжатого видео высокой четкости.

Технические детали

Стандарт SMPTE 292 представляет собой интерфейс с номинальной скоростью 1,5 Гбит/с. Определены два точных битрейта: 1,485 Гбит/с и 1,485/1,001 Гбит/с. Коэффициент 1/1,001 предназначен для обеспечения поддержки SMPTE 292 видеоформатов с частотой кадров 59,94 Гц, 29,97 Гц и 23,98 Гц, для обратной совместимости с существующими системами NTSC. Версия стандарта 1,485 Гбит/с поддерживает и другие широко используемые частоты кадров, включая 60 Гц, 50 Гц, 30 Гц, 25 Гц и 24 Гц. Стандарт также определяет номинальные битрейты 3 Гбит/с для приложений 1080P с частотой 50/60 кадров в секунду. Эта версия интерфейса не используется (и не была коммерчески реализована); вместо неё для приложений, таких как 1080p60, применяется либо расширение SMPTE 292M с двойной связью, известное как SMPTE 372, либо версия, работающая вдвое быстрее, известная как SMPTE 424.

Электрический интерфейс

Первоначально SMPTE определила как электрические, так и оптические интерфейсы, опасаясь, что электрический интерфейс с такой скоростью передачи данных будет дорогим или ненадежным, и что потребуется оптический интерфейс. Эти опасения не оправдались, и оптические интерфейсы используются редко или вовсе, и, вероятно, будут исключены из будущих редакций стандарта. Кабели, используемые для электрического интерфейса SMPTE 292, представляют собой коаксиальные кабели с номинальным импедансом 75 Ом. Данные кодируются в формате NRZ, а для перемешивания данных используется линейный регистр сдвига с обратной связью, чтобы снизить вероятность появления длинных последовательностей нулей или единиц на интерфейсе. Интерфейс самосинхронизирующийся. Формирование кадра осуществляется путем обнаружения специальной синхронизирующей последовательности, которая на (неперемешанном) последовательном цифровом сигнале выглядит как последовательность из двадцати единиц, за которыми следуют сорок нулей; эта битовая последовательность недопустима где-либо еще в полезной нагрузке данных. Известно, что цифровой интерфейс SMPTE 292 надежен (без использования повторителей) при длине кабеля 100 м и более.

Формат данных

Соответствующие параллельные форматы данных, определенные стандартами SMPTE 274, SMPTE 296 и рядом других, являются 20-битными; таким образом, SMPTE 292M использует 20-битный размер слова. Каждое 20-битное слово состоит из двух 10-битных значений, поступающих из двух логических (и параллельных) каналов данных: один ("Y") кодирует выборки видеояркости, а другой ("C") – информацию о цветности. Канал C дополнительно мультиплексируется по времени на два канала с половинной полосой пропускания, известные как Cr (канал "разности красного цвета") и Cb (канал "разности синего цвета"). Номинальная скорость передачи данных канала Y составляет 75 Мслов/с (1,5 Гбит/с, деленное на 20), а номинальная скорость передачи данных каждого из двух каналов цветности – 37,5 Мслов/с. Полезная нагрузка видео (а также вспомогательных данных) может использовать любое 10-битное слово в диапазоне от 4 до 1019 (004 до 3FB в шестнадцатеричной системе счисления) включительно; значения 0–3 и 1020–1023 (3FC–3FF) зарезервированы и не должны встречаться в полезной нагрузке. Эти зарезервированные слова служат для двух целей: для пакетов синхронизации и для заголовков вспомогательных данных.

Пакеты синхронизации

Пакет синхронизации возникает непосредственно перед первым активным отсчетом на каждой строке и непосредственно после последнего активного отсчета (и перед началом горизонтального интервала гашения). Пакет синхронизации состоит из четырех 10-битных слов. Первые три слова всегда одинаковы – 0x3FF, 0, 0; четвертое состоит из 3 битов флага и кода коррекции ошибок. В результате существует 8 различных возможных пакетов синхронизации. Пакеты синхронизации должны возникать одновременно в потоках данных Y и C. Биты флагов, содержащиеся в четвертом слове, известны как H, F и V. Бит H указывает начало горизонтального интервала гашения; и биты синхронизации, непосредственно предшествующие горизонтальному интервалу гашения, должны иметь H, установленный в единицу. Такие пакеты обычно называют пакетами End of Active Video, или EAV. Соответственно, пакет, появляющийся непосредственно перед началом активного видео, имеет H, установленный в 0; это пакет Start of Active Video, или SAV. Аналогично, бит V используется для обозначения начала вертикального интервала гашения; пакет EAV с V=1 указывает, что следующая строка (строки считаются начинающимися с EAV) является частью вертикального интервала, а пакет EAV с V=0 указывает, что следующая строка является частью активного изображения. Бит F используется в прогрессивных и разностных сегментированных форматах кадров для указания того, из первого или второго поля (или сегмента) получена строка. В форматах прогрессивной развертки бит F всегда устанавливается в ноль. Помимо того факта, что пакеты синхронизации возникают параллельно в двух потоках данных (Y и C), их поведение практически идентично типам пакетов, определенным в CCIR 601 и SMPTE 259, цифровом интерфейсе, обычно используемом для SDTV.

Счетчик линий и CRC

Для обеспечения дополнительной надежности четыре образца, непосредственно следующие за пакетами EAV (но не за пакетами SAV), содержат поле циклического контроля избыточности и индикатор номера строки. Поле CRC содержит CRC предыдущей строки (CRC вычисляются независимо для потоков Y и C) и может использоваться для обнаружения битовых ошибок в интерфейсе. Поле индикатора номера строки указывает номер текущей строки.

Дополнительные данные

Как и SMPTE 259, SMPTE 292 поддерживает стандарт SMPTE 291 для дополнительных данных. Дополнительные данные предоставляются в качестве стандартизированного канала передачи невидеоинформации в составе последовательного цифрового сигнала; они используются для таких целей, как внедренный звук, скрытые субтитры, таймкод и другие виды метаданных. Дополнительные данные обозначаются пакетом из трех слов, состоящим из 0, 3FF, 3FF (обратное заголовку пакета синхронизации), за которым следуют двухсловный идентификационный код, слово счетчика данных (указывающее количество от 0 до 255 слов полезной нагрузки), сама полезная нагрузка и однословная контрольная сумма. Коды, запрещенные для полезной нагрузки видео, за исключением их использования в заголовке, также запрещены для полезной нагрузки дополнительных данных.

Видеозагрузка

В активной части видео слова данных соответствуют уровням сигнала соответствующих видеокомпонентов. Канал яркости (Y) определяется таким образом, что уровню сигнала 0 мВ присваивается кодовое слово 64 (40 шестнадцатеричное), а 700 милливольт (полная шкала) присваивается кодовое слово 940 (3AC). Для каналов цветности 0 мВ присваивается кодовое слово 512 (200 шестнадцатеричное), 350 мВ присваивается кодовое слово 64 (0x40), а +350 мВ присваивается кодовое слово 960 (3C0). Следует отметить, что масштабирование каналов яркости и цветности не идентично. Минимальные и максимальные значения этих диапазонов представляют собой предпочтительные пределы сигнала, хотя полезная нагрузка видео может выходить за эти пределы (при условии, что зарезервированные кодовые слова 0–3 и 1020–1023 никогда не используются для полезной нагрузки видео). Для участков вертикальных и горизонтальных интервалов гашения, которые не используются для дополнительных данных, рекомендуется присваивать образцам яркости кодовое слово 64 (40 шестнадцатеричное), а образцам цветности – кодовое слово 512 (200 шестнадцатеричное); оба соответствуют 0 мВ. Допустимо кодировать аналоговую информацию вертикального интервала (например, временной код вертикального интервала или тестовые сигналы вертикального интервала) без нарушения интерфейса, но такое использование является нестандартным (а дополнительные данные являются предпочтительным способом передачи метаданных). Однако преобразование аналоговых синхроимпульсов и сигналов цветовой синхронизации в цифровые не рекомендуется и не требуется в цифровом интерфейсе.

Премия "Эмми"

31 июля 2013 года было объявлено о присуждении SMPTE премии "Технология и инженерия" от Национальной академии телевизионных искусств и наук за 2013 год. Эта награда отмечает вклад организации в разработку, стандартизацию и внедрение SMPTE 292.