Формат SDI (HD-SDI)

Используя обычные коаксиальные кабели с сопротивлением в 75 Ом, HDSDI-видеокамеры способны генерировать картинку качеством как HD 720, так и Full HD 1080. Сейчас технология HDSDI составляет достойную конкуренцию другим аналоговым форматам высокого разрешения, таким, как HDTVI, HDCVI и AHD

История формата SDI уходит корнями в далёкие 80-е годы, когда впервые были начаты разработки в этом направлении. Впрочем, специалистам, занимающимся сетями видеонаблюдения, подобные исторические экскурсы вряд ли помогут в решении их задач, так что упомянем лишь, что в наше время обрёл неплохую популярность стандарт HD-SDI, использующийся для передачи видеосигнала высокого разрешения. Используя обычные коаксиальные кабели с сопротивлением в 75 Ом, HD SDI-видеокамеры способны генерировать картинку качеством как HD 720, так и Full HD 1080. Сейчас технология HD-SDI составляет достойную конкуренцию другим аналоговым форматам высокого разрешения, таким, как HDTVI, HDCVI и AHD. Впрочем, отхватить часть рынка у IP-устройств видеокамерам HD-SDI тоже по силам, так как при сравнимых характеристиках цифровое оборудование стоит дороже. Другой немаловажный фактор, также напрямую влияющий на бюджет – прокладка кабелей на объекте. Большинство объектов, на которых давно имеется система видеонаблюдения, использовали или продолжают использовать аналоговые видеокамеры. Если при модернизации сети перевести её на HD SDI оборудование, можно будет использовать имеющиеся коаксиальные кабели, а вот для работы IP-видеокамер придётся прокладывать повсюду витую пару, и расходы на монтаж, само собой, возрастут.

Фактически же качество получаемого изображения будет практически одинаковым в случае использования как HD-SDI видеокамер, так и цифровых устройств. Глобальная разница существует только в технической стороне вопроса – аналоговые камеры высокого разрешения и коаксиальные кабели, с одной стороны, и цифровые камеры с витой парой – с другой. HDSDI-видеокамеры позволяют полностью исключить риск задержек на канале и обеспечить высочайшее качество картинки, выводимой на экран в режиме реального времени, так как IP-камеры сжимают изображение с помощью собственного процессора, а HDSDI-устройства передают его без сжатия.

В отличие от цифровых камер видеонаблюдения, HD-SDI не нагружают сеть. IP-видеокамеры, работающие в режиме Full HD 1080, требуют для корректной работы порядка 5мбит каждая. Методом нехитрых математических подсчётов можно прийти к выводу, что для стабильной работы сети, использующей множество таких камер, потребуется очень широкий канал, причём львиная доля скорости этого канала будет потребляться видеокамерами. HDSDI-видеокамеры такого недостатка лишены.

Ещё один плюс HD-SDI устройств – меньшая уязвимость ко взлому. Цифровые видеокамеры передают все данные на сервер, который может подвергнуться, например, атаке хакеров. К тому же в качестве сервера нередко используется самый обыкновенный настольный компьютер с необходимым для работы программным обеспечением. А HDSDI-камеры работают с собственным видеорегистратором, который был собран и отлажен ещё на заводе, и обладает гораздо большей устойчивостью ко внешнему вмешательству, отчасти благодаря тому, что использует собственное программное обеспечение.

Проектирование системы с использованием стандарта HDSDI отличается относительной простотой, по крайней мере во всём, что касается монтажа. При этом система видеонаблюдения, построенная на HD SDI-устройствах, гораздо лучше сопротивляется несанкционированным попыткам доступа. Она может работать при полном отсутствии интернета, используя замкнутый контур. В таком случае взломать сеть вообще будет невозможно, разве что кому-то удастся добраться до камеры с аналоговым штекером в руках, и то в таком случае доступ будет получен только к одной-единственной камере, а не к хранилищу данных на сервере. Да и в целом этот способ взлома аналоговых камер относится скорее к разряду теории, нежели к практике.

Технология HD SDI имеет чрезвычайно жёсткие стандарты, что, с одной стороны, сказывается на цене устройств, а с другой – гарантирует, что все работающие с ней устройства будет полностью совместимы между собой. Фактически это означает, что любая HD SDI-видеокамера гарантированно будет корректно работать с любым HDSDI-видеорегистратором. По понятным причинам такой подход может избавить от множества проблем.

Определённых недостатков стандарт HDSDI тоже не лишён. Во-первых, HD-SDI камеры стоят несколько дороже, чем, например, AHD, хоть и дешевле, чем цифровые. При этом формат HDSDI не является настолько открытым, как AHD. Сейчас это, конечно, практически никак не сказывается на конечных потребителях, но в перспективе именно AHD может стать лидером среди стандартов аналогового видеонаблюдения высокого разрешения, так как открытость платформы делает её чрезвычайно привлекательной для сторонних разработок, а конкуренция, как известно, порождает прогресс. Другой минус HDSDI является обратной стороной его плюса. Передавая данные на видеорегистратор без сжатия и пакетирования, HDSDI-видеокамеры обеспечивают вывод изображения в режиме реального времени без задержек, но не подвергнутое сжатию видео занимает очень много места на жёстком диске. Как следствие – траты на увеличение дискового пространства.

Так что же предпочесть – HDSDI или цифровые устройства, являющиеся их прямыми и основными конкурентами?
HDSDI выделяется целым набором преимуществ, не последним из которых является меньшая цена и отсутствие необходимости тотальной переделки всей сети, как в случае с IP-видеокамерами. Обслуживание сети тоже вряд ли сильно ударит по бюджету – конкуренция в этой сфере довольно высока, и существует огромное множество фирм, которые окажут услуги по монтажу, настройке и дальнейшему обслуживанию HDSDI-устройств. Выбирать, конечно, надо придирчиво – не стоит доверять свою сеть непрофессионалам, но, в любом случае, обслуживание HDSDI-сети в итоге получится не дороже, чем в IP-сети. С другой стороны, если сеть проектируется с нуля, и имеют место такие различные нюансы, такие, например, как невозможность прокладки кабелей электропитания в нужных местах, IP-видеокамеры с PoE могут прийтись очень кстати. Наилучшим решением будет исходить из конкретной задачи. Где-то к месту придутся HDSDI-видеокамеры, а где-то лучше справятся их цифровые конкуренты.

www.sec-group.ru

Стандарт для систем видеонаблюдения 3G-SDI в продукции компании interVision

Южнокорейская компания interVision разработала и выпустила на рынок устройства для систем видеонаблюдения, работающие в новом стандарте 3G-SDI. В число этих устройств входит камера 3G-SDI-2090WAI и гибридные видеорегистраторы 3GR-4 и 3GR-8.

Стандарт видеонаблюдения 3G-SDI позволяет передавать цифровой видеосигнал от видеокамеры к видеорегистратору на расстояние более 500 метров по коаксиальному кабелю. Используя приёмники и передатчики UTP, это расстояние можно значительно увеличить с помощью витой пары.

«Теперь аналоговые видеокамеры можно забыть», — утверждают специалисты южнокорейской компании interVision. Видеокамеры и видеорегистраторы стандарта 3G-SDI имеют такую же цену, как аналоговое оборудование, но при этом обеспечивают разрешение 1080p в реальном времени.

И камера 3G-SDI-2090WAI, и видеорегистраторы 3GR-4 и 3GR-8 уже заняли своё место в ассортименте компании interVision. Оба видеорегистратора являются гибридными — к ним можно подключать IP-видеокамеры MPX серии, за счёт чего система расширяется с 4 каналов до 8 и с 8 каналов до 12.


К видеорегистратору 3GR-4 подключаются
четыре камеры стандарта 3G-SDI и четыре сетевых

Новый стандарт

3G-SDI является новым стандартом в цифровом видеонаблюдении. В отличие от своего предшественника — стандарта HD-SDI — он позволяет передавать видеосигнал с разрешением до 1920×1080 на расстояние более 500 метров без дополнительных передатчиков, при условии использования качественного кабеля. Это существенно снижает стоимость системы в целом.

Основная особенность нового стандарта заключается в технологии формирования и передачи видеосигнала. Стандарт 3G-SDI предполагает полное разделение сигнала, несущего информацию о яркости и цвете изображения. Это позволяет избежать накопления помех и получать более чёткое изображение. Кроме того, в стандарте 3G-SDI реализован современный алгоритм предварительной обработки видеосигнала для передачи по линии связи — обычному коаксиальному кабелю с волновым сопротивлением 75 Ом.


Видеосигнал стандарта 3G-SDI передаётся по коаксиальному кабелю на 500 м
без дополнительного усиления

Ввиду использования компрессии по алгоритму H.264 стандарт 3G-SDI, в отличие от цифрового стандарта HD-SDI, не столь требователен к точности изготовления разъёмов и к характеристикам кабеля, а также менее подвержен воздействию высокочастотных помех от окружающего оборудования.

С помощью приёмопередатчиков 3G-UTP видеосигнал стандарта 3G-SDI можно передавать по витой паре на расстояние до 2000 метров. Применение технологии автоматической компенсации сигнала позволяет минимизировать искажения на относительно длинных участках трасс.

3G-SDI: без недостатков стандарта HD-SDI

Каждый стандарт передачи видеосигнала имеет свои преимущества, недостатки и особенности, обусловленные концептуальным подходом к его реализации. 3G-SDI является цифровым стандартом, поэтому основной его недостаток — накопление шума по мере удаления приёмного устройства от устройства, формирующего сигнал, и, как следствие, — искажение картинки. Степень этого искажения целиком зависит от качества трассы и от общей электромагнитной обстановки. Стандарт 3G-SDI более устойчив к помехам, чем HD-SDI, благодаря действию описанных выше факторов, и также поддерживает возможность приёма и передачи по витой паре.

Цифровые стандарты подразумевают пакетную передачу данных в цифровом виде, с использованием широкой полосы в области высоких частот. Это позволяет без искажений передавать данные в исходном виде, однако подобные системы также не лишены недостатков. Например, стандарт HD-SDI довольно чувствителен к качеству кабеля, хотя максимальная длина трассы и составляет лишь 80-100 метров.

Сетевая камера при сходном функционале является более сложным устройством, чем камера стандарта. 3G-SDI или HD-SDI, и требует более тонкой настройки и тщательного технического обслуживания. Для IP-систем характерны различные задержки в передаче изображения, получаемого в реальном времени. Они обусловлены особенностями передачи данных по сети, отсутствующими в аналоговых системах и cистемах HD-SDI.

Практическое применение стандарта 3G-SDI

Стандарт 3G-SDI более всего подходит для модернизации уже существующих систем видеонаблюдения, построенных на аналоговых камерах. Переход с аналоговых систем на сетевые требует полной замены кабеля, что составит немалую часть всей стоимости системы видеонаблюдения. В некоторых случаях провести новые монтажные работы невозможно по эстетическим соображениям либо нецелесообразно экономически. Перевод существующей системы видеонаблюдения со стандарта PAL на стандарт 3G-SDI позволит совершить качественный скачок в детализации видеоизображения при минимальных затратах.

Проще, чем IP-видеонаблюдение

В профессиональных системах видеонаблюдения очень важно получать изображение высокого разрешения без артефактов сжатия. В отличие от IP-систем, изображение от камеры стандарта 3G-SDI поступает в систему и отображается на мониторе без задержек и потери качества, поскольку оно не подвергается компрессии. Используя инфраструктуру имеющейся аналоговой видеосистемы, источники видеосигнала и устройства записи стандарта 3G-SDI, можно получать особо качественное детализированное изображение с разрешением Full HD. Немаловажно, что такие системы по структуре не отличаются от аналоговых. При установке и настройке камеры стандарта 3G-SGI не требуется специальных знаний, в отличие от случая сетевых систем.

Эффективная работа на объектах со сложным освещением

Имея ряд достоинств, стандарт 3G-SDI позволяет в полной мере реализовать и все обычные функции традиционных камер. Например, камера 3G-SDI-2090WAI, продукт компании interVision, приспособлена к работе в условиях сложного освещения не хуже, чем любая современная камера. Она оснащена механически отключаемым ИК-фильтром, который обеспечивает переход между дневным и ночным режимами. Чувствительность камеры — 0,01 лк в цветном режиме и 0,001 лк в монохромном, в который видеокамера переключается в тёмное время суток.


Камера 3G-SDI-2090WAI — устройство стандарта 3G-SDI

Для получения сбалансированного по яркости видеоизображения при контрастном освещении на объекте или фоновой засветке камеры стандарта 3G-SDI имеют функцию расширения динамического диапазона (WDR). Ширина динамического диапазона задаётся при этом автоматически. Для улучшения качества изображения в условиях слабого освещения камера активирует систему шумоподавления 3D-DNR.

Видеорегистратор стандарта 3G-SDI

Чтобы создать полнофункциональную систему видеонаблюдения на базе камеры 3G-SDI-2090WAI и нескольких IP-камер, рекомендуется использовать видеорегистраторы interVision серии 3GR. Эти устройства позволяют выводить на монитор изображение от каждой камеры и вести многоканальную запись видеопотоков.


Видеорегистратор 3G-R4 создан специально для работы с 3G-SDI-камерами

Видеорегистратор 3GR-4 записывает изображение с камер стандарта 3G-SDI, с разрешением 1080P. Он имеет один жёсткий диск и поддерживает просмотр с мобильного телефона. Устойство может использоваться для видеонаблюдения в небольших офисах, частных домах, автомойках, на складах и открытых территориях. Основным отличием данного видеорегистратора от его «сородичей» стандарта HD-SDI является высокое разрешение и возможность записи с камер 3G-SDI без потери качества.

Видеорегистратор данного типа специально создан для работы с 3G-SDI-камерами, в том числе для записи получаемого от них изображения с высоким разрешением. Он поддерживает запись с разрешением 1920×1080 с частотой 120 к/с в NTSC и 100 к/с в PAL. Воспроизводится записанное на видеорегистратор изображение также с разрешением 1920×1080. Возможен удалённый просмотр через мобильные приложения.


К видеорегистратору 3G-R4 можно подключать мониторы, датчики, внешние диски

Принцип работы устройства — такой же, как у обычных видеорегистраторов: камеры передают изображение по кабелю к видеорегистратору, он получает сигнал, преобразует его в изображение и при необходимости записывает на винчестер. Использование алгоритма сжатия H.264 позволяет обеспечивать запись видеосигнала с различным битрейтом.

Чтобы просматривать изображение, можно подключить к видеорегистратору телевизор или монитор. Устройство имеет четыре видеовхода BNC, один выход VGA для подключения монитора и выход HDMI для подключения к мониторам высокого разрешения. Помимо этого, имеются аудиовход и аудиовыход типа RCA (тюльпан).


Для сжатия изображения в видеорегистраторе 3G-R4 используется кодек H.264

Система Multiplex обеспечивает одновременно просмотр, запись, воспроизведение, работу в сети и резервное копирование. Для подключения видеорегистратора к сети используется стандартный разъём RJ-45. Возможность использовать статический и динамический IP-адреса и службы DDNS дополняется поддержкой браузера Internet Explorer. Управлять видеорегистратором можно с дистанционного пульта, разъёма RS-422 или с помощью мыши, подключенной к порту USB.


Для управления видеорегистратором служит удобное меню

Запись изображения производится через разъём SATA на два жёстких диска ёмкостью до 2 Тбайт каждый. Кроме того, к устройству можно через порт USB подключить один внешний диск. Как и всё оборудование, которое выпускает компания interVision, видеорегистратор имеет сертификат соответствия.

Видеорегистратор 3GR-4 позволяет использовать весь потенциал технологий, заложенных в стандарте 3G-SDI. С его помощью можно построить небольшую систему видеонаблюдения высокого разрешения. Возможности стандарта 3G-SDI и перспективы его использования делают новое оборудование, предлагаемое компанией interVision, крайне актуальным.

www.secnews.ru

Оборудование HD-SDI: повторители, распределители, преобразователи, грозозащита!

Распределитель-усилитель 3G/HD-SDI (1вх./4вых.)

  • Максимальное расстояние передачи: 400м(HD-SDI)/200м(3G-SDI) по кабелю RG6.
  • Может подключаться каскадно для увеличения расстояния и количества мониторов.
  • НОВИНКА!

    1 HD-SDI -> 4 HD-SDI

    Распределитель 3G/HD-SDI (1вх./4вых.)

    Основные особенности

  • Максимальное расстояние передачи: 200м(HD-SDI)/100м(3G-SDI) по кабелю RG6.
  • Поддержка разрешения до 1080p/30Гц.
  • Может подключаться каскадно для увеличения количества мониторов — расстояние от источника сигнала до монитора не должно превышать 200м(HD-SDI)/100м(3G-SDI).
  • 1 SDI -> 1 HDMI

    Преобразователь 3G/HD-SDI в HDMI или компонентный видеосигнал (YPbPr)

  • Поддерживает стандарты: SDI (SMPTE 259M), HD-SDI (SMPTE 292M), 3G-SDI (SMPTE 424M).
  • Поддержка функции масштабирования (up/downscaling).
  • Сквозной SDI-выход с функцией восстановления сигнала.
  • Может подключаться каскадно.
  • 1 HD-SDI -> до 45м

    Комплект (2 приёмопередатчика) для передачи HDSDI по витой паре до 45м.

    • Расстояние передачи:
    • HD-SDI: до 30м (CAT5e), до 45м (CAT6);

      SD-SDI: до 130м (CAT5e), до 150м (CAT6).

    • Полоса пропускания до 1,45Гбит/с.
    • Пассивный, питания не требует.
    • 1 HD-SDI -> до 1000м

      Повторитель, для передачи SDI(SD-SDI, HD-SDI, 3G-SDI) и RS485(полудуплекс).

    • Расстояние передачи одного повторителя: 400м(SD-SDI)/200м(HD-SDI)/100м(3G-SDI).
    • Расстояние передачи (формат) при каскадном соединении (5 к-тов): 1000м(HD-SDI)/500м(3G-SDI).
    • Все каскадно подключённые повторители питаются от первого повторителя по коаксиальному кабелю.
    • Поддерживает разрешение: 576i, 720p, 1080i, 1080p.
    • www.smartcable.ru

      Стандарт 3G-SDI

      Стандарт 3G-SDI

      Компания interVision рада представить Вам формат систем видеонаблюдения 3G-SDI! Стандарт 3G-SDI это самая новая разработка южнокорейской компании interVision. 3G-SDI формат позволяет передавать цифровой видеосигнал от видеокамеры к видеорегистратору на расстояния более 600 метров по коаксиальному кабелю и с помощью UTP приемников и передатчиков от 500 и более метров.Теперь аналоговые видеокамеры можно забыть! Почему?

      Потому что цена 3G-SDI видеокамер и видеорегистраторов такая же как и у аналогового оборудования и это с разрешением записи 1080Р в реальном времени. Очень большой плюс имеют гибридные видеорегистраторы 3GR-4 \ 3GR-8. Они имеют возможность подключения IP видеокамер MPX серии и таким образом могут расширятся с 4 каналов до 8 и с 8 каналов до 12. Высокочувствительная видеокамера 3G-SDI-2090WAI марки interVision использует 1/2-дюймовый 2.1 MP CMOS-сенсор SONY Exmor R II, моторизированный ИК-фильтр и формирует цветное/монохромное изображение при минимальных освещенностях до 0,01/0.001 лк. Она может передавать несжатый цифровой видеосигнал с разрешением до Full HD на устройства видеозаписи такого же стандарта по коаксиальному кабелю и по UTP кабелю от 600 метров до 2000 метров при помощи передатчиков 3G-UTP. Фреймрейт 3G-SDI камеры достигает 60 к/с при разрешении HD и 30 к/с при Full HD. Кроме того, 3G-SDI-2090WAI имеет функции WDR и 3D DNR, совместима только с 3G-SDI регистраторами interVision и может использоваться в помещениях и на улице. Питание камеры осуществляется от источников 12 В пост. тока.

      3G-SDI-2090WAI оснащена 1/2-дюймовым 2.1-мегапиксельным КМОП-сенсором Sony Exmor R II и поддерживает 3G-SDI стандарт передачи несжатого мегапиксельного видео по коаксиальному кабелю и по UTP. Благодаря тому, что эти 3G-SDI камеры видеонаблюдения транслируют изображение с разрешением Full HD (1920×1080 пикс.) без задержек и артефактов компрессии, они оптимально подходят для эксплуатации на объектах с повышенными требованиями к качеству видеосигнала. Лаконичный и стильный внешний вид камеры позволяет устанавливать ее в помещениях, где предъявляются особые требования к дизайну.

      Достоинства видеосистем стандарта 3G-SDI
      В профессиональных системах видеонаблюдения очень важно получать изображения высокого разрешения без артефактов сжатия. В отличие от IP-устройств, видео от 3G-SDI-камеры поступает в систему и отображается на мониторе без задержек и потери качества из-за отсутствия компрессии. Используя инфраструктуру имеющейся аналоговой видеосистемы, источники видеосигнала и устройства записи 3G-SDI стандарта, можно получать особо качественное детализированное изображение с разрешением Full HD. Немаловажно, что структура таких систем почти такая же, как структура аналоговых систем, и для пуско-наладки камеры не требуется специальных знаний в области сетевых технологий.

      Эффективная работа на объектах со сложным освещением
      3G-SDI-2090WAI оснащена механически отключаемым ИК-фильтром и обеспечивает формирование четкого, качественного видео при освещенностях до 0,01 лк в цветном режиме и до 0.001 лк в монохромном режиме. Видеокамера переключается в монохромный режим только в темное время суток.

      Наличие функций WDR и 3D DNR
      Для получения сбалансированного по яркости видеоизображения при контрастном освещении на объекте, встречной/фоновой засветке и др., 3G-SDI камеры имеют автоматическую функцию расширения динамического диапазона (WDR), которая автоматически настраивает требуемый уровень. Для улучшения качества изображения в условиях слабого освещения, камера активирует систему шумоподавления 3D DNR.

      Различные варианты построения 3G-SDI видеосистемы
      Чтобы создать полнофункциональную систему видеонаблюдения на базе 3G-SDI-2090WAI, других IP камер и устройств видеозаписи как марки interVision 3GR, рекомендуется использовать видеорегистраторы interVision серии 3GR. Эти устройства позволяют отображать на мониторе видео от каждой камеры системы и вести многоканальную запись видеопотоков.

      3GR-4 видеорегистратор для записи видео с 3G-SDI камер с разрешением 1080P, поддержкой 1-го HDD и просмотром с мобильного телефона. Видеорегистратор, предназначен для записи видео с камер слежения в небольших помещениях, офисах, частных домах, небольших складах, авто-мойках, и открытых территориях. Основным отличием данного видеорегистратора от своих «сородичей HD-SDI» является высокое разрешение записи и запись с 3G-SDI камер без потери качества. Регистратор данного типа специально создан для работы с 3G-SDI камерами, для обеспечения возможности не только съемки с высоким разрешением но и записи видео в высоком разрешении. Данный регистратор поддерживает следующие разрешения записи — 1920×1080 точек с частотой 120 кадров в секунду (NTSC) и 1920×1080 точек с 100 кадров в секунду (PAL). Более того регистратор позволяет не только записывать, но и воспроизводить видео в разрешении 1920×1080 точек. К особенностям можно отнести, возможность удаленного просмотра через мобильные приложения. Принцип же работы такой же как ив обычных регистраторах — камеры передают видео по кабелям к видеорегистратору, он получает сигнал, преобразует его в изображение и при необходимости записывает на винчестер. Использование H.264 в качестве алгоритма сжатия позволяет видеорегистратору обеспечивать запись видеосигнала с различным «битрейтом». Просмотреть видео можно подключив к видеорегистратору телевизор или монитор. Регистратор имеет 4 видео входа BNC, 1 VGA выход (для подключения монитора), 1 HDMI 1 выход (для подключения к мониторам высокого разрешения). Помимо этого в нем есть 1 аудио вход и 1 аудио выход типа RCA (тюльпан). Разрешение воспроизведения составляет до 4х камер в разрешении 1080P. Система «Multiplex» позволяет одновременный просмотр, запись, воспроизведения, работу в сети, резервное копирование и воспроизведение. Для подключения к сети используется стандартный RJ-45 разъем, а так же есть возможность использования статического, динамического IP и DDNS, поддерживает Internet Explorer. Управление возможно с пульта дистанционного управления, PTZ, RS422 разъема, или мыши подключенной к USB. Запись осуществляется на жесткие диски SATA разъема, при этом максимальное количество таких дисков ограничено 2 дисками, максимальным объемом по 2000 Гб каждый. Если Вы современный и дальновидный человек и используете (или планируете использовать) 3G-SDI камеры высокого разрешения, тогда Вам просто необходим этот 4-х канальный 3G-SDI видеорегистратор для записи видео с 3G-SDI камер с разрешением 1080P, поддержкой 1-х HDD и просмотром с мобильного телефона, так как с ним Вы сможете использовать весь потенциал 3G-SDI технологии.

      video-expert.com.ua

      Интерфейсы SDI/HD-SDI: проблемы, характеристики, структура

      Зачем нужны цифровые форматы телевидения?

      Как известно, изначально телевидение, как и все прочее, было аналоговым и в основном остается таковым до сих пор. Только сейчас начинается активный переход к цифровому ТВ, практически совпадающий по времени с принятием стандартов и внедрением телевидения высокой четкости.

      Цифровые форматы ТВ очень перспективны по многим причинам:

    • во-первых, в связи с широким применением компьютеров и программных методов обработки сигнала, нелинейного монтажа и композитинга, что обеспечивает широчайшие возможности, в принципе недостижимые в аналоговом видео, хотя бы уже потому, что процесс не оказывается привязан к реальному времени;
    • во-вторых, с переходом на цифру кардинально решается проблема архивирования информации: аналоговые носители громоздки, недолговечны и не обеспечивают оперативного доступа к фрагментам записи;
    • в-третьих, аналоговые сигналы подвержены необратимой деградации, степень которой пропорциональна количеству компонентов тракта, и длине передаточных линий. Восстановление изначальной формы аналогового сигнала возможно только ценой возрастания уровня шумов;
    • в-четвертых, многие операции, включая интерполяционное масштабирование, актуальность которого растет по мере распространения больших дисплеев, либо в принципе невыполнимы в случае с аналоговым сигналом, либо требуют очень дорогих и громоздких аппаратных средств, а в цифровой сфере реализуются гораздо легче, дешевле и с более высоким качеством.
    • Однако неоспоримые преимущества цифровой обработки ощутимо теряют свою привлекательность из-за того, что существует необходимость многократной транспортировки сигнала из студии в студию, с одного аппаратного комплекса или компьютера на другой. При этом многочисленные преобразования из аналоговой в цифровую форму и наоборот не менее губительны, чем сложные операции обработки и передача на большие расстояния аналогового сигнала.

      Уже давно появились средства цифровой видеозаписи, позволяющие исключить критическую стадию аналого-цифрового преобразования. Весьма логично было бы вслед за этим избавиться и от всех промежуточных преобразований, оставив лишь одно – из цифры в аналог – в самом конце тракта, непосредственно перед передачей в эфир. Аналоговое телевещание пока что превалирует с большим перевесом, хотя постепенный переход на цифровое уже начинается, что позволит наконец полностью избавиться от лишних ЦАП’ови АЦП. Причем не только в студиях и на телецентрах, но и во многих случаях на приемной стороне: ведь такие распространенные на сегодня дисплеи, как плазменные панели и DLP-проекторы, являются цифровыми по своей сути. Несомненно, что и светодиодные дисплеи, которые в будущем наверняка вытеснят плазменные, жидкокристаллические и тем более кинескопные телевизоры, также будут цифровыми. Стопроцентная реализация потенциала цифрового дисплея возможно только при наличии полностью цифрового тракта.

      … и конкретно SDI?

      Итак, первоочередной целью, поставленной перед студиями, была организация распределительных кабельных сетей для передачи цифрового видео вещательного уровня качества без потерь. Естественно, физическая замена среды распространения – кабельных сетей – была бы связана с высокими капиталовложениями. Поэтому стояла задача адаптировать цифровые потоки под уже имеющиеся коммуникации коаксиального кабеля, которые долгие годы служили для передачи аналогового сигнала. При этом достаточно было частично заменить, а частично дополнить состав аппаратных комплексов, не вмешиваясь в конструктив зданий и помещений (перепрокладка кабелей – это по сути капремонт, а значит, не только деньги, но и время).

      Однако просто оцифровать компонентный сигнал, с которым имеют дело в профессиональной сфере, недостаточно. К тому же, поскольку в эфир передается полный телевизионный сигнал, представляющий собой композитный видеосигнал плюс звук в форме частотно-модулированной поднесущей, значительная часть студийных магистралей имела не трех-, а однолинейную структуру. Значит, необходимо было разработать специальный цифровой формат видео, которым и стал SDI – Series Digital Interface, или последовательный цифровой интерфейс, требующий всего одного коаксиального кабеля для передачи трех сигналов – яркости и двух цветоразностных компонент. И обеспечивающий доставку видео без потерь на расстояния, типичные для студий и телецентров.

      Какие проблемы стояли на пути создания формата SDI?

      Основная проблема – большие массивы данных и соответственно скорости их передачи, неизбежно возникающие при оцифровке и без того достаточно высокочастотного видеосигнала. Спектр цифрового видео имеет очень большую протяженность в области высоких частот: это сотни мегагерц. Широкая полоса тракта необходима не только для обеспечения нужной скорости передачи, но и для сохранения по возможности изначально прямоугольной формы импульсов. При вырождении ее в синусоиду постепенно накапливается джиттер (дрожание фаз фронтов), возрастает количество ошибок, сигнал теряет помехоустойчивость, одно из главных преимуществ цифрового представления сигнала. Джиттер может наблюдаться в широкой полосе частот. Различают низкочастотный джиттер, или НЧ дрейф (drift, wander) ниже 10 Гц, который почти не влияет на качество сигнала (медленное изменение тактовой частоты) и высокочастотный, приводящий к деградации сигнала. Допустимое значение ВЧ-джитера составляет 0,2 х T: 740 пс для 270 Мбит/с (стандартное телевидение), 135 пс для 1,485 Гбит/с (ТВ высокой четкости), где T – длительность тактового импульса.


      Рис. 1. Джиттер

      На приемной части от джиттера полностью избавляются путем восстановления тактовой частоты данных (перетактирования, reclocking). Однако существуют пределы степени деградации формы сигнала, при превышении которых полное восстановление становится невозможным.

      Коаксиальный кабель – практически идеальная среда распространения высокочастотных сигналов (при условии согласованности линии передачи по входам и выходам с компонентами тракта), однако и она накладывает определенные ограничения по частоте, и тем боле жесткие, чем длиннее линия передач. Это касается не только аналоговых, но и цифровых сигналов.

      Значит, нужно либо довольствоваться малыми расстояниями, что не всегда возможно, либо сжимать цифровой поток. Алгоритмы эффективного сжатия, основанные на отбрасывании информации малой степени заметности, существуют и широко применяются, и все они предполагают сжатие с потерями: MPEG-2, MPEG-4, DV (Motion JPEG) и пр. Надо сказать, что сжатие (например, MPEG-2 для DVB) используется для вещания в эфир, при этом субъективное восприятие качества картинки при однократной декомпрессии сжатого сигнала на приемной стороне остается достаточно высоким, а в стандартный частотный диапазон одного аналогового канала удается уложить до 3-6 цифровых каналов. Незаменимо оно и для уплотнения информации на внешних носителях (DVD, цифровая магнитная запись, винчестер). Помимо собственно изображения, сжатые форматы позволяют записывать и передавать многоканальный звук, различные дополнительные материалы и пр. Но при многократных циклах сжатия и распаковки сигнала происходит необратимая потеря качества с накоплением характерных артефактов изображения. Поэтому в пределах студии передача сигнала должна осуществляться без сжатия или с неглубоким сжатием без потерь.

      Итак, формат SDI позволил решить задачу передачи цифровых видеоданных внутри студий как без цифро-аналоговых и аналого-цифровых преобразований, так и без многократных сжатий и распаковок, максимально сохранив при этом преемственность коммуникаций (как коаксиальных, так и оптоволоконных) и аппаратных комплексов. Многие компоненты, такие, как обычные и матричные коммутаторы, усилители-распределители и пр., применявшиеся в аналоговом ТВ, при условии определенного запаса по полосе частот с успехом работают с сигналами SDI.

      Характеристики формата SDI

      Формат SDI соответствует Рекомендациям МСЭ-Р ВТ.656 и стандарту SMPTE-259M (Society of Motion Picture and Television Engineers – Общество инженеров в области техники кино и телевидения). Помимо стандартного телевидения, он применим также для телевидения высокой четкости (версия HD-SDI SMPTE-292M). Передача сигнала осуществляется согласно Рекомендации МСЭ-Р ВТ.601 (а также дополнению «В» для формата 16:9). Среда распространения – единичный коаксиальный кабель 75 Ом с терминалами BNC. Либо оптоволоконная линия передач (одномодовое волокно, длина волны 1310±40 нм) с лазерными передатчиком и приемником (Рекомендация МСЭ-Р BT.1367). Оптоволоконная линия терминируется разъемами ST.

      1. центральный провод (жила)
      2. изолятор центрального провода
      3. экранирующий проводник (экран)
      4. внешний изолятор и защитная оболочка


      Рис. 2. Физический интерфейс SDI: коаксиальный кабель, разъем BNC,
      оптический разъем, лазерный передатчик

      Затухание в линии не должно превышать 30 дБ/100 м на частоте 100 МГц (для стандартного телевидения) и 20 дБ/100м на частоте 750 МГц для ТВЧ. Соответственно примерные расстояния для передачи без ошибок составляют 280 м (СТВ) и 50 м (ТВЧ). С целью увеличения расстояний транспортировки, как и в случае с аналоговым видео, применяются повторители. Наилучшие результаты дают приборы с коррекцией амплитудной характеристики (подъем высоких частот), позволяющие в значительной степени восстановить форму импульсов. Еще лучше, если одновременно с восстановлением формы производится перетактирование сигнала.

      Оптоволокно же дает возможность передавать данные без потерь более чем на 50 км.


      Рис. 3. Число ошибок в сигнале SDI в зависимости от длины кабеля
      (кабель Belden 8281)

      Передача является односторонней, без квитирования (подтверждения о получении данных приемной стороной).

      Передача каждой из трех компонент видео – Y, Cb, Cr – осуществляется последовательно в виде двоичных кодов. Вещательным стандартом является модель 4:2:2, предполагающая, что на цветоразностные компоненты приходится вдвое меньше отсчетов, чем на яркостную, и соответственно вдвое ниже разрешение по цветам по сравнению с яркостью. Фактически «4:2:2» означает, что из каждой четверки соседних пикселей в строке яркость кодируется для каждого, а цветоразностные компоненты – через один (первая двойка). Кроме этого, точно так же обстоят дела с соответствующими пикселями следующей строки (вторая двойка). Формула 4:4:4 означает равнозначность кодировки для все пикселей и строк (и по яркости, и по цветоразностным компонентам). А формула 4:2:0 означает, что информация о цвете передается не в каждой строке, а через строку.

      Модель 4:2:2 хорошо согласуется с особенностями восприятия зрительного аппарата и применяется для того чтобы снизить объем данных. Однако существует возможность работы и с моделью 4:4:4, хотя и при меньших расстояниях передачи (физически реализуемая, хотя и выходит за рамки стандарта SDI). Это необходимо на стадии обработки по цвету, когда для корректного пересчета цифровых последовательностей требуется повышенное разрешение во избежание набега ошибки. Предусмотрена также передача оцифрованного в формате SDI композитного видеосигнала (модель 4:0:0), хотя на практике она применения не находит.

      Данные кодируются с частотой выборки 13,5 МГц (яркость) или 6,75 МГц (цветоразностные компоненты). Разрешение составляет 10 бит для каждой компоненты (ранее применялось 8-битное кодирование, ныне устаревшее).

      Передача сигнала стандартного телевидения происходит со скоростью потока 270 Мбит/с, для чего достаточно полосы канала в 250 МГц. В соответствии со спецификацией LVDS (Low Voltage Differential Signaling, или дифференциальная передача низкоуровневых сигналов) биты кодируются не напряжением, а перепадами уровней напряжения (размах его составляет 800±80 мВ). Это обеспечивает высокую помехозащищенность (по аналогии частотная модуляция аналогового сигнала меньше подвержена воздействию помех по сравнению с амплитудной). Поскольку важны не сами уровни, а только перепады, полярность сигнала значения не имеет, и поэтому в тракте с одинаковым успехом могут применяться как неинвертирующие, так и инвертирующие усилительные элементы.

      Исходный цифровой поток скремблируется («перемешивается), на приемной же стороне производится его восстановление (дескремблирование). Эта операция применяется для более равномерного распределения энергии сигнала по всему его спектру, который приближается в результате к шумовому и создает меньше вредных наводок на соседние коммуникации.

      Помимо собственно видео, в формате SDI возможна передача звука (стандартные 4 канала или больше) и временного кода.

      Структура сигнала SDI

      Для стандартного телевидения различают форматы SDI, соответствующие стандартам NTSC (60 полей/с, 525 строк в кадре) и PAL/SECAM (50/625).

      Каждая строка в начале и конце имеет специальные маркеры, или метки SAV (Start of Active Video) и EAV (End of Active Video). Между метками SAV и EAV передаются собственно видеоданные (720 отсчетов сигнала яркости Y и по 360 отсчетов цветоразностных каналов Cr, Cb). Между окончанием предыдущей (EAV) и началом следующей строки (SAV) могут передаваться дополнительные данные, сюда же вставляются отсчеты каналов звукового сопровождения.


      Рис. 4. Структура сигнала SDI


      Рис. 5. Структура кадра SDI

      Для ТВЧ структура сигнала SDI (в данном случае – HD SDI) остается прежней, изменяются только количество отсчетов в каждой строке и число строк в кадрах. Согласно стандарту SMPTE-292M передача ТВЧ осуществляется на скорости 1,485 Гбит/с при частоте кадров 24, 25, 30 Гц (прогрессивная развертка) или 50, 60 Гц (чересстрочная развертка). Существуют также версии формата HD SDI с частотами кадровой развертки 59,94, 29,97 и 23,976 Гц и скоростью потока 1,4835 Гбит/с, обеспечивающие совместимость различными вариантами NTSC.

      Получение сигнала SDI

      Если SDI получается из аналоговых композитного сигнала или S-Video, сначала эти сигналы декодируются и раскладываются на составляющие: яркость Y, а также цветоразностные сигналы U (или Cr) и V (или Cb). Уровни этих сигналов определяются следующими соотношениями:

      Y = 0,299R+0,578G+0,114B; U = R-Y; V = B-Y, R – красный, G – зеленый, B – синий.

      Затем каждая компонента оцифровывается и подается на кодер, в котором данные собираются в последовательности, соответствующей структуре SDI. Звук включается в структуру SDI (в промежутках между метками EAV и SAV) с помощью специальных устройств – эмбеддеров, на приемной же стороны он вновь извлекается из сигнала с помощью деэмбеддеров. Звуковое сопровождение может подаваться на вход эмбеддера в цифровом виде (по интерфейсу S/PDIF) либо в аналоговом.

      Стандарт SMPTE-272M предусматривает возможность внедрения до 16 каналов цифрового звука с различными частотами дискретизации, разрядностями и способами синхронизации (всего 10 вариантов).

      В SDI возможно ввести и другие данные, например телетекст. Это не предусмотрено стандартом, но физически реализуемо и часто применяется на практике.

      Формат SDTI

      Часто возникает потребность передачи сжатого оцифрованного видеосигнала. Для этого вполне можно использовать SDI, но снова возникает проблема лишних преобразований: декомпрессии (перед передачей) и повторного сжатия. Поэтому на базе SDI был создан специальный формат передачи сжатых данных – SDTI (Serial Digital Transport Interface), стандарт SMPTE-305M. Синоним SDTI – QSDI, принятый у разработчиков аппаратуры DVCAM. SDTI обеспечивает передачу сигнала быстрее, чем в реальном времени – несжатый сигнал передается со скоростью до 360 Мбит/с, а сжатый до 200 Мбит/ с, то есть в 4 раза быстрее, чем сжатый компонентный 4:2:2 (50 Мбит/с). Передача происходит быстрее реального времени. Стандарт предусматривает 8 каналов аудио, тайм-код и пр. В качестве среды распространения используется такой же коаксиальный кабель, как и в SDI, а также оптоволоконные линии. Первая версия формата – SDT – сочетала в себе основные особенности интерфейсов DVCAM и Betacam SX (Sony) и DVCPRO (Panasonic). SDTI обладает односторонней совместимостью с SDI (компоненты стандарта SMPTE-305M корректно работают с SMPTE-259M), что обеспечивает преемственность оборудования и дает возможность плавного перехода с одного формата на другой без глобальной замены.

      Структура сигнала SDTI в целом та же, что и у SDI, но данные в области активного видео пакетируются. Между метками EAV и SAV (т.е. в служебной области) в каждой строке присутствуют специальные коды, оповещающие приемную сторону о том, что данная строка содержит информацию в формате SDTI.

      www.avclub.pro