La Serial Digital Interface (comunemente chiamata SDI) è un'interfaccia digitale seriale utilizzata per il trasporto di segnali video in ambito professionale e broadcast. Permette maggior qualità di ripresa perché evita l'intervento dei codec di compressione impiegati nella registrazione su supporti, integrati nelle videocamere (nastro, cassetta, schede di memoria). Essa è standardizzata come ITU-R BT.656 e SMPTE 259M. La larghezza di banda di questo collegamento è di 270 Mbit per secondo. Questa implementazione è studiata per la trasmissione di segnali televisivi PAL e NTSC (quella che oggi chiamiamo definizione standard) per cui si associa spesso la sigla SD (standard definition) alla sigla SDI (SD-SDI).
Esiste una versione per trasmettere segnali ad alta definizione, conosciuta come High Definition Serial Digital Interface (HD-SDI) contemplata dallo standard SMPTE 292M. La versione HD-SDI ha una capacità di banda di 1.485 Gbit per secondo. Per alcune applicazioni, come nel caso della cinematografia digitale, tale banda può non essere sufficiente. Per tale motivo si utilizza una modalità conosciuta come dual link definita dalle specifiche SMPTE 372M. Tale versione, come dice il nome stesso, prevede l'utilizzo di due connessioni HD-SDI contemporanee. Essa è capace di una larghezza di banda nominale di 3 Gbit per secondo. L'utilizzo della modalità dual link richiede un secondo cavo tra i due apparati e questo; nel caso di installazioni complesse, può creare problemi relativi alla complessità del cablaggio e al costo. Una versione di questa interfaccia, definita 3G-SDI, standardizzata come SMPTE 424M, in cui, su un singolo cavo, è possibile ottenere la larghezza di banda di 3 Gbit per secondo.
L'interfaccia SDI è un sistema di trasmissione di segnali digitali non compressi e non criptati ed è di larghissimo impiego all'interno delle infrastrutture di produzione televisiva. È possibile, come opzione, trasferire anche segnali audio integrati all'interno del flusso video.
L'interfaccia è progettata per operazione su distanze brevi, a causa dell'elevato bitrate. Sia la SDI che la HD-SDI sono interfacce disponibili solo su apparecchiature di tipo professionale, a causa di alcuni accordi di licenza che non prevedono l'uso di segnali digitali non criptati su apparecchi di classe domestica, anche se esistono box esterni con ingressi compatibili e schede video idonee, per il collegamento a computer. Al pari esistono alcune modifiche per lettori DVD per implementare un'interfaccia SDI.
Dettagli tecnici dei vari standard
Interfaccia elettrica I vari tipi di interfaccia seriale digitale usano tutti uno o più cavi coassiali con connettori BNC, con un'impedenza nominale di 75 ohm. Si tratta dello stesso tipo di cavo utilizzato per gli impianti video analogici, il che rende in teoria molto semplice l'aggiornamento delle infrastrutture e il cablaggio degli apparati, anche se su lunghe distanze può rendersi necessario l'impiego di un cavo di migliore qualità. L'ampiezza del segnale alla sorgente è di 800 mV (±10%) picco-picco, mentre tensioni parecchio inferiori possono essere misurate alla ricezione a causa dell'attenuazione. Con opportuni equalizzatori sull'apparato ricevente è possibile inviare segnali a 270 Mb/s su cavi lunghi anche 150 metri, ma è preferibile l'uso di distanze inferiori. I segnali in alta definizione hanno una lunghezza massima inferiore, nell'ordine degli 80 metri.
I segnali trasmessi sono digitali a componenti senza compressione, con codice di canale NRZI, e un registro a scorrimento a retroazione lineare viene utilizzato per ridurre la possibilità che vengano trasmesse lunghe sequenze di zero o di uno.
Dal momento che nell'interfaccia SDI esiste una relazione fissa tra la temporizzazione dei campioni video (27 MHz) ed il clock (270 MHz), questa interfaccia è di tipo autosincrono; inoltre uno schema di sincronizzazione è presente sul segnale digitale come una sequenza di dieci uno seguita da venti zero. Questa sequenza non è consentita in nessun altro posto all'interno dei dati trasmessi.
La sequenza di sincronizzazione diventa di venti uno seguita da quaranta zero nel caso di segnali ad alta definizione.
Comparazione tra gli standard StandardNomeBitrateEsempio di formati videoSMPTE 259MSD-SDI270 Mbit/s, 360 Mbit/s, 143 Mbit/s, e 177 Mbit/s480i, 576iSMPTE 344MED-SDI540 Mbit/s480p, 576pSMPTE 292MHD-SDI1.485 Gbit/s, e 1.485/1.001 Gbit/s720p, 1080iSMPTE 372MDual Link HD-SDI2.970 Gbit/s, e 2.970/1.001 Gbit/s1080p a 30fpsSMPTE 424M3G-SDI2.970 Gbit/s, e 2.970/1.001 Gbit/s1080p a 60fpsSMPTE ST-20816G-SDI6 Gbit/s2160p a 30fpsSMPTE ST-208212G-SDI12 Gbit/s2160p a 60fps
Come si osserva dalla tabella, sono usati diversi bitrate: Per gli impieghi a definizione standard, definite secondo SMPTE 259M, i possibili bitrate sono di 270 Mb/s, 360 Mb/s, 143 Mb/s e 177 Mb/s. 270 Mb/s è di gran lunga il bitrate più utilizzato, anche se nel caso di video a schermo panoramico talvolta si usano 360 Mb/s. le interfacce a 143 e 177 Mb/s furono concepite per trasmissione del video composito codificato digitalmente (sia NTSC che PAL) e sono considerate obsolete. Per gli impieghi a definizione avanzata (tipicamente 525 linee a scansione progressiva, o 525P) esistono diverse interfacce a 540 Mb/s, di raro impiego. Per impieghi di televisione ad alta definizione, l'interfaccia SDI è definita dello standard SMPTE 292M. Sono definiti due bitrate, 1.485 Gb/s e 1.485/1.001 Gb/s. Il fattore di 1/1.001 serve per consentire a questo standard il supporto a formati video con scansioni di 59.94, 29.97 e 23.98 Hz, per essere compatibile con i sistemi NTSC esistenti. La versione dello standard a 1.485 Gb/s supporta le altre cadenze di largo impiego, incluse quelle di 60, 50, 30, 25 e 24 Hz. È piuttosto comune riferirsi a entrambi gli standard con un bitrate nominale di 1.5 Gb/s. Per gli impieghi che richiedono una definizione molto elevata, con maggiore risoluzione, cadenza o fedeltà cromatica di quella che si può ottenere dalla HD-SDI, lo standard SMPTE 372M definisce l'interfaccia dual link. Come il nome lascia intendere, si tratta di due interconnessioni SMPTE 292M in parallelo. L'interfaccia dual link supporta formati a 10-bit, 4:2:2, 1080P a cadenze di 60, 59.94 e 50 Hz, così come profondità di colore di 12 bit, codifica RGB e campionatura colore 4:4:4. Una interfaccia a 3 Gbit/s (più precisamente, 2.97 Gbit/s, ma a cui ci si riferisce comunemente come "3G") è stata standardizzata dalla SMPTE nel giugno 2006. Essa è intesa ad implementare tutte le caratteristiche fornite dalla dual link da 1.485 Gbit/s ad interfaccia, ma richiede un solo cavo invece che due.
Altre interfacce Lo standard SMPTE 292M definisce, insieme all'interfaccia elettrica, anche un'interfaccia ottica che da più parti è oramai considerata obsoleta. Un'interfaccia parallela digitale a 8 bit è definita da CCIR 601, ed è obsoleta a sua volta (in ogni caso, molte clausole dei vari standard permettono come opzione un'interfaccia a 8 bit).
Formato dati Per impieghi a definizione standard e avanzata, il formato dati parallelo è definito a 10 bit, mentre in quelli ad alta definizione a 20, divisi in due flussi dati paralleli a 10 bit (noti come Y e C). Il flusso a definizione standard (SD) è composto in questa maniera:
Cb Y Cr Y' Cb Y Cr Y'
mentre i flussi ad alta definizione (HD) sono composti così:
Y Y Y' Y Y' Y Y' Y Y' C Cb Cr Cb Cr Cb Cr Cb Cr
In entrambi i casi, il video è codificato nel formato 4:2:2, il che significa che il canale di luminanza e codificata a piena larghezza di banda (13.5 MHz nella SD a 270Mbit/s SD, ~75 MHz nella HD), e i due canali di crominanza sono sottocampionati orizzontalmente, e codificati a metà della larghezza di banda (6.75 MHz o 37.5 MHz). I campioni Y, Cr e Cb sono coacquisiti, cioè acquisiti nello stesso istante di tempo, e il campione Y' è acquisito nell'intervallo di tempo tra due campioni Y adiacenti.
Nello schema sopra, la Y indica i campioni di luminanza, e la C i campioni di crominanza. Cr E Cb si riferiscono ai canali di differenza di colore rosso e blue, rispettivamente.
Il video attivo (e anche i dati ausiliari) possono usare ogni parola di 10 bit nella gamma 4-1019 (in esadecimale, 004-3FB) inclusi, i valori 0-3 e 1020-1023 (3FC-3FF) sono riservati e non possono far parte del video attivo. Le parole riservate sono utilizzate per due scopi, la sincronizzazione e le intestazioni dei dati ausiliari.
Pacchetti di sincronizzazione Un pacchetto di sincronizzazione (noto comunemente come segnale di riferimento temporale o TRS) precede immediatamente il primo campione attivo di ogni linea, altrettanto immediatamente segue l'ultimo campione attivo, precedendo l'inizio del periodo di sincronizzazione orizzontale. Il pacchetto di sincronizzazione consiste di quattro parole di 10 bit. Le prime tre parole sono costantemente 0x3FF,0,0 mentre la quarta consiste di 3 flag e di un codice di correzione d'errore. Come risultato, ci sono otto differenti pacchetti di sincronizzazione possibili.
Nelle interfacce HD-SDI e dual link, i pacchetti di sincronizzazione devono presentarsi simultaneamente in entrambi i flussi Y e C. Nel caso del dual link, è possibile un ritardo tra i due cavi di una stessa interfaccia, per cui le apparecchiature che lo utilizzano dovrebbero avere un buffer che immagazzina il primo segnale fino all'arrivo dell'altro. Nelle interfacce SD e ED c'è un solo flusso di dati, per cui un solo pacchetto di sincronizzazione alla volta. Al di là del numero dei pacchetti, in ogni caso, il loro formato è lo stesso per tutte le versioni dell'interfaccia SDI.
I bit di flag presenti nella quarta parola (comunemente chiamata XYZ) sono noti come H, F e V. Il bit H indica la partenza della cancellazione orizzontale: i bit di sincronizzazione immediatamente precedenti alla regione di cancellazione orizzontale devono avere il bit H impostato a 1. Normalmente, ci si riferisce a questi pacchetti come alla fine del video attivo, o pacchetti EAV. Allo stesso modo, il pacchetto immediatamente prima della partenza del video attivo ha il bit H impostato a 0; si tratta del pacchetto partenza del video attivo o SAV.
In maniera simile, il bit V è impiegato per indicare la partenza della regione di cancellazione verticale. Un pacchetto EAV con V impostato a 1 indica che la linea successiva fa parte dell'intervallo verticale, mentre uno con V impostato a 0 indica che la linea seguente fa parte del video attivo.
Il bit F è utilizzato nei formati interlacciati e segmentati per indicare se la linea appartiene al primo o al secondo campo (o segmento). Nei formati a scansione progressiva, il bit F è sempre a zero.
Contatore di linee e CRC Nella versione dell'interfaccia per l'alta definizione (e anche nella versione dual link), sono implementate ulteriori parole di controllo per aumentare la robustezza dell'interfaccia. In questi formati, i quattro campioni immediatamente precedenti i pacchetti EAV (ma non i SAV) contengono un campo cyclic redundancy check (CRC) e un contatore di linea. Il valore CRC di ciascun campo contiene il controllo della linea precedente (calcolati indipendentemente per i flussi Y e C) e può essere usato per rilevare errori sul flusso trasmesso. Il contatore di linea indica il numero della linea corrente.
Sia il CRC che il contatore di linea non sono disponibili nelle versioni SD e ED dell'interfaccia. Al loro posto, un pacchetti dati ausiliario conosciuto come pacchetto EDH può essere impiegato come controllo di errore.
Numerazione di linee e campioni Ciascun campione in un dato flusso ha un numero di linea e di campione unico. In tutti i formati, il primo campione subito dopo il pacchetto SAV ha il numero di campione 0, il successivo il numero 1 e così via fino alla parola XYZ del pacchetto SAV seguente. Nella versione SD dell'interfaccia, dove il flusso dati è unico, la numerazione dei campioni segue questo schema: numero 0 --> Cb numero 1 --> Y