L'interface numérique série ou serial digital interface (SDI), est un protocole de transport ou de diffusion de différents formats de vidéo numérique. Il fut introduit en 1989 par la norme SMPTE ST 259 pour la transmission de la vidéo SD entre équipements de studios audiovisuels. Par la suite, plusieurs normes se succédèrent – HD-SDI (1,485 Gbit/s), 3G-SDI (2,970 Gbit/s), UHD-SDI – pour définir des protocoles adaptés à des débits binaires plus importants pour les transmissions de vidéos haute définition (HDTV), ultra haute définition (UHDTV1 et UHDTV2) ou pour le cinéma numérique (2K, 4K, 8K). Les données du signal vidéo ne sont pas compressées. La quantification est effectuée sur 8, 10 ou 12 bits, et la structure de sous-échantillonnage utilisée est souvent de type 4:2:2, bien que les normes les plus récentes autorisent une structure 4:4:4 ou 4:4:4:4. Le signal peut être transmis sous forme électrique, via un ou plusieurs câbles coaxiaux d'impédance caractéristique muni de connecteurs BNC, ou par fibre optique.

Normes Les progrès techniques successifs ont donné naissance à une multitude de formats vidéo aussi bien dans le domaine de la télévision numérique que du cinéma numérique (2K, 4K, 8K). La définition de l'image (SD, HD, UHD, 2K, 4K, 8K) ou la fréquence image (25, 50, 100, etc. images par seconde en Europe) sont en augmentation ce qui impose des images occupant un volume de stockage et des débits de transmission plus importants. Les rapports d'image peuvent également différer selon les applications (anciennement 4/3 et actuellement 16/9 en télévision, 1,89 ≈ 17/9 en cinéma numérique). C'est pourquoi, la Society of Motion Picture and Television Engineers (SMPTE), l'Union européenne de radio-télévision (UER ou EBU en anglais), l'Union internationale des télécommunications (UTI ou ITU en anglais) ou encore le Digital Cinema Initiatives (DCI) ont publié plusieurs documents permettant de normaliser les formats vidéo et/ou les protocoles de transport afin de faciliter les échanges.

Liaisons simples (Single-link)NomStandard SDIDate John Hudson, 3Gb/s SDI for Transport of 1080p50/60, 3D, UHDTV1 / 4k and Beyond, 2013 John Hudson, UHD-SDI Standards Overview – Towards a Hierarchy of SDI data Rates, 2013Définition / Fréquence image (maximum)Structure / Quantification (maximum)(Débit maximum)SD-SDI Bruce Carriker, SDI SMPTE Primer, 2013SMPTE ST 259 UER Tech. 3267

ITU BT 6561989SMTPE ST 244 (480i29,97 ; 768 × 485 ; 4/3)NTSC composite, 4f143 Mbit/s (obsolète)UER Tech 3246 (576i/25 ; 948 × 576 ; 4/3)PAL composite, 4f177 Mbit/s (obsolète)SMTPE ST125 et ITU-R BT 601 (480i/29,97 ; 720 × 480 ; 4/3 ou 576i/25 ; 720 × 576 ; 4/3)4:2:2/10 b270 Mbit/sSMTPE ST 267 (480i/29,97 ; 960 × 480 ; 16/9 ou 576i/25 ; 960 × 576 ; 16/9)360 Mbit/s (obsolète)HD-SDISMPTE ST 2921998HDTV 720p / 60*, 50, 30*, 25, 24* HDTV 1080i ou 1080p / 30*, 25, 24*

Cinéma 2K / 30*, 25, 24*4:2:2/10 b1,485 Gbit/s, 1,485/1,001 Gbit/s3G-SDISMPTE ST 4242006HDTV 1080p ; 60*, 504:2:2/10 b2,970 Gbit/s, 2,970/1,001 Gbit/s6G UHD-SDISMPTE ST 2081-102014UHDTV1 et Cinéma 4K / 30*, 25, 24*4:2:2/10 b6 Gbit/s12G UHD-SDISMPTE ST 2082-102014UHDTV1 et Cinéma 4K / 60*, 504:2:2/10 b12 Gbit/sUHDTV1 et Cinéma 4K / 30*, 25, 24*4:4:4/12 b ou 4:4:4:4/10 b24G UHD-SDISMPTE ST 2083-102015UHDTV1 / 120*, 1004:2:2/10 b24 Gbit/sUHDTV1 / 60*, 504:4:4/12 b ou 4:4:4:4/10 bUHDTV2 / 30*, 25, 24*4:2:2/10 b10G Optical SDI InterfaceSMPTE ST 435-1UHDTV1 / 30*, 25, 24*4:4:4/12 b10,692 Gbit/s10 Gbit/s Optical SDI InterfaceSMPTE ST 2036-3UHDTV1 / 30*, 25, 24*4:4:4/12 b10,692 Gbit/s(*) La division de la fréquence par 1,001 est également spécifiée pour assurer une compatibilité avec les systèmes NTSC. La structure 4:4:4 peut aussi bien s'adapter aux composantes Y'CC qu'aux composantes R'G'B'. La structure 4:2:2 ne s'adapte qu'aux composantes Y'CC.

Les formats d'image UHDTV1 et UHDTV2 sont définis par les normes SMTPE ST 2036-1 et ITU-R BT 2020.Liaisons multiples (Multi-link)NomStandard SDIDateDéfinition / Fréquence image (maximum)Structure / Quantification (maximum)Débit (maximum)Dual-link HD-SDISMPTE ST 3722002HDTV SMTPE ST 274 (1080p ; 60*, 50)4:4:4:4 10 b2,970 Gbit/s, 2,970/1,001 Gbit/sDual-link 3G-SDISMPTE ST 425-32012UHDTV1 / 30*, 25, 24*4:2:2/10 b6 Gbit/sQuad-link 3G-SDI Dual-link 6G-SDISMPTE ST 425-5 SMPTE ST 2081-112012

2014UHDTV1 / 30*, 25, 24*4:4:4/12 b ou 4:4:4:4/10 b12 Gbit/sUHDTV1 / 60*, 504:2:2/10 bDual-link 10G optical SDISMPTE ST 2036-3UHDTV1 / 60*, 504:4:4/12 b ou 4:4:4:4/10 b21 Gbit/sQuad-link 6G-SDI Dual-link 12G-SDISMPTE ST 2081-12 SMPTE ST 2082-112014UHDTV1 / 120*, 1004:2:2/10 b24 Gbit/sUHDTV1 / 60*, 504:4:4/12 b ou 4:4:4:4/10 bUHDTV2 / 30*, 25, 24*4:2:2/10 bQuad-link 10G optical SDISMPTE ST 2036-3UHDTV2 / 30*, 25, 24*4:4:4/12 b ou 4:4:4:4/10 b43 Gbit/sQuad-link 12G-SDI Dual-link 24G-SDISMPTE ST 2082-12 SMPTE ST 2083-112015UHDTV1 / 120*, 1004:4:4/12 b ou 4:4:4:4/10 b48 Gbit/sUHDTV2 / 30*, 25, 24*4:4:4/12 b ou 4:4:4:4/10 bUHDTV2 / 60*, 504:2:2/10 bOcta-link 10G optical SDISMPTE ST 2036-3UHDTV2 / 60*, 504:4:4/12 b ou 4:4:4:4/10 b85,5 Gbit/sQuad-link 24G-SDISMPTE ST 2083-122015UHDTV2 / 60*, 504:4:4/12 b ou 4:4:4:4/10 b96 Gbit/sUHDTV2 / 120*, 1004:2:2/10 bOcta-link 24G-SDISMPTE ST 2083-132015UHDTV2 / 120*, 1004:4:4/12 b ou 4:4:4:4/10 b192 Gbit/s

thumb|upright=1.5|Diverses définitions d'image.

Norme(s)SystèmeRapport d'imageTrame activeTrame totaleDébit brutExemple donné pour une structure 4:2:2 et une quantification sur 10 bits, sans compression.SDTV SMTPE ST125

ITU-R BT 601480i29,97525/49,94/2:14/3 ≈ 1,33720 × 480858 × 525270 Mbit/s576i25625/50/2:1720 × 576864 × 625HDTV SMPTE ST 296720p24*750/24/1:116/9 ≈ 1,781280 × 7204125 × 7501,485 Gbit/s720p25750/25/1:13960 × 750720p30*750/30/1:13300 × 750720p50750/50/1:11980 × 750720p60*750/60/1:11650 × 750HDTV SMPTE ST 274

ITU-R BT 7091080p24*1125/24/1:116/9 ≈ 1,781920 × 10802750 × 11251,485 Gbit/s1080i251125/50/2:12640 × 11251080p251125/25/1:12640 × 11251080i30*1125/60/2:12200 × 11251080p30*1125/30/1:12200 × 11251080p501125/50/1:12640 × 11252,970 Gbit/s1080p60*1125/60/1:12200 × 1125Cinéma numérique 2K

SMTPE ST 2048-1

DCI DCSS1080p24*1125/24/1:1256/135 ≈ 1,902048 × 10802750 × 11251,485 Gbit/s1080p251125/25/1:12640 × 11251080p30*1125/30/1:12200 × 1125UHDTV1

SMTPE ST 2036-12160p24*2250/24/1:116/9 ≈ 1,783840 × 21605500 × 22505,940 Gbit/s2160p252250/25/1:15280 × 22502160p30*2250/30/1:14400 × 22502160p502250/50/1:15280 × 225011,880 Gbit/s2160p60*2250/60/1:14400 × 22502160p1002250/100/1:15280 × 225023,760 Gbit/s2160p120*2250/120/1:14400 × 2250Cinéma numérique 4K

SMTPE ST 2048-1

DCI DCSSDigital Cinema Initiatives - Digital Cinema System Specification2160p24256/135 ≈ 1,904096 × 21605500 × 22505,940 Gbit/s2160p4811,880 Gbit/sUHDTV2

SMTPE ST 2036-14320p24*4500/24/1:116/9 ≈ 1,787680 × 432011000 × 450023,760 Gbit/s4320p254500/25/1:110560 × 45004320p30*4500/30/1:18800 × 45004320p504500/50/1:110560 × 450047,520 Gbit/s4320p60*4500/60/1:18800 × 45004320p1004500/100/1:110560 × 450095,060 Gbit/s4320p120*4500/120/1:18800 × 4500 (*) Ces systèmes ont un système associé présentant des cadences d'image divisée par 1,001 (, , , ) pour assurer une compatibilité avec les systèmes NTSC. Le débit est également divisé par 1,001.

Génération du signal thumb|Trame image pour un signal HD-SDI 1080p25|300x300px Plusieurs étapes sont nécessaires pour générer le signal à partir d'une source fournissant les 3 composantes Y', Cb et Cr (après matriçage des composantes R', G' et B'). Un sous-échantillonnage de la chrominance 4:2:2 est fréquemment effectué, ce qui veut dire qu'il y a deux fois plus de points d'information de luminance que de points d'information de chrominance. Chaque échantillon est défini par un mot binaire constitué de 8, 10 ou 12 bits selon la norme : ce mot est souvent présenté sous forme hexadécimale dans les publications.

D'abord la partie des signaux composantes Y', Cb et Cr reservée à la suppression trame (vertical blanking) et à la suppression ligne (horizontal blanking) est partiellement ou totalement remplacée. Avant tout, il faut introduire les informations permettant la synchronisation (TRS : timing reference signal) : début de ligne active (SAV : start of active video) et fin de ligne active (EAV : end of active video). Quatre mots binaires dont certains sont réservés à cet usage : le premier étant la valeur maximale (FF pour 255 sur 8 bits, 3FF pour 1023 sur 10 bits, FFF pour 4095 sur 12 bits), les deux suivants la valeur minimale (00 ou 000). Le dernier mot XY ou XYZ indique s'il s'agit d'une ligne de la suppression trame, d'une ligne de la trame paire ou impaire selon le type de balayage (entrelacé, progressif ou progressive segmented frame), etc. Il faut également indiquer le numéro de ligne occupant 2 mots notés LN0 et LN1. Ces éléments sont accompagnés d'un code de correction d'erreur CRC (Cyclic Redundancy Code) constituant un paquet de quatre mots. Le reste de la partie réservée aux suppressions trame et ligne peuvent être occupées par des données auxiliaires (HANC & VANC : horizontal & vertical ancillary data) telles que le timecodeSMPTE ST 12-2 « Transmission of Time Code in the Ancillary Data Space ». (ATC : Ancillary TimeCode), plusieurs canaux de son audionumériqueEn SD : SMPTE ST 272 : « Television – Formatting AES/EBU Audio and Auxiliary Data into Digital Video Ancillary Data Space ». En HD : SMPTE ST 299-1 : « 24-Bit Digital Audio Format for SMPTE 292 Bit-Serial Interface ». Cinéma numérique : SMPTE 428-2 : « D-Cinema Distribution Master - Audio Characteristics ». suivant la norme AES3 (AES/EBU), des données informatiques, etc.

Ensuite, les trois composantes sont mises en série : dans le cas de la structure 4:2:2, la plus fréquente, un mot pour Cb, puis Y', puis Cr, puis Y', etc. Pour chaque mot, le bit de poids faible (LSB : low significant bit) est transmis en premier.

centre|1000x1000px|Mise en série du signal dans le cas 1080p25

Enfin, les données sont embrouillées (scrambling), puis un codage NRZI est finalement utilisé afin d'éviter au maximum la composante continue et permettre facilement la récupération la fréquence de d'horloge.

Le signal peut être transmis à une distance qui dépend du câble coaxial utilisé, typiquement moins de . Pour de plus grandes distances, il est nécessaire d'utiliser une fibre optique et éventuellement des répétiteurs.

Les normes plus récentes autorisent le transfert de vidéos moins définies et permettent parfois de transmettre plusieurs flux vidéo simultanément.

Fréquences d'échantillonnages et débits binaires SD-SDI La seule interface encore utilisée est celle qui correspond à la ITU-R BT 601. Les premières interfaces PAL et NTSC 4f sont désormais obsolètes.

L'image est échantillonnée à pour la luminance et pour chacun des signaux de chrominance ce qui correspond à une structure 4:2:2 ce qui signifie qu'il y a moitié moins d'informations de chrominance. Le balayage est de type entrelacé. En ce qui concerne les standards utilisés en Europe, la trame est constituée de 864 × 625 pixels pour une partie utile de 720 × 576 pixels : pour une quantification sur 10 bits, le débit binaire est de 270 Mbit/s.

HD-SDI Le signal HD-SDI est généré en respectant les normes SMPTE ST 292.

La fréquence d'échantillonnage est celle préconisé par la recommandation ITU-R BT 709. Le signal de luminance échantillonné à , tandis que les signaux de chrominance, après avoir subi un sous-échantillonnage de la chrominance selon une structure 4:2:2, sont échantillonnés à . Le débit est de , identique pour plusieurs formats : HDTV 1920 × 1080 à 24, 25 ou 30 images par seconde et 1280 × 720 à 60 images par seconde ou cinéma 2K 2048 × 1080 à 24, 25 ou 30 images par seconde.

Voir aussi Bibliographie

Articles connexes Signal vidéo Caméra numérique Caméscope Luminance | Chrominance Sous-échantillonnage de la chrominance SMPTE 2110

Liens externes Standards SMPTE : http://standards.smpte.org/

Notes

Références

Catégorie:Vidéo numérique