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The Broadcast Bridge: SDI e IP - Parte 1 (di Tony Orme)

TSLsdiIPSDI è stato e continua ad essere uno standard maturo e stabile per la distribuzione di video, audio e metadati nelle strutture di trasmissione. 
Dalla sua nascita nel 1989 al moderno 12G-SDI quad-link disponibile oggi, ha resistito alla prova del tempo e anche con l'avvento di IP ed Ethernet, non mostra segni di declino.

Questo articolo è stato pubblicato per la prima volta come parte di Essential Guide: Practical SDI and IP - scarica la Guida essenziale completa QUI.

https://www.thebroadcastbridge.com/content/entry/14877/essential-guide-practical-sdi-and-ip

L'IP sta avendo un impatto significativo nelle strutture di trasmissione in tutto il mondo e sta iniziando a mostrare il suo vero valore. 
La flessibilità e la scalabilità consentono agli ingegneri di rendere le loro strutture a prova di futuro e soddisfare le crescenti esigenze di nuovi formati, soprattutto con il passaggio a 4K e 8K.

HDR, WCG e frame rate più elevati contribuiscono tutti all'esperienza immersiva e le emittenti sono alla ricerca di metodi per integrare questi formati nelle loro strutture. L'SDI è più che capace in questo, ma anche l'IP ha molto da offrire.

Sebbene parliamo con affetto di SDI e siamo abbastanza felici di discutere le sfide dell'IP, la facilità d'uso di SDI non è sempre stata scontata. I primi utenti trovavano regolarmente nuove sfide di cui non erano consapevoli durante la costruzione delle loro strutture. 

Tipi di cavi, lunghezze ed equalizzatori sembravano cospirare contro l'ingegnere. La mancanza di apparecchiature di prova ha ulteriormente esasperato le sfide e ha reso l'integrazione SDI una sfida.

Spesso lo dimentichiamo quando consideriamo le installazioni IP. 

Ci sarà un punto in cui l'IP sarà facile da installare quanto SDI, ed è giusto dire che non ci siamo ancora arrivati, ma i vantaggi che l'IP ha da offrire superano di gran lunga le sfide che affrontiamo. 

Prima di SDI abbiamo utilizzato tre cavi per la distribuzione RGB nelle aree grafiche e VT per mantenere gli standard video più elevati possibili e rendere i cavi esattamente della stessa lunghezza per eliminare i problemi di registrazione RGB era di per sé una sfida.

Grazie all'adozione di ST-2110, le emittenti sono in grado di ottenere una flessibilità senza precedenti. 

Non si tratta solo di aumentare le dimensioni di una struttura, ma anche del numero di formati che possono essere combinati in una rete. 

L'estrazione di video, audio e metadati dal flusso di trasporto sottostante, come con ST-2110, ci offre l'opportunità di distribuire, combinare ed elaborare video, audio e metadati con grande innovazione.

L'interoperabilità non è sempre stata scontata, anche con SDI. Prima delle specifiche di SMPTE per l'inserimento dell'audio nei dati di cancellazione "di riserva", diversi fornitori implementavano i propri metodi per raggiungere questo obiettivo. Queste soluzioni erano spesso proprietarie e completamente inutilizzabili. Non è possibile garantire che l'inserimento di audio in un flusso SDI utilizzando la soluzione di un fornitore funzioni con un altro.

Il grande vantaggio dell'IP è che è basato sul software. Ciò consentirà ai primi che lo adottano di rendersi a prova di futuro in modo anche con il progredire dell'interoperabilità, visto che molte delle soluzioni future saranno aggiornamenti software.

SDI e IP hanno entrambi il loro posto nelle strutture di trasmissione e forniscono soluzioni per molti scenari di flusso di lavoro diversi e in questi articoli esaminiamo più in profondità le soluzioni offerte da SDI e IP.

Le emittenti sembrano trovarsi di fronte a una scelta sconcertante tra SDI e IP. 

Uno è migliore dell'altro? Esistono applicazioni specifiche per IP o SDI? In questa Guida essenziale, diamo uno sguardo più approfondito a SDI e IP per rispondere a queste domande e altro ancora.

Sebbene SDI sia ora considerato un formato robusto, affidabile e interoperabile, non è sempre stato così. 

Quando il video è stato digitalizzato per la prima volta, abbiamo utilizzato l'ST-125 di SMPTE per distribuire il video digitale 4:2:2 component 525 e 625 su interfacce parallele.

Il formato SMPTE ST-125 era effettivamente il predecessore di SDI poiché le frequenze di campionamento e i formati erano simili. Il componente luma è stato campionato a 13,5 MHz e ciascuno dei segnali Cb e Cr è stato campionato a 6,75 MHz, entrambi con profondità di 10 bit. Un oscillatore da 27 MHz è stato utilizzato come clock di campionamento di base, fornendo una velocità dati totale di 27 MWord al secondo. In questo contesto una parola era di 10 bit e ha posto il percorso per 270Mbit / s SDI.

Video digitale parallelo

La connettività fisica dell'ST-125 consisteva in un connettore a 25 pin di tipo D. La logica ECL a coppia bilanciata ha fornito i dieci segnali di dati per ciascuno dei bit, nonché un segnale di clock a 27 MHz separato. A causa della resistenza, della capacità e dell'induttanza nel cavo di collegamento, l'inclinazione dei dati e l'attenuazione delle alte frequenze erano inevitabili, con conseguenti lunghezze dei cavi limitate.

La specifica ST-259M SDI di SMPTE ha fornito un metodo per serializzare ST-125 e passare il segnale sui cavi coassiali installati. Questa affidabilità notevolmente migliorata e le distanze di trasmissione erano molto maggiori.

Ciò potrebbe aver risolto le sfide iniziali relative alla distribuzione, ma l'interoperabilità doveva ancora essere affrontata, soprattutto quando i fornitori hanno iniziato a inserire l'audio nelle aree ausiliarie del flusso di dati. 
In origine, alcuni fornitori utilizzavano i dati disponibili nelle sincronizzazioni di linea e mentre altri utilizzavano l
'intervallo di linea verticale. 
Non è stato fino a quando SMPTE ha rilasciato ST-272 che l'inserimento e l'estrazione dell'audio sono stati formalizzati e sono diventati veramente inuteroperabile

Sfide per i primi utenti SDI

Non è stata una corsa facile per SDI e tutti i primi utenti ricorderanno le sfide affrontate, anche quando cercavano di trovare il cavo giusto. I primitivi equalizzatori all'epoca limitavano severamente il cavo disponibile dando luogo a costi elevati e disponibilità limitata.

I segnali RGB utilizzano il sottocampionamento del colore 4:4:4, ovvero la crominanza a larghezza di banda completa. 
SDI utilizza il sottocampionamento del colore 4: 2: 2 che fornisce metà larghezza di banda della crominanza orizzontale e verticale. Ciò ha fornito alcune sfide interessanti nei primi giorni di SDI poiché i chroma keyer preferivano utilizzare 4: 4: 4 per derivare la chiave ottimale, tuttavia SDI forniva solo 4: 2: 2. 
Questo è stato presto risolto dai fornitori e i chroma keyer sono stati in grado di fornire chiavi di alta qualità in 4:2:2 SDI.

I segnali RGB utilizzano il sottocampionamento del colore 4: 4: 4, ovvero il croma a larghezza di banda completa. 

SDI utilizza il sottocampionamento del colore 4:2:2 fornendo metà larghezza di banda della crominanza orizzontale e verticale. 

Ciò ha fornito alcune sfide interessanti nei primi giorni di SDI poiché i chroma keyer preferivano utilizzare 4: 4: 4 per derivare la chiave ottimale, tuttavia SDI forniva solo 4: 2: 2. 

Questo è stato presto risolto dai fornitori e i chroma keyer sono stati in grado di fornire chiavi di alta qualità in 4:2:2 SDI.

Anche il chroma key ha avuto i suoi problemi. 

Prima di SDI, l'intera larghezza di banda RGB veniva trasmessa direttamente dalla camera al processore chroma key. 

Tuttavia, poiché SDI utilizza YCbCr, la larghezza di banda del colore è limitata, causando problemi per il processore chroma key. Invece di fare affidamento su segnali RGB a colori 4:4:4 a larghezza di banda completa, ha dovuto scendere a compromessi con la larghezza di banda del colore YCbCr 4:2:2.

L'interoperabilità è un'altra frase che viene spesso messa in giro, ma è necessario esercitare una certa cautela quando si fa riferimento a SDI. 
Ad esempio, HD-SDI non è assolutamente compatibile con SD-SDI, le velocità dei dati e le definizioni del flusso di bit sono mondi a parte. 

Ci sono ulteriori divisioni quando iniziamo a guardare Dual e Quad 3G, o 6G o 12G. Sebbene questi siano tutti standard SDI, non si può presumere l'interoperabilità.

Questo è il punto cruciale della sfida quando si considera l'IP. 

Tendiamo a guardare alla SDI attraverso la lente storica dei nostri occhiali rosa. 

Sono passati più di trent'anni da quando SMPTE ha rilasciato la prima specifica ST-259M, più lunghi se si considera ST-125. 

Ci siamo dimenticati del dolore che abbiamo attraversato collettivamente tutti quegli anni addietro. 

Non è che SDI sia perfetto, con qualsiasi sforzo di immaginazione, è solo che ora siamo più consapevoli che mai dei suoi punti di forza e di debolezza.

Tecnologia di abilitazione IP

L'IP ha un potenziale entusiasmante per le emittenti. Sebbene l'IP sia solo un flusso di trasporto, è una tecnologia abilitante che migliora ulteriormente l'efficienza e offre nuove opportunità per i creatori di programmi.

È l'avvento della suite di standard ST-2110 di SMPTE che ha davvero permesso all'IP di costituire la parte centrale di un'infrastruttura di trasmissione. In effetti, ST-2110 ha sottratto l'essenza di video, audio e metadati dai vincoli dell'hardware sottostante. 

Questo ci consente di elaborare gli essence stream indipendentemente l'uno dall'altro e più formati possono essere mescolati sulla stessa rete senza alcuna configurazione speciale.

Il meccanismo di clock integrato di SDI lo rende robusto e facile da usare. Il collegamento di una camera a un monitor è un compito facile e diretto poiché le immagini appariranno istantaneamente, senza ulteriori configurazioni. 

Tuttavia, questo punto di forza è anche un punto debole in quanto rende i sistemi rigidi, spesso è difficile combinare sistemi a 30/1.001 fps e 25 fps sulla stessa rete o collegare HD-SDI a SD-SDI. 

Può essere fatto, ma implica l'elaborazione di componenti elettronici e non è un metodo di funzionamento standard.

Decidere tra SDI e IP è un compromesso alternato tra flessibilità e complessità e rigidità con facilità d'uso. 

SDI, sebbene relativamente statico e rigido, è facile da usare, ma solo perché è una tecnologia ben collaudata e compresa, considerando che l'IP è nuovo per noi e stiamo ancora cercando di risolvere molte delle sfide che non sappiamo ancora di avere.

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INFO: www.thebroadcastbridge.com

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