SDTI
ОБЕСПЕЧИВАЕТ ПЕРЕДАЧУ ВИДЕОИНФОРМАЦИИ
БЫСТРЕЕ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ И МЕНЬШЕЕ
КОЛИЧЕСТВО ЦИКЛОВ КОМПРЕССИИ/ДЕКОМПРЕССИИ
В РАМКАХ СУЩЕСТВУЮЩЕЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ
SDI
Последовательный
интерфейс транспортировки данных SDTI
(Serial Data Transport Interface) - это стандарт для
передачи пакетированных аудио, видео и
информационных данных между камерами,
видеомагнитофонами, системами монтажа
и композитинга, видосерверами и
передающими устройствами в области
профессионального и вещательного
видео.
SDTI построен на
основе стандарта SDI, который сейчас
широко используется в студийных и
производственных центрах для передачи
нескомпрессированного цифрового видео
между видеоустройствами. SDTI экономит
время и максимизирует качество видео.
При использовании существующей
инфраструктуры SDI интерфейс SDTI
обеспечивает передачу видео быстрее
реального времени, сокращает число
циклов компрессии/декомпрессии,
требующихся в процессе
видеопроизводства. Появление на рынке
адаптеров на уровне микросхем и плат
дает возможность производителям
оборудования строить
высокоэффективные SDTI-системы на базе
компьютеров.
ЭВОЛЮЦИЯ SDTI
Сегодня SDI (SMPTE
259) широко используется для передачи
нескомпрессированных видео- и
аудиоданных между видеоустройствами в
центрах телевещания и
постпроизводства.
Появление
форматов со сжатием видеосигналов,
таких, как DVCPRO, DVCPRO 50, Betacam SX, Digital-S, DVCAM, и
стандарта MPEG2 вызвало необходимость
передачи компрессированных видео- и
аудиопотоков между устройствами. Для
удовлетворения этой потребности можно
использовать и SDI, но при этом
необходимо декомпрессировать сигнал
на выходе устройства и снова сжимать
его на входе устройства принимающего.
Повторяющиеся циклы компрессии/декомпрессии
могут приводить к некоторой деградации
сигнала. SDTI был построен на базе SDI для
обеспечения механизма обмена
цифровыми видео- и аудиосигналами в
исходных форматах, использующих
компрессию.
Развитие
спецификации SDTI SMPTE 305M - это результат
объединенных усилий со стороны Sony,
Panasonic, других поставщиков оборудования
и прочих заинтересованных сторон по
определению общего интерфейса обмена
для компрессированных видео- и
аудиосигналов. Указанная совместная
деятельность осуществлялась под
эгидой "рабочей группы SMPTE PT240.04 по
обеспечению взаимной связи
телевизионного оборудования
посредством пакетизированных сигналов"
(SMPTE PT240.04 Workgroup on Packetized Television Interconection).
SDTI (первоначально названный SDT) вобрал в
себя основные черты интерфейсов,
используемых в форматах DVCAM (QSDI) и Betacam SX
(SDDI) фирмы Sony и DVCPRO (CSDI) фирмы Panasonic.
SDTI изначально
был рассчитан на простоту и дешевизну
внедрения и обеспечивал некоторые
достоинства сетевых технологий без
свойственных им издержек.
Пользователям дается возможность
устанавливать однонаправленные
соединения "точка к точке" (point-to-point)
для передачи скомпрессированных
сигналов от передающего к приемному
устройству; необходимая полоса
гарантируется за счет того, что линия
связи выделяется во время передачи.
В отличие от
сетевых технологий, таких, как Ethernet и
Fibre Channel, SDTI не требует подтверждения
установления связи (handshaking) и протокола
подтверждения приема (aknowledgement protocol)
между передающим и приемным
устройством. Также на уровне
интерфейса не требуется особых схем
буферизации, поскольку передача
происходит синхронно, как при работе с
видеолентой.
SDI и SDTI могут
сосуществовать в пределах одного
производственного телевизионного
комплекса, с использованием одной и той
же кабельной системы,
распределительных усилителей и
коммутаторов. Длина кабелей может быть
более 300 метров, а при использовании
повторителей SDI - еще больше.
Универсальная студийная конфигурация,
в которой поддерживаются все требуемые
соединения типа "точка к точке",
может быть построена на базе одного
маршрутизатора SDI (Рисунок 1).
ЯДРО SDI
Поскольку SDTI
построен на основе спецификации SDI SMPTE
259M, он использует идентичные
соединения, в механическом и
электрическом плане, и механизмы
транспортировки данных. Основу линий
связи составляют разъемы BNC и
коаксиальные кабели.
SDI осуществляет
транспортировку нескомпрессированных
видеосигналов с использованием 10-битовых
слов в режиме YUV-компонентного 4:2:2
представления в вариантах на 525 и 625
строк. Слова преобразуются в
последовательную форму, шифруются и
кодируются, благодаря чему формируется
последовательный поток 270 или 360 Мбит/с.
С целью синхронизации видеосигнала
между передатчиком и приемником SDI
определяет в потоке специальные слова,
называемые "Концом данных активной
области кадра" (EAV - End of Active Video) и
"Началом данных активной области
кадра" (SAV - Start оf Active
Video) (Рисунок 2).
При потоке 270
Мбит/c активная часть каждой строки
видео составляет 1440 слов, при потоке 360
Мбит/с - 1920 слов. Область между EAV и SAV
может использоваться для передачи
вспомогательных данных (ancillary data),
определяемых по SMPTE 291M, таких, как
цифровое аудио и тайм-код.
SDTI НА БАЗЕ
КОМПЬЮТЕРА
Один из
основных видов использования SDTI - это
передача материала между системами
нелинейного монтажа, композитинга и
серверами. Компьютеры соединяются с
другими SDTI-устройствами через адаптер.
В состав
типичной системы нелинейного монтажа
на базе компьютера с возможностью
передачи данных по SDTI должны входить:
-
материнская
плата с центральным процессором;
-
устройство
хранения видео/аудиоданных и
контроллер для записи цифровых аудио-
и скомпрессированных видеосигналов;
-
монтажная
плата с видео- и аудиовходами/выходами,
буфер кадра, кодеки цифрового видео и
процессоры;
-
сетевые и
дисплейные адаптеры;
-
адаптер SDI/SDTI.
В качестве
примера типичной аппаратной
реализации адаптера SDI/SDTI можно
рассмотреть вариант на базе шины PCI (Рисунок
3).
При установке адаптера PCI компьютер
может связываться с другими
устройствами посредством потоков
данных SDI и SDTI. Он также может
использоваться для транскодирования
из SDI в SDTI и обратно.
Монтажные
системы могут реализовывать
преимущества SDTI-технологий на основе
пакета программных драйверов,
управляющих адаптером SDTI. Чтобы
адаптировать управление потоком
данных, используемое в существующих SDI/аналоговых
системах монтажа, под новые типы входов/выходов
для компрессированного видео,
необходимо модифицировать прикладное
программное обеспечение.
Примером
программной архитектуры,
поддерживающей SDTI, является Windows NT,
которая обладает высокой степенью
модульности и изначально большой
степенью открытости. Каждая важная
подсистема, хранения данных, сетевая,
подсистема интерфейсов с
периферийными устройствами,
обеспечивает общий интерфейс,
независимый от конкретно используемой
технологии, с ядром операционной
системы.
Идеология
организации потоков данных для
периферийных интерфейсов при работе
под NT отработана уже достаточно хорошо.
Драйверы устройств для IEEE1394 (FireWire) уже
используются для организации потоков
данных формата DV между бытовыми
видеоустройствами и компьютерами.
Требуемые для SDTI характеристики
драйверов аналогичны тем, которые
используются для IEEE 1394 под NT.
Драйвер SDTI
низкого уровня взаимодействует
непосредственно с аппаратными
средствами SDTI, используя модель
драйвера Win32 (WDM). Функция этого драйвера
заключается в управлении адаптером SDTI
и организации потоков данных между
аппаратными средствами и другими
компонентами системы, такими, как
контроллер устройств хранения,
видеокодек и подсистема аудио. Драйвер
использует стандартные возможности
операционной системы NT, такие, как
запрос на размещение памяти (memory allocation
function calls).
На уровне
программного обеспечения DirectShow
гарантируется возможность создания
под Windows NT соответствующей архитектуры
для организации потоков данных. DirectShow
обеспечивает должный механизм
синхронизации, на уровне системы, между
видеоданными и устройствами путем
отделения особенностей аппаратных
средств от прикладного программного
обеспечения.
DirectShow
обеспечивает интерфейсы управления ко
всем различным компонентам системы
монтажа через функциональные блоки,
называемые фильтрами. Для каждого типа
данных, будь то DV или MPEG, могут быть
разработаны свои типы фильтров.
Механизм управления для этих фильтров
независим от типов данных, что упрощает
для разработчиков ПО поддержку
нескольких типов данных в своем
программном продукте.
Разработчики
программного обеспечения для систем
монтажа должны адаптировать
управление потоком данных,
используемое в их существующих SDI/аналоговых
монтажных системах, под новые типы
входов/выходов сжатого видео.
Изменения главным образом требуются
для модулей "захвата" (capture) и
вывода (output).
Монтажная SDTI-система
производит "захват" путем
маршрутизации пакетированного сжатого
видеосигнала на устройство
деформатирования с передачей его затем
непосредственно на устройство
хранения. Для конечного пользователя
процедура "захвата" по сравнению с
SDI-монтажной системой внешне
совершенно не меняется, однако лежащий
в основе процедуры механизм на уровне
прикладного программного обеспечения
будет совершенно другим.
После записи
видеоматериала на устройстве хранения
файлы уже будут идентичными,
независимо от того, производился ли SDI-
или SDTI-захват, и все операции с
материалом в монтажной системе будут
осуществляться одинаковым образом. По
окончании монтажа программа может быть
выведена через SDI или SDTI.
В режиме вывода
SDI программа передается на видеокодек,
где подвергается декомпрессии и
выводится затем как
нескомпрессированный сигнал для
передачи через SDI на внешние устройства.
В режиме SDTI программа подается на
устройство форматирования,
пакетируется и выводится на внешние
устройства в виде потока SDTI. И опять,
пользователь видит только "выход",
в то время как лежащие в основе
механизмы вывода, управляемые
программным обеспечением, будут
различными.
ПРЕИМУЩЕСТВА
Рабочая группа
EBU/SMPTE по гармонизированным стандартам
обмена программным материалом в виде
цифровых потоков (EBU/SMPTE Task Force for Harmonized
Standards for the Exchange of Programme Material as Bitstream)
рекомендовала использовать SDTI для
организации потоков данных между
устройствами в вещательных студиях.
Основными
преимуществами SDTI являются:
-
использование
существующей инфраструктуры SDI и
сосуществование с ней;
-
устранение
деградации сигнала, связанной с
многократным прохождением циклов
компрессии/декомпрессии в
производстве;
-
передача
сжатых видео- и аудиосигналов
быстрее реального времени;
-
относительно
простое и недорогое внедрение;
-
целостное
интегрирование многочисленных
видеоформатов в рамках прикладного
программного обеспечения;
-
возможность
взаимодействия между аппаратными и
программными средствами от
различных поставщиков на основе
спецификаций SMPTE 305M.
Преимущества
использования SDTI на сегодня очевидны,
при этом есть и значительные
перспективы на будущее. Например,
автоматизация процесса коммутации
данных. Можно разработать коммутаторы
таким образом, чтобы они опознавали IP-адреса
в пакетах данных SDTI и автоматически
направляли пакеты SDTI на устройство
назначения, аналогично тому, как это
сделано в системе коммутации ATM.
И наоборот,
сеть управления, например Ethernet, может
быть задумана для работы в параллель с
соединениями SDTI. SDTI может быть также
расширен для реализации преимуществ
линий связи на 540 Мбит/с и 1.485 Гбит/с,
разрабатываемых сейчас для поддержки
телевидения высокой четкости HDTV.
СТРУКТУРА
ДАННЫХ SDTI
То
пространство, которое отводится в
сигнале SDI под вспомогательные данные (ancillary
data), используется в SDTI для
идентификации того, несет ли данная
видеострока SDTI-информацию.
Пакетированные видеосигналы
транспортируются в пределах области
активного видео, обеспечивая скорость
передачи полезной нагрузки, т.е. данных,
непосредственно несущих
видеоинформацию (paylod), 200 Мбит/c по
линиям, рассчитанным на 270 Мбит/c, или
соответственно, 270 Мбит/ по линиям,
рассчитанным на 360 Мбит/c.
Пространство
под вспомогательные данные содержит
пакет данных заголовка в 53 слова,
структурированный в соответствие со
спецификацией на вспомогательные
данные SMPTE 291M; остающееся свободное
пространство отводится под другие
вспомогательные данные.
Полезная
нагрузка, в качестве которой могут
выступать любые несущие существенную
информацию типы данных,
зарегистрированные SMPTE, помещается
между началом и концом активного видео.
Зарегистрированными на сегодня
являются данные DVCPRO, DVCPRO 50, Betacam SX, Digital-S,
DVCAM и транспортные и программные данные
стандарта MPEG2.
Структура
данных полезной нагрузки включает код
Типа Данных (Data Type code), предшествующий
блоку данных (Data block). Дополнительно для
тех типов данных, которые имеют блоки
переменного размера, требуются
Разделитель (Separator), счетчик слов (Word count)
и код окончания (End Code). В формате DVCPRO
используются блоки фиксированного, в
Betacam SX - переменного размера. SMPTE не
определяет структуру данных внутри
блока данных, это определение ложится
на того, кто зарегистрировал
конкретный тип данных.
