Video Signal and Monitor: HD-SDI 란?

1. HD-SDI (Serial digital interface) Standard

SDI 영상신호는 BNC동축케이블을 이용하여 영상정보와,Audio data,다양한 digital 정보를 하나의 선으로 전송할수 있는 신호이다.

미국영화,텔레비전 기술인협회인 SMPTE라는곳에서 여러 전문가들이 모여 국제조직, 영화,텔레비전 기술에 관한 각종 국제 권장 기준을 만들고, 여기서 SDI 라는 영상신호에 대한 규격에 대해서 기준을 만들어 놓았기 때문에 전세계적으로 이 협회의 SMPTE라는 규격을 따르게 되어있다.

여기서는 어떤 규격이나 기준을 만들게 되면 SMPTE292M, SMPTE159M 형태의 협회이름과 뒤에 숫자를 붙여 만들게 되고, 보통 숫자가 높을수록 최근에 만든 규격이 된다.

기존 SDI영상신호는 SD디지털방송,HD디지털방송,영화산업쪽에서 주로 사용하던 영상신호였지만 현재는 장거리전송과 고해상도를 케이블하나로 데이터 손실없이 보낼수있는 장점을 가지고, CCTV,의료용내시경카메라,큰 비행기내에서 주로 HD영상을 전송하는데 많이 사용되고 있고, 그 범위는 점차 특수시장에서 사용하던 것을 민수용 시장으로 점차 넓혀가고 있다.

이러한 SDI에 대해서 어떤 종류의 SDI영상들이 있고, 각각에 대한 신호는 어떠한 형태로 존재하는지에 대해서 한번 살펴보기로 하겠다.

SDI는 시리얼로 디지털신호를 보낸다는 정의이고, 실제 해상도와 Video Format에 따라서 여러 SDI 신호들이 있다.

표1-1

표 1-1을 보면 해상도와 bitrates에 따라서 몇가지 SMPTE 규격으로 나뉜다. 각각에 대해서 간략히 설명을 하면 다음과 같다.

SMPTE259M - 기존 Analog 형태의 CVBS,S-Video,Component, YPbPr, YUV에서 지원하던 NTSC,PAL형태의 720x480i, 720x576i의 Video Signal 을 Digital로 바꾸어 놓은 신호이다.

SMPTE344M - 기존 Analog형태의 DVD플레이어등에서 주로 출력으로 나오는 비디오 형태인 Component, YPbPr에서 지원하던 720x480P, 720x576P의 Video Signal 을 Digital로 바꾸어 놓은
신호이다.

SMPTE292M - 기존 Analog형태의 Component, YPbPr에서 지원하던 HD(1280x720,1920x1080)해상도를 Digital로 바꾸어 놓은 신호이다.

SMPTE372M - SMPTE292M을 두개를 사용하여 Dual Link HD-SDI라고도 한다.
SMPTE292M에서 최대로 지원할수 있는 Bitrate는 1.485Gbit/s인데, 더 높은 Bitrate를 지원하기 위해서 만들어진 신호이다.
그렇다고 해서 해상도 자체가 더 올라가는 것은 아니고, 해상도는 같지만 기존 YCbCr 4:2:2형태의 신호를 YCbCr 4:4:4형태로 데이터 양을 좀더 많이 보냄으로 인해서 영상의 퀄리티를 좀더 높이는 형식이다. 그리고, 3D 영상을 만들때도 Reft, Right영상을 각각 보낼수 있게 하기 위해서도 필요하다.

SMPTE424M - SMPTE372M에서 Dual Link로 보내던 HD-SDI신호를 Single Link로 보내는 방식이다. 1.485Gbit/s의 두배인 2.970Gbit/s를 동축케이블 하나로 보낼수 있게 된것이고, 실제 지원하는 Format은 372M이나 424M이나 동일하게 지원할 수가 있고, 다만 케이블을 하나로 전송하느냐 두개로 전송하느냐의 차이이다.
SMPTE292M이 나오고, 3G인 424M이 나오기까지 시간이 조금 걸리는 과도기 기간에 SMPTE372M이 나온것이다.
그렇기 때문에 실제로는 SMPTE424M이 있다면 굳이 SMPTE372M은 있을 이유가 없지만,기존에 나온 장비들간의 호환성 문제로 인해서 앞으로도 사용을 해야 한다.

다음은 위에서 언급된 Bps에 대해서 잠시 설명을 하면 다음과 같다.

Bitrate = H(total size) * V(total size) * Data Bit * Frame Rate(1초동안) 를 해주면 된다.

SD-SDI : NTSC - 858*525*20bit*29.97F = 269,999,730
PAL - 864*625*20bit*25F = 270,000,000 = 270Mbit/s

HD-SDI : 2200*1125*20bit*29.97F = 1,483,515,000
2200*1125*20bit*30F = 1,485,000,000 = 1.485Gbit/s

위에 있는 계산식을 보면 실제로 1초동안 보낼수 있는 Data의 bit양을 가지고, 270Mbit/s,
1.485Gbit/s 로 표시하는 것을 알수 있다.

2. SDI(Serial digital interface)가 만들어지는과정.

우리가 사용하고 있는 SD-SDI,HD-SDI 는 비디오 영상의 시리얼로 전송하는 규격이고, 실

제로 SDI신호를 출력하거나 받아서 처리하는부분은 Serial이 아니게 된다.

아래는 SMPTE259M이 어떤 형태로 전송되는지를 보여준다.

그림1-1

위 그림 1-1는 27Mhz CLK에 동기화된 10bit 의 Video Data가 SDI 인코더를 거쳐 SMPTE259M형태로 전송이 되고, 다시 SDI 디코더로 받아 10Bit Data로 변화는 과정을 보여주고 있다. 이를 보면 SDI자체는 신호를 다른곳으로 전송시키기 위한 하나의 규격이고, 실제 이를 처리하는 보드쪽에서 Serial to Parallel 로 변환된 디지털 값을 가지고 처리를 하게 된다. 그렇기 때문에 SDI를 사용한다고 해서 모든 처리가 SDI형태로 처리가 되는 것이 아니라 입력과, 출력쪽만 SDI형태이고, 나머지는 모두 일반 Digital Parallel 데이터를 가지고 사용하는것이다.

그리고, 기존의 Analog 신호에서 Digital로 바뀌는 형태를 보면 아래 그림과 같다.

그림1-2

그림 1-2을 보면 Analog Video에서 Active 시작점을 Digital 에서는 SAV라고 명시하고

Active영역이 끝나는 시점을 EAV라고 명시해놓았다.

그리고, SAV와 EAV의 표시는 3FF 000 000 XYZ 로 구분을 지어놓았기 때문에 실제로 Active영역에서는 어떠한 Video Data 값도 3FF 와 000 을 가질수가 없다.

여기에 대한 설명은 블로그 메뉴의 방송,영상 용어에서 Luminance(밝기),Chrominance(색차) 에 대한 설명을 참고하면 된다.

3. SDI(Serial digital interface)의 Data형태

SDI는 비디오 Data에 대해서 RGB,YCbCr형태를 가지고 있다. 이 외에 YCbCrA,GBRA,XYZ형태의 Data도 있지만 이 부분은 보편적으로 사용하고 있는부분은 아니기 때문에 설명하지 않겠다.

각 SDI에대한 Data형태를 보면 다음과 같다.

표1-2

위에서 보면 SD-SDI, HD-SDI 는 오직 YCbCr(4:2:2) 형태의 Data Format만 지원하고, Dual Link, 3G SDI로 가면서 YCbCr(4:4:4),RGB(4:4:4) 가 지원되는 것을 알수있다.

4:2:2에서 4:4:4로 가게 되면 Y(밝기)에 대한 것은 변화가 없고, 오직 C (색상) 에 대한것만 변화가 생긴다. 원래 처음부터는 RGB 4:4:4라는 영상을 가지고 있다고 생각하면 되고, 이를 데이터양을 줄여서 좀더 편하게 보내기 위해서 4:2:2방식이 생겨난것이다. 그런데, Y에 대한 값을 빼주다 보니 우리의 눈에 민감하게 눈에 띄지만 Color값을 빼주는거에 대해서는 우리눈에 그리 크게 문제가 되지 않아서 Color에 대한 값을 빼주게 된것이다.

하지만 이 4:2:2는 전송을 할 때 4:2:2방식이 되는것이고, 이 영상 데이터가 우리눈에 보여질때는 다시 4:4:4방식으로 변화시킨다음 보여지게 된다.

이때 없어진 데이터를 다시 복원했을 때 기존에 사라졌던 값과 그리 많이 차이가 나지 않으면서 우리 눈에 그리 크게 거슬리지 않게 보이게 되는것이다.

여기서 이야기하는 4:4:4와 4:2:2의 관계를 한번 살펴보기로 하자.

그림1-3

그림1-3에서 맨위에 있는 RGB 4:4:4 가 가장 맨처음에 있는 원신호형태가 된다.

여기서 RGB를 YCbCr형태로 바꾼 것이 YCbCr 4:4:4형태이고 여기서 Cb,Cr을 한번씩 빼주면서 데이타 한 line을 없애준 것이 4:2:2가 된것이다. 여기서 RGB,YCbCr 4:4:4가 Dual-Link 와 3G Single Link에서 지원이 되는 포맷이고, YCbCr 4:2:2가 1.5G HD-SDI, 270Mbps SD-SDI에서 지원되는 포멧이다.