SDI(Serial Digital Interface)라 무엇인가

1. SDI란?
SDI는 Serial Digital Interface(직렬 디지털신호 전송방식)의 약칭으로 비압축 디지털 비디오 신호를 하나의 케이블로 전송하는 기술입니다. 10비트워드의 비압축 디지털 비디오 신호를 직렬화(Serializing)하여 75Ω 동축케이블을 통하여, SD급은 350m이상 HD급은 150m까지 전송할 수 있는 기술이다.

Digital : 전송 인터페이스로 동축케이블을 사용하기 때문에, SD영상 전송방식의 하나인 Composite처럼 Analog신호로 생각하지만, 엄연한 디지털신호이다. 디지털신호이기 때문에, 전송거리에 따라 신호의 변형/감쇠가 발생하는 아날로그 신호와 달리, 일정한 거리마다 Equalization과 Reclocking을 통해 변형없이 무한의 거리까지 전송이 가능하다.

비압축 : IP카메라처럼 MPEG등의 압축신호가 아니라, 비압축신호를 사용하기 때문에, 압축신장에 따른 화질의 노화, 지연(최소 200msec라고 합니다)되는 일이 없습니다. 이러한 점이 방송국 내에서 SDI를 이용하는 주요한 이유입니다.

Serial : 디지털 비디오 신호는 통상적으로 기기 내부에서는 병렬(Parallel)로서 처리되지만, 외부 기기와 연결할 때는 문제가 발생합니다. 휘도신호 10비트-색신호10비트-클럭신호1비트-동기신호1비트의 합계 22비트로 구성된 디지털 컴포넌트 신호의 경우 최소 22가닥의 케이블이 필요하게 되어, 취급이 어려울 뿐만 아니라 신호데이터와 클럭간의 위상간섭 등의 문제가 발생하여 장거리 전송이 불가능하게 됩니다. 하지만, SDI는 휘도신호, 색신호, 동기신호, 클럭정보 등 모든 것을 직렬화하여 하나의 케이블에 전송하므로, 장거리 전송이 가능해집니다.

HD급의 영상을 손실없이 장거리 전송할 수 있는 유일하고, 가장 효과적인 방법입니다.

SDI구분

항목	해상도	데이터 전송속도	관련 규격	자사모델
SD-SDI	525라인 SD	270Mb/s	SMPTE 259M	1.3M Solution은 자체
HD-SDI	1080 60i/30P 720P HD	1.485 1.485/1.001 Gb/s	SMPTE 292M	2.2M Solution
3G-SDI	1080 60P Full HD	2.97 2.97/1.001 Gb/s	SMPTE 424M

2. SMPTE (http://www.smpte.org/home)
SMPTE는 Society of Motion Picture and Television의 약칭으로 영화TV기술자협회이다. 북미에서 활동하였으나 현재는 방송사업자, 제조사 및 전문연구자와 결합하여 전세계적인 조직으로, 독자적인 권고서와 권고실용서를 발행하고 있습니다. SDI외에도 Codec/Protocol 등 다양한 방송기술 분야에 대한 표준을 제정하고 있습니다.
- SMPTE Recommended Practice(SMPTE권고실용서)
- SMPTE Engineering Guideline(SMPTE기술안내)

컴아트시스템의 2.2M Solutiom은 SMPTE 292M 규격을 따르고 있고, 1.3M solution은 자체규격으로 설계되어있다. 추후, 1.3M Solution도 SMPTE규격에 따라 설계할 예정입니다.

SDI 전송방식에 대한 다양한 규격이 존재하고, 사용자가 임의로 규격을 설정할 수도 있지만, 대부분의 제조사가 SMPTE규격을 따르고 있고, ‘SDI=SMPTE’로 인식되어지고 있습니다.

다음은 SDI관련한 SMPTE규격입니다.

SMPTE 259M	Standard Definition Serial Digital Interface	SD-SDI
SMPTE 344M	Enhanced Standard Definition Serial Digital Interface	ED-SDI
SMPTE 292M	High Definition Serial Digital Interface	HD-SDI
SMPTE 372M	Dual-Link High Definition Serial Digital Interface	DL HD-SDI
SMPTE 424M	3Gbit/s Serial Digital Interface	3G-SDI

이외에도 압축신호를 전송하기 위한 규정을 포함한 다양한 규격들이 존재합니다.


3. SMPTE 292M
HDTV시스템 직렬 디지털 인터페이스(Bit-Serial Digital Interface for High-Definition Television System)와 관련한 규격. 이 규격은 1.485Gbps 또는, 1.485/1.001Gbps 데이터율로 동작하는 HDTV컴포넌트 신호를 동축케이블 또는 광섬유케이블로 전송하는 비트 직렬디지털인터페이스에 대한 규정입니다. 1080 60i/30P, 720P가 해당합니다.

화상형식				전송 인터페이스
유효 수직라인	라인당 유효화소	화면비	주사방법	기저 대역 (직렬데이터율)
1080	1920	16:9	60, 59.94, 50Hz 필드 비월 주사	1.5Gbps
1080	1920	16:9	30, 29.97, 24, 23.97Hz 프레임 순차 주사
720	1280	16:9	60, 59.94, 30, 29.97, 24, 23.97Hz 프레임 순차 주사

*표본화율
Y : 74.158Mhz, 74.25Mhz / Cr, Cb : 37.0879Mhz, 37.125Mhz


4. SDI케이블 시공
SDI는 직렬디지털 표준들을 직렬 비트스트림으로 다중시켜 하나의 채널/케이블로 전송할 수 있으므로 케이블설비가 아주 간단해지며, 케이블손실도 30dB까지 허용되도록 제반 표준이 정해져 있습니다. 아래표는 ‘5C2V’케이블을 사용하여 ‘SD-SDI’영상을 전송할 때의 한계 유효 전송거리입니다.

시스템	클럭율	한계 유효 전송거리
콤포지트 NTSC	143Mhz	320m
콤포지트 PAL	177 Mhz	290m
4:4 컴포넌트	270 Mhz	230m
16:9 컴포넌트	360 Mhz	170m

그러나, 주파수가 증가하는데 따라 손실이 커지므로 사용되는 영상형식이나 케이블종류에 따라 전송거리도 달라지게 됩니다. HD-SDI의 경우 일반적으로 클럭주파수 1/2 대역에서 20dB까지의 지점을 한계 유효 전송거리로 판단합니다. 아래는 ‘Canare’사의 동축케이블 표준감쇠량 표를 바탕으로한, 케이블별 한계 유효전송거리를 산출하는 방법입니다.


2.2M 카메라 신호를 ‘L-5CFB’케이블을 이용해서 전송할 경우, 1.485Gbps의 1/2인 750Mhz에 해당하는 감쇠량을 기준으로 산출합니다. 감쇠율이 20dB지점이 한계 유효 전송거리이므로, 위 표에서 구한 ‘17.7dB/100m’으로 한계유효 전송거리(LD)를 산출할 수 있습니다.
17.7 : 100 = 20 : LD
LD ≒ 113m

한편, 연장할 수 있는 최대 케이블 길이는 케이블 재질의 품질, 제조사, 수신기의 성능에 따라 정해지는데, 아래는 대표적인 케이블 종류와 그에 따른 HD-SDI신호(1.485Gbps)의 표준적인 전송거리입니다.

제조사	케이블 모델	한계 유효 전송거리
Belden	1865	46m
	9209	55m
	8281	73m
	1694A	102m
	7731A	151m
Canare	L-2.5CFB	55m
	L-5CFB	100m
	L-6CHD	150m
	L-7CHD	170m
	L-8CHD	200m
GEPCO	VHD1100	260m
	VSD7000	219m
	VSD2001	171m
	VPM2000	134m

*SDI장비 설치 시 기본설계에 따라 능숙하게 시공하지 않으면 지터는 물론 반사손실 등이 발생하므로 시스템운용/유지에 많은 노력을 기울여야 합니다. 따라서 케이블취급/포설 시 다음사항에 특히 주의를 기울여야 합니다.
- 작업시 압착(작업화나 기기 등에 의한 케이블 눌림)으로 인한 케이블 변형에 주의해야 합니다.
- 시공을 위해 적당한 길이로 절단하거나 커넥터 접속을 위해 케이블드럼으로부터 케이블을 풀 때는 드럼받침대를 반드시 사용하고, 포설시도 무리한 힘으로 당기지 말아야 합니다.
- 기기 입출력을 위해 케이블을 랙후면에 포설할 때 바인더로 꽉 조여맨 상태로 굽히면 내외부 절연체가 변형되므로 케이블 하나 정도의 여유가 있도록 느슨하게 묶어야 합니다. 또한, 한두개의 케이블을 포설할 때는 곡률반경 이하로 케이블을 굽히지 않도록 주의하여야 합니다.
- 신호에 따라 케이블 색상을 달리하는 것은 물론, 전원/비디오/오디오/데이터회선은 가능하면 분리포선하는 것이 바람직하나, 시스템갱신 등으로 어쩔 수 없이 트레이를 같이 사용해야 하는 경우는 상호간섭이 없도록 조치하여야 합니다.


5. HD-SDI신호의 광변환 전송
HD-SDI신호는 워낙 고속이다보니 일반적으로 사용하는 5CFB(고발포 동축케이블)) 케이블을 사용할 경우 100m이상 전송이 불가능합니다. 이 때, 전기-광(Electrical to Optical), 광-전기(Optical to Electrical) 변환장치를 사용하여, 전송거리를 40Km이상까지 확장할 수 있습니다. 또한, 다음과 같은 이점이 있습니다.
-전자파 간섭의 걱정이 없다.
-접지루프가 필요없다.
-가볍고 외경이 가늘어 포설 시 스페이스를 대폭 축소할 수 있다.
-복수 파장이 가능하여 한 가닥의 광파이버로 다채널 전송, 또는 쌍방향 전송이 용이하다.
-앞으로 개발될 광대역 기술의 전용 등 장래성이 있다.

광변환기를 제조/판매하고 있는 회사.
-국내업체 : 네오테크/이오스링크/케이씨네트워크/컴아트시스템(예정) 등
-해외업체 : canare/Miranda/E-Vertz 등