واجهة رقمية تسلسلية

Several bit rates are used in serial digital video signal:

• For standard-definition applications, as defined by SMPTE 259M, the possible bit rates are 270 Mbit/s, 360 Mbit/s, 143 Mbit/s, and 177 Mbit/s. 270 Mbit/s is by far the most commonly used; though the 360 Mbit/s interface (used for widescreen standard definition) is sometimes encountered. The 143 and 177 Mbit/s interfaces were intended for transmission of composite-encoded (NTSC or PAL) video digitally and are now considered obsolete.
• For enhanced definition applications (mainly 525P), there are several 540 Mbit/s interfaces defined, as well as an interface standard for a dual-link 270 Mbit/s interface. These are rarely encountered.
• For HDTV applications, the serial digital interface is defined by SMPTE 292M. Two bit rates are defined, 1.485 Gbit/s, and 1.485/1.001 Gbit/s. The factor of 1/1.001 is provided to allow SMPTE 292M to support video formats with frame rates of 59.94 Hz, 29.97 Hz, and 23.98 Hz, in order to be compatible with existing NTSC systems. The 1.485 Gbit/s version of the standard supports other frame rates in widespread use, including 60 Hz, 50 Hz, 30 Hz, 25 Hz, and 24 Hz. It is common to collectively refer to both standards as using a nominal bit rate of 1.5 Gbit/s.
• For very high-definition applications, requiring greater resolution, frame rate, or color fidelity than the HD-SDI interface can provide, the SMPTE 372M standard defines the dual link interface. As the name suggests, this interface consists of two SMPTE 292M interconnects operating in parallel. In particular, the dual link interface supports 10-bit, 4:2:2, 1080P formats at frame rates of 60 Hz, 59.94 Hz, and 50 Hz, as well as 12-bit color depth, RGB encoding, and 4:4:4 colour sampling.
• تم توحيد واجهة 3 جيجابت/ثانية الاسمية  (بدقة أكبر، 2.97  جيجابت/ثانية، ولكن يشار إليها عادة باسم "3 جيجا") من قبل SMPTE باسم 424M في عام 2006. تم تنقيحها في عام 2012 باسم SMPTE ST 424:2012، وهي تدعم جميع الميزات التي تدعمها  واجهة 1.485 جيجابت/ثانية المزدوجة ولكنها تتطلب كابلًا واحدًا فقط بدلاً من اثنين.

يُعرّف معيار SMPTE 297-2006 نظام الألياف الضوئية لنقل الإشارات الرقمية التسلسلية. وهو مُصمم لنقل إشارات SMPTE ST 259 (من 143 إلى 360  ميجابت/ثانية)، وإشارات SMPTE ST 344 (540  ميجابت/ثانية)، وإشارات SMPTE ST 292-1/-2 (1.485  جيجابت/ثانية و1.485/1.001  جيجابت/ثانية)، وإشارات SMPTE ST 424 (2.970  جيجابت/ثانية و2.970/1.001  جيجابت/ثانية). بالإضافة إلى المواصفات البصرية، يُلزم معيار ST 297 أيضًا بإجراء اختبارات السلامة الليزرية، ووضع علامات على جميع الواجهات البصرية لتوضيح مدى توافقها مع معايير السلامة، وتطبيقاتها، وقابليتها للتشغيل البيني. ^{[ 14 ]}

تم تعريف واجهة رقمية متوازية 8 بت بواسطة ITU-R Rec. 601 ؛ هذا قديم (ومع ذلك، فإن العديد من البنود في المعايير المختلفة تستوعب إمكانية وجود واجهة 8 بت).

تُرسل حزمة التزامن (المعروفة بإشارة مرجع التوقيت أو TRS ) مباشرةً قبل أول عينة نشطة في كل سطر، ومباشرةً بعد آخر عينة نشطة (وقبل بداية منطقة التعتيم الأفقي ). تتكون حزمة التزامن من أربع كلمات، كل منها 10 بتات، وتكون الكلمات الثلاث الأولى ثابتة دائمًا - 0x3FF، 0، 0؛ أما الرابعة فتتكون من 3 بتات للعلامات، بالإضافة إلى رمز تصحيح الأخطاء. ونتيجةً لذلك، توجد 8 حزم تزامن مختلفة ممكنة.

في واجهات HD-SDI والوصلة المزدوجة، يجب أن تتم حزم التزامن في كلٍ من تدفقات البيانات Y و C بشكل متزامن. (يُسمح ببعض التأخير بين الكابلين في واجهة الوصلة المزدوجة؛ ومن المتوقع أن يقوم الجهاز الذي يدعم الوصلة المزدوجة بتخزين بيانات الوصلة المتقدمة مؤقتًا للسماح للوصلة الأخرى باللحاق بها). أما في واجهات SD-SDI والتعريف المحسن، فيوجد تدفق بيانات واحد فقط، وبالتالي حزمة تزامن واحدة فقط في كل مرة. وبغض النظر عن عدد الحزم الظاهرة، فإن تنسيقها هو نفسه في جميع إصدارات واجهة الاتصال التسلسلي الرقمي.

تُعرف بتات العلامات الموجودة في الكلمة الرابعة (المعروفة باسم كلمة XYZ ) بالرموز H وF وV. يشير البت H إلى بداية الفراغ الأفقي؛ ويجب أن تكون قيمة H في بتات التزامن التي تسبق منطقة الفراغ الأفقي مباشرةً مساويةً للواحد. تُعرف هذه الحزم عادةً باسم حزم نهاية الفيديو النشط ( EAV) . وبالمثل، فإن الحزمة التي تظهر مباشرةً قبل بداية الفيديو النشط تكون قيمة H فيها مساويةً للصفر؛ وهذه هي حزمة بداية الفيديو النشط ( SAV) .

وبالمثل، يتم استخدام بت V للإشارة إلى بداية منطقة التعتيم الرأسي؛ تشير حزمة EAV مع V=1 إلى أن السطر التالي (تعتبر الخطوط تبدأ عند EAV) هو جزء من الفاصل الرأسي ، وتشير حزمة EAV مع V=0 إلى أن السطر التالي هو جزء من الصورة النشطة.

تُستخدم بتة F في تنسيقات الإطارات المتداخلة والمجزأة لتحديد ما إذا كان الخط يأتي من الحقل الأول أو الثاني (أو المقطع). أما في تنسيقات المسح التدريجي ، فتكون بتة F مضبوطة دائمًا على الصفر.

In the high definition serial digital interface (and in dual-link HD), additional check words are provided to increase the robustness of the interface. In these formats, the four samples immediately following the EAV packets (but not the SAV packets) contain a cyclic redundancy check field, and a line count indicator. The CRC field provides a CRC of the preceding line (CRCs are computed independently for the Y and C streams) and can be used to detect bit errors in the interface. The line count field indicates the line number of the current line.

The CRC and line counts are not provided in the SD and ED interfaces. Instead, a special ancillary data packet known as an EDH packet may be optionally used to provide a CRC check on the data.

Each sample within a given datastream is assigned a unique line and sample number. In all formats, the first sample immediately following the SAV packet is assigned sample number 0; the next sample is sample 1; all the way up to the XYZ word in the following SAV packet. In SD interfaces, where there is only one datastream, the 0th sample is a Cb sample; the 1st sample a Y sample, the 2nd sample a Cr sample, and the third sample is the Y' sample; the pattern repeats from there. In HD interfaces, each datastream has its own sample numbering—so the 0th sample of the Y datastream is the Y sample, the next sample the Y' sample, etc. Likewise, the first sample in the C datastream is Cb, followed by Cr, followed by Cb again.

Lines are numbered sequentially, starting from 1, up to the number of lines per frame of the indicated format (typically 525, 625, 750, or 1125 (Sony HDVS)). Determination of line 1 is somewhat arbitrary; however, it is unambiguously specified by the relevant standards. In 525-line systems, the first line of vertical blank is line 1, whereas in other interlaced systems (625 and 1125-line), the first line after the F bit transitions to zero is line 1.

Note that lines are deemed to start at EAV, whereas sample zero is the sample following SAV. This produces the somewhat confusing result that the first sample in a given line of 1080i video is sample number 1920 (the first EAV sample in that format), and the line ends at the following sample 1919 (the last active sample in that format). Note that this behavior differs somewhat from analog video interfaces, where the line transition is deemed to occur at the sync pulse, which occurs roughly halfway through the horizontal blanking region.

لا يُمثل ترقيم الروابط مشكلة إلا في واجهات متعددة الروابط. يُخصص للرابط الأول ( الرابط الأساسي ) الرقم 1، وتُخصص للروابط اللاحقة أرقام متزايدة؛ لذا، فإن الرابط الثاني ( الثانوي ) في نظام ثنائي الروابط هو الرابط 2. ويُشار إلى رقم الرابط لواجهة معينة بواسطة حزمة VPID الموجودة في مساحة البيانات الإضافية الرأسية.

لاحظ أن تصميم بنية البيانات في وصلة مزدوجة يسمح بتغذية الوصلة الأساسية إلى واجهة وصلة مفردة، مع الحفاظ على إنتاج فيديو قابل للاستخدام (وإن كان بجودة أقل). تحتوي الوصلة الثانوية عادةً على عناصر مثل بتات أقل أهمية إضافية (بتنسيق 12 بت)، وعينات غير متزامنة في فيديو مُعَيَّن بنسبة 4:4:4 (بحيث تظل الوصلة الأساسية صالحة بنسبة 4:2:2)، وقنوات ألفا أو البيانات. في حال غياب الوصلة الثانية في تكوين وصلة مزدوجة بدقة 1080P، تظل الوصلة الأولى تحتوي على إشارة 1080i صالحة.

في حالة  الفيديو بدقة 1080p60 أو 59.94 أو 50 هرتز عبر وصلة مزدوجة، تحتوي كل وصلة على إشارة 1080i صالحة بنفس معدل الحقول. تحتوي الوصلة الأولى على السطور الأول والثالث والخامس من الحقول الفردية، والسطور الثاني والرابع والسادس، وهكذا، من الحقول الزوجية. أما الوصلة الثانية فتحتوي على السطور الزوجية من الحقول الفردية، والسطور الفردية من الحقول الزوجية. عند دمج الوصلتين، تكون النتيجة صورة مسح تدريجي بمعدل إطارات أعلى.

تتيح كلتا واجهتي التسلسل HD و SD تضمين 16 قناة صوتية مع الفيديو. تستخدم الواجهتان طريقتين مختلفتين لتغليف الصوت  ؛ إذ تستخدم SD معيار SMPTE 272M، بينما تستخدم HD معيار SMPTE 299M. عادةً، يتم ترميز صوت PCM  بتردد 48 كيلوهرتز وعمق 24 بت (20 بت في SD، ولكن يمكن توسيعه إلى 24 بت) ، بطريقة متوافقة تمامًا مع واجهة الصوت الرقمية AES3 . تُوضع البيانات في فترات التعتيم الأفقي، عندما لا تحمل إشارة SDI أي بيانات مفيدة (يُولد جهاز الاستقبال إشارات التعتيم الخاصة به من TRS).

في تطبيقات الربط المزدوج، تتوفر 32 قناة صوتية، حيث يمكن لكل رابط أن يحمل 16 قناة.

يقوم معيار SMPTE ST 299-2:2010 بتوسيع واجهة 3G-SDI لتكون قادرة على نقل 32 قناة صوتية (16 زوجًا) على رابط واحد.

بما أن واجهة التعريف القياسي لا تتضمن أي فحص لمجموع التحقق أو رمز التحقق الدوري (CRC) أو أي فحص آخر لسلامة البيانات ، فقد يتم وضع حزمة EDH ( اكتشاف الأخطاء ومعالجتها ) اختيارياً في الفاصل الرأسي لإشارة الفيديو. تتضمن هذه الحزمة قيم CRC لكل من الصورة النشطة والحقل بأكمله (باستثناء الخطوط التي قد يحدث عندها تبديل، والتي لا ينبغي أن تحتوي على بيانات مفيدة)؛ ويمكن للأجهزة حساب قيمة CRC الخاصة بها ومقارنتها بقيمة CRC المستلمة لاكتشاف الأخطاء.

عادةً ما يتم استخدام EDH فقط مع واجهة التعريف القياسية؛ وجود كلمات CRC في واجهة HD يجعل حزم EDH غير ضرورية.

تُستخدم حزم VPID (أو مُعرّف حمولة الفيديو ) بشكل متزايد لوصف تنسيق الفيديو. في الإصدارات الأولى من واجهة الاتصال الرقمي التسلسلي، كان من الممكن دائمًا تحديد تنسيق الفيديو بشكل فريد عن طريق عدّ عدد الخطوط والعينات بين انتقالات H و V في TRS. مع ظهور واجهات الربط المزدوج ومعايير الإطارات المُجزأة ، لم يعد ذلك ممكنًا؛ لذا يوفر معيار VPID (المُحدد بواسطة SMPTE 352M) طريقة لتحديد تنسيق حمولة الفيديو بشكل فريد لا لبس فيه.

تتيح واجهة الاتصال الرقمي التسلسلي عدة ترميزات لونية. الترميز الافتراضي (والأكثر شيوعًا) هو بيانات فيديو ذات عينة خطية 10 بت، مُرمّزة بنظام 4:2:2 YCbCr . (YCbCr هو تمثيل رقمي لمساحة ألوان YPbPr ). تُخزّن عينات الفيديو كما هو موضح أعلاه. تتوافق كلمات البيانات مع مستويات الإشارة لمكونات الفيديو المعنية، كما يلي:

• يتم تعريف قناة الإضاءة (Y) بحيث  يتم تعيين مستوى إشارة 0 ملي فولت للكلمة المشفرة 64 (40 سداسي عشري)، ويتم تعيين 700 ملي فولت (المقياس الكامل) للكلمة المشفرة 940 (3AC سداسي عشري).
• بالنسبة لقنوات الكروما،  يتم تعيين كلمة الرمز 512 (200 سداسي عشري) لـ 0 ملي فولت،  ويتم تعيين كلمة الرمز 64 (40 سداسي عشري) لـ -350 ملي فولت،  ويتم تعيين كلمة الرمز 960 (3C0 سداسي عشري) لـ +350 ملي فولت.

لاحظ أن مقياس قناتي الإضاءة واللون ليس متطابقًا. يُمثل الحد الأدنى والحد الأقصى لهذين النطاقين حدود الإشارة المُفضلة، مع العلم أن حمولة الفيديو قد تتجاوز هذين النطاقين (شريطة عدم استخدام الكلمات المشفرة المحجوزة من 0 إلى 3 ومن 1020 إلى 1023 مطلقًا في حمولة الفيديو). إضافةً إلى ذلك، قد تتجاوز الإشارة التناظرية المقابلة هذا النطاق.

بالنسبة لأجزاء مناطق التعتيم الرأسية والأفقية غير المستخدمة للبيانات الإضافية، يُوصى بتعيين رمز 64 (40 سداسي عشري) لعينات الإضاءة، ورمز 512 (200 سداسي عشري) لعينات اللون؛ وكلاهما يُعادل 0  ملي فولت. يُسمح بتشفير معلومات الفاصل الزمني الرأسي التناظري (مثل رمز الوقت للفاصل الزمني الرأسي أو إشارات اختبار الفاصل الزمني الرأسي) دون التأثير على الواجهة، ولكن هذا الاستخدام غير قياسي (وتُعدّ البيانات الإضافية الوسيلة المُفضّلة لنقل البيانات الوصفية). مع ذلك، لا يُوصى بتحويل إشارات التزامن والنبضات التناظرية إلى رقمية، كما أنها غير ضرورية في الواجهة الرقمية.

تختلف متطلبات إخفاء البيانات الرقمية باختلاف تنسيقات الصور. فعلى سبيل المثال، تحتوي جميع تنسيقات HD التي تُسمى 1080 خطًا على 1080 خطًا نشطًا، ولكن إجمالي عدد الخطوط يبلغ 1125 خطًا، مع تخصيص الباقي لإخفاء البيانات عموديًا. ^{[ 1 ]}

تدعم الإصدارات المختلفة من واجهة التسلسل الرقمي العديد من تنسيقات الفيديو:

• تدعم واجهة 270  ميجابت/ثانية فيديو متداخلًا بـ 525 خطًا بمعدل  حقل 59.94 هرتز (  معدل إطار 29.97 هرتز)،  وفيديو متداخلًا بـ 625 خطًا بمعدل 50 هرتز. تتوافق هذه الصيغ بشكل كبير مع أنظمة NTSC و PAL (B/G/D/K/I) على التوالي؛ وغالبًا ما يُستخدم مصطلحا NTSC و PAL (خطأً) للإشارة إلى هذه الصيغ. PAL هو نظام ترميز ألوان مركب، ولا يُحدد المصطلح معيار الخط (على الرغم من أنه يُستخدم عادةً مع 625i)، بينما تُعد واجهة الاتصال الرقمي التسلسلي - باستثناء الصيغ القديمة 143  ميجابت/ثانية و177  ميجابت/ثانية - معيارًا للمكونات.
• تدعم واجهة 360  ميجابت/ثانية شاشات العرض العريضة 525i و625i. كما يمكن استخدامها لدعم 525p، في حال استخدام نظام أخذ العينات 4:2:0.
• تدعم واجهات 540 ميجابت/ثانية المختلفة  تنسيقات 525p و 625p.
• تدعم واجهات النقل الاسمية بسرعة 1.49  جيجابت/ثانية معظم تنسيقات الفيديو عالية الوضوح . تشمل التنسيقات المدعومة: 1080/60i، و1080/59.94i، و1080/50i، و1080/30p، و1080/29.97p، و1080/25p، و1080/24p، و1080/23.98p، و720/60p، و720/59.94p، و720/50p. بالإضافة إلى ذلك، توجد عدة تنسيقات 1035i (وهو معيار تلفزيوني ياباني قديم)، ومعايير 720p بنصف عرض النطاق الترددي مثل 720/24p (المستخدمة في بعض تطبيقات تحويل الأفلام، وهي غير شائعة لاحتوائها على عدد فردي من العينات لكل سطر )، وتنسيقات 1080psf (إطار متدرج ومجزأ). تظهر تنسيقات الإطارات المجزأة التدريجية كفيديو متداخل ، لكنها تحتوي على فيديو يتم مسحه ضوئيًا بشكل تدريجي. ويتم ذلك لدعم الشاشات وأجهزة التلفزيون التناظرية، التي لا يستطيع الكثير منها التزامن مع معدلات مجال منخفضة مثل 30 هرتز و24 هرتز.  
• تدعم واجهة HD ثنائية الرابط بسرعة 2.97  جيجابت/ثانية دقة 1080/60p و1080/59.94p و1080/50p، بالإضافة إلى ترميز 4:4:4، وعمق ألوان أكبر، وترميز RGB، وقنوات ألفا، ودقة غير قياسية (غالبًا ما يتم مواجهتها في رسومات الكمبيوتر أو السينما الرقمية ).
• تدعم واجهة الربط الرباعية 3G-SDI دقة UHDTV-1 2160/60p

يوجد معيار موسع يُسمى SDTI ( واجهة نقل البيانات التسلسلية )، يسمح بنقل تدفقات الفيديو المضغوطة (مثل DV و MPEG وغيرها) عبر خط SDI. يتيح ذلك نقل عدة تدفقات فيديو عبر كابل واحد أو نقل الفيديو بسرعة تفوق سرعة البث في الوقت الفعلي (ضعف السرعة، أربعة أضعاف السرعة، ...). يوفر معيار ذو صلة، يُعرف باسم HD-SDTI، إمكانيات مماثلة عبر واجهة SMPTE 292M.

تم تحديد واجهة SDTI بواسطة SMPTE 305M. وتم تحديد واجهة HD-SDTI بواسطة SMPTE 348M.

تصف مواصفات واجهة الاتصال التسلسلي غير المتزامن (ASI) كيفية نقل دفق نقل MPEG (MPEG-TS)، الذي يحتوي على عدة تدفقات فيديو MPEG، عبر كابل محوري نحاسي 75 أوم أو ألياف بصرية متعددة الأنماط. تُعد ASI طريقة شائعة لنقل برامج البث من الاستوديو إلى جهاز الإرسال النهائي قبل وصولها إلى المشاهدين في منازلهم.

يُعد معيار ASI جزءًا من معيار البث الرقمي للفيديو (DVB).

يحدد معيار SMPTE 349M: نقل تنسيقات صور المصدر البديلة عبر SMPTE 292M ، وسيلةً لتغليف تنسيقات الفيديو غير القياسية وذات معدل البت المنخفض ضمن واجهة HD-SDI. يسمح هذا المعيار، على سبيل المثال، بدمج عدة إشارات فيديو قياسية مستقلة على واجهة HD-SDI ونقلها عبر سلك واحد. لا يقتصر هذا المعيار على تعديل توقيت EAV وSAV لتلبية متطلبات التنسيقات ذات معدل البت المنخفض فحسب، بل يوفر وسيلةً لتغليف تنسيق SDI كامل (بما في ذلك كلمات التزامن والبيانات الإضافية وحمولة الفيديو) ونقله كحمولة بيانات عادية ضمن دفق 292M.

تُعدّ واجهة HDMI واجهة صوتية/مرئية صغيرة الحجم لنقل بيانات الفيديو غير المضغوطة وبيانات الصوت الرقمية المضغوطة/غير المضغوطة من جهاز متوافق مع HDMI إلى شاشة كمبيوتر أو جهاز عرض فيديو أو تلفزيون رقمي أو جهاز صوت رقمي متوافق . تُستخدم هذه الواجهة بشكل أساسي في الأجهزة الاستهلاكية، ولكنها تُستخدم بشكل متزايد في الأجهزة الاحترافية، بما في ذلك الفيديو غير المضغوط، والذي يُطلق عليه غالبًا اسم HDMI النقي .

يُعد معيار G.703 واجهة رقمية عالية السرعة أخرى، تم تصميمها في الأصل للاتصالات الهاتفية.

يجسد معيار HDcctv تكييف SDI لتطبيقات مراقبة الفيديو، ولا ينبغي الخلط بينه وبين TDI، وهو تنسيق مشابه ولكنه مختلف لكاميرات مراقبة الفيديو .

يُعدّ معيار CoaXPress واجهة رقمية عالية السرعة أخرى، صُممت في الأصل للاستخدام مع الكاميرات الصناعية. تصل معدلات نقل البيانات في CoaXPress إلى 12.5  جيجابت/ثانية عبر كابل محوري واحد.  كما يتضمن المعيار قناة وصلة صاعدة بسرعة 41 ميجابت/ثانية، بالإضافة إلى خاصية تزويد الطاقة عبر الكابل المحوري.

• جمعية مهندسي الصور المتحركة والتلفزيون: SMPTE 274M-2005: بنية عينة الصورة، والتمثيل الرقمي، وتسلسلات التوقيت الرقمي المرجعية لمعدلات الصور المتعددة
• جمعية مهندسي الصور المتحركة والتلفزيون: SMPTE 292M-1998: واجهة رقمية تسلسلية بتية للتلفزيون عالي الوضوح
• جمعية مهندسي الصور المتحركة والتلفزيون: SMPTE 291M-1998: تنسيق حزم البيانات والفضاءات المساعدة
• جمعية مهندسي الصور المتحركة والتلفزيون: SMPTE 372M-2002: واجهة Dual Link 292M لصورة نقطية بدقة 1920 × 1080