SDI (Serial Digital Interface)

Le SDI (Serial Digital Interface) est un protocole de transport ou de diffusion de différents formats de vidéo numérique. Il fut introduit en 1989 par la norme SMPTE ST 259 pour la transmission de la vidéo SD entre équipements de studios audiovisuels. Les données du signal vidéo ne sont pas compressées. La quantification est effectuée sur 8, 10 ou 12 bits, et la structure de sous-échantillonnage utilisée est souvent de type 4:2:2, bien que les normes les plus récentes autorisent une structure 4:4:4 ou 4:4:4:4. Le signal peut être transmis sous forme électrique, via un ou plusieurs câbles coaxiaux d’impédance caractéristique 75 Ω muni de connecteurs BNC, ou par fibre optique. Il est privilégié dans les domaines de la télévision, du cinéma et de la production en direct. Son avantage principal réside dans la capacité à transmettre des vidéos de haute qualité sur de longues distances sans dégradation significative.

1. Présentation

Le SDI est une interface de transmission de données série, permettant d’envoyer des signaux vidéo numériques non compressés, généralement via des câbles coaxiaux. Il est largement utilisé dans les studios de télévision, les équipements de diffusion, les systèmes de caméras professionnelles, et les environnements de production vidéo en direct. Il transmet des vidéos en haute qualité sans compression, des données audio intégrées, et d’autres métadonnées, garantissant ainsi une synchronisation optimale entre l’image et le son.

2. Les différentes normes SDI

Depuis sa création, plusieurs versions du standard ont été développées pour s’adapter aux évolutions de la qualité vidéo et aux besoins de l’industrie :

• SD-SDI (Standard Definition) : La première norme, définie pour la vidéo en définition standard (SD) à une résolution de 480i/576i avec un débit de 270 Mbps.
• HD-SDI (High Definition) : Adaptée pour les vidéos en haute définition (HD) à une résolution de 720p ou 1080i, avec un débit de 1,5 Gbps.
• 3G-SDI : Cette version supporte la vidéo en 1080p jusqu’à 60 images par seconde avec un débit de 3 Gbps.
• 6G-SDI : Conçue pour la transmission de vidéo en 4K UHD (2160p à 30 fps), avec un débit de 6 Gbps.
• 12G-SDI : Norme la plus avancée pour la transmission de vidéo en 4K à 60 fps sur un seul câble, avec un débit de 12 Gbps.
• 24G-SDI : Encore en développement dans certains contextes, cette norme permet de transmettre de la vidéo 8K (4320p) à 60 fps sur un seul câble, avec un débit de 24 Gbps.

3. Fonctionnement de la transmission SDI

• Transmission série : Le SDI envoie les données sous forme de flux continu, via un signal binaire haute fréquence (0 et 1) par un seul câble coaxial. Cette méthode de transmission est appelée « série » car les données sont envoyées séquentiellement.
• Câbles et connecteurs : Il utilise principalement des câbles coaxiaux avec connecteurs BNC (Bayonet Neill-Concelman). Les câbles coaxiaux assurent une transmission robuste et peuvent atteindre des distances significatives sans perte de qualité.
• Codage NRZI (Non-Return-to-Zero Inverted) : Il utilise cette méthode de codage pour réduire les erreurs de transmission, en codant les transitions de signal plutôt que les niveaux de signal.

4. Avantages

• Qualité d’image et d’audio : Le SDI transmet des vidéos non compressées, garantissant une qualité d’image et d’audio exceptionnelle sans perte due à la compression.
• Latence faible : Il est conçu pour des applications en temps réel comme la production en direct, où la latence doit être minimisée.
• Robustesse et fiabilité : Il s’agit d’un standard très fiable, capable de transmettre des signaux stables sur de longues distances avec peu ou pas de dégradation, grâce à l’utilisation de câbles coaxiaux robustes.
• Transmission de métadonnées : En plus de la vidéo et de l’audio, il peut transporter des informations supplémentaires, comme les sous-titres, les timecodes, et d’autres métadonnées nécessaires à la production.

5. Limitations

• Distance maximale limitée : Bien que le SDI puisse transmettre des signaux sur plusieurs dizaines de mètres avec un câble coaxial de qualité, la distance maximale reste limitée, particulièrement pour les versions à haut débit (comme le 12G-SDI).
• Incompatibilité avec les équipements grand public : Le SDI est réservé aux environnements professionnels et n’est pas compatible avec les équipements de consommation courante, qui utilisent des interfaces comme HDMI.
• Coût des équipements : Les équipements compatibles SDI sont souvent plus coûteux que les équipements HDMI, en raison de leur qualité professionnelle et des normes de diffusion.

6. Comparaison entre SDI et HDMI

• Public cible : Le SDI est destiné aux environnements professionnels, alors que l’HDMI est largement utilisé dans le grand public et les systèmes domestiques.
• Longueur de câble : Le SDI peut être transmis sur des câbles coaxiaux allant jusqu’à 100 mètres ou plus, selon la qualité du câble et la norme SDI, tandis que l’HDMI est limité à environ 10-15 mètres sans amplification.
• Qualité et latence : Le SDI est sans compression et à faible latence, idéal pour les applications en temps réel. L’HDMI peut compresser le signal (surtout à hautes résolutions), ce qui ajoute une latence non négligeable.
• Compatibilité avec les équipements professionnels : Le SDI offre des fonctionnalités avancées de métadonnées et d’intégration dans les environnements de diffusion, alors que l’HDMI est plus simple mais limité à l’usage grand public.

7. Applications courantes du SDI

• Télévision et production en direct : Le SDI est standard dans les studios de télévision pour la production en direct, les enregistrements multicaméras, et les diffusions.
• Cinéma : Utilisé dans les caméras de cinéma numériques pour transmettre les vidéos en haute qualité vers les moniteurs de plateau et les enregistreurs.
• Surveillance et sécurité : Il est utilisé dans les systèmes de vidéosurveillance haute définition pour garantir une qualité vidéo sans compression sur de longues distances.
• Événements en direct et streaming : Dans les événements en direct, il est utilisé pour transmettre la vidéo des caméras aux écrans de contrôle et aux équipements de diffusion en direct.

8. Des variantes pour des applications spécifiques

• Quad-Link SDI : Utilisé pour transmettre de la vidéo 4K en combinant quatre connexions 3G-SDI, principalement dans les installations où les équipements 12G ne sont pas disponibles.
• Dual-Link SDI : Utilisé pour des résolutions et des fréquences d’images plus élevées, notamment pour le contenu en 1080p et pour certains formats HDR (High Dynamic Range).
• Optical SDI : Utilise des fibres optiques pour les transmissions sur de très longues distances (plusieurs kilomètres) tout en maintenant une qualité de signal optimale, adapté pour les environnements comme les stades ou les grandes productions.

9. Format des données transmises

• Signal vidéo : Le signal vidéo est transmis en format non compressé, garantissant une haute fidélité d’image.
• Audio intégré : Jusqu’à 16 canaux audio sont intégrés dans le flux SDI, synchronisés avec la vidéo pour une gestion simplifiée.
• Métadonnées : Il peut inclure des informations supplémentaires, telles que des sous-titres, des informations sur les formats d’image, et des timecodes, utilisés pour le montage ou la synchronisation d’autres équipements.

10. Configuration et installation d’un système SDI

• Sélection de câbles : Les câbles coaxiaux de haute qualité (RG-6, RG-11) sont généralement utilisés, et le choix dépend de la distance et du débit souhaités.
• Connecteurs : Les connecteurs BNC doivent être bien installés pour garantir une transmission optimale sans interférences ni pertes de signal.
• Distribution et amplification : Pour des installations sur de longues distances ou des environnements complexes, des amplificateurs de signal et des splitters peuvent être ajoutés.
• Conversion SDI-HDMI : Dans les environnements mixtes, des convertisseurs sont utilisés pour transmettre des signaux entre des équipements SDI et HDMI, offrant une compatibilité entre les standards professionnels et grand public.

En résumé

Le SDI est un standard robuste, conçu pour garantir la transmission fiable de vidéos de haute qualité dans les environnements professionnels. Avec ses différentes versions (SD-SDI, HD-SDI, 3G-SDI, 6G-SDI, 12G-SDI, etc.), il s’adapte aux évolutions des formats vidéo tout en restant compatible avec les exigences de la production en direct et des studios de télévision.

Ses principaux avantages, tels que la faible latence, la qualité vidéo non compressée, et la compatibilité avec les métadonnées et l’audio intégré, en font un choix privilégié dans les environnements professionnels, où la qualité et la fiabilité sont des priorités.