Технический прогресс в области хайтека набирает скорость подобноистребителю-перехватчику. Еще недавно цифровая электроника ассоции-ровалась исключительно с громоздкими ЭВМ в вычислительных центрах, асегодня сотовые телефоны, ноутбуки и плазменные дисплеи уже ни у когоне вызывают удивления. Правда, пути совершенствования радиоэлектрон-ной аппаратуры иногда бывают довольно странными, и в начале XXI векав продаже появляются аудиоусилители класса Hi End, на кожухах которых,как на довоенных радиоприемниках, гордо выстраиваются радиолампы-са-мовары. Но это так – игрушки для богатых, а на самом деле, после того, какцены на микропроцессоры упали до уровня 20 долларов за штуку, переходк цифровым методам создания, обработки, хранения и передачи видео- иаудиоинформации стал неизбежен. С точки зрения схемотехники цифроваяаппаратура сложнее аналоговой, однако, ее функциональные возможностигораздо шире, а некоторые из них принципиально недостижимы при анало-говой обработке сигнала.Переход на цифровые форматы аудио и видео обусловлены их технически-ми и пользовательскими преимуществами по сравнению с аналоговыми.К техническим преимуществам относят:• принципиальное исключение поте-ри качества сигнала при передаче,перезаписи и хранении сигнала;• возможность точной временнойсинхронизации видеоматериала;• более совершенные системы уп-равления и контроля качества сиг-нала;• упрощение технологии получения,обработки, хранения и передачикачественного сигнала;• расширение творческих возмож-ностей персонала телестудий.Интерфейсомпо «пиратам»С точки зрения схе-мотехники циф-ровая аппаратурасложнее аналого-вой, однако, ее фун-кциональные воз-можности гораздошире, а некоторыеиз них принципи-ально недостижи-мы при аналоговойобработке сигнала.
К пользовательским свойствам цифрового вещания относят:• возможность получения высококачественной, лишенной помех и шумовкартинки с многоканальным стереозвуком;• широкие сервисные возможности цифровой приемной аппаратуры.Понятно, что аналоговые интерфейсы для работы с цифровым сигналом не го-дятся, поэтому для него были созданы специальные, цифровые интерфейсы.К ним относятся последовательный цифровой интерфейс SDI/SDTI, исполь-зуемый в профессиональной и студийной аппаратуре, а также цифровые ви-деоинтерфейсы DVI и HDMI.Цифровой видеоинтерфейс DVIПроблема ухудшения характеристик качества сигнала при многократноманалого-цифровом и цифро-аналоговом преобразовании была решена с по-явлением нового стандарта DVI, который сейчас можно уверенно рассмат-ривать в качестве общепринятого. Группа, разработавшая стандарт – DigitalDisplay Working Group (DDWG) – была создана по инициативе Intel, в неевошли Compaq, Fujitsu, Hewlett-Packard, IBM, NEC и Silicon Image. Специфи-кация DVI была представлена в апреле 1999 г., тогда же были продемонстри-рованы и рабочие решения, использующие стандарт – плазменные монито-ры Fujitsu и Phillips, ЖК-мониторы IBM и Compaq и прочие продукты.Теперь уже ясно, что создатели стандарта DVI рассчитывали, что областьего применения окажется гораздо шире, чем цифровое соединение ком-пьютера с монитором, и не ошиблись. В конце 90-х годов ХХ века продол-жалось бурное развитие видео технологий.В обиход прочно вошли полностью цифро-вые DLP-проекторы, а LCD и CRT мониторы,если и оставались аналоговыми по принци-пу формирования изображения, имели циф-ровые схемы обработки сигнала. В цифро-вой форме осуществлялось масштабирова-ние изображения и преобразование развер-тки, необходимое для корректного преобра-зования количества строк, пикселей и полей.Функции регулировки цветности, яркости,контрастности и других параметров видеотакже были реализованы цифровыми мето-дами. После того, как фирма Fujitsu началапродавать другим производителям лицензиина плазменные технологии, стало ясно, что выход на рынок еще одного видавысококачественного цифрового дисплея – вопрос недалекого будущего.В практическую плоскость перешло внедрение телевидения высокой четкос-ти. Размеры экранов росли, увеличивалось их разрешение. Не было толькоодного – отвечающего текущим и перспективным запросам рынка цифро-вого видео интерфейса. Переход от композитного и S-Video к компонентному и RGB-трактам позволил резко увеличить качество изображения, однаколишние преобразования «аналог-цифра-аналог» ощутимо ухудшали качест-во картинки, что было особенно обидно из-за абсолютной ненужности АЦП иЦАП в тракте, состоящем из цифрового источника (DVD, компьютер), цифро-вого дисплея и цифрового же процессора между ними. Получалось, что АЦПи ЦАП работали только на «провода» между источником и монитором.Необходимость создания цифрового интерфейса, отвечающего запросамHDTV и имеющего солидный запас на перспективу, стала совершенно оче-видной.Интерфейс DVI – Digital Video Interface – можно с определенными допуска-ми назвать цифровым RGB-интерфейсом. В одноканальной модификацииформата Single Link DVI имеется четыре канала передачи данных: три изних предназначены для передачи информации об основных цветах: синем,зеленом и красном, а четвертый передает сигнал тактовой частоты «Clock».При этом достигается максимальная скорость потока данных, равная 1,65Гбит/с, или 165 мегапикселей в секунду при 10-битном кодировании, что со-ответствует разрешению 1600 х 1200 пикселей (UXGA) при частоте обновле-ния полей 60 Гц. На сегодняшний день это с запасом покрывает потребностисовременных форматов HDTV.Физически кабель DVI состоит из соответствующего количества витых пар.Разводка разъема DVI показана на рис. 1, а назначение контактов сведенов таблицу 1.Таблица 1Контакт Описание Контакт Описание1 Данные T.M.D.S 2- 16 Датчик «горячего» подключения2 Данные T.M.D.S 2+ 17 Данные T.M.D.S 0-3 Экран для данных T.M.D.S 2 и 4 18 Данные T.M.D.S 0+4 Данные T.M.D.S 4- 19 Экран для данных T.M.D.S0 и 55 Данные T.M.D.S 4+ 20 Данные T.M.D.S 5-6 Такты DDC 21 Данные T.M.D.S 5+7 Данные DDC 22 Экран для тактов T.M.D.S8 Аналоговая кадровая синхр. 23 Такты T.M.D.S +9 Данные T.M.D.S 1- 24 Такты T.M.D.S -10 Данные T.M.D.S 1 + С1 Аналоговый канал R11 Экран для данных T.M.D.S 1 и 3 С2 Аналоговый канал G12 Данные T.M.D.S 3- СЗ Аналоговый канал В13 Данные T.M.D.S 3+ С4 Аналоговая строчная синхр.14 Питание +5 В С5 Аналоговая земля15 Земля
Рис. 1 Разъемы DVI-D и DVI-IЕще большую пропускную способность имеет модификация интерфейсаDual Link DVI. Здесь все то же самое, но в двойном размере (кроме сигналатактовой частоты, которую дважды передавать не нужно). Dual Link DVI спо-собен передавать сигналы QXGA (2048 х 1536 пикселей) при частоте сме-ны полей 60 Гц.Несмотря на явную избыточность Dual LinkDVI в отношении современных дисплеев,поддерживающие этот интерфейс устройс-тва уже производятся.Благодаря технологии DVI появилась возмож-ность удаления аналоговой части с плат виде-оадаптеров и перенос её в монитор, что долж-но сказаться на повышении качества изобра-жения гораздо сильнее, чем устранение влияния помех в соединительном ка-беле видеокарта-монитор. Поскольку информация об изображении переда-ется от видеокарты к монитору в цифровом виде, влияние внешних наводокзначительно снижается.Интерфейс DVI позволяет исполь-зовать разнообразные устройстваотображения информации (монито-ры, проекторы и т.д.) без промежу-точных адаптеров или усилителей.Высокие скоростные характеристикиинтерфейса DVI достигнуты за счетиспользования специально разра-ботанного для него алгоритма коди-рования сигналов, который называ-ется Transition Minimized DifferentialЕще большуюпропускную способ-ность имеет моди-фикация интерфей-са Dual Link DVI.Интерфейс DVI поз-воляет использо-вать разнообразныеустройства отобра-жения информации(мониторы, проекто-ры и т.д.) без проме-жуточных адапте-ров или усилителей.
Signaling (T.M.D.S), – дифференциальная передача сигналов с минимизаци-ей перепадов уровней. Другими словами T.M.D.S можно назвать сверхплот-ным архивированием данных без потерь.Дифференциальный или балансный способ передачи, когда по каждому про-воднику витой пары проходит один и тот же прямой и инвертированный сиг-нал, обеспечивает эффективную защиту данных от синфазных помех.На передающей стороне интерфейса DVI находится передатчик T.M.D.S.в котором производится преобразование оцифрованного RGB-сигнала иформирование последовательного потока данных в каждом из каналов. Наприемной стороне, наоборот, происходит полное восстановление цифровыхпотоков по каналам R, G, B, а также сигнала Clock.Разновидности интерфейса DVIСуществуют две разновидности интерфейса DVI: DVI-D и DVI-I, различиемежду которыми заключается в том, что для обеспечения более широкойсовместимости аппаратуры разных поколений в разъеме DVI, помимо трехрядов «цифровых» контактов, могут бытьпредусмотрены еще и аналоговые, на кото-рые подается обычный аналоговый RGB-сиг-нал (на рис.1 – контакты С1 – С5). Таким об-разом, вариант интерфейса DVI, включаю-щий аналоговую и цифровую части, называ-ют DVI-I (Integrated), т.е. совмещенный.Интерфейсы DVI-D и DVI-I, помимо описанных выше цифровых каналов,содержат еще два, предназначенных для обмена информацией между ос-нащенным видеопроцессором источником (например, PC с видеокартой)и дисплеем. Канал DDC (Display Data Channel) предназначен для переда-чи подробного «досье» дисплея процессору, который, ознакомившись сним, выдает оптимальный для данного дисплея сигнал с нужным разреше-нием и экранными пропорциями. Такое досье, называемое EDID (ExtendedDisplay Identification Data, или подробные идентификационные данные дис-плея), представляет собой блок данных со следующими разделами: бренд-нейм, идентификационный номер модели, серийный номер, дата выпуска,размер экрана, поддерживаемые разрешения и собственное разрешениеэкрана. В случае если монитор отка-зывается выдать информацию о себе(отсутствие DVI-совместимости), ка-нал T.M.D.S блокируется.При запуске DVI-совместимого ис-точника активизируется процессHPD (Hot Plug Detect, или опознаниеактивного соединения).У интерфейса DVI имеется лишь одно серьезное ограничение: длина кабе-ля не должна превышать пяти метров. При более длинных дистанциях неСуществуют дверазновидностиинтерфейса DVI:DVI-D и DVI-I.У интерфейса DVIимеется лишь односерьезное ограни-чение: длина кабеляне должна превы-шать пяти метров.
гарантируется стопроцентная достоверность передачи данных. Происходитэто из-за джиттера («дрожание» фазы, увеличивающееся по мере потерикрутизны фронтов импульсов из-за реактивных составляющих кабеля). На-дежное средство против джиттера – реклокинг, т.е. перенос данных на но-вую тактовую частоту (точнее, ту же самую, но сгенерированную заново свысокой стабильностью). При этом пораженные джиттером входные данныепомещаются в буфер, откуда их извлекают вновь «помолодевшими». Еслиреклокинг производится до того, как сигналприобрел фатальные изменения, потерь ин-формации не происходит. Поэтому самыелучшие цифровые устройства обязательновключают входной буфер и кварцованныйгенератор тактовой частоты. Можно пред-положить, что в недалеком будущем входнойреклокинг станет обязательной процедуройдля цифровых устройств.Если длина кабеля значительно превышает5 м, реклокинг на входе дисплея может ока-заться бессильным. В подобных случаях не-обходимо применять специальные повтори-тели, устанавливаемые в разрыв кабеля. Од-нако, нужно понимать, что ограничение надлину кабеля не является жестким, и в слу-чаях недоиспользования возможностей DVIпо плотности потока данных (например, припередаче сигналов более скромного, нежели1600 х 1200, разрешения) сигнал можно пе-редавать на бОльшие расстояния, именно поэтому производятся стандар-тные кабели DVI длиной до 20м., но при этом и роль реклокинга сигнала напринимающей стороне приобретает особое значение.Спецификация DVI обеспечивает:• Передачу информации от источника к потребителю без потерь.• Независимость от типа дисплея.• Поддержку спецификаций Plug and play, EDID и DDC2B.• Поддержку цифровой и аналоговой передачи данных на одном соединении.По оптимистичным прогнозам Intel, стандарт DVI будет актуален как мини-мум следующие десять лет. Сейчас степень его распространения напрямуюсвязана с долей плоскопанельных мониторов (главным образом, ЖК-мони-торов с активной матрицей) на рынке. Кроме того, следует ожидать и рас-пространения цифровых ЭЛТ-мониторов, которые, если получат широкуюпопулярность, сильно подтолкнут переход к новому интерфейсу.Вытеснение старого интерфейса набирает обороты. В не столь уж отдален-ном будущем дело, скорее всего, дойдет дойти и до отмирания аналоговойчасти DVI.Спецификация DVIобеспечивает: Передачу инфор-мации от источни-ка к потребителюбез потерь. Независимость оттипа дисплея. Поддержку специ-фикаций Plug andplay, EDID и DDC2B. Поддержку циф-ровой и анало-говой передачиданных на одномсоединении.
Интерфейс HDMIРазвитием интерфейса DVI является мультимедийный интерфейс высокойчеткости HDMI (High Definition Multimedia Interface) Видеочасть HDMI совмес-тима по контактам с DVI, но вид у него совершенно другой. HDMI – это болеесовершенный интерфейс, чем DVI, в первую очередь, благодаря возможнос-ти передачи многоканального звука, а также поддержке HDCP (рис. 2).Пропускная способность HDMI дости-гает 5 Гбит/с. Этого достаточно длявидеосигнала 1080p и двух каналовнесжатого цифрового звука в PCM48 кГц либо 5.1 каналов в Dolby Digitalили DTS, в то время как интерфейсDVI поддерживал только двухканаль-ный (стерео) звук. Разъем HDMI бо-лее компактный, а сигнал можно пе-редавать на расстояние до 15 м.Разработанная фирмой Intel защита HDCP(High-bandwidth Digital Content Protection) –это защита цифровых данных высокого раз-решения обеспечивает возможность в зави-симости от конкретного случая установитьразные уровни защиты, благодаря чему онане ограничивает свободу обращения с видеоданными в пределах одобренных действую-щим законодательством рамок. Так, напри-мер, HDCP не обеспечивает защиту от ко-пирования и искусственно не ухудшает ка-чества копий. Под жесткий запрет подпада-ют следующие действия: копирование про-грамм со снятой защитой, получение незащищенного цифрового потока илианалогового видео сигнала высокого разрешения. Разрешены повторителии разветвители сигнала, но при этом они должны «обменяться паролями»друг с другом и получить взаимное одобрение, что возможно только в томслучае, если все устройства обладают HDCP-совместимостью.Необходимо особо отметить, что HDCP ра-ботает не только на правообладателей ки-номатериалов, но и защищает права пот-ребителя, ограждая его от потока низко-сортной видеопродукции (например, полу-ченной через Интернет), качество которойнесовместимо с современными формата-ми телевидения высокого разрешения.Работает HDCP по сложной схеме, пре-дусматривающей прежде всего наличиесвоих «секретных» кодовых комбинаций вHDMI – это болеесовершенный ин-терфейс, чем DVI,в первую очередь,благодаря возмож-ности передачимногоканальногозвука, а также под-держке HDCP.Под жесткий запретподпадают следую-щие действия: копи-рование программ соснятой защитой, по-лучение незащищен-ного цифрового пото-ка или аналоговоговидео сигнала высо-кого разрешения.Рис. 2 Внешний вид кабельныхвилок DVI (справа) и HDMI каждом передатчике и приемнике DVI. В единой системе допускается наличие до 127 пар передатчиков и приемников и до 7 уровней разветвления(или ретрансляции). Для того чтобы канал DVI активизировался, должен ус-пешно пройти процесс взаимной аутентификации каждой пары передатчи-ков и приемников. Первый этап процесса аутентификации – обмен кодо-выми комбинациями, которые «зашиты» в микросхемы оборудования и не-доступны пользователю. Кодовые комбинации должны обладать правдопо-добностью, для проверки которой производится вычисление математичес-кой суммы R0. В передатчике вырабатывается псевдослучайная последо-вательность AN, которая вместе с т. н. «вектором выбора кода» (KSV) отсы-лается на приемник. Аналогично с приемника поступает подобное сообще-ние на передатчик. В случае положительного результата проверки KSV (вих структуре, помимо всего прочего, обязательно должны присутствовать20 нулей и 20 единиц) на обеих сторонах за-пускаются генераторы кодов, вырабатываю-щие 24-разрядные шифровальные коды, со-ответствующие определенным значениям«секретного» параметра Ks. Синтезирован-ные в передатчике и приемнике значения R0и Ks сравниваются.Значения KSV являются индивидуальнымидля каждого отдельного устройства. Сущес-твует также «черный список» взломанныхкодов, который хранится в памяти устройс-тва и пополняется при проигрывании новыхDVD-релизов (один из способов). При совпа-дении индивидуальных данных конкретногоаппарата с данными из этого списка процессинициализации интерфейса DVI немедленноблокируется. Таким образом, единожды за-меченный в попытке обойти запреты DVD-плейер станет персоной нон-грата в любой системе, при условии, что кто-тоданную попытку заметит и сообщит куда следует.HDMI уже успешно внедряется в области домашних кинотеатров. Скореевсего, большой поддержки нового стандарта стоит ожидать от компаний,продающих музыку и видео. Им несомненно захочется поскорее заменитьDVI на более защищенный стандарт, поскольку возможность передачи не-компрессированного цифрового сигнала весьма привлекательна для пира-тов, ведь они смогут легко получать абсолютно точные копии с различныхносителей.Вряд ли борьба с пиратами с помощью таких мер будет эффективной, покрайней мере, до сих пор они успешно противостояли любым попыткам за-щиты аудио/видео контента. Для обычных зрителей, то есть для нас с вами,главное, чтобы система HDCP и ей подобные не осложняли нам жизнь и немешали получать удовольствие от пользования современной и весьма не-дешевой техникой.
Компания "Мератек"
Телефон: +7 495 755-13-94
Отдел продаж: sales@meratec.ru
Отдел маркетинга: marketing@meratec.ru
2010 - 2024 © Мератек - официальный поставщик профессионального аудио видео оборудования в