Digitális videótechnika korszaka

Az analóg hang- és videotechnika ideje lejárt – A nagyfelbontású TV készülékekhez új interfészek kellenek!

A digitális technika diadalakor szembe kell nézni azzal a ténnyel, hogy a kamerás átviteli láncoknál, a stúdió-, az adattárolási- és az adatátviteli technikáktól kezdve egészen a nagy-felbontású “házimozi” rendszerig nem áll rendelkezésre többé analóg jel .

Egyszerű házimozi alapja

Ha a “normál” DVD-t egy hagyományos képernyőn vagy egy digitális interfésszel működő lapos képernyős rendszeren játsszák le, megdöbbentően nagy a minőségi különbség. Nem kell feltétlenül megvárni azt, hogy a nagy felbontású termékek elárasszák a DVD piacot. Ütött a scart utolsó órája. Új rövidítéseket kell megjegyeznünk: DVI (Digital Visual Interface), HDMI ( High-definition Multimedia Interface) és HDCP (High-bandwidth Digital Content Protection). Cikkünkben ezekről adunk egy rövid és tömör áttekintést.

DVI, HDMI és HDCP az új interface generáció

 A jobboldalt megtalálható fotóra klikkelve házimozi és hifi készülékekhez talál alkatrészeket és kiegészítőket, kábeleket!

DVI

A DVI DVI logo(Digital Visual Interface) egy új, teljesen digitális interfész rendszer, amelynek segítségével az elkészített, nem sűrített videó jelek a modern, teljesen digitális lapos képernyőn tökéletesen lejátszhatók. A 4. képen a DVI logója látható. Ahogy ma már nem létezik jobb minőségű grafikus PC kártya DVI csatlakozó nélkül, eloreláthatólag ugyanúgy lesz ez a DVB- vevőkkel, a PVR-ekkel, a DVD lejátszókkal és a lapos képernyőkkel is. Sokféle digitális interfész létezik. A leggyakoribb a DVI-I (integrált, 29 pin, 5.kép) és a DVI-D (digitális, 24 pin, 6. kép). Amíg a DVI-I a kompatibilitás miatt az analóg RGB jeleket és a a hozzájuk tartozó Sync-impulzusokat is “integrálja”, addig ez a DVI-D esetében csak a tisztán digitális képjelekre korlátozódik. A hangot nem a DVI interfész továbbítja. A DVI-t az amerikai Herstellern Silicon Image és az Intel fejlesztette ki és Videó-interfész, 29 pin. Videó-interfész, 24 pin. a DDWG (Digital Display Working Group) felügyelete alatt áll, ami nem más, mint a Silicon Image, az Intel, a Compaq, a HP, az IBM és a NEC által alapított egyesülés. A DVI a magas adatátviteli rátát a TMDS differenciál eljárásának (Transition Minimized Differential Signaling) alkalmazásával éri el, így egy vezetékpár 1,6Gbit/s feletti átviteli sebességre képes. A 6 vezetőpárral rendelkező interface teljes sávszélessége (dual link) elméletileg 10Gbit/s. Egy összekötőkábel hossza kb. 5 m lehet.

DVI Pin kiosztás

1 TMDS adat 2- 9 TMDS adat 1- 17 TMDS adat 0- C1 Analog Red video
2 TMDS adat 2+ 10 TMDS adat 1+ 18 TMDS adat 0+ C2 Analog Green video
3 TMDS adat 2/4 screen 11 TMDS adat 1/3 screen 19 TMDS adat 0/5 screen C3 Analog Blue video
4 TMDS adat 4- 12 TMDS adat 3- 20 TMDS adat 5- C4 Analog H – Sync.
5 TMDS adat 4+ 13 TMDS adat 3+ 21 TMDS adat 5+ C5 RGB
6 DDC Takt 14 +5 V 22 TMDS Takt screen
7 DDCadat 15 +5 V u. analog H/V – Sync. 23 TMDS Takt +
8 Analog V – Sync. 16 Hot Plug detektálás 24 TMDS Takt –

DVI teljes elnevezése: Digital Video Interface. Ez egy digitális videó interfészt jelent, eredetileg számítógépes kifejezés.

Ennek az interfésznek különböző formái léteznek:

  • DVI-I = digitális Dual Link plusz analóg képjel (RGB)
  • DVI-I SL = digitális Single Link plusz analóg képjel (RGB)
  • DVI-D = tiszta digitális Dual Link képjel
  • DVI-D SL = tiszta digitális Single Link képjel

A Dual Link változatnál két adatcsatorna áll rendelkezésre és így a lehetséges adatráta természetesen megduplázódik (max. 9 GB/s). Hazai környezetben elsősorban a DVI-D változat fordul elő. Előreláthatólag a a DVI-t középtávon fel fogja váltani a HDMI. A HDMI az AV berendezések új kép és hang interfésze. A HDMI teljes elnevezése: High Definition Multimedia Interface. A digitálisan tárolt kép- és hangadatok eddig egy D/A konverteren keresztül analóg jelként vándoroltak, így jutottak el a TV-be. Eddig ezen semmi kifogásolni való nem volt, mert a képcsöves készülékekben a képkidolgozás is túlnyomó részt analóg megoldású volt. Az új digitális display technikák idejében (LCD, plazma vagy DLP) ez már másképp van. A digitális információt fölöslegesen először analóggá konvertálják, majd ezt a jelet újból digitalizálják a kijelzőben. A digitális jelek azonban forrástól a célberendezésig analóg átalakítás nélkül, változatlanul is eljuthatnak. Pontosan így történik ez a HDMI esetében is, ugyanis a HDMI az EDV körből eredő DVI interfész egyik továbbfejlesztett változata. Mivel a HDMI interfész kép- és hangtartalma abszolút tökéletes minőségű nagy felbontásban áll rendelkezésre, a szoftver ipar feladata annak megoldása, hogy az adatok másolásvédetten jelenjenek meg. Itt jön a képbe a HDCP másolásvédelem. A HDMI max. 720p ill. 1080p képmegjelenítésre képes 24 Bites színmélységgel valamint maximum nyolc hangcsatornát is támogat.

Az extra nagy továbbítandó adatmennyiség miatt gondot jelent a kábel hossza. A szabvány eredetileg max. 5 m hosszúságú kábelt ír elő (DVI). Az optimalizált konstrukcióknak, anyagfelhasználásnak és gyártásnak köszönhetően ez a maximális kábelhossz növelhető. Például a Matrix S1 a teljes HDTV 1080i megoldáshoz egy 15 méter hosszú kábelt használ fel. Ez tipikus esete annak, amikor elválik a konkoly a búzától!

 A jobboldalt megtalálható fotóra klikkelve házimozi és hifi készülékekhez talál alkatrészeket és kiegészítőket, kábeleket!

HDMI

HDMI logoA DVI hátránya az, hogy a digitális audio jelhez egy külön összeköttetést kell kiépíteni, külön kábel kell hozzá. A HDMI (High-Definition Multimedia Interface) használatakor erre nincs szükség.A HDMI a digitális hang processzorhoz a digitális jeleket is továbbítja, 8 csatornán keresztül.Ez természetesen megkönnyíti a kábelezést. Egyébként, a HDMI a DVI-vel lefelé száz százalékban kompatibilis. A két interfész között a ma már nagy számban gyártott konverziós adapterek ezt a feladatot ellátják. A HDMI két másik jellemzője a CEC (Consumers Electronics Control) és a DDC (Display Data Channel) támogatottság. A CEC az “AV link” – protokollon alapul és lehetővé teszi hogy több HDMI forrást – például DVD, Blu-ray, multimédia lejátszót, DVB vevőt stb. egy közös távirányítóval lehessen irányítani. A DDC-vel PC kommunikáció segítségével lekérdezhető a digitális berendezések tulajdonságai. Így tudná pl.: egy DVD-lejátszó a kimenő jeleit automatikusan a kijelző felbontásához igazítani. Két típusú HDMI interfész szerepel: A típusú HDMI, 19 pin, max. 5Gbit/s átviteli sebesség, 15 m kábelhossz illetve B típusú HDMI, 29 pin a magasabb videó adatrátához. A B típust már szabványosították, de a gyakorlatban (még) nem lehet vele találkozni. A pixel-frekvencia az A típus esetén 25-165 MHz (B típuHDMI dugó bekötéses esetén maximum 330 MHz) max. 24Bit/Pixel-lel. A letapogatási minták RGB 4:4:4 és YUV 4:2:2 vagy 4:4:4. A HDMI által támogatott tömörített audioformátumok: Dolby Digital, Dolby Digital EX, DTS és DTS EX valamint 1 – 8 nem tömörített több csatornás 32, 44, 1, 48, 88, 2, 176,4 vagy 192kHz-es adatfolyamok. Összefoglalásként leszögezhetjük:a HDMI egyesíti a nagy felbontású videó átvitelt max. 1080p (1920 x 1080 pixel, progresszív) és a többcsatornás audiót, ahol a vezérlést és a digitális másolásvédelmet egy közös interfész végzi.

HDMI pin kiosztás

1 TMDS adatok 2+ 6 TMDS adatok 1- 11 TMDS ütem árnyékolás 16 DDC adatok (SDA)
2 árnyékolás 7 TMDS adatok 0+ 12 TMDS ütem – 17 DDC / CEC tömeg
3 TMDS adatok 2- 8 TMDS adatok 0 árnyékolás 13 CEC 18 +5 V
4 TMDS adatok 1+ 9 TMDS adatok 0- 14 nem használt 19 Hot Plug Detectálás
5 TMDS adatok 1 árnyékolás 10 TMDS adatok + 15 DDC ütem (SCL)

 

Magasan integrált HDMI chipkészlet folyamatábrája

Magasan integrált HDMI chipkészlet folyamatábrája

 A jobboldalt megtalálható fotóra klikkelve házimozi és hifi készülékekhez talál alkatrészeket és kiegészítőket, kábeleket!

HDCP

Ha a filmipar akarata szerint alakulnak a dolgok, akkor DVI vagy HDMI berendezéseken a DVI-D kimenet - HDCPmásolásvédett filmeket csak HDCP védelmen keresztül lehet majd megnézni. Mind a forrás , mind célberendezést az új másolásvédelmi szabvány szerint, a HDCP (High-bandwidth Digital Content Protection, azaz nagy sávszélességű digitális tartalom védelem) kell kialakítani. A HDCP-t az Intel Corporation fejlesztette ki, a DVI összeköttetésen keresztül továbbított tartalmak szerzői jogi védelmére. A HDCP rendszer arra kötelezi a gyártókat, hogy vegyék figyelembe a tartalomszolgáltatók, a jogtulajdonosok kívánságait. A gyártóknak egyedi engedélyező kulcsokat tartalmazó kódoló modulokkal kell ellátniuk a berendezéseiket ahhoz, hogy a kijelzőiken képeket tudjanak fogadni és megjelentetni. A gyártó csak akkor kapja meg a licencet, ha vállalja, hogy a megjelenítés előtt kiértékeli azokat a jeleket, amelyek a tartalom tárolását, újraküldését szabályozzák illetve korlátozzák. A HDCP konform digitális interfészeket a csatlakozási problémák elkerülése érdekében a megfelelő protokollokkal és jelzésekkel, feliratozással kell ellátni. Az ismertetőjelre a jobb oldali képen egy példát lehet látni, a DVI-D kimenetnél másolásvédelemmel ellátva ismertetőjel látható.

A HDPC esetében a szerzői jogvédelem három részből tevődik össze. A HDCP specifikáció Rev. 1.1 fejezetében az alábbi olvasható: A rendszeren belül minden egyes alkotórésznek pontosan meghatározott szerepe van. Elsõ helyen a hitelesítési protokoll szerepel, amelyben a HDCP küldõje elismeri, hogy a HDCP fogadója rendelkezik a HDPC tartalom fogadására feljogosító tanúsítvánnyal. Miután a fogadó fél (receiver) igazolta magát, a dekódoló kulcs után megkapja a kódolt tartalmat. A dekódolás is a receiverben történik. Az egyedi kulcscserés védelemnek köszönhetően harmadik fél nem juthat hozzá a tartalomhoz. Ha mégis megpróbálják “levadászni” a legitim gépet és annak HDCP tartalmát jogosulatlanul használni akarnák, akkor a HDCP küldő megismétli a hitelesítési folyamatot és megakadályozza, hogy a “kémkedő” gép hozzájusson a tartalomhoz. Ha a jelet a digitális kimenettel párhuzamos analóg kimeneten keresztül (pl.: YUV vagy FBAS) továbbítja a berendezés, akkor lehetővé kell tenni, hogy ezt a folyamatot a tartalom szolgáltatója befolyásolhassa (kikapcsolás, felbontás csökkentése …), azaz az analóg vonalon semmit, vagy csak rosszabb felbontású képet kapjunk.

A HDPC-vel nem lehet digitális másolatokat készíteni, mert a fogadó berendezésben nincs dekóder. Dekódert kizárólag a kijelzőkbe építenek be. Az FCC (Federal Communications Commission, azaz a Szövetségi Kommunikációs Bizottság) átal kezdeményezett, a legális tartalommásolásról szóló szabályzat (fairuse rights, azaz a korrekt használat szabályai) Amerikában heves vitát váltott ki. Még nem tudni, hogyan fogja Németország átvenni a HDCP-t. Csak egy biztos: a HDCP megnehezíti a videó alapú programanyag kezelését, drágítja a végberendezéseket és az általános bevezetése után nem sokkal “recsegni-ropogni” fog.

HD ready logoAz EICTA (European Information , Communications & Consumer Electronics Technology Industry Association) Európára vonatkozólag megalkotta azokat az ismérveket, amelyek azt szabályozzák, hogy Európában mely HDTV berendezések viselhetik a “HD ready” logót és ezzel egyfajta biztonságot garantálnak vevőiknek a jövőre nézve. Ez a rendelkezés már nagyon időszerű volt, mert a piacon levõ berendezések közül többen megtévesztõen használják a “HDTV” feliratot, ugyanakkor sok esetben nemhogy a szükséges felbontással, de még a HDTV jelhez szükséges digitális bemenettel sem rendelkeznek.

A „HD-ready“-logó arról biztosítja a vevőt, hogy a kijelző:

  • legalább 720 soros tényleges felbontású, ami támogatja a HDTV formátumokat: 720p (1280 x 720 progresszív) és az 1080i (1920 x 1080 interlaced) felbontásokat 50 vagy 60 Hz-en.
  • legalább egy digitális DVI- vagy HDMI-bemenettel rendelkezik
  • egy, az analóg HDTV-hez alkalmas YUV bemenettel rendelkezik, és
  • támogatja HDCP védelmet.

TMDS-jel normaÜgyeljen a jelalakra:

A jelminőséget mindenek előtt az impulzusok alakja befolyásolja. Az impulzusok jelalakja akkor jó, ha a kimenő jelek , vágásonként, egymással szinkronban íródnak. Az ideális jelnél a felfutási- és a lefutási idő nulla, a fázis és az amplitúdó konstans és nem hirtelen szerűen változó. A jel alakja ekkor egy élesen körülhatárolt négyzet, maximális területtel. A gyakorlatban a jelalak területe a különböző zavaró hatások miatt kisebb, vagy nagyobb mint az ideális. A jelelek torzulása azonban egy megadott határt nem léphet túl. A fent bal oldalon megtalálható fotón a TMDS-jel csak a világos szürke mezőben lehet.

TMDS adó kimenő jel

 

 

A jobb oldalon lévő fényképen megnézhető, hogy a jelalak annyira nyitott, hogy a tolerancia ábra nem sérül.

 

Ez egy TMDS adó kimenő jelét mutatja, amikor a jelalak megfelelő .

 

HDMI jel amplitúdó- és fázis hibákkal

A bal oldalt lévő fotón pedig látszik a rossz HDMI jel amplitúdó- és fázis hibákkal, hosszú aszimmetrikus fel és lefutási időkkel. A fehér része azt mutatja, hogy a jel hol hagyta el a tolerancia ábrát.

Nem szabad elfelejteni, hogy egy kevésbé értékes HDMI csatlakozókábel (magas elnyelés, keresztmoduláció, túl hosszú, rossz impedancia illeszkedés) hibás jel kialakulása okozhatja, akkor is, ha a forrás minden követelménynek megfelel. A kimenőjelet a csatlakozókábel végén is ellenőrizni kell.

Mi a TMDS?

A forrás és a fogadó berendezés között továbbítandó hatalmas adatmennyiség miatt a DVI-nek és a HDMI-nek biztonságos, gyors és veszteség nélküli átviteli folyamatot kell biztosítani. (lenti fotó).

Egyvonalas jelátvitel és különbség jelátvitel

Egyvonalas jelátvitel és különbség jelátvitel

Egyvonalas jelátvitel: Egy HDMI összeköttetés elvi kapcsolási rajza. A képadatok három TMDS csatornán továbbítódnak: a piroson, a zöldön és a kéken. Az órajelnek külön TMDS csatornája van.

Ehhez fejlesztette ki az amerikai Silicon Image a TMDS átviteli szabványt. TMDS a „Transition Minimized Differential Signaling“ rövidítése, amely magyarul annyit jelent, hogy differenciál átvitel minimális számú jelszint átmenettel. Mit kell ezalatt érteni?

Differenciál átvitel

A jelátvitelhez leggyakrabban egy vonalat használnak. Az adónak és a vevőnek szüksége van egy közös referenciapontra is, ez az esetek zömében a földpont. (lenti fotó).

A HDMI kapcsolat

A HDMI kapcsolat: A differenciál átvitellel a vonalzavarok megszűnnek.

Több jel átvitelekor külön referenciapontot is ki lehet alakítani. Ez költségesebb, de megbízhatóbb: kevésbé érzékeny a zavarokra. Ekkor a referenciapontnak nem kell földpontnak lennie, digitális esetben a bit értékét egyszerűen a jel két vezetéke között mérhető feszültség határozza meg. A TDMS ezt alkalmazza, erre utal a különbségi jelátvitel (differential signaling) kifejezés.

A logikai változás így már nem függ a szinkronjelet, hanem csak azok különbségétől, tipikusan 700 mV. Ez a megoldás közömbösíti a külső környezet.

Reméljük ez kis összefoglaló segített némi alapfogalmat elsajátíttatni.

 A jobboldalt megtalálható fotóra klikkelve házimozi és hifi készülékekhez talál alkatrészeket és kiegészítőket, kábeleket!