2.5. Цифровые интерфейсы передачи видео и звуковых данных Общие сведения о цифровых интерфейсах

Цифровым интерфейсом, или стыком, называется точка соединения двух цифровых устройств, в которой данные передаются от одного устройства к другому. Чтобы обеспечить быстрое и надежное соединение без подстройки параметров, оба устройства должны соответствовать единым требованиям в точке стыка. В интерфейсах, как ни в какой другой области, цифровой техники важна стандартизация.

Соединение может быть однонаправленным, или симплексным, когда данные передаются в одном направлении, и двунаправленным, или дуплексным, когда передача данных происходит в обоих направлениях. Возможна еще полудуплексная работа, когда данные передаются в обоих направлениях, но не одновременно, а с разделением во времени. Естественно, что сигналы реального времени, например, в системах телевизионного или звукового вещания, могут передаваться только в симплексном режиме.

Для описания любого цифрового интерфейса необходимо указать: а) протокол обмена данными; б) электрические сигналы – напряжения, токи, входные и выходные сопротивления; в) физическое соединение – вид соединителя, крепление, тип кабеля.

Поток цифровых данных, сформированный канальным передатчиком, не содержит каких-либо сведений об адресате, содержании и характеристиках кодирования сообщения. Принять его можно, только зная заранее указанные характеристики и настроив на них приемное устройство. Если часть потока данных по каким-либо причинам не принята, нужно предусмотреть возможность сообщить об этом отправителю и запросить повторение поврежденного сообщения. Эти проблемы разрешает протокол –стандартизованная процедура установления, поддержания и прекращения цифрового соединения, определяющая процедуру передачи управляющей информации и данных, механизм выбора указанной процедуры из списка возможных, структуру и способ кодирования блоков данных.

Рассмотрим более детально цифровые интерфейсы, наиболее часто используемые в цифровом телевизионном вещании.

Параллельный видеоинтерфейс

После принятия Рекомендации МСЭ-Р ВТ.601-5 в телевизионных центрах появилось первое цифровое оборудование, которое не только осуществляло вспомогательные операции (например, коррекцию временных искажений), но и производило операции с видеосигналом в цифровом виде. В начале это были системы мультиэффектов, на выходе которых видеосигнал из цифровой формы преобразовывался обратно в аналоговую. Однако вскоре с ростом количества цифровой техники и увеличением числа выполняемых ею функций возникла потребность в передаче видеосигнала от одного устройства к другому без цифро-аналоговых и аналого-цифровых преобразований, негативно влия­ющих на характеристики сигнала. Простейшим вариантом с учетом требований и технических возможностей того времени, сталпараллельный цифровой видеоинтерфейс.

Параллельный интерфейс для стандарта 4:2:2 обеспечивает одновременную передачу двоичной информации по отдельной для каждого разряда соединительной линии, то есть число линий равно 10 для 10-битового кодового слова. Однако по каждой линии нужно передавать данные о значении разрядов трех компонентных сигналов, для чего используется временнóе уплотнение (рис. 2.8).

С

Рис. 2.8. Формирование сигналов параллельного интерфейса

лова видеоданных передаются в следующем порядке: [C_B,Y_D,C_R], [Y_D], [C_B, Y_D,C_R], [Y_D], ... . Здесь [C_B,Y_D,C_R] описывают три компоненты элемента изображения,a[Y_D] относится к одному яркостному компоненту. Таким образом, число отсчетов яркостного сигнала в дваpaзaбольше числа отсчетов каждого цветоразностного сигнала (в соответствии со стандартом 4:2:2). Слова следуют с частотой 27 МГц, началу активной части цифровой строки предшествует опорный сигнал синхронизацииSAV(StartofActiveVideo) из 4 слов, а после завершения активной части строки следует опорный сигналEAV(EndofActiveVideo), длительностью четыре слова [16]. Синхросигналы представляют собой слова, соответствующие числам 0 и 1023, неиспользуемым при кодировании видеоданных, что исключает сбой синхронизации. В активной части, в соответствии с форматом 4:2:2, должно быть передано 1440 слов видеоданных (720 слов для яркостного сигнала и по 360 слов для каждого цветоразностного), а общее число тактов в строке равно 1728 для стандарта 625 строк/50 Гц и 1716 для стандарта 525 строк/60 Гц.

В параллельной форме может передаваться и цифровой композитный сигнал систем РАLиNTSC. В данном случае мультиплексирования не требуется, а кодовые слова следуют по линиям связи с частотойчетвертой гармоники поднесущей 4f_sc: для системы PAL – 17,7 МГц, для NTSC –14,3 МГц.

Параллельный интерфейс предписывает передачу двоичных разрядов кодовых слов с помощью симметричных двухпроводных линий. Данные передаются в формате БВН. Передаваемый в соответствии с ним сигнал имеет постоянную составляющую, так как не пересекает нулевую линию в течение тактового интервала, а в его спектре доминируют низкочастотные компоненты. Код БВН не обладает свойством самосинхронизации, поэтому в дополнение к 10 линиям необходима еще одна аналогичная линия для передачи тактовых импульсов, без которых цифровые сигналы не могут быть правильно декодированы на приемной стороне.

Максимальная длина линий не должна превышать 50 м, а на практике ограничивается 30 м. С помощью частотных корректоров дистанция передачи может быть увеличена, однако при большой длине соединительных линий возможны ошибки из-за временнóго расхождения сигналов разных линий.

Для сравнительно небольших расстояний между соединяемыми устройствами параллельный интерфейс долгое время был наиболее практичным вариантом передачи видеоданных. Однако параллельная форма неудобна, если цифровые сигналы требуется коммутировать. Неудобства также создают сложные и громоздкие соединители и кабели.