S

Таблица 2.3

Режимы передачи вспомогательных данных в потоке sdi

Режим работы	Вид дополнительной информации
А	Синхронные звукоданные 48 кГц, 20 бит, с буфером на 8 отсчетов
В	Синхронные данные 48 кГц, только для композитного видео, с буфером на 64 отсчета для приема 20 из 24 бит звукоданных
С	Синхронные пакеты 48 кГц, 24 бит звукоданных и расширенных данных
D	Асинхронные данные (по умолчанию 48 кГц)
Е	Звукоданные 44,1 кГц
F	Звукоданные 32 кГц
G	Звукоданные с переменной скоростью 32-48 кГц
H	Последовательность звуковых кадров
I	Отслеживание временнόй задержки
J	Z бит состояния канала не совпадают попарно

DTI.Появление стандарта сжатияMPEG-2 и форматов видеозаписи со сжатием сигнала – поставило задачу создания протокола передачи компрессированных видео- и аудиопотоков. ИнтерфейсSDIразрабатывался для несжатых видеоданных и его использование требует декомпрессировать сигнал на выходе одного устройства и снова сжимать на входе другого, что приводит к деградации изображения и удорожанию оборудования. РекомендацияSMPTE305М описывает новый интерфейс для передачи компрессированных данных –SDTI(SerialDataTransportInterface).SDTIиSDIмогут сосуществовать в пределах одного производственного телевизионного комплекса с использованием одной и той же кабельной системы, распределительных усилителей и коммутаторов [19].

SDTIизначально был рассчитан на достаточно недорогое и простое внедрение. Пользователям дается возможность устанавливать однонаправленные соединения типа «point-to-point» для передачи скомпрессированных сигналов от передающего к приемному устройству: необходимая полоса гарантируется за счет того, что линия связи выделяется лишь на время передачи. Универсальная студийная конфигурация, в которой удается поддержать все требуемые соединения, может быть построена на базе одного коммутатора-маршрутизатораSDI.

Структура SDTI потока совпадает с SDI (см. рис. 2.11). В SDTI сигнале пакетированные видеоданные транспортируются в пределах области активного видеокадра, таким образом, скорость передачи полезной наг­руз­ки с видеоинформацией для ли­­ний, рассчитанных на 270 Мбит/с, составляет 200 Мбит/с или соответственно 270 Мбит/с по линиям, рассчитанным на 360 Мбит/с [11]. Важным фактором является то, что стандарт не определяет структуру данных внутри блока данных, поскольку она отличается для различных типов сжатия видеоинформации – например, цифровых фор­матов видеозаписи. Таким образом, SDTI позволяет передавать сжатые видеосигналы и звуковые данные быстрее реального времени: в настоящее время несколькими производителями видеооборудования реализована четырехкратная скорость передачи данных, что позволяет осуществлять высокоскоростной обмен данными между различными устройствами.

Система соединений при использовании интерфейса SDI(SDTI) получается значительно проще, гибче и дешевле, чем в случае аналоговой компонентной системы, где требуется до трех кабелей для одного видеоканала, еще до четырех кабелей для звука и, возможно, необходим кабель для сигнала временнóго кода. В любой точке системы можно ввести или вывести каналы звука, для чего используется мультиплексор и демультиплексор. Достоинствами интерфейса является большая дальность передачи, поддержка стыка значительным числом цифрового телевизионного оборудования (видеомониторы, телекамеры, видеосерверы, видеомикшеры), относительно небольшие затраты на организацию системы, возможность передачи по одной линии связи некомпрессированных (SDI) и компрессированных (SDTI) видеосигналов с дополнительной информацией.

IEEE-1394.ПротоколIEEE-1394, известный также под названиямиDV,i.Link(Sony) иFireWire(AppleComputer), представляет собой новый стандарт последовательной передачи данных. Во время разработки стандартаFireWireфирмойAppleComputerв 1986 году предполагалось его использование только в рамках систем на базе компьютеровMacintosh. В декабре 1995 года Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) сертифицировал шину 1394 и рекомендовал ее кширокому использованию. Шина в первой спецификации получила название IEEE-1394-1995. Действующие спецификации задают скорости передачи данных100 Мбит/с, 200 Мбит/с, 400 Мбит/с (достаточна для передачи цифрового потока в соответствии с рекомендацией МСЭ-Р ВТ.601-5), но уже ведутся разработкискоростей до 3,6 Гбит/с для передачи сигналов телевидения высокой четкости [18]. Стандарт оказался востребованным после появления бытовых видеокамер цифрового формата DV и предназначался для передачи цифровых видеоданных от видеокамеры в компьютер. Затем этот интерфейс стал обязательным для любой цифровой видеокамеры.

В течение времени до 0,75 мс после отправки каждого пакета данных ожидается подтверждение об их получении в виде байтовой посылки. Далее следует интервал не менее 1 мс, разделяющий пакеты и т.д.

Каждому устройству сети IEEE1394 предоставляется возможность передавать данные один раз в течение каждого промежутка времени, распределяемого по всем узлам. Если этого времени недостаточно, передача завершается на следующих циклах. Так сделано для того, чтобы передача большого объема информации одного из источников не могла блокировать работу остальных.

Изохронная передача данных применяется, например, в мультимедийных приложениях, когда приоритетом является минимум задержки на получение информации по сравнению с возможной потерей или ошибками в какой-то ее части. В изохронном режиме данные передаются пакетами длительностью по 125 мс, то есть чем выше скорость, тем больше данных может быть передано за это время. Пакеты следуют друг за другом, не ожидая байт подтверждения, получения. Для идентификации пакетов при изохронной и асинхронной передачи промежуток между ними в первом случае короче, чем во втором. Это позволяет комбинировать и различать изохронные и асинхронные записи в каждом сеансе. На изохронные данные выделено до 85% канала передачи, из которых устройство может занимать не более 65%.

Интерфейсом IEEE 1394 допускается одновременная передача информации на различных скоростях от разных устройств, причем возможность их «обнуления» на какой-либо из скоростей определяется автоматически.

Для работы рассматриваемого интерфейса на высоких скоростях потребовались кабели с временем распространения сигнала, не превышающим допустимых пределов. Для интерфейса IEEE1394 это 144 нс, после чего принимается решение о недопустимости адресуемого устройства.

Конструкция кабеля для IEEE1394 поясняется рис. 2.12.

Стандартный кабель для IEEE-1394 диаметром 6 мм состоит из двух витых пар передачи сигналов (шины данных), двух проводов питания, рассчитанных на ток до полутора ампер и напряжение от 8 В до 40 В. Все провода кабеля имеют диаметр 0,87 мм. Витые пары и провода питания с изолирующим заполнением заключены в экранирующую фольгу и общую защитную оболочку из поливинилхлорида. Кабели разрешают передачу информации в обоих нап­равлениях, то есть каждый вход одновременно является и выходом.

В

Рис. 2.12.Конструкция кабеляIEEE-1394 в разрезе

упрощенном вариантеi.Link, разработанном фирмойSony, сохране­на совместимость с «классическим»IEEE-1394 по протоколам пере­дачи сигналов, но отсутствуют про­вода питания – в кабеле заключаются только две информационные пары.

Стандарт реализует принцип Plug&Playв полном объеме. При коммутации нового устройства,IEEE-1394 автоматически опознает его. Топология шины позволяет организовать как древовидную, так и цепочечную архитектуру, а также комбинацию из того и другого. Стандарт предусматривает разделение шины на два блока – кабельная часть и контроллеры.

На практике протокол IEEE1394 оказался довольно универсальным и нашел применение в профессиональной технике как недорогая альтернативаSDTIили дажеSDI. Стандарт устанавливает топологию, протокол и тип передаваемых данных. При этом обеспечиваются поддержка «горячего» (Fire) подключения и отключения, иными словами автоматического распознавания присоединения и отключения аппаратуры и возможность делать это при работающем компьютере, то есть даже тогда, когда шина работает в полном режиме. Следует также отметить простоту конфигурирования и широту возможностей данного интерфейса, шина которого позволяет подключить до 63 устройств без применения концентраторов. На одном устройстве может быть до 27 разъемов для подключения к компьютеру и к другой аппаратуре.

Каждое из устройств интерфейса IEEE1394 получает идентификационный номер и данные о том, на каких скоростях могут работать его непосредственные соседи. Используется 64-разрядная прямая адресация (48 бит на узел и 16 бит для идентификации шины), позволяющая реализовать иерархическую адресацию для 63 узлов.

Высокая скорость передачи данных обеспечивается путем согласованной поддержки сразу двух типов передачи – асинхронного и изохронного. Асинхронная передача широко используется в компьютерной технике для стандартного обмена информацией между двумя устройствами и подразумевает посылку пакета только в случае подтверждения принятия предыдущей порции данных. Если он не получен или принят с повреждениями, передача повторяется и ошибка исправляется. Данный режим предназначен, в основном, для передачи команд управления и при нормальном режиме работы занимает не более 20% трафика. В изохронном режиме ожидания подтверждения не происходит из-за того, что отдельное устройство имеет возможность получить определенную гарантированную часть пропускной способности шины [17]. Все время делится на циклы фиксированной длительности, в течение которых передаются изохронные пакеты: в форматеDV– сжатые кадры видео и звука. Каждый цикл передачи инициируется посылкой специального пакета – «начала цикла». В случае необходимости асинхронной передачи команды управления этот пакет может быть задержан до получения подтверждения, но в любом случае за один цикл гарантировано посылается один изохронный пакет.

По сигналу разрешения начинается работа на уровне компоновки, где формируются пакеты данных по 512 байт с интервалами между ними и определяется их адресация [20]. 160 бит в каждом пакете занимает заголовок, куда входит информация об отправителе и получателе пакетов, а также о циклическом CRC исправлении ошибок. Передача данных начинается до получения ответа о готовности запрашиваемого устройства к приему информации.

Данный протокол включается в стандартное оснащение бытовой и профессиональной техники формата DVи очень удобен для быстрого обмена данными между видеоаппаратами, но не позволяет связывать отдаленные устройства из-за ограничения длины кабеля (стандартная величина – 4,5 метра). Широкому распространению интерфейса способствует его поддержка со стороны производителей компьютерного оборудования – платы видеоредактирования на базеIEEE-1394 выпускаются различными производителями, и цена на них снижается. С разработкой новых версий стыка, обеспечивающих более высокие скорости передачи данных, возможно еще более широкое его внутристудийное применение, выходящее за рамки простой передачи видео и звуковых данных от одного аппарата к другому. Например, возможно соединение всего оборудования внутри аппаратной только с помощью интерфейсаIEEE-1394 для выполнения ручных и автоматизированных операций. Такая структура будет намного более гибка, чем существующая сейчас, когда для передачи сигналов видео, звука, управления используются отдельные соединители. Этим можно решить задачу системного управления всеми устройствами одним системным контроллером, который будет следить за состоянием каждого аппарата и реагировать на команды пользователя.

Хотя шина FireWireоказалась очень удобной, работа по ее совершенствованию продолжается. Так, в 2000 году был утвержден стандартIEEE1394а с дополнениями, целесообразность которых выяснилась в процессе эксплуатации. В частности введено время ожидания 1/3 секунды на сброс шины, пока не закончится переходной процесс установки надежного подсоединения или отсоединения устройства. Без этого иногда возникал не один, а целая серия сбросов шины, вызванных подключением нового устройства. Практика показала, что устройстваIEEEмогут быть несовместимыми, если такты в серии передаются с разной скоростью. В интерфейсеIEEE1394а эта проблема решена добавлением сигнала скорости в каждый пакет, если скорость его передачи отличается от предыдущей.

Предусмотрены также возможности программного отключения порта FireWire, включения аппаратуры и перевода ее в дежурный режим. Большое внимание разработчики уделили повышению эффективности шины за счет уменьшения общей длительности технологических промежутков, разделяющих платы записи. С этой целью в интерфейсеIEEE 1394а:

• повторные байты подтверждения получения не ожидаются, после первого обнаружения такого байта передача продолжается без прерываний;

• введена возможность неоднократного запроса не передачу одного устройства в одном цикле, если другим устройствам шина не нужна;

• уменьшено время на сброс шины.

В 2002 г. была принята первая версия нового стандарта IEEE1394в, которая относится к последовательной шине с увеличенной до 800 Мбит/с и 1,6 Гбит/с пропускной способностью. В перспективе пропускная способность может возрасти и до 3,6 Гбит/с. В новом стандарте используются измерения времени отклика. Введение такого измерения позволило узнавать время поступления ответа и увеличить длину кабелей. Для интерфейсаIEEE1394в она может достигать 100 м, правда для этого должен применяться стеклянный оптоволоконный кабель. При использовании пластикового оптоволокна максимальная длина кабеля уменьшится до 50 м, а пропускная способность – до 200 Мбит/с.

Шина FireWireв большей степени подходит для работы с мультимедиа. Цифровые видеокамеры и телевизоры,DVD– плееры и игровые приставки – все это при наличии портовFireWireлегко соединить между собой, причем необязательно с использованием компьютера.

FC (Fibre Channel). FC-интерфейс, обеспечивающий передачу данных через волоконно-оптический кабель, предназначен для местных локальных сетей с пропускной способностью канала до 800 Мбит/с и для использования в студийных условиях. Для небольших дальностей применяют прямую модуляцию интенсивности лазерного излучателя цифровым сигналом SDI. При передаче сигналов по оптическим линиям на большие расстояния необходимо применять дополнительное канальное кодирование для снижения энергии низкочастотных составляющих спектра сигнала [11].

Рекомендация SMPTE297М (Цифровая последовательная волоконно-оптическая система для сигналовANSI/SMPTE259М) определяет параметры оптического стыка для передачи видеосигналов. Пользователь может выбирать междуодномодовым(SM) имногомодовым(ММ) типом оптического волокна.

В настоящее время внутристудийная аппаратура не оснащается FC-интерфейсами, поскольку для локальных соединений на небольшие рассто­яния (в пределах одной аппаратной реально не превышающих нескольких метров) использовать волоконно-оптическую систему нецелесообразно.

Для совместной работы в едином технологическом процессе видео и звукового оборудования различных форматов, современные цифровые аппараты оснащаются максимально возможным числом интерфейсов.