Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2005 №4

Высокоскоростная передача цифровых видеосигналов устройствами GigaSTaR

Петров Михаил  
Заболотский Сергей  

Внедрение цифровых технологий в области передачи и отображения видеоинформации потребовало разработки каналов связи, способных передавать высокоскоростные потоки видеоданных на сравнительно небольшие расстояния.

Возьмем, к примеру, салон современного меж континентального авиалайнера. Для трансля ции видеофильмов или другой мультимедий ной информации во время длительного перелета в спинки сидений впереди сидящих пассажиров уста навливаются малогабаритные жидкокристаллические экраны. Во время полета на эти экраны отображает ся информация с единого мультимедийного источ ника, связанного со всеми устройствами отображения информации. В такой системе можно, конечно, обой тись сравнительно низкоскоростным каналом связи и передавать видеоинформацию в сжатом виде. Но в ряде случаев оказывается значительно проще смонтировать стандартные жидкокристаллические мониторы и передавать на них обыкновенный неком прессированный цифровой видеосигнал. Такая кон струкция потребует, в свою очередь, использования высокоскоростных каналов связи, предназначенных для передачи мультимедийной информации в преде лах ограниченной протяженности салона.

Можно привести еще множество примеров подоб ных систем: устройства отображения современного домашнего кинотеатра, информационный терминал в выставочном зале или здании железнодорожного вокзала, видеокамера промышленного робота, уста новленного в производственном цехе. Во всех этих случаях требуется передача высокоскоростного ци фрового сигнала на расстояния порядка нескольких десятков метров.

Одним из способов решения подобных задач является использование разработанных фирмой Inova Semiconductors приемопередатчиков семейст ва GigaSTaR.

Приемопередатчики GigaSTaR

Семейство микросхем GigaSTaR (Gigabit/s Serial Transmitter and Receiver) предназначено для передачи высокоскоростных цифровых потоков на расстояния до 50 м. Семейство состоит из всего двух изделий передатчика INGT165B и приемника INGR165B.

Данные, поступающие через 36битный параллельный интерфейс, преобразуются передатчиком INGT165B в высокоскоростной последовательный по ток. Дифференциальные токовые выходы микросхемы могут быть нагружены непосредственно на кабель с экранированными витыми парами, по которому осу ществляется передача данных на расстояния до 50 м.

Приемник INGR165B, подключенный к другому концу кабеля, осуществляет обратное преобразова ние последовательного цифрового потока в 36-бит ный параллельный формат.

Все узлы, необходимые для формирования и вос становления цифрового потока, включая высокоча стотные цепи, полностью интегрированы в прием ник и передатчик GigaSTaR.

Данные с параллельного интерфейса со скоростью передачи до 148,5 Мбайт/с преобразуются в последо вательный поток с максимальной полезной скоро стью до 1,188 Гбит/с. Дополнительные 4 бита, пред назначенные для синхронизации канала связи, ба лансировки канала по постоянному току и контроля четности, увеличивают общую скорость передачи данных на выходе передатчика до 1,32 Гбит/с. Таким образом, эффективность использования канала свя зи составляет около 90%. Специальный алгоритм ко дирования данных на передающей стороне обеспе чивает полную балансировку канала связи по посто янному току. Благодаря этому становится возможной полная емкостная развязка кабеля на передающей и приемной сторонах.

Необходимый для работы канала связи тактовый сигнал частотой 1320 МГц формируется входящими в состав микросхем цепями ФАПЧ. В качестве опор ного источника в передатчике и приемнике исполь зуется внешний тактовый генератор с частотой 66 МГц.

Обе микросхемы оснащены 36-разрядным син хронным параллельным интерфейсом со стандарт ными логическими уровнями (3,3 В КМОП) и мак симальной рабочей частотой до 33 МГц. Это значи тельно облегчает интеграцию устройств в составе практически любого оборудования.

Вход и выход сигнала четности обеспечивают пе редачу контрольной информации синхронно с ос новными данными параллельного интерфейса. При использовании внешнего сигнала четности пе редатчик проверяет правильность поступивших данных до начала процесса преобразования. Если внешний сигнал четности не используется, передат чик формирует бит четности передаваемых данных самостоятельно. Как на передающей, так и на приемной стороне происходит генера ция выходного флага ошибки четности.

Передатчик и приемник семейства GigaSTaR оснащены высокоскоростным последователь ным интерфейсом, который может быть не посредственно подключен к соединительно му кабелю с дифференциальным волновым сопротивлением 100 Ом или к стандартным волоконно-оптическим модулям. При исполь зовании соединительного кабеля с экраниро ванными витыми парами 5-й или 7-й катего рии максимальная дальность передачи дан ных составляет обычно от 30 до 50 метров. Наибольшая дальность была достигнута при использовании высококачественного 2-пар ного медного соединительного кабеля и соста вила 100 метров. При передаче на расстояния от 15 до 50 метров возможно также использо вание гибкого плоского кабеля.

Согласование линии связи на приемной сто роне осуществляется при помощи внешней R-L цепи. Для развязки линии по постоянно му току используются высокочастотные кера мические конденсаторы емкостью 100 нФ.

Последовательные входы и выходы микро схем допускают непосредственное подключе ние к ним стандартных приемо-передающих оптических модулей, с помощью которых ста новится возможной передача данных на рас стояния до 500 м при использовании много модового оптического волокна.

Необходимо отметить одну особенность передачи данных при помощи микросхем се мейства GigaSTaR. Невозможно увеличить дальность передачи за счет снижения быстро действия. Работа последовательного канала связи всегда осуществляется на одной и той же рабочей частоте, независимо от скорости поступления данных на параллельный интер фейс. Это вызвано необходимостью постоян ного поддержания синхронизации в цепях вос становления тактового сигнала на приемной стороне. В случае понижения скорости пере дачи данных на параллельном интерфейсе в передаваемый последовательный поток ав томатически вставляются специализирован ные «холостые» блоки.

Все цепи кодирования данных, управления каналом связи, восстановления тактового сиг нала и передаваемых данных на приемной стороне осуществляются автоматически в приемопередатчиках семейства GigaSTaR и не требуют никаких дополнительных цепей. Для адаптации различных форматов передаваемых данных к 36-разрядному параллель ному интерфейсу микросхем GigaSTaR доста точно использовать небольшую программи руемую логическую микросхему (например, Lattice M4A3). На рис. 1 показан типовой пример построения цепей передачи мульти медийной информации при помощи приемо передатчиков семейства GigaSTaR. Быстродей ствия канала связи в 1,188 Гбит/с достаточно для непосредственной передачи отображае мых данных с разрешением XGA (1024F768), частотой кадров 60 Гц и 18-битной глубиной цвета. При этом порядка 300 Мбит/с пропу скной способности канала остается для пере дачи звукового сопровождения и других ци фровых данных.

Построение системы передачи мультимедийной информации на микросхемах GigaSTaR
Рис. 1. Построение системы передачи мультимедийной информации на микросхемах GigaSTaR

Функциональные блоки для сетей передачи мультимедийной информации

Поскольку приемопередатчики семейства GigaSTaR обеспечивают работу только в режи ме точка-точка, то для гибкого построения се тей передачи и распределения мультимедийной информации необходимо использование дополнительных функциональных блоков: повторителей и разветвителей линии связи (в ряде случаев с ответвлением параллельно го цифрового потока). Примеры построения подобных функциональных блоков приведе ны на рис. 2.

Функциональные блоки сетей передачи мультимедийной информации
Рис. 2. Функциональные блоки сетей передачи мультимедийной информации

Передача цифрового сигнала обычно сопро вождается его искажением в линии связи и вследствие этого появлением некоторого джиттера. В типовых системах передачи дан ных с синхронным режимом восстановления тактового сигнала обычно происходит посте пенное накопление джиттера. Поэтому обыч но после прохождения 2 или 3 повторителей степень накопления джиттера доходит до не допустимого уровня и приводит к невозмож ности восстановления первоначальной циф ровой информации (рис. 3).

Способ уменьшения джиттера тактового сигнала в системе последовательной передачи данных
Рис. 3. Способ уменьшения джиттера тактового сигнала в системе последовательной передачи данных

При построении канала связи с использо ванием микросхем семейства GigaSTaR в каж дом сегменте канала синхронизация данных осуществляется с использованием независи мого тактового генератора (рис. 3). При ве роятности возникновения ошибки в каждом сегменте сети порядка 10–13 это позволяет прак тически неограниченно увеличивать число по вторителей при построении сложных сетей пе редачи данных. На рис. 4 представлена осцил лограмма сигналов на входе и выходе линии связи с восьмью промежуточными повтори телями и суммарной протяженностью около 150 метров. На осциллограмме видно высокое качество восстановленного тактового сигнала и данных в конце линии связи.

Осциллограммы сигналов на входе и выходи линии связи с 8 промежуточными повторителями
Рис. 4. Осциллограммы сигналов на входе и выходи линии связи с 8 промежуточными повторителями

Примеры применения микросхем семейства GigaSTaR

Приведем примеры построения различных систем передачи мультимедийной информа ции с использованием приемопередатчиков семейства GigaSTaR.

На рис. 5 представлена структура системы передачи данных, использованная при постро ении большого уличного информационного экрана. Такой экран обычно состоит из несколь ких сотен отдельных сегментов, каждый из ко торых отображает небольшую часть общего изображения. Для построения канала передачи данных между отдельными сегментами эк рана использована уникальная возможность системы GigaSTaR практически неограничен но каскадировать сегменты передачи данных.

Структурная схема системы передачи данных в большом информационном экране
Рис. 5. Структурная схема системы передачи данных в большом информационном экране

На рис. 6 показана структурная схема сети передачи мультимедийных данных в салоне пассажирского самолета или междугороднего автобуса. Для облегчения прокладки кабеля в этой системе используется Y-образный раз ветвитель с раздельными каналами передачи данных по левой и правой сторонам салона. Для отвода цифровых данных к расположен ным в спинках сидений малогабаритным эк ранам используются T-образные повторители с отводом параллельных цифровых данных.

Рис. 6. Структурная схема системы передачи данных в салоне пассажирского авиалайнера

Модульный принцип построения сети с полным восстановлением данных и такто вого сигнала во всех промежуточных звеньях позволяет произвольным образом комбини ровать проводные и волоконно-оптические сегменты на отдельных участках (рис. 7).

Комбинация проводных и оптических сегментов в системе передачи видеоданных
Рис. 7. Комбинация проводных и оптических сегментов в системе передачи видеоданных

GigaSTaR DDL

В ряде случаев однонаправленной переда чи данных оказывается недостаточно. При мером одной из таких систем может служить установленный в выставочном зале или зда нии аэропорта информационный терминал. Смонтированный в нем жидкокристалличе ский монитор отображает видеоинформа цию, поступающую из расположенного в од ном из соседних помещений компьютерно го центра. В обратном направлении требуется передача существенно меньшего потока ин формации с клавиатуры или кнопочной па нели терминала. Вторым примером приме нения подобных устройств может служить система дублирования дисплея и клавиату ры компьютера, предназначенного для уп равления современным локомотивом.

Характерной общей чертой подобных уст ройств является необходимость передачи ви деоинформации стандартного формата и, воз можно, аудио-сигнала в одном из направле ний и значительно меньшего объема данных с клавиатуры или иного устройства ввода ин формации — в обратном направлении.

Для передачи данных в таких системах мо жет использоваться комплект интегральных схем семейства GigaSTaR Digital Display Link (DDL). В состав этого семейства входит в на стоящий момент 8 микросхем — 4 передатчи ка (INDT165, INDT330, INDT166, INDT331) и 4 соответствующих приемника (INDR165, INDR330, INDR166, INDR331). Их различия заключаются в максимальной пропускной спо собности канала связи и в поддержке различ ных видео-форматов. Перечень стандартных видео-форматов, поддерживаемых различны ми микросхемами семейства, приведен в таблице.

Таблица. Поддержка стандартных видео форматов в микросхемах семейства GigaSTaR Digital Display Link
Поддержка стандартных видео форматов в микросхемах семейства GigaSTaR Digital Display Link

Микросхемы семейства Digital Display Link обеспечивают одновременную передачу видео- и аудиоинформации по одной линии связи. Дополнительный канал цифровой пе редачи данных с пропускной способностью до 264 Мбит/с обеспечивает подключение раз личных периферийных устройств типа кла виатуры, мышки или жесткого диска.

Вся передаваемая информация мультиплек сируется в единый последовательный цифровой поток, который передается в направлении при емника по одной (INDT/R165B и INDT/R166B) или двум (INDT/R330B и INDT/R331B) витым парам. Использование второй витой пары поз воляет удвоить пропускную способность ка нала связи при передаче сигналов цифровых видео-форматов высокого разрешения. Для ор ганизации обратного канала в линии связи ис пользуется еще одна витая пара (рис. 8).

Двунаправленная передача данных микросхемами семейства GigaSTaR DDL
Рис. 8. Двунаправленная передача данных микросхемами семейства GigaSTaR DDL

Параллельный видеоинтерфейс микросхем семейства Digital Display Link обеспечивает не посредственное подключение к параллельно му порту широкого класса графических уст ройств (графических контроллеров, ПЗС-ка мер или жидкокристаллических TFT-панелей). При помощи стандартных преобразователей интерфейсов микросхемы могут быть подклю чены и к другим источникам и приемникам видеоинформации. Графический интерфейс может быть сконфигурирован для работы в различных режимах: 18- или 24-битном с пе редачей одного элемента изображения на такт, в 24- или 48-битном режиме с передачей 2 элементов на такт или 12-битном режиме с пере дачей 1/2 элемента на такт. Канал связи авто матически адаптируется под работу интерфей са с тактовыми частотами от 24 до 161 МГц.

Для ознакомления с принципами работы микросхем семейства GigaSTaR Digital Display Link компаниями WBC GmbH и BvR Electronic были разработаны специальные демонстра ционные наборы ANACONDA. В состав каж дого такого набора входят все необходимые устройства, позволяющие подключить уда ленный дисплей или проекционный экран к видеовыходу персонального компьютера. Плата передатчика оснащена входом DVI-D и может быть подключена к любому графиче скому контроллеру с соответствующим ин терфейсом. Плата приемника выпускается в двух вариантах и может быть оснащена вы ходным интерфейсом либо DVI, либо LVDS.

Обеспечиваемый приемопередатчиками GigaSTaR DDL дополнительный цифровой ка нал двусторонней передачи данных служит для автоматического опознавания персональ ным компьютером подключенного удаленно го дисплея, а также для передачи данных от удаленной клавиатуры и мышки.

Оснащение как передатчика, так и прием ника встроенным микропроцессором и про граммируемой логической микросхемой обес печивают возможность адаптации устройст ва под использование нестандартных режимов работы.

Возможна также поставка демонстрационных плат в виде функционально законченных готовых модулей, которые могут непосредственно использоваться в составе оборудования заказчика.

Литература

  • http://www.inova-semiconductors.de
  • http://www.wbc-europe.com

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке