CC BY
74Сергей МАлЕц
Введение
Gennum — лауреат технической награды Emmy за достижения в области телевещания высокой четкости (HD). Штаб-квартира корпорации расположена в г. Берлингтоне в Канаде, конструкторские бюро, проектноисследовательские отделы и офисы по продажам находятся в Канаде, Мексике, США, Японии, Корее, Германии, Индии, Великобритании и на Тайване. Занимая ведущие позиции в производстве компонентов для приема и передачи видеосигналов высокой (HD) и стандартной четкости (SD) по последовательному цифровому интерфейсу SDI со скоростями передачи до 3 Гбит/с (3G) для профессионального видео и телевещания, Gennum предлагает передовые решения по обработке сигнала. Фактически большая часть производителей 3G-оборудования используют продукцию Gennum [1].
Первые инновационные продукты для передачи видео компания создала в 1980-х и была лидером в создании стандарта 3G SDI (Serial Digital Interface) — канала со скоростью передачи 3 Гбит/с, которая требуется для трансляции потоков цифрового видеосигнала с изображе-
Рис. 1. Оптический модуль видео SFP от Gennum
Новые компоненты для видео и телевещания
корпорации Gennum
Корпорация Gennum, образованная в 1973 г., является лидером в секторе разработки и производства микросхем и оптических модулей для профессиональной видео- и телеаппаратуры. Компанией разработан и запущен в производство широкий набор микросхем для обработки и передачи видеосигналов, в частности видеоконверторы, видеопроцессоры, коммутаторы, кабельные драйверы, сериалайзеры, эквалайзеры и т. п.
нием формата 1920x1080 при прогрессивной развертке с кадровой частотой 50/60 Гц и глубиной кодирования цвета 10 разрядов.
Сегодня компания производит широкий спектр продукции для многочисленных видеостандартов SD, HD, 3G, а также поддерживает стандарты для приема и передачи трехмерного изображения. С 2009 года компания выпускает продукты обработки видео с интерфейсом РС1е.
В 2010 году ассортимент продукции Gennum пополнился новыми компонентами.
Оптические модули видео SFP
Компания выпустила пять новых изделий для третьего поколения оптических модулей 3G SDI:
• GO2927 — двухканальный оптический ресивер;
• GO2928 — двухканальный оптический трансмиттер;
• GO2929 — оптический трансивер;
• GO2917 — одноканальный оптический ресивер;
• GO2918 — одноканальный оптический трансмиттер.
К наиболее существенным изменениям относятся:
• Усовершенствование механизма защелкивания SFP-модулей.
• Добавление пользовательского перезаписываемого EEPROM, дающего возможность изготовителям оборудования программировать собственную информацию в пределах SFP1, что позволяет их оборудованию идентифицировать модули.
• Модули изготавливаются в двух исполнениях с расположением выводов для передачи видео или данных.
В таблице 1 приведены сравнительные характеристики видеомодулей SFP.
При производстве оптических SFP-модулей Gennum использует передовые технологии в области видеообработки: миниатюрный форм-фактор для цифрового видео (Video SFP), возможность «горячей» замены, высокую плотность видео, передаваемого по оптоволокну. Модули представляют собой законченные SDI-решения, устраняющие потребность в какой-либо внешней обра-
1 Small Form-factor Pluggable — компактный корпус оптического трансивера с возможностью «горячей» замены.
Таблица 1. Сравнительные характеристики оптических видеомодулей в корпусе SFP
Характеристики GO2927 GO2917 GO2929 GO2928 GO2918
Описание 3 Гбит/с SDI 3 Гбит/с SDI 3 Гбит/с SDI 1310 нм 3 Гбит/с SDI 1310 нм 3 Гбит/с SDI 1310 нм
Двухканальный Одноканальный - Двухканальный Одноканальный
PIN-ресивер FP/PIN-трансивер FP-трансмиттер |
Количество оптических входов 2 1 1 - -
Количество оптических выходов - - 1 2 1
Входная чувствительность при сигнале 3 Гбит/с, дБм -22 -22 -22 - -
Длина волны,нм 1260-1620 1260-1620 0 2 X CCL 1310 1310
Скорость передачи, Мбит/с 50-3000 50-3000 50-3000 50-3000 5-3000
Мощность, мВт 600 300 650 700 350
Температурный диапазон, °С 0...+70
Питание, В 3,3
Корпус Video SFP
ботке сигналов, что существенно сокращает время проектирования видеосистем. Схема расположения выходов Video SFP создана таким образом, что к одному и тому же слоту в системе можно подключить двухканальный трансмиттер, двухканальный ресивер, одноканальный трансмиттер, одноканальный ресивер или трансивер. Они также могут использоваться для других форматов, таких как Ethernet и SDH.
Все видеомодули SFP оборудованы интерфейсом I2C для контроля и управления ключевыми параметрами: температурой, оптической мощностью и током смещения.
Трансмиттеры
Трансмиттеры GS2972 и GS2962 полностью совместимы со стандартами SMPTE2 424M и 425M (уровень A и уровень B) [2].
Кроме того, эти чипы позволяют производить преобразования от уровня A к уровню B. Полный набор интегрированных функций делает эти устройства идеальным выбором для передачи видео с разрешением 1080 пикселей с кадровой частотой 50/60 Гц.
Трансмиттеры содержат интегрированный аудиоэмбедер (устройство, преобразующее аналоговый звук в цифровой и добавляющее его в цифровой поток видео), поддерживающий передачу звука в форматах AES3, I2S4 [3, 4] и других форматах последовательной передачи аудиоинформации.
Применение трансмиттеров:
• камеры;
• блоки управления камерами;
• дисплеи;
• роутеры;
• цифровые видеорекордеры;
• видеосерверы;
• аудиоэмбедеры;
• кодеры/декодеры;
• тестовое и измерительное оборудование.
Ресиверы
Ресиверы GS2971 и GS2961 включают последние технологии и представляют ком-
пактное решение на одном чипе, которое содержит VCO, реклокер и цифровую SMPTE видео- и аудиообработку. 3G-ресиверы полностью совместимы с SMPTE 424M и 425M (уровень A и уровень B). Эти ресиверы являются единственным решением, обеспечивающим преобразование от уровня B к уровню A, что делает эти устройства идеальным выбором для видео с разрешением 1080 пикселей с кадровой частотой 50/60 Гц.
Ресиверы позволяют осуществлять наиболее полную обработку видео, включая дескремблирование, расширенное обнаружение и коррекцию ошибок, а также извлечение вспомогательных данных.
Все ресиверы совместимы с DVB/ASI5. Наиболее подходящим решением для передачи потоков MPEG по каналу DVB/ASI можно считать GS9090B (десериалайзер с внутренним реклокером, работающий с потоком 270 Мбит/с) из-за его низкого потребления и небольшого размера.
GS2971 содержит интегрированный аудио-деэмбедер, поддерживающий AES, I2S и другие форматы последовательной передачи аудиоинформации. Чип также имеет интегрированный генератор сигналов синхронизации для аудиоданных.
Применение ресиверов:
• мониторы;
• блоки управления камерами;
• дисплеи;
• роутеры;
• видеосерверы;
• цифровые видеорекордеры;
• аудиодеэмбедеры;
• кодеры/декодеры;
• тестовое и измерительное оборудование.
Кабельные эквалайзеры
В 2010 году компания Gennum представила третье поколение кабельных эквалайзеров. Новые микросхемы обладают возможностью отключения питания и высоким уровнем контроля выходного сигнала.
GS2993 и GS2994 имеют интеллектуальное управление включением/выключением питания, позволяющее чипу работать в «спящем» режиме, когда он не используется. Селективный выход (от 400 до 800 мВ) дает возможность разработчикам использовать эквалайзеры в разработках, где важным критерием является энергопотребление. Устранение выходных высокочастотных составляющих позволяет существенно увеличить длину кабеля.
GS2993 имеет два независимых выхода для управления двумя устройствами с разными входными характеристиками и/или подключенные кабелями разной длины. Эквалайзер GS2993 также включает функцию индикации длины кабеля (^1). Имеются раздельные выходы для передачи видео и данных.
В таблице 2 приведена сравнительная информация о кабельных эквалайзерах.
Эквалайзеры позволяют работать с видеопотоком от 143 до 2970 Мбит/с и полностью совместимы с SMPTE 424М, 292М, 344М и 259М [2]. Максимальная длина кабеля — 140 м для формата 3 Гбит/с, 230 м — для HD и 400 м — для SD. Все эквалайзеры проходят тест как на соответствие плотности потока, так и на длину поддерживаемого кабеля. Энергопотребление у эквалайзеров третьего поколения на 10% ниже предыдущих и остается низким во всех режимах эксплуатации и на кабелях любой длины.
2 Международное общество инженеров кино и телевидения SMPTE было образовано в 1916 г. в США для разработки стандартов аппаратуры регистрации изображения в киноиндустрии. SMPTE является независимой организацией и вместе с ITU-R в настоящее время разрабатывает стандарты для сектора обработки и передачи видеоизображений.
3 Стандарт цифрового звука, более известный как AES/EBU, официально имеет название AES3, описывает передачу цифровых аудиосигналов между различными устройствами. Разработан Обществом звукоинженеров (Audio Engineering Society, AES) и Европейским вещательным союзом (European Broadcasting Union, EBU) и впервые опубликован в 1985 году, исправлен в 1992 и 2003 годах. Существуют обе версии стандарта: и AES и EBU. Некоторое различие физических разъемов также определяется частью всей группы стандартов. Родственная система, S/PDIF, разработана как потребительская версия AES/EBU, использующая тип разъемов, более распространенный в потребительской среде.
4 I2S (Inter Integrated Circuits Sound) — двунаправленная асинхронная шина с последовательной передачей данных внутри одного устройства, содержащая всего две сигнальные линии: линию данных (SDA) и линию синхронизации (SCL).
5 Digital Video Broadcast-Asynchronous Serial Interface — асинхронный последовательный интерфейс для цифрового видео- и телевещания.
SQ_ADJ BYPASS SLEEP CD
VCC A-
SDI-
SDI-
VEE A-
GS2994
Подавление шума и коррекция Обнаружение несущей/Отключение
Восстановление
постоянной
составляющей
Автоматическая
регулировка
уровня
■ |М
Устройство
вывода
-VCC о
-SDO
-SDO
-VEE_0 -OP CTL
AGC AGC
Рис. 5. Структурная схема кабельного эквалайзера
Таблица 2. Сравнительные характеристики кабельных эквалайзеров
Характеристики GS2993 GS2994 GS2984 GS2964 GS2974A GS1574A GS9074A
Скорость передачи, Мбит/с 143-2970 143-1485 143-2970 143-2970 14-2970 143-1485 143-360
Коэффициент входного усиления (подстраивается предварительным усилителем от 0 до 6 дБ) Да Да Да Нет Нет Нет Нет
Развязка по выходу, В 1,2-3,3 1,2-3,3 2,5/3,3 3,3 3,3 3,3 3,3
Кол-во выходов 2 1 1 1 1 1 1
Индикация длины кабеля Да Нет Нет Нет Нет Нет Нет
3G длина кабеля, м 140 при 0,4UI 140 при 0,3UI 140 при 0,3UI 100 при 0,35UI 120 при 0,3UI - 140 при 0,3UI
HD длина кабеля, м 200 при 0,3UI 200 при 0,3UI 200 при 0,3UI 130 при 0,25UI 200 при 0,3UI 200 при 0,3UI -
SD длина кабеля, м 400 400 400 170 350 350 350
Совместимость - Все 16 QFN EQs Все 16 QFN EQs Все 16 QFN EQs Все 16 QFN EQs Все 16 QFN EQs Все 16 QFN EQs
Температурный диапазон, °С -40...+85 -40...+85 -40...+85 -40...+85 0...+70 0...+70 0...+70
Мощность, мВт 160 160 195 215 215 215 215
Размер, мм 4x4
Корпус 24 QFN
Применение кабельных эквалайзеров:
• роутеры;
• блоки управления камерами;
• видеомагнитофоны;
• видеосерверы;
• кодирующие устройства/декодеры;
• тестовое и измерительное оборудование.
Решения для PCI Express
Компания Gennum предлагает набор микросхем для захвата и воспроизведения цифрового видео с последующей передачей по шине PCI Express, включая GN4124, — PCI Express мост, трансмиттеры и ресиверы видеосигналов, а также программное обеспечение.
Мост PCI Express GN4124 создан для совместной работы с матрицами FPGA, чтобы обеспечить полноценную передачу видео между интерфейсами SDI и PCI Express. PCI Express IP транзакции реализованы аппаратным способом в GN4124, поэтому нет необходимости в лицензии на программный модуль работы с PCIe внутри FPGA. Кроме того, применение GN4124 позволяет высвободить ресурсы матрицы FPGA.
GN4124 устанавливается по принципу plug-and-play, BIOS автоматически определяет мост в отличие от FPGA, которую нужно предварительно конфигурировать.
Интерфейс шины использует двойную скорость передачи данных, что позволяет достигать пиковой пропускной способности до 800 Мбайт/с в каждом направлении (1600 Мбайт/с — это пиковая пропускная способность PCIe).
Загрузочный файл для FPGA и программный драйвер (Windows XP) поставляются вместе с микросхемой GN4124. Для разработчиков доступен отладочный комплект — GN4124 Gullwing RDK Board.
Удлинители кабеля
Удлинители предназначены для передачи видеосигнала на расстояния, существенно большие, чем предусмотренные стандартным интерфейсом. Кабельные удлинители, разра-
ботанные в компании, позволяют соединять источник и приемник сигнала HDMI на расстоянии до 100 м. Трансмиттер GV8500 и ресивер GV8501 спроектированы так, чтобы работать в паре, и поддерживают HDMI 1.4, позволяя передавать видеосигнал по витой паре (САТх) и коаксиальному кабелю на расстояния:
• максимальный поток 5 Гбит/с (1900x1080 пикселей с частотой 60 Гц) по коаксиальному кабелю — 100 м;
• максимальный поток 5 Гбит/с (1900x1080 пикселей с частотой 60 Гц) по витой паре — 61 м;
• максимальный поток 6,75 Гбит/с по витой паре — 45 м.
GV8500/GV8501 могут работать с интерфейсами HDMI 1.4 и DisplayPort 1.1. Интерфейс HDMI 1.4 предполагает поддержку видеопотока со скоростью до 10,2 Гбит/с, DisplayPort 1.1 — до 10,8 Гбит/с.
Обеспечена поддержка предшествующих версий HDMI, включая 1.1, 1.2 и 1.3, что гарантирует обратную совместимость с имеющимся оборудованием.
Для разработчиков доступен отладочный комплект, как для передачи по витой паре RDK-CATX-HDMЮ0, так и для передачи по коаксиальному кабелю RDK-5COAX-HDMЮ0.
Применение удлинителей кабеля:
• настенные установки широкоформатных ТВ-панелей;
• системы домашнего кинотеатра;
• устройства передачи видеосигнала по кабелю на большие расстояния.
Заключение
Следуя по пути инноваций и представляя новые разработки каждый год, компания Gennum подтвердила позицию лидера в производстве компонентов для профессиональной студийной видео- и телеаппаратуры. Сохраняя технологическое лидерство, компания продолжила экспансию на новые развивающиеся рынки — Корею, Индию, Россию, где ожидается высокий спрос на технологии видео высокой четкости и 3D-видео. ■
Литература
1. http://ru.wikipedia.org/wiki/Serial_Digital_ Interface
2. www.smpte.org/standards
3. http://en.wikipedia.org/wiki/PS
4. http://www.aes.org/standards/about/
