Manejo de señales digitales

Estrategias para diseñar sistemas exitosos

Agenda

• Descripción general de señales digitales– HDMI, Display Port, Thunderbolt

• Estrategias de diseño de sistemas digitales– Manteniendo la integridad de la señal– EDID: gestión de comunicaciones

• Resolución• Espacio de colores • Cumplimiento de HDCP

– Soluciones de diseño

TIPOS DE SEÑALES DIGITALES

HDMI – HIGH DEFINITION MULTIMEDIA INTERFACE

HDMI

• Presentado en diciembre de 2002–Construido bajo la especificación DDWG DVI

• Especificación–HDMI.org– Single Link – era de 165 MHz, ahora es de 340 MHz

• Formato Señal– TMDS

• Añade audio y admite video por componentes–Añade CEC–Añade HDCP

HDMI – TMDS

Conectores HDMI

• Estándar• Mini

– Creado para equipos portátiles

• Micro– Creado para teléfonos celulares, cámaras pequeñas

Compatibilidad HDMI/DVI

• HDMI es compatible con DVI– Salida de video digital únicamente (sin audio)

• Necesita una conexión de audio por separado• Sin CEC• ¿Posibles problemas de HDCP?

HDMI Source Component DVI‐D Receiver Component DVI‐D Source Component HDMI Receiver Component

DISPLAYPORT

DisplayPort

• Especificación– VESA– Versión 1.2

• Conector– DisplayPort

• Seguros

• Contenido de la señal– Enlace Principal

• 1, 2 o 4 “Líneas”

– Canal auxiliar

• Distancia– “Publicada” 15 m

Compatibilidad DisplayPort y HDMI/DVI

• DisplayPort 1.1a soporta dispositivos dual‐mode– Soporta dispositivos sink DVI y HDMI; dispositivos VGA– Limitada a la especificación single‐link

• Requiere adaptador– Pasivo – DVI a HDMI– Activo – VGA– Contiene DP en 4 líneas para suportar 3 canales TMDS, reloj, y DDC

• En el futuro posiblemente se utilicen adaptadores activos como DP Sink

DisplayPort ‐ Interoperabilidad

THUNDERBOLT

Thunderbolt

• Basado en Mini DisplayPort

• Eléctricamente idéntico a DisplayPort

CONSIDERACIONES EN DISEÑO DIGITAL

Consideraciones en diseño digital

• Integridad de la señal• EDID—Extended Display Identification Data 

• Resolución• Espacio de color• Audio

• Contenido encriptado• HDCP—High‐bandwidth Digital Content Protection

Integridad de señal

• Distancia y calidad – ¿Cuánto es demasiado lejos?• Calidad del cable – ¿Todos los cables son iguales?• ¿Cables o electrónica? • Conexiones – ¿Cuántos puntos de conexión?

?

Integridad de señal

• Perdida en señales de video digital –Efecto Cliff

Medida del cable

Cal

idad

de la

señ

al

Señal análoga Señal digital

Nivel de señal aceptable

Bueno

Malo

Monitor LCD

Integridad de señal

• Las señales de video digital consisten en transiciones de alta velocidad

• La señal es muy susceptible a la degradación debido a:– Atenuación en el cable– Capacitancia del cable– Diferencias de impedancia– Ruido de acoplamiento– Interferencia magnética ‐ Crosstalk

• Todos los factores que afectan en los receptores la capacidad de distinguir entre transiciones altas y bajas

Cabling / System

Integridad de señal

• Dificultad de anticipar– La calidad de imagen no se 

degrada como la análoga

• Efecto Cliff– Sucede cuando el receptor no 

puede distinguir entre valores altos y bajos

• Demasiados errores han ocurrido

=

=

=

Sin imagenSin imagenSin imagen

=

=

=

Errores de Bit

Líneas Verticales Pixelación Puntos de Color

Integridad de señal

• Crosstalk y Jitter– Aparecen en distintas maneras dependiendo del contenido, display o ubicación de los errores de bit

EDID ‐ EXTENDED DISPLAY IDENTIFICATION DATA

EDID

• Desarrollado por VESA en 1994– Permite el intercambio de datos entre el display y la fuente de video

• Comunicación ocurre sobre pines en especifico– DDC—Display Data Channel

• Enlace digital entre el display y la fuente

– Datos seriales bidireccionales– Requerido para compatibilidad Plug‐and‐play

EDID

• Un estándar de datos que provee un display digital detallando sus capacidades a una fuente de video 

• Secuencia de EDID:• Enciende la PC • Detecta Hot Plug• La computadora solicita EDID

• El display entrega datos de EDID• La computadora intenta igualar 

los parámetros del display

Conexión DDC

Información EDID se envía a la tarjeta de gráficos

Native1680 x 1050

EDID

• Video

EDID Manager Software

Administrando resolución

• ¿Qué pasa si tengo diferentes Displays?– Los sistemas comerciales tienen diferentes resoluciones entre sus fuentes y displays

– ¿Puede el escalador interno del display resolver las resoluciones seleccionadas?

– ¿Se requieren escaladores externos y dónde?– El sistema debe ser diseñado con una cantidad mínima de resoluciones diferentes

16:91280 x 720

4:31024 x 768

16:101920 x 1200

5:41280 x 1024

HIGH‐BANDWIDTH DIGITAL CONTENT PROTECTION

HDCP

• HDCP es un protocolo de encripción asignada a una interface digital – DVI, HDMI y DisplayPort

• Evita acceso no autorizado al contenido protegido• Su implementación en DVI es opcional

Fuentes• Computadoras• Blu-ray Player• CATV• STV

Sinks• Monitores• Proyectores

Repetidores• Receptores• Switchers• DAs

HDCP – 1a Autenticación

• Intercambio de llaves – llaves públicas (KSV)

Llave pública enviada

Envío Llave Pública“Soy un repetidor”

Llaves del downstream no son revocadas“Tienes 5 segundos para decirme quien es el downstream”

HDCP ‐ Autenticación

• Intercambio de llaves del repetidor – Llaves públicas del downstream (KSV)

Llave pública enviada

Llave pública enviada“Esta es la llave del dispositivo conectado”

Llaves del downstream no fueron revocadas Respondió a la fuente en menos de 5 segundos El número de dispositivos downstream no excede el límite La fuente puede soportar un límite en números de llaves

Keys

1 A294R59SKO360

2 F93KO2MG84KDL

3 C32960VLS9305K

HDCP – 2a Encripción de contenido

• Llaves secretas (km) son calculadas ‐ “llave de sesión” – Las llaves privadas y las públicas de otros dispositivos (KSV)  se usan para calcular la llave de sesión(km) 

– La fuente revisa periódicamente la llave de sesión (km) 

Datos encriptadosenviados

Receptor descifra y Vuelve a encriptarlos datosSolo soporta 3 

dispositivos/llaves

El 4o dispositivo no tendrá la llave para descifrar

Keys

1 A294R59SKO360

2 F93KO2MG84KDL

3 C32960VLS9305K

HDCP – 3o Renovación del sistema de mensajes

• Diseñado para anular las llaves comprometidas – lista de revocación

SRM V.1.3SRM V.2.0

El Blu-ray Disc actualizará el reproductor con una lista de llaves comprometidas

La revocación es unatarea de enormesproporciones

SRM 2.0

Hay billones de llaves dedispositivos en el mercado

Revocation List

1 A2B12459SKO360

2 F913OPMG84KDL

3 V45E60VLS9305K

4 E49A0FD3CB81F

ADMINISTRANDO LA CONEXIÓNDIGITAL CON COBRE Y FIBRA

Ahora usamos sus cables para todas nuestras instalaciones

Consideraciones de infraestructura

• Soluciones de par trenzado– Transmisión de señal análogo vs. digital 

• Las señales análogas requieren de cable no‐estándar Skew Free• Las soluciones digitales usan cable tradicional

• La fibra óptica puede proveer resultados de casi pixel‐perfecto a distancias de cable extremas.

¿Cuál es el medio apropiado?

USANDO PAR TRENZADO PARA SEÑAL DIGITAL

¿Por qué usar par trenzado?

• Un cable de par trenzado puede cargar varias señales– Video– Audio– Control RS‐232 bidireccional e IR

– Ethernet– Corriente eléctricaremota

Transmisión de señal

• Construcción de cable de par trenzado– Existen variaciones dentro de 

una categoría• Diferentes tipos de conductores y calibres

• Diferentes técnicas de blindaje– No se debe usar cable con centro 

trenzado – Los cables con centro sólido proveen 

mejor conductividad debido a que poseen mayor superficie. 

• Rendimiento garantizado a través de la distancia 

– No se debe usar cable Skew‐free

Transmisión de Señal

• Los cables blindados protegen contra la interferencia externa– Unidades de aire acondicionado – Cableado de energía adyacente – Evita el crosstalk (interferencia magnética) de otros cables o dentro del mismo cable 

– Interferencia de frecuencias inalámbricas(radioteléfonos, etc.)

• Síntomas en la calidad de la imagen en ambientes “ruidosos” – Imagen intermitente– Sin imagen

Transmisión de señal

• Diferentes tipos de blindaje en cable de par trenzado

Cable Name Outer Shielding Individual Pair Shielding

U/UTP None None

F/UTP Foil None

U/FTP None Foil

S/FTP Braided Foil

SF/UTP Braided & Foil None

U/UTP F/UTP U/FTP S/FTP SF/UTP

Transmisión de señal

• Tipos de cable CATxCable Gaug

e Conductor Outershield

Pair Shielding

RequiredBandwidth Crosstalk

CAT 5e (U/UTP) 24 Solid None None 100 MHz ~27dB

CAT 5e (F/UTP) 24 Solid Foil None 100 MHz ~27dB

CAT 6 (U/UTP) 24-23 Solid None None 250 MHz ~37dB

CAT 6 (STP) 24-23 Solid Foil None 250 MHz ~37dB

CAT 6a (U/UTP) 24-23 Solid None None 500 MHz ~37dB

CAT 6a (F/UTP) 24-23 Solid Foil None 500 MHz ~37dB

CAT 6a (U/FTP) 24-23 Solid None Foil 500 MHz ~37dB

CAT 6a (SF/UTP) 24 Solid Braid and Foil None 500 MHz ~37dB

CAT 7 (S/FTP) 24 Solid Braid and Foil Foil 600 MHz ~60dB

CAT 7a (S/FTP) 24 Solid Braid and Foil Foil 1 GHz ~60dB

Transmisión de señal

• Cable recomendado y especificaciones de conector– Cable de par trenzado

• 24 AWG o superior• Conductor de centro solido• Blindaje exterior

– SF/UTP– F/UTP

• 400 MHz o superior

– Conectores blindados

Transmisión de señal

• Infraestructura del cable y puntos de conexión – Se recomienda máximo hasta 4 puntos de conexión 

Escenario típico de conectividad de AV

SOLUCIONES DE PAR TRENZADO

Soluciones para aulas con par trenzado

Soluciones para aulas con par trenzado

Display 1280 x 800

HDMI

Receptor

Blu‐ray

PC

VGA

Switchercon 

receptores integrados

DOC Cam

HDMI

DVI

HDMI

UTP Tx

UTP Tx

UTP TxVGA

UTP Tx

Ejemplo de Sistemas Hibridos

Display 1920 x 1080

HDMI

Blu‐ray

Switchercon 

receptores integrados

HDMI

UTP Tx

Laptop UTP Tx

PC

VGA

Doc Cam

Display 1920 x 1080

FIBRA ÓPTICAEligiendo la infraestructura de distribución de señal correcta

Fundamentos de fibra óptica

• Un sistema básico de fibra óptica contiene tres partes– Transmisor (eléctrico a óptico)– Cable de fibra óptica (transmisión de luz)– Receptor (óptico a eléctrico)

Beneficios de la fibra óptica en sistemas de AV

• Transmisión de AV en distancias largas

1080p

Hasta 330’/100m

Hasta 30km

1080p

Beneficios de la fibra óptica en sistemas de AV

• Transmisión segura• Resistente a tierras• Baja atenuación• Inmunidad EMI/RFI• Ligero• Rapidez de instalación del conector 

• Sistema preparado para el futuro

Desempeño del cable de fibra óptica

• Fibra multimodo vs. monomodo

MonomodoMonomodo

250 μm

125 μm

8‐10 μm

MultimodoMultimodo

250 μm

125 μm

50 μm

250 μm

125 μm

62.5 μm

Desempeño del cable de fibra óptica

Fiber Category

Core Size

Maximum Distance for

Video Signals*

Comments

OM1 62.5 µm 300 mOriginally created for fiber optic LANs using LED light sources at 100 Mbps. Was used in the US for LAN systems.

OM2 50 µm 1000 mOriginally created for fiber optic LANs using LED light sources at 100 Mbps. Was used in Europe for LAN systems.

OM3 50 µm 2000 m

High bandwidth, laser-optimized multimode fiber designed for laser light sources, such as VCSEL, in Gigabit Ethernet systems. OM3 or better is recommended for new installations of multimode fiber.

OM4 50 µm 2000+ m

Very high bandwidth, laser-optimized multimode fiber designed for 10 Gigabit Ethernet. OM4 is recommended for new installations of multimode fiber.

OS1 and OS2 9 µm 30 km Singlemode fiber is used for long distances and

high bandwidth applications.

*Assumes 850 nm λ for MM cable and 1310 nm λ for SM @ 4.25 Gbps data rate

Desempeño del cable de fibra óptica

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