ТЕХНИЧЕСКИЕ ТЕРМИНЫ В РОССИЮ ВСЕГДА ПРИХОДИЛИ ИЗ-ЗА ГРАНИЦЫ. НАПРИМЕР, ПРИ ПЕТРЕ I - ИЗ ГОЛЛАНДСКОГО ЯЗЫКА, ПОТОМ ИЗ НЕМЕЦКОГО: ШТАНГЕНЦИРКУЛЬ, РЕЙСШИНА, ШВЕЛЛЕР, ДАЖЕ ПРИВЫЧНЫЙ И, КАЗАЛОСЬ БЫ, НАСКВОЗЬ РУССКИЙ БОЛТ, - ЭТО ВСЕ ЗАИМСТВОВАНИЯ. САМОЛЕТ ВМЕСТО АЭРОПЛАНА И ВЕРТОЛЕТ ВМЕСТО ГЕЛИКОПТЕРА - ПРИЯТНЫЕ, НО РЕДКИЕ ИСКЛЮЧЕНИЯ. В конце ХХ века на рабочих местах и в квартирах советских граждан поселились персональные компьютеры, а вслед за ними хлынул вал англоязычных терминов, все эти роутеры, провайдеры, флоппи-диски и прочая тарабарщина. Наша языковая среда, однако, сопротивляется словам-захватчикам и породила любопытное явление, которое еще Грибоедов называл «смесью французского с нижегородским». Клавиатуру в обиходе стали называть «клавой», ее кнопки (buttons) - «батонами», а «интерфейс» перевели дословно, и в результате получилось неправильное, но смешное «междумордие». Вот о «междумордиях» современной аудио- и видеоаппаратуры мы сегодня и поговорим. Физический интерфейс - это устройство, преобразующее сигналы и передающее их от одного компонента оборудования к другому. Физический интерфейс определяется набором электрических связей и характеристиками сигналов. Интерфейсов аудио- и видеоаппаратуры существует довольно много, и объясняется это несколькими причинами. Во-первых, современные средства записи и воспроизведения изображения и звука основаны на различных физических принципах (например, оптическая и магнитная запись), разрабатывались разными фирмами, и в разное время вопрос об организации их совместной работы просто не стоял. Во-вторых, в последние десятилетия наметилась очень интересная тенденция, в силу которой цены на профессиональную и чрезвычайно дорогую аппаратуру заметно снизились, и многие образцы стали доступными для любителей, появился даже особый класс техники - полупрофессиональная, сочетающая функциональность и качество профессиональной с ценами бытовой. Это привело к необходимости каким-то образом сопрягать различные виды аппаратуры, имеющей принципиально различные интерфейсы. В жилище неправильно скоммутировать элементы, скажем, домашнего кинотеатра нелегко - конструкторы сделали все, чтобы пользователь бестолковыми действиями не вывел его из строя, но понимать, что, как и почему следует соединять, будет совсем не лишним. Мы в основном будем говорить о видеоинтерфейсах, которые принято делить на аналоговые и цифровые. Аналоговые, в свою очередь, делятся на интерфейсы композитного и компонентного сигнала. Для того чтобы понять, в чем состоит разница между ними, рассмотрим структуру аналогового телевизионного сигнала. l специальные сигналы, передающие информацию телетекста, и сигналы, управляющие работой видеомагнитофона. Спектр ПЦТС показан на рисунке 1. Обратите внимание, что спектры всех компонент видеосигнала (за исключением звука) совмещены. Сигнал передается по одному-единственному коаксиальному кабелю и называется композитным. На ранних этапах развития видеотехники именно композитный сигнал использовался для соединения видеомагнитофонов или видеоплееров с телевизорами. Сейчас этот интерфейс считается устаревшим, он остался лишь у VHS-плееров или видеомагнитофонов и у приставок караоке. В бытовой аппаратуре класса Low End выход и вход композитного видеосигнала делается в виде гнезда RCA* жёлтого цвета, кроме того, он может передаваться через универсальный разъем SCART. SCART - это видео- и аудиоразъем европейского стандарта. Трапециевидной формы, имеет 21 контакт, через которые передаются 2 канала звука (вход и выход), сигналы R, G, B, «земля» и несколько линий управления. Главное достоинство SCART состоит в том, что для соединений аппаратуры нужен только один кабель, который невозможно подключить неправильно. В профессиональной технике SCART не используют. Внешний вид и расположение контактов разъема SCART показаны на рисунке 2, а назначение контактов - в таблице 1. В профессиональной аппаратуре вместо RCA используются BNC-разъемы (варианты расшифровки: Bayonet Neil-Concelman, Bayonet Nut Connector, British Naval Connector). Любопытно происхождение первого слова из названия BNC-разъемов. Bayonet означает «штыковой» (или «байонетный», это слово хорошо известно и любителям фотографии как тип крепления объектива). Во времена Наполеоновских войн штык первоначально просто вставляли в дуло ружья, что, естественно, делало стрельбу невозможной. Чтобы штык плотно держался в дуле, он имел особую конструкцию рукоятки. В России такой штык назывался багинетом (от французского слова baionnette - штык). Байонетный затвор на разъеме обеспечивает простую и очень надежную его фиксацию. Существует три типа BNC-разъемов: с резьбой, запаиваемые и с обжимкой. Последние самые надежные, правда для них требуется специальный дорогой обжимной инструмент, а самые распространенные - штекерные. Существуют посеребренные и даже позолоченные BNC, предназначенные для минимизации контактного сопротивления и защиты разъема от окисления, что особенно важно в прибрежных районах (из-за воздействия соленой воды и влажного воздуха) и промышленных зонах. В настоящее время в бытовой аппаратуре BNC постепенно вытесняют менее совершенные RCA. Для передачи композитного сигнала используются коаксиальные кабели с волновым сопротивлением 75 Ом. Максимальное расстояние, на которое можно передавать композитный сигнал без активной коррекции, не превышает 100 м. На предельных расстояниях начинаются искажения цвета, а потом и срывы синхронизации. Композитный сигнал дает худшее качество по сравнению с другими типами видеосигналов (S-Video и компонентный). Выходы композитного сигнала присутствуют на всех, за редким исключением, видеоустройствах. Более совершенным типом композитного сигнала является S-Video. Буква «S» означает Separate («раздельный»), так как в этом сигнале информация о яркости и цвете передается по двум раздельным проводам. Этот вид аналогового видеосигнала обеспечивает раздельную передачу сигнала яркости (Y) и двух объединённых сигналов цветности (C) по изолированным жилам кабеля, поэтому S-Video иногда называют YC-Video. Стандартным для данного типа подключения является круглый 4-контакный разъём miniDIN (рис. 3). Сигнал S-Video можно передавать и через SCART. Из-за того, что сигналы яркости и цветности передаются раздельно, S-Video занимает значительно более широкую полосу частот, чем композитный. По сравнению с композитным видеосигналом S-Video обеспечивает заметный выигрыш в чёткости и устойчивости изображения, в меньшей степени - в цветопередаче. S-Video широко используется в полупрофессиональной аппаратуре, вещательными студиями, а также при записи на 8-миллиметровую плёнку в стандарте Hi-8. S-Video-видеовыходы имеются у многих устройств среднего класса - DVD-проигрывателей, камер S-VHS, Hi-8, miniDV, компьютерных видеокарт, документ-камер. У видеомагнитофонов выход S-Video есть только у моделей S-VHS или профессиональных. Так же как и обычный композитный сигнал, S-Video можно передавать по кабелю на расстояние до 100 м. Для достижения максимального качества изображения и создания видеоэффектов в профессиональном и полупрофессиональном оборудовании видеосигнал разделяется на несколько каналов. Например, в системе RGB - на красный, синий и зеленый компоненты, а также канал синхронизации. Такой интерфейс называется компонентным. Сигнал синхронизации может передаваться по кабелю одной из цветовых компонент, тогда к букве, обозначающей цвет, добавляется буква «s». Например, обозначение RGsВ показывает, что сигнал синхронизации замешивается в канал зеленого цвета. Иногда для удобства обработки синхросигнал подмешивают во все каналы цвета (RsGsBs) или передают по отдельному кабелю (RGBS). Разъёмы на концах кабелей обычно бывают RCA или BNC (рис. 4). В системе YUV используют другой набор компонентов: смешанный сигнал яркости и синхронизации, а также красный и синий цветоразностные сигналы. В системе Super-Video (YC - Super-VHS и Hi-8) разделяются компоненты яркости и цветности. Для каждой компонентной системы требуется свой тип оборудования, и у каждой есть свои плюсы и минусы. Для объединения устройств различных видеоформатов необходимы специальные масштабаторы-коммутаторы. Если перепутать кабели компонентного сигнала, то яркость изображения не изменится, а вот цветопередача будет искажена (рис. 5). В последние десятилетия успехи в области микроэлектроники привели к значительному снижению цен на микропроцессоры, а это, в свою очередь, обеспечило переход от аналоговых к цифровым методам создания, обработки, хранения и передачи видео- и аудиоинформации. С точки зрения схемотехники цифровая аппаратура сложнее аналоговой, однако ее функциональные возможности гораздо шире, а некоторые из них в аналоговом виде просто нереализуемы. Понятно, что прежние интерфейсы для работы с цифровым сигналом не годятся, поэтому для него были созданы специальные SDI/SDTI и DVI. Первый используется в основном в профессиональной аппаратуре, поэтому поговорим о бытовом DVI. Первоначально DVI создавался для связи персонального компьютера с VGA-монитором. Первая версия DVI появилась еще в 1999-м, однако с возникновением цифровых проекторов, плоских LCD-дисплеев и плазменных панелей область его применения оказалась значительно шире. Несмотря на массовый переход от композитного и S-Video к компонентному и RGB-трактам, позволивший резко повысить качество изображения, лишние преобразования «цифра - аналог - цифра» съедали ощутимую долю этого качества. Что особенно обидно из-за абсолютной ненужности АЦП и ЦАП в системе, состоящей из цифрового источника (DVD, компьютер), цифрового дисплея и процессора между ними. Интерфейс DVI (Digital Video Interface) включает четыре канала передачи данных: три канала цвета B (Channel 0), G (Channel 1) и R (Channel 2), четвертый канал предназначен для передачи сигнала тактовой частоты «Clock» (Channel С). Физически кабель DVI состоит из соответствующего количества витых пар. Разводка разъема DVI показана на рис. 6, а назначение контактов сведено в таблицу 2. При этом достигается максимальная скорость потока данных, равная 1,65 Гбит/с, или 165 мегапикселей в секунду при 10-битном кодировании, что соответствует разрешению 1600 х 1200 пикселей (UXGA) при частоте обновления полей 60 Гц. На данный момент такая скорость с запасом покрывает потребности современных форматов HDTV. Такие скоростные возможности интерфейса DVI достигнуты за счет алгоритма кодирования, специально разработанного для этой цели. Называется он T.M.D.S - Transition Minimized Differential Signaling, или дифференциальная передача сигналов с минимизацией перепадов уровней, что можно было бы еще назвать «сверхплотным архивированием данных без потерь». При этом дифференциальный или балансный способ передачи, когда по каждому проводнику витой пары проходит один и тот же прямой и инвертированный сигнал, обеспечивает эффективную защиту от синфазных помех. Существуют две разновидности интерфейса DVI: DVI-D и DVI-I. В последнем варианте для совместимости аппаратуры разных поколений, помимо трех рядов «цифровых» контактов, могут быть еще и аналоговые, на которые подается RGB-сигнал (на рис. 6 - контакты С1 - С5). Поэтому он и называется DVI-I (Integrated), т.е. совмещенный. Интерфейсы DVI-D и DVI-I, кроме описанных выше цифровых каналов, содержат еще два - для обмена информацией между видеопроцессором источника (например, PC с видеокартой) и дисплеем. По каналу DDC (Display Data Channel) передается подробное «досье» дисплея процессору, который, ознакомившись с ним, выдает сигнал с нужным разрешением и пропорциями экрана. Такое досье, называемое EDID (Extended Display Identification Data), представляет собой блок данных со следующими разделами: бренд-нейм, идентификационный и серийный номера модели, дата выпуска, размер экрана, поддерживаемые им разрешения и его собственное. В случае если монитор отказывается выдать информацию о себе (отсутствие DVI-совместимости), канал T.M.D.S блокируется. При запуске DVI-совместимого источника активизируется процесс HPD (Hot Plug Detect, или опознание активного соединения). У интерфейса DVI имеется лишь одно серьезное ограничение: длина кабеля не должна превышать пяти метров. На более длинных дистанциях не гарантируется стопроцентная достоверность передачи данных. Происходит это из-за джиттера («дрожание» фазы, увеличивающееся по мере потери крутизны фронтов импульсов из-за реактивных составляющих кабеля). Развитием интерфейса DVI является мультимедийный интерфейс высокой четкости HDMI (High Definition Multimedia Interface). Видеочасть HDMI совместима по контактам с DVI, но вид у него совершенно другой. HDMI - это более совершенный интерфейс, чем DVI, в первую очередь благодаря возможности передачи многоканального звука, а также поддержке HDCP (рис. 7). Пропускная способность HDMI достигает 5 Гбит/с. Этого достаточно для видеосигнала 1080p и двух каналов несжатого цифрового звука в PCM 48 кГц либо 5.1 каналов в Dolby Digital или DTS, в то время как интерфейс DVI поддерживал только стереозвук. Разъем HDMI более компактный, а сигнал можно передавать на расстояние до 15 м. Еще одна особенность HDMI - это разработанная фирмой Intel защита HDCP (High-bandwidth Digital Content Protection) - защита широкополосных цифровых данных. Под «широкополосностью» в данном случае понимается изображение высокого разрешения. Интеллектуальность HDCP состоит не только в хитроумном способе ее реализации, но и в возможности в зависимости от конкретного случая установить разные уровни защиты, благодаря чему она не ограничивает свободу обращения с видеоданными в рамках, одобренных действующим законодательством. Так, например, HDCP не является защитой от копирования или средством ухудшения качества копий. Как же тогда быть с DVD-рекордерами, отложенным просмотром и многодисплейными системами, в которых имеет место разветвление сигналов? Все это в общем случае разрешено. Под жесткий запрет подпадают следующие действия: копирование программ со снятой защитой, получение незащищенного цифрового потока или аналогового видеосигнала высокого разрешения. Разрешены повторители и разветвители сигнала, но при этом они должны «обменяться паролями» друг с другом и получить взаимное одобрение, что возможно только в том случае, если все устройства обладают HDCP-совместимостью. Работает HDCP по сложной схеме, предусматривающей, прежде всего, наличие своих «секретных» кодовых комбинаций в каждом трансмиттере и ресивере DVI. В единой системе допускается наличие до 127 трансмиттеров с ресиверами и до 7 уровней разветвления (или ретрансляции). Для того чтобы канал DVI активизировался, должен успешно пройти процесс взаимной аутентификации каждого трансмиттера и ресивера, находящихся на разных полюсах DVI-интерфейса. HDMI уже успешно внедряется в области домашних кинотеатров. Скорее всего, большой поддержки нового стандарта стоит ожидать от компаний, продающих музыку и видео. Им, несомненно, захочется поскорее заменить DVI более защищенным стандартом, поскольку возможность передачи некомпрессированного цифрового сигнала весьма привлекательна для пиратов, ведь они смогут легко получать абсолютно точные копии с различных носителей. Вряд ли борьба с пиратами с помощью таких мер будет эффективной, по крайней мере, до сих пор они успешно противостояли любым попыткам защиты аудио/видеоконтента. Для обычных зрителей, то есть для нас с вами, главное, чтобы система HDCP и ей подобные не осложняли нам жизнь и не мешали получать удовольствие от пользования современной и весьма недешевой техникой. l |
