manejo de señales digitales
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Manejo de señales digitales
Estrategias para diseñar sistemas exitosos
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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
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TIPOS DE SEÑALES DIGITALES
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HDMI – HIGH DEFINITION MULTIMEDIA INTERFACE
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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
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HDMI – TMDS
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Conectores HDMI
• Estándar• Mini
– Creado para equipos portátiles
• Micro– Creado para teléfonos celulares, cámaras pequeñas
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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
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DISPLAYPORT
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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
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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
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DisplayPort ‐ Interoperabilidad
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THUNDERBOLT
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Thunderbolt
• Basado en Mini DisplayPort
• Eléctricamente idéntico a DisplayPort
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CONSIDERACIONES EN DISEÑO DIGITAL
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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
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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?
?
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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
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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
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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
=
=
=
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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
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EDID ‐ EXTENDED DISPLAY IDENTIFICATION DATA
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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
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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
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EDID
• Video
EDID Manager Software
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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
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HIGH‐BANDWIDTH DIGITAL CONTENT PROTECTION
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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
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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”
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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
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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
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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
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ADMINISTRANDO LA CONEXIÓNDIGITAL CON COBRE Y FIBRA
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Ahora usamos sus cables para todas nuestras instalaciones
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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.
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¿Cuál es el medio apropiado?
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USANDO PAR TRENZADO PARA SEÑAL DIGITAL
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¿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
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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
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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
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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
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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
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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
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Transmisión de señal
• Infraestructura del cable y puntos de conexión – Se recomienda máximo hasta 4 puntos de conexión
Escenario típico de conectividad de AV
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SOLUCIONES DE PAR TRENZADO
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Soluciones para aulas con par trenzado
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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
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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
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FIBRA ÓPTICAEligiendo la infraestructura de distribución de señal correcta
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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)
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Beneficios de la fibra óptica en sistemas de AV
• Transmisión de AV en distancias largas
1080p
Hasta 330’/100m
Hasta 30km
1080p
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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
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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
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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
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Desempeño del cable de fibra óptica
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Manejo de señales digitales
Estrategias para diseñar sistemas exitosos