Manejo de señales digitales. Estrategias para diseñar sistemas exitosos

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1 Manejo de señales digitales Estrategias para diseñar sistemas exitosos

2 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

3 TIPOS DE SEÑALES DIGITALES

4 HDMI HIGH DEFINITION MULTIMEDIA INTERFACE

5 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

6 HDMI TMDS

7 Conectores HDMI Estándar Mini Creado para equipos portátiles Micro Creado para teléfonos celulares, cámaras pequeñas

8 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

9 DISPLAYPORT

10 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

11 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

12 DisplayPort Interoperabilidad

13 THUNDERBOLT

14 Thunderbolt Basado en Mini DisplayPort Eléctricamente idéntico a DisplayPort

15 CONSIDERACIONES EN DISEÑO DIGITAL

16 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

17 Integridad de señal Distancia y calidad Cuánto es demasiado lejos? Calidad del cable Todos los cables son iguales? Cables oelectrónica? Conexiones Cuántos puntos de conexión??

18 Integridad de señal Perdida en señales de video digital Efecto Cliff Bueno Monitor LCD Calidad de la señal Nivel de señal aceptable Malo Medida del cable Señal análoga Señal digital

19 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 Cabling / System Todos los factores que afectan en los receptores la capacidad de distinguir entre transiciones altas y bajas

20 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 imagen

21 Integridad de señal Crosstalk y Jitter Aparecen en distintas maneras dependiendo del contenido, display o ubicación de los errores de bit Errores de Bit Líneas Verticales Pixelación Puntos de Color

22 EDID EXTENDED DISPLAY IDENTIFICATION DATA

23 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

24 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 Native 1680 x 1050 Información EDID se envía a la tarjeta de gráficos

25 EDID Video EDID Manager Software

26 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: x : x : x 768 5: x 1024

27 HIGH BANDWIDTH DIGITAL CONTENT PROTECTION

28 HDCP HDCP es un protocolo de encripción asignada a una interface digital DVI, HDMI y DisplayPort Fuentes Computadoras Blu-ray Player CATV STV Sinks Monitores Proyectores Repetidores Receptores Switchers DAs Evita acceso no autorizado al contenido protegido Su implementación en DVI es opcional

29 HDCP 1 a Autenticación Intercambio de llaves llaves públicas (KSV) Envío Llave Pública Soy un repetidor Llave pública enviada Llaves del downstream no son revocadas Tienes 5 segundos para decirme quien es el downstream

30 HDCP Autenticación Intercambio de llaves del repetidor Llaves públicas del downstream (KSV) Keys 1 A294R59SKO360 2 F93KO2MG84KDL 3 C32960VLS9305K Esta es la llave del dispositivo conectado Llave pública enviada Llaves del downstream no fueron revocadas Llave pública enviada 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

31 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) Solo soporta 3 dispositivos/llaves Receptor descifra y Vuelve a encriptar los datos Keys 1 A294R59SKO360 2 F93KO2MG84KDL 3 C32960VLS9305K Datos encriptados enviados El 4 o dispositivo no tendrá la llave para descifrar

32 HDCP 3 o Renovación del sistema de mensajes Diseñado para anular las llaves comprometidas lista de revocación SRM 2.0 Revocation List 1 A2B12459SKO360 2 F913OPMG84KDL 3 V45E60VLS9305K 4 E49A0FD3CB81F SRM V.1.3 SRM V.2.0 El Blu-ray Disc actualizará el reproductor con una lista de llaves comprometidas Hay billones de llaves de dispositivos en el mercado La revocación es una tarea de enormes proporciones

33 ADMINISTRANDO LA CONEXIÓN DIGITAL CON COBRE Y FIBRA

34 Ahora usamos sus cables para todas nuestras instalaciones

35 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.

36 Cuál es el medio apropiado?

37 USANDO PAR TRENZADO PARA SEÑAL DIGITAL

38 Por qué usar par trenzado? Un cable de par trenzado puede cargar varias señales Video Audio Control RS 232 bidireccional e IR Ethernet Corriente eléctrica remota

39 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

40 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

41 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

42 Transmisión de señal Tipos de cable CATx Cable Gaug e Conductor Outer shield Pair Shielding Required Bandwidth 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) Solid None None 250 MHz ~37dB CAT 6 (STP) Solid Foil None 250 MHz ~37dB CAT 6a (U/UTP) Solid None None 500 MHz ~37dB CAT 6a (F/UTP) Solid Foil None 500 MHz ~37dB CAT 6a (U/FTP) 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

43 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

44 Transmisión de señal Infraestructura del cable y puntos de conexión Se recomienda máximo hasta 4 puntos de conexión Escenario típico de conectividad de AV

45 SOLUCIONES DE PAR TRENZADO

46

47 Soluciones para aulas con par trenzado

48 Soluciones para aulas con par trenzado HDMI Blu ray UTP Tx DVI DOC Cam Receptor UTP Tx HDMI UTP Tx Switcher con receptores integrados HDMI VGA Display 1280 x 800 VGA PC UTP Tx

49 Ejemplo de Sistemas Hibridos HDMI Blu ray Laptop UTP Tx UTP Tx HDMI Display 1920 x 1080 PC VGA Doc Cam Switcher con receptores integrados Display 1920 x 1080

50 Eligiendo la infraestructura de distribución de señal correcta FIBRA ÓPTICA

51 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)

52 Beneficios de la fibra óptica en sistemas de AV Transmisión de AV en distancias largas Hasta 330 /100m 1080p Hasta 30km 1080p

53 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

54 Desempeño del cable de fibra óptica Fibra multimodo vs. monomodo 8 10 μm 50 μm 62.5 μm 125 μm 125 μm 125 μm 250 μm 250 μm 250 μm Monomodo Multimodo

55 Desempeño del cable de fibra óptica Fiber Category Core Size Maximum Distance for Video Signals* OM µm 300 m OM2 50 µm 1000 m OM3 50 µm 2000 m OM4 50 µm m OS1 and OS2 9 µm 30 km Comments Originally created for fiber optic LANs using LED light sources at 100 Mbps. Was used in the US for LAN systems. Originally created for fiber optic LANs using LED light sources at 100 Mbps. Was used in Europe for LAN systems. 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. Very high bandwidth, laser-optimized multimode fiber designed for 10 Gigabit Ethernet. OM4 is recommended for new installations of multimode fiber. Singlemode fiber is used for long distances and high bandwidth applications. *Assumes 850 nm λ for MM cable and 1310 nm λ for 4.25 Gbps data rate

56 Desempeño del cable de fibra óptica

57 Manejo de señales digitales Estrategias para diseñar sistemas exitosos

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