О. Бабий, А. Володин, В. Митько, Е. Спинко
Видеомодем на микросхеме PRACT от Siemens
Журнал ChipNews со статьёй “Видеокомпрессор на базе
видеокодека ADV601” обеспечил авторам положительную обратную связь. Пожалуй,
ещё ни разу мы не получали столько писем с таким количеством разных вопросов.
Начиная со специфических, например, как заставить видеоплату с чипами
Analog Devices ADV7176AKS и Philips SAA7111 выдавать на выходе PAL вместо
NTSC. И заканчивая почти философскими, например, как передавать по Сети
качественное видео (есть же Voice over IP, почему нет качественного Video
over IP?). Из переписки с читателями мы выяснили, что качество восстановленной
картинки и помехоустойчивость для потребителя зачастую важнее, чем выигрыш
в экономии средств от передачи сигнала по обычной телефонной “лапше”.
Наконец, основная часть писем содержала чисто практический вопрос: как
передать сжатое видео на расстояние. На него у авторов, разработчиков
компании ЭЛиПС, уже имеется воплощённый “в железе” ответ.
Зачем изобретать модем?
Напомним в двух словах, что в предыдущей статье [1] рассказывалось
об устройстве сжатия и восстановления PAL- или NTSC-сигнала. Кодирование
видео в формате Wavelet обеспечивало устойчивость к помехам (включая пропадание
кадров) и высокий коэффициент сжатия при сохранении качества SVHS. Изначально
компрессор предназначался для систем видеонаблюдения, поэтому исполнялся
в виде платы, которую можно встраивать в корпус видеокамеры или в блок
радиопередающего устройства. Входной разъём компрессора содержал 4 коммутируемых
видеовхода и сигналы синхронизации.
В то же время, системные интеграторы, как показала практика,
нуждаются в решениях более высокой степени готовности. Недостаточно просто
сжать картинку, желательно ещё и передать её на расстояние без потерь.
Простой статистический опрос показал, что 90% объектов, требующих распределённого
видеонаблюдения, имеют периметр не более 2–2,5 км. Причём те же 90% периметра
уже оснащены коммуникациями. Чаще всего это телефонные пары, значительно
реже — коаксиальный кабель или оптоволокно. Поэтому передача видео по
проводному модему (проще говоря, по телефонной “лапше”) казалась наиболее
логичным решением. Отчего не использовать готовый, покупной модем? Простой
расчёт показал, что изготовление специального модема гораздо эффективнее.
Модем, конструктивно и функционально оптимизированный для передачи видеосигнала
от компрессора “Удав” (рис. 1), в несколько раз дешевле готовых аналогов.
Экономия достигается за счёт поддержки только физического
канала Е1 для передачи видеоданных. Остальные протоколы Е1 не используются.
Такой подход позволил разместить компрессор и модем в едином конструктиве.
Небольшие размеры плат компрессора и модема позволили
разместить устройство в компактном корпусе “Elegant” производства фирмы
Bopla.
Кроме обмена видеоданными по выделенной линии, модем
обеспечивает и передачу команд управления (режимы работы компрессора/декомпрессора
и управление внешними реле) (рис. 2).
Канал управления (1200 бит/с) разнесён с каналом видеоданных
по частоте, но физическиоба тракта передаются по одному и тому же проводу.
По этому же телефонному кабелю можно передавать видео, коммутируя сигнал
от разных камер с разделением времени. По последовательному каналу видеоданные
из устройства можно ввести прямо в компьютер.
PRACT под микроскопом
На момент проектирования видеомодема PRACT (PEB22320)
не являлся таким Chip Novelty, как видеокодек ADV601, но безусловно
заслуживал внимания. Хотя бы потому, что он реализует популярные интерфейсы
T1 и CEPT (1544 и 2048 Кбит/с). Эта микросхема, вообще говоря, подходит
для широкого диапазона голосовых и цифровых применений, например, для
подключения внутренних АТС к компьютерам или для терминальных применений.
Рассмотрим PRACT более подробно.
PEB22320 выполняет функции аналогового приёмо-передающего
линейного интерфейса устройств импульсно-кодовой модуляции. Скорость потока
— 1544 или 2048 Мбит/с выбирается программно.
Микросхема обладает следующими основными характеристиками:
- восстановление такта и данных;
- соблюдение требований G.703 для физического интерфейса;
- адаптивный контроль порога приёмника;
- соответствие спецификациям CCITT I.431 и BELLCORE TR-NWT-000499 по
дрожанию сигнала (джиттеру);
- наличие буфера компенсации джиттера;
- наличие внутренних и внешних петель для диагностики;
- минимум внешних компонентов;
- низкое энергопотребление;
- внутренний генератор тактовых импульсов, совмещённый с PLL (Phase
Locked Loop).
Функциональная схема PRACT представлена на рис. 3.
Рассмотрим особенности работы составных частей PRACT.
Приёмник
Приёмник восстанавливает данные из трёхуровневого сигнала
и выдаёт их в виде двух униполярных цифровых сигналов. Порог срабатывания
компаратора отрегулирован на 45% пика сигнала для определения логического
нуля и логической единицы. Если шум не превышает 10 мкВ/ЦГц, то битовая
скорость ошибок составляет менее 10-7.
Восстановление такта и данных
Аналоговый PLL выделяет внутренний восстановленный такт
RRCLK из потока данных, полученных по линиям RL1 и RL2. В качестве опорного
PLL использует системный такт CLK16M для CEPT и CLK12M для T1. Восстановление
такта и данных устойчиво к длинным последовательностям нулей, в том числе
и за счёт HDB3 и AMI кодирования. Восстановление такта и данных поясняет
рис. 4.
Допустимый входной “джиттер”
Допустимый входной “джиттер” сигнала для приёмника PRACT
соответствует требованиям CCITT и Bellcore для CEPT и Т1.
Сглаживание “джиттера” сигнала и тактовый генератор
Компенсатор “дрожания” снижает блуждание и дрожание сигнала
в восстанавливаемом такте. Компенсатор состоит из PLL с перестраиваемым
кварцевым генератором и FIFO на 288 бит. Для обеспечения такта 1544 МГц
(XCLK) и 2048 МГц (CLK2M) последовательно с первой PLL соединяется вторая.
Если на вывод JATT (рис. 3) подаётся низкий уровень,
то через FIFO сигнал не проходит, и время задержки распространения от
RL1,2 до RDOP/RDON уменьшается за счёт времени прохождения FIFO.
После обнаружения потери сигнала внутренняя PLL синхронизируется
на 2048 МГц (CEPT), подаваемых на вывод SYNC. Если на этот вывод сигнал
не подаётся или подаётся логический ноль, то PRACT автоматически переключается
в режим “MASTER” (синхронизация по центральной частоте кварцевого резонатора).
Выбор режима “MASTER” осуществляется с помощью вывода MODE. Если на этот
вывод подаётся высокий уровень, значит выбрана функция MASTER. Если же
на выводе SYNC появляется такт, то PRACT автоматически синхронизируется
под него. Компенсация дрожания соответствует требованиям Bellcore TR-NWT
000499 и Rec.1.431
Передатчик
Передатчик преобразует униполярные данные в трёхуровневый
сигнал. Униполярные сигналы поступают на XDIP (положительные импульсы)
и XDIN (отрицательные импульсы) синхронно с тактом передатчика XCLK. XDIP
и XDIN имеют активный низкий уровень. Данные выбираются по заднему фронту
входного такта XCLK. Входной такт генерируется из системных тактов PRACT.
Этот механизм устанавливает рекомендованную фиксированную взаимосвязь
между XCLK и внутренним сгенерированным тактом (счетверённый XCLK) для
формирователя импульсов.
Передатчик включает программируемый формирователь импульсов
(чтобы удовлетворять требованиям AT&T Technical Advistory #34 для
Т1), который программируется через выводы выбора длины линии LS0, LS1
и LS2 (только для Т1). Длина линии выбирается путём программирования выводов
LS0, LS1 и LS2 (только для Т1).
Форма импульсов согласована с CCIT G.703 (интерфейс 1544
Кбит/с) и получается путём использования того же кода выбора длины линии,
как и для кабельного диапазона Т1. Чтобы переключить устройство в режим
энергосбережения, на выводах XDIP и XDIN необходимо поддерживать высокий
уровень. Для управления линией передатчику необходим внешний трансформатор.
В видеомодеме использованы трансформаторы с разным передаточным числом,
в зависимости от волнового сопротивления линии:
- коаксиальный кабель — 75 Ом;
- витая пара — 120 Ом;
- “телефонная лапша” — 220 Ом.
Кому это нужно?
Видеосистемы (в том числе, системы видеозаписи) неумолимо
эволюционируют от аналоговых к цифровым. Предложенный вариант сжатия и
передачи — ещё одна попытка устранить главное препятствие для распространения
цифрового видео — высокую стоимость оборудования. Что же касается охраны
объектов, то монтаж видеосистем в крупном здании, где ранее такая техника
не устанавливалась — самая дорогая часть работы. Видеокомпрессия позволяет
упростить задачу — в качестве видеотракта можно использовать одну пару
проводов из уже имеющейся телефонной сети.
Литература
1. Видеокомпрессор на базе видеокодека ADV601 // Chip News. — 2000.
— № 6. — С. 9–11.
|
