Produkt: Professional System 03/2019
Professional System 03/2019
Special: AV & IT – GEFAHR ODER CHANCE? +++ SDVoE – Warum Interoperabilität wichtig ist +++ AES67, SMPTE ST 2110, AMWA NMOS – eine Übersicht +++ Variable Coverage im PHILIPS STADION EINDHOVEN +++ LED-Grundlagen: WÄRMEMANAGEMENT – Gewicht oder Geräuschentwicklung?
Medientechnik-Grundlagen

HDMI/DVI-Übertragung und Vernetzung

Die Übertragung und Vernetzung digitaler AV-Signale, insbesondere bei HDMI, war bisher alles andere als einfach. Unser Autor Detlef Hartmann erläutert Ihnen die Grundlagen der HDMI/DVI-Übertragung und Vernetzung.

HDMI DVI ANschlüsse

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Die digitalen Bild- und Tonformate halten immer stärker Einzug in die Festinstallation. Allerdings sind dabei einige Hürden bei der Übertragung und Verteilung der digitalen Formate DVI, HD-SDI oder HDMI zu nehmen. Zum besseren Verständnis dieser Formatvielfalt starten wir mit einem Exkurs in die Grundlagen der o. g. Signalarten. Anschließend stellen wir eine „installationstaugliche“ Lösung zur Verteilung und Übertragung der digitalen AV-Formate vor.

Digitale AV-Signale

Unser Ausflug in die Grundlagen der digitalen AV-Signale startet bei HD-SDI: „High Definition Serial Digital Interface“ ist die serielle Übertragung von unkomprimierten Bildsignalen. Es findet in erster Linie im professionellen Studio- und Produktionsumfeld und im digitalen Kino seinen Anwendungsbereich. Wie bei den analogen Componenten-Signalen werden auch bei HD-SDI die Farben getrennt übertragen. Allerdings wird bei der digitalen Verbindung nur eine einzige Leitung benötigt; zu diesem Zweck wird eine 75 Ω-Koaxialleitung eingesetzt.

In den Austastlücken können laut SMPTE 292M Norm noch Audiosignale und Metadaten übertragen werden. Durch die sehr hohe Datenmenge ergibt sich eine Datenrate von mindestens 1.485 GBit/s, was den Videoformaten 720p bis 1080p entspricht. Bedingt durch diese Datenrate sind die standardisierten Leitungslängen für HDSDI je nach Kabeltyp auf eine Länge von ca. 70 m begrenzt. In der Computertechnik setzt sich immer mehr die DVI-Schnittstelle zur Bildübertragung durch. Teilweise findet das DVI – Digital Visual Interface – auch in der Unterhaltungselektronik seine Einsatzgebiete. Bei DVI werden nach dem TMDS (Transition Minimized Differential Signaling), einem von Silicon Image entwickeltem Standard, verschiedene Stecker- und Leitungsarten unterschieden:

  • Eine Single Link-Verbindung verfügt regulär über 18 +1 (18 + 5) Kontakte und überträgt maximal 3,7 GBit/s. Diese Bandbreite erlaubt mit einer Bildwiederholrate von 60 Hz eine maximale Auflösung von 1.915 × 1.436 Pixel. In der IT-Technik typische Auflösungen, die über Single-Link-Verbindungen übertragbar wären, sind UXGA (1.600 × 1.200 Pixel) oder WUXGA (1.920 × 1.200 Pixel) Auflösungen.
  • Die Dual Link-Verbindung überträgt bis zu 7,4 GBit/s. Das bedeutet bei 24 Bit pro Pixel eine Übertragungsbandbreite von 330 Mega-Pixel/s. Damit ist eine Auflösung von QXGA (2.560 × 1.600 Pixel) möglich. Die Dual-Link-Verbindung benutzt 24 + 1 (24 + 5) Kontakte.
  • DVI-I erlaubt die Übertragung von digitalen und analogen Bildsignalen. Am Stecker und an der Buchse befindet sich neben den 18+1 (Single Link) oder 24+1 (Dual Link) Kontakten zusätzlich ein Block mit vier weiteren Kontaktpunkten. Diese führen die analogen Bildsignale. DVI-IStecker können nicht auf DVI-D-Buchsen (s. u.) aufgesteckt werden; umgekehrt ist eine Steckverbindung jedoch möglich.
  • Bei DVI-D werden ausschließlich die digitalen Bildsignale übertragen. Auch dabei gibt es natürlich die Unterscheidung zwischen Single- oder Dual-Link-Verbindungen.
  • DVI-A-Stecker oder Buchsen werden in der Praxis nicht an Komponenten verwendet. Die DVI-A-Verbindung finden sich nur an Adaptern, die eine Verbindung von DVI-I zu VGA herstellen. Diese Adapter sind rein passive Bauteile, da die analogen Signale am DVI-I-Anschluss anliegen und via Adapter auf die VGA-Beschaltungsnorm umgesetzt werden.

Wie bei den erforderlichen Bandbreiten von 3,7 bis 7,4 GBit/s nicht anders zu erwarten, sind lange Verbindungsstrecken nicht möglich. Je nach Leitungsqualität müssen Übertragungsstrecken mit maximaler Auflösung bei Single-Link-Verbindungen von 5 bis 10 m eingehalten werden. Wie man an der Bezeichnung „Digital Visual Interface“ schon erkennen kann, werden über DVI-Verbindungen ausschließlich die Bilddaten nebst DDC-(Digital Data Channel) Informationen übertragen.

Der DDC ist eine serielle Kommunikationsschnittstelle zwischen Signalquelle und Signalempfänger, um z. B. die Auflösungsdaten des Monitors an den Computer zu übermitteln. Audiosignale stehen an DVI-Ports nicht zur Verfügung.

Eine Weiterentwicklung des DVI aus dem TMDS-Standard ist das High Definition Multimedia Interface, kurz HDMI. Diese Schnittstelle wird für digitale Übertragung von Video- und Audiodaten in der Unterhaltungselektronik eingesetzt. HDMI ist eine volldigitale Schnittstelle, die gemeinsam mit der Filmindustrie und nahezu allen weltweit agierenden Herstellern der AV-Branche entwickelt wurde (Beginn: zweite Jahreshälfte 2003) und konsequente Unterstützung erfährt.

Die HDMI-Bilddaten sind kompatibel zu DVI; somit lassen sich HDMI- und DVI-Komponenten mit passiven Adaptern miteinander verbinden. Die Audiosignale der HDMI-Schnittstelle werden allerdings nicht auf die DVI-Schnittstelle übertragen.

HDMI und Kopierschutz

Auch das für HDMI vorgeschriebene Kopierschutzverfahren HDCP erweist sich oft als Stolperstein: Bei DVI-Schnittstellen ist ein Kopierschutzverfahren nicht vorgeschrieben und deshalb sind auch nicht alle DVI-fähigen Komponenten HDCP fähig. Was dazu führt, dass z. B. ein Blu-Ray-Player, angeschlossen an einem mit DVI-Schnittstelle ausgestatteten Großbildprojektor, kein Bildsignal überträgt, da der angeschlossene Projektor nicht als Ausgabemedium anerkannt wird.

Allerdings wird das HDCP-Kopierschutzverfahren auch bei DVI-Komponenten eingesetzt und die damit ausgestatteten Geräte sind vollständig HDMI-Bildsignal kompatibel. Die Übertragungslänge bei HDMI-Verbindungen mit konventionellen HDMI-Leitungen ist wie bei DVI begrenzt durch die hohe Übertragungsbandbreite und abhängig von der Kabelqualität und beträgt in der Regel etwa 20 Meter.

Last but not least noch eine Bemerkung zu HDCP – High Bandwidth Digital Content Protection: Dieses von Intel entwickelte Verschlüsselungssystem verhindert den Aufbau einer nicht autorisierten Übertragung von Bild- und Tonsignalen in hoher Auflösung oder unterbindet die Übertragung vollständig. Dazu verfügt jedes HDCP-konforme und von der LLC zertifizierte Gerät über vierzig sogenannte Schlüssel mit einer jeweiligen Datenlänge von 56 Bit. Am Anfang einer Verbindung tauschen die verbundenen Komponenten ihre ID (Identifikationsnummern) aus und verständigen sich mit einem speziellen „Blom“-Verfahren auf einen Einmalschlüssel für die weitere Kommunikation untereinander.

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