HDMI или компонентный интерфейс?
HDMI получает в последнее время всё большее распространение. Однако у многих возникает вопрос: действительно ли оправданно использование нового интерфейса или же старые, заслуженные – например, компонентный – ему не уступают? Чтобы разобраться в этом, нам придётся начать с некоторых фактов, касающихся технической стороны конкурирующих стандартов.
Обычно для передачи компонентного видео в быту используются три коаксиальных кабеля с разъёмами типа «тюльпан» – это и есть один из вариантов компонента.
Компонентный кабель RCA
Компонентный кабель RCA
Хотя есть и другие, например – кабель SCART.
Именно выбранный тип провода в значительной мере определяет достоинства и недостатки интерфейса передачи данных. Коаксиальный кабель хорош своей малой чувствительностью к помехам и слабым угасанием в нём сигнала – это обусловлено соосным расположением проводников, а также возможностью высокоточного контроля за равномерностью волнового сопротивления (75 Ом плюс-минус 1-2%). С другой стороны, он сравнительно дорогой, толстый и негибкий.
Кабель HDMI состоит из четырёх витых пар. По первым трём передаются видео и аудио, а также технические данные. По четвёртой – хронометрическая информация. Витая пара стоит дёшево, к тому же она тонкая и гибкая. Однако сигнал – особенно высокочастотный – быстро в ней искажается и затухает. Ибо расположение проводников здесь менее удачное, чем в коаксиальном кабеле, и контроль за равномерностью волнового сопротивления в данном случае затруднён – колебания его значений могут достигать десяти и более процентов.
Итак, с физическим уровнем разобрались. Дальше было бы логично коснуться цветовых моделей, используемых в том и другом интерфейсе. Однако на самом деле обсуждать здесь особо и нечего – в данной области HDMI и компонент довольно похожи. Судите сами: оба интерфейса используют по два варианта кодирования цветовой информации; в случае с HDMI это RGB и YCbCr, а в случае с компонентным видео – RGB и YPbPr. При этом YCbCr и YPbPr – это фактически цифровой и аналоговый вариант одной и той же цветовой модели. Конечно, есть и некоторые различия, но на итоговую картинку в телевизоре они не влияют.
А вот тип представления информации мы рассмотрим подробнее. Компонентный интерфейс – аналоговый. Поскольку большинство современных видеоприборов работают с цифровыми данными, источник компонентного сигнала приходится снабжать ЦАПом (цифроаналоговым преобразователем). А приёмник, соответственно, включает в себя АЦП (аналогово-цифровой преобразователь). Таким образом, сигнал дважды проходит совершенно ненужное преобразование – и это сохранности передаваемой информации не способствует. Как мы уже выяснили выше, непосредственно в проводах компонентный видеосигнал искажается весьма слабо. Однако потери всё равно присутствуют, пусть даже на глаз они могут быть совершенно незаметны.
HDMI использует другой тип представления информации – цифровой. Это позволяет избавиться от преобразования «цифра – аналог – цифра». Более того, зачастую информацию удаётся передать вообще без потерь. Разумеется, искажения сигнала в проводе неизбежны – и, как мы помним, они даже сильнее, чем в случае с компонентным кабелем. Однако ж если приёмник сигнала правильно декодировал все отправленные ему пакеты – данные переданы идеально, бит в бит.
Так что же, HDMI однозначно предпочтительнее? К сожалению, на практике не всё так просто.
Во-первых, HDMI очень плохо подходит для передачи сигнала на большие расстояния. И это неудивительно – он создавался как межблочный интерфейс, а не межкомнатный. Пределом для пассивного кабеля являются десять, от силы пятнадцать метров – и, вероятнее всего, при такой длине придётся довольствоваться разрешением максимум 720p или 1080i (их битрейт одинаков, он составляет 742,5 мегабита в секунду). 1080p/60fps генерирует вдвое больший объём данных за единицу времени – приходится увеличивать частоту, на которой функционирует интерфейс. А это сильно снижает допустимую длину кабеля и повышает требования к его качеству. Следует также учитывать, что HDMI подвержен влиянию эффекта «цифровой ямы». Это значит, что с увеличением длины кабеля сигнал долгое время сохраняет практически идеальное качество (помехи нарастают, но ещё не мешают приёмнику корректно декодировать информацию), однако по достижении некой пороговой длины практически сразу происходит катастрофическое его, качества, падение (так как значительная часть пакетов становится нечитабельной). То есть некий кабель может отлично работать на десяти метрах, серьёзно сбоить на одиннадцати, а на двенадцати не заработать вовсе. В общем, на больших расстояниях предпочтительнее компонентный кабель – он-то может работать при длине в пятьдесят и более метров.
Во-вторых, преимущества HDMI могут быть легко сведены на нет плохой реализацией в конкретном устройстве. Именно это объясняет жалобы на то, что, дескать, HDMI «замыливает картинку», «искажает цвета» и так далее. Естественно, некоторые помехи, скажем, от некачественного кабеля, могут иметь место, например – в виде характерного «искрения» экрана. Однако ж повлиять на резкость или цветопередачу данный интерфейс не может никак. Тут дело в другом – аналоговый и цифровой сигналы как в источнике, так и в приёмнике могут проходить существенно различающуюся обработку. Это и обуславливает наблюдаемую разницу в картинке.
И на закуску приведу несколько мифов, непосредственно касающихся выбора предпочтительного типа интерфейса. С полным разоблачением, разумеется.
Миф первый. HDMI не содержит встроенного протокола коррекции ошибок
Это не совсем так – HDMI-устройства используют корректирующий алгоритм BCH, но только для технической информации и аудиоданных. Несмотря на это, наиболее дорогие кабели (из бескислородной меди с «кристаллами, ориентированными по направлению движения тока», в оплётке из кожи редкой змеи) покупают именно любители аудио, а не видео. Впрочем, с точки зрения маркетолога, ничего удивительного в этом нет – довольно часто спрос на товар зависит отнюдь не от технической оправданности его применения.
Видеотрафик алгоритмом BCH не защищён, однако некое бледное подобие коррекции ошибок всё-таки имеет. Речь о технологии TMDS. При её использовании на каждый байт полезной информации приходятся два дополнительных бита. Если итоговый 10-битный пакет искажается в кабеле, возможны два варианта. В том случае, когда полученное после искажения значение является одним из 460 разрешённых, оно проходит на экран. При этом искажённое значение может сильно отличаться от истинного и вызовет «вспышку» на экране. Возможен также вариант, при котором полученное значение окажется одним из 560 запрещённых. Стандарт не определяет, как его в этом случае использовать, и всё зависит от создателей данного конкретного устройства отображения. Информация может быть взята из предыдущего кадра, а может быть интерполирована на основе значений соседних пикселей кадра текущего.
Миф второй. Видеоинформация не была защищена протоколом BCH намеренно, дабы пользователи покупали более дорогие кабели
Собственно, вся наивность этого утверждения видна уже из анализа предыдущего мифа. Более дорогие кабели берут как раз те, кому они вроде бы и не очень нужны. Реальной причиной «дискриминации» по отношению к видео стал просто-напросто объём передаваемого трафика – у HDMI он теоретически может доходить до 10,2 гигабита в секунду. Естественно, для применения «тяжёлого» корректирующего алгоритма к такому потоку информации потребуется мощный чип – что серьёзно скажется на стоимости конечных устройств.
Миф третий. Существуют разные версии спецификаций HDMI (1.1 – 1.3а), и кабели должны им соответствовать. Если приёмник и передатчик сигнала поддерживают спецификацию 1.3 – надо искать кабель с надписью «1.3 compliant», иначе ничего не заработает
Ну прежде всего надписи типа «1.3 compliant», «1080p@60fps compatible» и так далее являются чисто маркетинговыми уловками, их наличие или отсутствие не говорит вообще ни о чём. Более того, от спецификации к спецификации конструктивно кабели совершенно не менялись. Означает ли это, что провод, успешно работавший, скажем, с HDMI-устройством версии 1.1, гарантированно будет работать и с устройствами 1.3? Нет, необязательно. Дело в том, что при переходе к версии стандарта 1.3 был существенно увеличен максимально допустимый битрейт – путём увеличения частоты, на которой функционирует интерфейс. Естественно, далеко не все кабели выдержат такой «разгон», ибо требования к качеству их изготовления в данном случае сильно возрастают. Однако ж время выпуска совершенно несущественно – добротный кабель нескольких лет от роду будет нормально работать. А вот низкокачественный, пусть и новый, – нет.
Миф четвёртый. Для источника, поддерживающего лишь стандартное разрешение, использование HDMI бессмысленно, так как этот интерфейс предназначен для передачи видео высокого разрешения
Абсурдность такого утверждения наверняка уже понятна нашему читателю. Грамотно реализованный HDMI может иметь преимущества перед компонентом при любом разрешении картинки.
Миф пятый. Компонентный видеоинтерфейс принципиально неспособен передавать картинку высокой чёткости
Отнюдь, по компонентному кабелю вполне успешно передаётся видео 720p или 1080i. Другой вопрос – «кто ж ему даст»? Дело всё в том, что производители HD-контента очень хотят затруднить жизнь пиратам, и поэтому большинство устройств картинку высокого разрешения на аналоговый интерфейс просто не выдадут – ибо сколько-нибудь надёжная её защита от копирования в этом случае невозможна. Но если у вас есть источник HD-видео, не защищённого технологией HDCP, использование компонента вполне реально.
Как выбрать видеокабель или переходник
Видеокабели и переходники: виды и назначение.
В настоящее время существует множество стандартов передачи видеосигнала. Они развивались разными фирмами в разное время и неудивительно, что в разных стандартах применяются разные разъемы и кабели. Если в пределах одного устройства проблем это не вызывает, то при расширении мультимедийной системы рано или поздно приходится столкнуться с проблемами при передаче видеосигнала от одного устройства к другому. Проблемы эти можно подразделить на три вида:
1. Стандартный кабель отсутствует, или его длины не хватает.
2. Сопрягаемые устройства используют один стандарт передачи видеосигнала, но имеют разные разъемы.
3. Сопрягаемые устройства используют разные стандарты видеосигнала.
Первая проблема решается с помощью видеокабелей.
Для решения второй проблем предназначаются переходники, представляющие собой пару разъемов различных стандартов, соединенных в небольшом корпусе. Здесь нужно хорошо представлять себе, какие разъемы применяются в пределах одного стандарта передачи видео и в принципе совместимы друг с другом.
Справедливости ради следует заметить, что странного вида переходники действительно встречаются и даже работают. Но такие переходники всегда идут в комплекте к какой-либо аппаратуре, которая может распознать нестандартный сигнал на разъеме и соответственным образом его обработать. Использование таких переходников на других устройствах может оказаться для этих устройств фатальным.
Для решения третьей проблемы применяются преобразователи видеосигнала. Пользоваться такими следует с осторожностью, убедившись, что преобразователь подходит для вашей техники и не портит качество изображения. Особенно это актуально для преобразователей цифрового сигнала в аналоговый и наоборот.
Характеристики видеокабелей и переходников.
Видеокабели предназначаются для соединения двух элементов видеосистемы. Обычно с обеих сторон такого кабеля находится разъемы одного типа. Впрочем, часто бывает и так, что видеокабель одновременно является и переходником.
Переходник– устройство, предназначенное для перехода с одного типа разъема на другой или – для разъемов одного типа – с одного вида на другой (с вилки на розетку или наоборот).
Длина кабеля должна выбираться с таким расчетом, чтобы его с небольшим запасом хватило для нужного соединения. Брать слишком длинный кабель без необходимости не стоит – даже самые лучшие кабели снижают уровень полезного сигнала, и, чем больше длина кабеля, тем сильнее.
Ферритовые кольца или экранирование кабеля – это способ защиты передаваемого видеосигнала от электромагнитных помех. Следует иметь в виду, что экранирование, как защита от помех, будет малоэффективно, если оборудование не заземлено.
Разъемы.
Для понимания, из какого разъема в какой могут быть переходники, разделим все разъемы по группам, использующим совместимые форматы передачи данных.
Компонентное видео – способ передачи аналогового видеосигнала по двум и больше каналам, каждый из которых несет какую-то отдельную информацию о цветном изображении.
Композитное видео – способ передачи аналогового видеосигнала по одному каналу.
Рабочие переходники возможны только в пределах одной группы.
TS, TRS, TRRS (Jack 3,5 мм) применяются для передачи аналогового видеосигнала. Обычно такой разъем устанавливается в миниатюрные устройства (видеокамеры, фотоаппарты, регистраторы) из-за малых габаритов. Единого стандарта распайки такого разъема для передачи видеосигнала нет, как нет и стандарта самого видеосигнала – через такой разъем может передаваться как компонентный, так и композитный видеосигнал. Настоятельно рекомендуется использовать переходники и видеокабели с разъемом jack только с тем оборудованием, в комплекте с которым он шел. Перед покупкой нового переходника следует точно выяснить, как распаян разъем в переходнике, как разведены сигналы на подключаемом устройстве; убедиться что распайки совпадают и что совпадают стандарты видеосигнала на подключаемых устройствах. Наиболее распространенные переходники: TS –RCA, TRRS – 3 х RCA.
RCA (Phono) применяются для передачи аналогового сигнала – компонентного YPbPr и композитного.
Компонентный видеосигнал YPbPr содержит информацию о яркости, об уровнях синего и красного цветов. Из распространенных аналоговых стандартов YPbPr и VGA обеспечивают наилучшее качество. Для передачи такого сигнала используется три разъема RCA, обычно помеченных цветами и/или буквенной маркировкой – зеленого (Y), синего (Pb) и красного (Pr) цветов.
Композитный видеосигнал содержит всю видеоинформацию в одном канале, что плохо сказывается на качестве изображения: из всех стандартов передачи видеосигнала, композитный обеспечивает наихудшее качество. Для такого сигнала используется один разъем RCA желтого цвета с пометкой «video».
Несмотря на одинаковые разъемы, стандарты несовместимы, завести компонентный выход на композитный вход (как и наоборот) с помощью переходника невозможно.
Наиболее распространенные переходники: RCA – SCART, TRS –RCA, TRRS – 3 х RCA. Для переходников последних двух видов следует убедиться в правильности распайки переходника применительно к используемому оборудованию и согласованности сигналов на обеих сторонах переходника.
DVIразъемы могут применяться как для передачи аналогового RGB-сигнала (DVI-I), так и цифрового (DVI-D) и обоих вместе (DVI). Из-за этой универсальности возникает некоторая путаница с переходниками: наличие в продаже переходников SVGA-DVI-I многих наводит на мысль о полной совместимости сигналов с разъемов SVGA и DVI. Это не так – в таком переходнике будет работать только аналоговая часть и попытка подсоединить чисто цифровой выход к, например, аналоговому входу монитора, будет неудачной.
Наиболее распространенные переходники: DVI-I – SVGA, DVI-D – HDMI, DVI – Displayport
HDMI, miniHDMI, microHDMI – используется для передачи цифрового видео- и аудиосигнала. Соответственно, переходник может быть тоже только на разъем, допускающий передачу цифрового видеосигнала. В переходнике HDMI – DVI будет задействована только цифровая часть и для сопряжения аналогового и цифрового сигналов такое устройство непригодно.
Существует несколько версий формата HDMI, но разъемы и их распайка для всех версий одинакова. Применительно к кабелям старшие версии HDMI имеют большую пропускную способность, поэтому предъявляют к качеству кабелей повышенные требования. Стандарт кабеля HDMI скорее говорит о качестве кабеля, чем о его совместимости с той или иной версией HDMI.
Существуют разъемы HDMI с меньшими габаритами – miniHDMI и microHDMI. Все они полностью взаимно совместимы.
Наиболее распространенные переходники: HDMI-miniHDMI, HDMI-microHDMI, DVI-D – HDMI, HDMI – Displayport
Displayport (DP), miniDisplayport (miniDP) – разъем, внешне похожий на HDMI, но способный (как и DVI) на одновременную передачу как цифрового, так и компонентного аналогового RGB сигнала вместе с аудиосигналом. Еще один источник путаницы, так как в продаже есть как переходники Displayport-SVGA, так и Displayport-HDMI. Разумеется, никакого преобразования сигнала в них не производится, и соединить с помощью пары таких переходников HDMI и SVGA не получится.
Наиболее распространенные переходники: HDMI – Displayport, DVI – Displayport, Displayport – miniDisplayport, Displayport-SVGA.
Поворотный и L-образный разъемы позволяют подключиться к ответному разъему в стесненных условиях. Стандартный разъем обычно имеет довольно большую длину, кроме того, выходящий из него видеокабель довольно жесткий и малым диаметром не изгибается. Поэтому запас пространства для подключения видеокабеля может доходить до 10 см, что может быть неприемлемо, например, для настенных мониторов с выходом разъемов на заднюю стенку.
Варианты выбора.
Для соединения двух элементов видеосистемы выбирайте видеокабель по цене от 200 до 2800 рублей в зависимости от длины, стандарта и качества изготовления.
Для соединения согласованных однотипных линий с разными разъемами вам потребуется переходник – нужно только знать марки разъемов с обеих сторон. Стоят переходники от 150 до 2400 рублей.
Для преобразования цифрового сигнала в аналоговый придется купить преобразователь. Он обойдется в 800-1000 рублей, но сначала убедитесь, что он подойдет к вашей аппаратуре.
Видеоинтерфейсы. Композитный и Компонентный
Содержание
Содержание
Чтобы создать цветную картинку на экране, от источника проводится передача данных о цвете и яркости каждой точки монитора или дисплея. Все обилие цветовой палитры передается путем «смешивания» 3-х основных цветов различной яркости (RGB). Само сокращение RGB расшифровывается как Red, Green, Blue (красный, зеленый, синий). Три цвета при максимальной яркости дают белую точку на экране, а их полное отсутствие — черную.
В зависимости от типа соединения (интерфейса) применяются разные форматы передачи этих данных на принимающее устройство. Оба интерфейса (композитный и компонентный) используют разъемы, получившие название RCA. Компания Radio Corporation of America (RCA) предложила его для стандарта соединений аудиоаппаратуры еще в далеком 1940 году. В России эти разъемы известны под названиями «тюльпаны» или «колокольчики».
Проводником между разъемами является коаксиальный кабель. В кабелях этого типа защитный экран от помех выполнен в одной оси с сердечником-проводником (co — совместно и axis — ось).
Сами по себе кабель и разъемы RCA идентичны (взаимозаменяемы) в обоих интерфейсах.
Композитный интерфейс
Интерфейс, в котором сигналы цветности и яркости не разделены, а передаются по одному каналу связи, называется «композитным» (т.е. многокомпонентный). Это один их самых первых упрощенных интерфейсов. Из-за «смешивания» сигнала на входе в кабель и его последующего разделения при прочтении на устройстве вывода, возникают паразитные перекрестные помехи. Исключить их полностью невозможно. Появляется «смазанность» картинки.
Это считается основным недостатком «композита», который ограничивает качество передаваемого видеосигнала. Композитный кабель, как правило, трехжильный. Желтым цветом обозначается разъем RCA для передачи видео, белым и красным (моно и 2-й канал стерео) — звуковые проводники. Технических различий в свойствах всех 3 жил кабеля нет. Цветовая маркировка необходима для прослеживания концов одного провода (вход-выход), чтобы пользователь их не перепутал.
Компонентный интерфейс
По мере развития видеоиндустрии повысились требования к качеству сигнала. Избалованный пользователь готов платить за картинку высокого качества. Так почему бы не предоставить ему желаемое? Интерфейс, в котором данные о цветности и яркости передаются каждый по своему каналу, не смешиваясь между собой, называется компонентным. Он выполнен аналогично 3х-жильному «композиту» с одним каналом для видео и двумя для стереозвука с разъемами RCA, но в «компоненте» по всем 3 каналам передается информация о видео. Для передачи аудиосигнала можно купить отдельный кабель или взять компонентный из 5 жил: 3 для видео, 2 для аудио.
В компонентном интерфейсе разделена яркость и цветность красного, синего. Разъемы имеют синюю, красную и зеленую маркировку соответственно. Несмотря на наличие зеленого «тюльпана» данные о цветности зеленого не передаются. По нему передаются данные о яркости. Цветность зеленого рассчитывается на принимающем устройстве по определенному алгоритму. В основе этих вычислений лежат данные об общей яркости и цветности синего и красного.
Выделение отдельной линии для яркости понадобилось для воспроизведения развивающегося цветного телевидения на старых черно-белых телевизорах. В компонентном кабеле смазывание картинки не возникает, так как тут отсутствует смешивание (мультиплексирование).
Остаются незначительные потери при передаче сигнала на его естественное затухание, в зависимости от длины и материалов проводника. Сильное затухание выражается в ухудшении яркости картинки на экране. Эти потери могут быть рассчитаны при помощи таблицы специальных коэффициентов, которая поможет подобрать максимальную длину кабеля между устройствами.
Отличие компонентного YPbPr от YCbCr
Сам компонентный разъем на устройствах может иметь 2 обозначения: YPbPr или YCbCr. По каналу, обозначаемому Y, передается сигнал уровня яркости. По каналу с обозначением b (blue) передается сигнал разности между яркостью и синим, а по каналу r (red) — сигнал разности между яркостью и красным цветом. Буквы P и С обозначают различные алгоритмы записи и считывания информации о цветовом пространстве изображения (последовательность и очередность кодирования). Разница между этими обозначениями заключается в типах формирования видео на экране. Их всего два: чересстрочная (i– interlaced, «интерлейс») и как альтернатива, прогрессивная развертки. При интерлейсе каждый кадр видео формируется из 2 «полукадров», напоминающих жалюзи. В первом полукадре проходит сигнал для «четных» строк изображения, во втором для «нечетных».
Это позволяет при одной и той же пропускной способности канала увеличить частоту изображения в 2 раза, по сравнению с прогрессивной разверткой.
При прогрессивной (p — progpessive) развертке каждый кадр передается целиком, построчно. Это убирает эффекты искажения. Пропадает «гребенка» при просмотре динамичных сцен. Нет половины строк, ожидающих обновления, но необходима удвоенная пропускная способность канала. Интерфейс YPbPr компонентного разъема означает, что это порт «универсал». Он поддерживает и прогрессивную, и интерлейс развертки.
Маркировка YCbCr говорит о том, что разъем поддерживает только чересстрочную развертку. На это стоит обратить особое внимание при подборе компонентов домашнего кинотеатра или при подключении видеокамеры к монитору/телевизору. В этом случае во время воспроизведения видео с неподдерживаемым типом развертки могут возникнуть искажения, а иногда просмотр вообще будет невозможен.
Так что же лучше?
При выборе компонентов аппаратуры следует основное внимание уделить «языку» (интерфейсу), на котором принимающие и передающие устройства будут «общаться» между собой. Он должен быть одинаков или полностью поддерживать возможности разъема сопрягаемого устройства.
Воспроизведение прогрессивного видео на интерлейсе будет с искажениями. Видео с чересстрочным типом развертки на приемнике с YPbPr интерфейсом будет выглядеть безукоризненно.
В споре компонентного и композитного интерфейсов несомненно лучше «не складывать все цвета в одну корзину» и выбрать YPbPr-компонент. Хотя с победным наступлением эры 4К оба эти интерфейса рано или поздно канут в лету, так как через «колокольчики» RCA максимум возможна передача сигнала только в HD-разрешении.
