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Este Guia um novo paradigma das medies para as indstrias de televiso e telecomunicaes. Informaes tericas, dados experimentais, documentos apresentados em conferncias e seminrios, artigos publicados em jornais e revistas, sero divulgados em prximas edies. Para expressar o seu interesse por novas tecnologias e obter informaes e novidades tcnicas e tericas, produtos disponveis na rea, resumos tcnicos ou outros recursos para auxiliar engenheiros que trabalham com tecnologia avanada, visite nossos sites ou entre em contato direto. A Tektronix possui uma coleo bastante abrangente sobre o assunto.

TEKTRONIX www.tektronix.com.br

TV DIGITAL

Editora SENAI Rio de Janeiro 2009

2009. TEKTRONIX Direitos da obra original em ingls. Traduo e impresso autorizadas para o SENAI Departamento Nacional.

Tradutor Dalton Vilella Camilher Revisora Tcnica Nelia Caetano

Catalogao-na-Publicao (CIP) - Brasil T 235 t Tektronix. TV Digital / Tektronix ; traduo Dalton Vilella Camilher. Rio de Janeiro : Ed. SENAI, 2009. 124 p. : il. ; 23 cm. - (Coleo TV Digital) Traduo de: A guide to digital television systems and mesasurements Inclui glossrio ISBN 978-85-99002-14-8 1. Engenharia eletrnica e comunicao. 2. Televiso digital. I. SENAI Departamento Nacional. II. Ttulo. CDD: 621.388002

Editora SENAI Rua So Francisco Xavier, 417 - Maracan 20550-010 - Rio de Janeiro - RJ Tel.: (0XX21) 3978-5314 [email protected]

SUMRIO 1. Introduo ..............................................................................7 2. Conceitos Bsicos ....................................................................9 Componente e Composto (analgico) ............................................. 11 Amostragem e Quantizao ........................................................... 13 Padres de Vdeo Digital .............................................................. 15 Vdeo Serial Digital...................................................................... 22 Converso de Taxa Converso de Formato ..................................... 25 3. udio Digital ......................................................................... 29 Formato de Dados de udio AES/EBU ............................................. 31 udio Multiplexado...................................................................... 33 4. Hardware de Sistema e Questes ............................................. 45 Seleo de Cabo ......................................................................... 47 Conectores .................................................................................48 Patch Panels ..............................................................................48 Terminaes e Loop-Throughs ....................................................... 49 Cabos de udio Digital e Tipos de Conectores ..................................50 Distribuio de Sinal, Reclocking ................................................... 51 Tempo de Sistema ....................................................................... 54 5. Monitoramento e Medies ..................................................... 57 6. Medindo o Sinal Serial ........................................................... 63 Medidas de Forma de Onda ........................................................... 65 Medindo o Tempo do Sinal de Vdeo Digital Serial............................. 67 7. Denio de Deteco de Erros ............................................... 71 Denio de Erros ....................................................................... 73 Quanticando Erros ..................................................................... 75 Natureza de Sistemas de Transmisso de Vdeo Digital de Estdio ....... 75 Medindo Taxas de Erro de Bit (BER) ...............................................78

Um Mtodo de Medio de Erro para Televiso ................................. 81 Consideraes de Sistema ............................................................. 83 8. Efeito de Oscilao e Medies ............................................... 85 Jitter em Sinais Digitais ............................................................... 87 Medindo Jitter............................................................................ 91 9. Teste de Sistema ................................................................... 95 Teste de Desgaste (Stress) ............................................................ 97 Vericao de Campo SDI .............................................................98 10. Bibliograa ....................................................................... 103 Livros e Artigos ........................................................................ 105 Padres ................................................................................... 107 11. Glossrio ........................................................................... 109

1Introduo

Novos mtodos de testes e de medidas so necessrios para se determinar a qualidade do sistema de transmisso de vdeo digital e dos sinais que ele transmite. Os mtodos de anlise para os programas de vdeo e udio j so bem conhecidos. Contudo, mtodos para a forma serial do sinal digitalizado diferem grandemente daqueles utilizados para analisar os sinais de vdeo de banda bsica. Este guia bsico aborda muitos tpicos de interesse de designers e usurios de sistemas de televiso digital. Voc encontrar informao sobre udio embedded (Item 3), questes relativas a tempo de sistema (Item 4), e sistema de medies de tempo (Item 6). Os leitores que j esto familiarizados com os conceitos bsicos da televiso digital devem comear a leitura a partir do Item 4. Hardware de Sistema e Questes. A discusso

sobre tpicos especcos de medidas inicia-se no item 6. So abordados neste guia os seguintes tpicos principais: 1. Denio de televiso digital, incluindo conceitos bsicos, padres de vdeo, converses entre formatos de sinal de vdeo e formatos e padres de udio digital. 2. So apresentadas consideraes para a seleo de componentes passivos dos sistemas de transmisso, tais como cabo, conectores e preocupaes em relao ao casamento de impedncia, bem como o uso contnuo do conceito de loop-through passivo. A maioria dos mtodos de sistemas de transmisso e hardware atuais podem ser utilizados para o digital serial. 3. Questes de sistemas antigos e novos, so particularmente importantes para o vdeo digital, tambm so apresentadas, incluindo a equalizao, reclocking, e sistema de timing. 4. Teste e medida de sinais serial digital podem ser caracterizados em trs aspectos diferentes: uso, mtodos e ambiente operacional. Alguns tipos de uso so: bancada de designers, garantia de qualidade de fabricao, avaliao do equipamento do usurio, instalao do sistema e teste de aceitao, manuteno do sistema e do equipamento e, talvez o mais importante: a operao. 5. Vrios mtodos de medida so abordados em detalhes, incluindo medidas da forma de onda serial, denies e deteco de erros, efeitos e medidas de jitter e teste de sistema com sinais de teste especiais.

Agradecimentos David K. Fibush Autor Com as contribuies de: Bob Elkind e Kenneth Ainsworth Alguns textos e guras usados neste Guia foram impressos com a permisso da DESIGNING DIGITAL SYSTEMS, publicado por Grass Valley Products.

2Conceitos Bsicos

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Componente e Composto (analgico) Fontes de origem de sinal, tais como: cmeras e telecines produzem internamente imagens coloridos com trs sinais de largura de banda completa um para o Verde, outro para o Azul e outro para o Vermelho. Aproveitandose que a viso humana no to apurada para a cor como para o nvel de brilho, os sinais de televiso so geralmente transformados em sinais diferentes de luminncia e de cor como demonstrado na gura 2-1. Y, o sinal de luminncia, derivado de cores componentes de RGB, baseadas na equao:

Y = 0.59G + 0.30R + 0.11BOs sinais de diferena de cor operam numa largura de banda reduzida, tipicamente metade da largura de banda da luminncia. Em alguns sistemas, especialmente no NTSC, os sinais de diferena de cor tm largura de banda ainda mais baixa e desigual. Formatos de sinais de componentes e nveis de tenso no so padronizados para sistemas de 525 linhas, enquanto h um documento EBU (EBU N-10) para sistemas de 625 linhas. Detalhes para sistemas componente analgico esto amplamente descritos em outro manual da Tektronix Resolvendo o Quebra-Cabea do Componente - Solving the Component Puzzle. importante notar que valores de nvel de sinal, no domnio da diferena de cor, permitem combinaes Y, B-Y, R-Y que estaro fora do range legal do gamut quando convertido para RGB. Portanto, h uma necessidade de vericao do gamut de sinais de diferena de cor ao fazer os ajustes operacionais tanto para o formato analgico como para o formato digital desses sinais. A maioria dos sinais de televiso hoje em dia de dois campos -por- quadro entrelaado. Um quadro contm todas as linhas de varredura de uma imagem, 525 linhas em aplicativos de 30 quadro/segundo e 625 linhas em aplicativos de 25 quadro/segundo. O entrelaamento aumenta a resoluo temporal fornecendo duas vezes a mesma quantidade de campos por segundo, cada um com somente metade das linhas. Qualquer outra linha de imagem representada no primeiro campo e as outras so preenchidas no segundo campo.

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2. Conceitos Bsicos

Outra forma de ver o entrelaamento a reduo da largura de banda. Taxas de amostragem de 50 ou mais apresentaes por segundo so necessrio para eliminar o notrio piscado. Usando-se 2 campos entrelaados, a largura de banda para transmisso ca reduzida por um fator de 2. O entrelaamento produz de fato artefatos nas imagens com alto contedo de informao vertical. No entanto, para a imagem de televiso, isso no geralmente considerado um problema quando comparado com o custo do dobro da largura de banda. Em aplicaes de tela de computadores, os artefatos de entrelaamento no so aceitos, portanto a varredura progressiva utilizada, geralmente com frame rates bem acima de 60Hz. Como a televiso (especialmente a de alta denio) e as aplicaes da computao cam cada vez mais integradas, haver uma migrao do entrelaamento para o mapeamento progressivo para todas as aplicaes. Maior reduo da largura de banda do sinal de televiso ocorre quando ela codicada em PAL ou NTSC como demonstrado na Figura 2-2. NTSC denido para operao em estdio por SMPTE 170M, que formaliza e atualiza o ainda no completamente aprovado, RS 170A. As denies para PAL e NTSC (bem como SECAM) podem ser encontradas em ITU-R (ocialmente CCIR) Relatrio 624. Onde cada sinal RGB teria at 6 MHz de largura de banda, os sinais de diferena de cor teriam tipicamente Y em 6MHz e cada sinal de diferena de cor, em 3 MHz; contudo um sinal composto um canal de 6 MHz ou menos. O resultado da rede um canal de 6MHz composto transportando campos de cor a uma taxa de 60 por Segundo, o que no formado de varredura progressiva e no comprimido, precisaria de 3 canais de 12 MHz para uma largura de banda total de 36 MHz. Ento a compresso de dados no consiste em nada de novo, o meio digital s a torna mais fcil. Para sinais NTSC composto, existem consideraes de gamut adicionais quando convertidas do domnio da diferena de cor. Transmissores NTSC no permitem amplitude de cor de 100 por cento com alto nvel de luminncia (tal como o amarelo). Isso ocorre por que a portadora do transmissor cai a zero em sinais maiores que cerca de 15 por cento acima de 1 volt. Portanto, h um limite mais baixo de gamut para alguns sinais de diferena de cor NTSC quando convertidos para transmisso de RF.12

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Como parte do processo de codicao, o sincronismo e o burst so adicionados como pode ser visto na gura 2-3. Burst uma referncia para a decodicao de volta para componentes. A fase do burst, com a extremidade de sincronismo, chamada de fase SCH, a qual deve ser cuidadosamente controlada na maior parte das aplicaes de estdio. Para o NTSC, 7,5 unidades de IRE de setup so adicionadas ao sinal de luminncia. Isso apresenta algumas diculdades de converso, particularmente quando decodicado de volta para componente. O problema que relativamente fcil adicionar setup; mas remov-los quando as amplitudes e o tempo de setup no domnio composto no so bem controlados, pode resultar em erros de nvel de black e/ou distores de sinal no nal da linha ativa.

Amostragem e Quantizao O primeiro passo no processo de digitalizao a amostragem das variaes contnuas do sinal analgico, conforme demonstrado na gura 2-4. Olhando o sinal analgico em intervalos de tempo diferentes, uma

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seqncia de amostragem de tenses pode ser armazenada, manipulada e mais tarde, reconstruda. A m de recuperar o sinal analgico com preciso, a taxa de amostragem deve ser sucientemente rpida a m de evitar a perda de informao importante. Geralmente isso requer que a freqncia de amostragem seja ao menos o dobro da maior freqncia analgica. No mundo real, a freqncia um pouco maior que o dobro. (O Teorema de Amostragem Nyquist diz que o intervalo entre amostras sucessivas deve ser igual ou menor que a metade do perodo da freqncia mais alta presente no sinal). O segundo passo para a digitalizao de vdeo quantizar determinando um nmero digital para os nveis de tenso da amostra do sinal analgico 256 nveis para vdeo de 8-bit, 1024 para vdeo de 10-bit e at vrios milhares para udio. A m de obter um melhor aproveitamento digital, necessrio o processamento de 10-bit. Enquanto que a maior parte dos equipamentos de ta de 8-bit, o SMPTE 125M requer um padro de interface de 10-bit. Processamento menor que 10-bit pode causar artefatos e arredondamentos, particularmente em imagens geradas eletronicamente. Defeitos visveis sero revelados na imagem se os nveis de quantizao forem grosseiros (nveis baixos). Esses defeitos podem aparecer no contorno das imagens. Contudo, a boa notcia que rudos aleatrios e detalhes na imagem presentes na maioria dos sinais de vdeo ao vivo de fato ajudam a ocultar esses defeitos de contorno, adicionando uma aleatoriedade natural a eles. s vezes o nmero de nveis de quantizao pode ser reduzido; por exemplo, quando a sada de um equipamento de processamento de 10bit alimentar um gravador de 8-bit. Neste caso, os efeitos de contorno so minimizados pela adio deliberadamente de pequena quantidade de rudo aleatrio (dither) a este sinal. Esta tcnica conhecida como Randomized Rounding.

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Padres de Vdeo Digital Embora experimentos primrios com a tecnologia digital fossem baseados em amostragem de sinais compostos (NTSC ou PAL), percebeu-se que para uma melhor qualidade de operao era necessrio o processamento em componente. Os primeiros padres digitais eram componente. O interesse em digital composto foi revisto quando a Ampex e a Sony anunciaram um formato de gravao digital composto, o qual cou conhecido como D-2. Primeiramente, essas mquinas foram projetadas como equipamentos de entrada/sada analgica para uso em ambientes analgicos NTSC e PAL existentes; entradas e sadas digitais eram usadas para mixagens de mquina-para-mquina. Contudo a comunidade de ps-produo reconheceu a grande vantagem da capacidade multi-gerao dessas mquinas se elas fossem utilizadas em um ambiente digital. A recomendao ITU-R BT.601 (ocialmente CCIR Recomendao 601) no uma interface de vdeo padro, mas um padro de amostragem. O Rec. 601 desenvolveu-se a partir de uma fora tarefa SMPTE/EBU para determinar os parmetros de vdeo digital componente para os sistemas de

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2. Conceitos Bsicos

televiso 525/59.94 e 625/50. Este trabalho culminou numa srie de testes patrocinados pela SMPTE em 1981, que resultaram no conhecido CCIR Recomendao 601. Este documento especicou o mecanismo de amostragem a ser usado por ambos os sinais de linha 525 e 625. Especicou a amostragem ortogonal em 13.5 MHz para luminncia, e 6.75 MHz para os dois sinais de diferena de cor CB e CR, os quais so verses escalonadas dos sinais B-Y e R-Y. A estrutura de amostragem denida conhecida como 4:2:2. Essa nomenclatura derivada de quando os mltiplos de subportadora NTSC eram considerados para a freqncia de amostragem. Essa abordagem foi abandonada, mas o uso do 4 para representar a freqncia de amostragem de luminncia foi mantido. A fora tarefa mencionada acima examinou a freqncia de amostragem de luminncia de 12 MHz a 14.3 MHz. Eles selecionaram 13.5 MHz como uma meta porque o submltiplo 2.25 MHz um fator comum para ambos os sistemas de linha 525 e 625. Outros sistemas de televiso de denio estendida usam um formato de resoluo maior chamado de 8:4:4, os quais tem o dobro de largura de banda do 4:2:2.

Digital Componente Paralelo A Rec. 601 descreveu a amostragem de sinal. Interfaces eltricas de dados produzidos por essa amostragem foram padronizadas separadamente pelo SMPTE e o EBU. A interface paralela para o 525/59.94 foi denida pelo SMPTE como Padro SMPTE 125M (uma reviso do antigo RP-125) e para o 625/50 como EBU Tech 3267 (reviso do antigo EBU Tech 3246). Ambas foram adotadas pela CCIR e esto includas na Recomendao 656, o documento que dene a interface de hardware. A interface paralela usa onze pares tranados e conectores D de 25-pin. (Documentos antigos especicavam travamento deslizantes nos conectores; revises posteriores modicaram o mecanismo de reteno para parafusos 4/40.) Essa interface multiplexa as palavras de dados na seqncia CB, Y, CR, Y, CB, resultando numa taxa de dados de 27 Mwords/s. As seqncias de tempo SAV e EAV foram includas em cada linha para representar Incio de vdeo ativo e Final de vdeo ativo. A linha ativa digital

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contm 720 amostras de luminncia e inclui espao para representao de apagamento analgico dentro da linha ativa. A Rec. 601 especicou 8 bits de preciso para as palavras de dados representando o vdeo. Na poca em que os padres foram escritos, alguns participantes sugeriram que no eram adequados, e foi feito meno para a expanso da interface para preciso de 10-bit. A operao 10-bit provou ser benca em muitas circunstncias, e as mais recentes revises do padro de interface indicam a interface 10 bit, mesmo se apenas 8 bits so usados. A faixa de converso analgico-digital a opo para fornecer nveis acima do pico de branco e abaixo do black como demonstrado na Figura 2-5. Nveis de quantizao para black e white so selecionados tal que os nveis de 8-bit com dois 0s adicionados tero o mesmo valor que os nveis de 10-bit. Valores 000 a 003 e 3FF a 3FC so reservados para efeitos de sincronizao. Fatores similares determinam os valores de quantizao para sinais de diferena de cor como na Figura 2-6. A Figura 2-7 mostra o local das amostras e palavras digitais com relao a uma linha horizontal analgica. Porque a informao de tempo dada por EAV e SAV, no h necessidade de sinais se sincronismo convencional, e os intervalos horizontais (e os perodos de linha ativos durante o intervalo vertical) podem ser usados para dados auxiliares.

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A aplicao mais bvia para esse espao de dados inserir udio digital, e documentos esto sendo preparados pela SMPTE para padronizar o formato e a distribuio dos pacotes de dados de udio. A Rec. 601/656 uma tecnologia bem aceita para uma faixa completa de equipamento disponvel para produo e ps-produo. Geralmente, a interface paralela tem sido substituda por uma implementao serial, a qual muito mais prtica em grandes instalaes. A Rec. 601 fornece todas as vantagens de ambos as operaes digitais e de componente. Ele o sistema de escolha para maior qualidade possvel em sistemas de linha 525 ou 625.

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Digital Composto Paralelo O sinal de vdeo composto amostrado em quatro vezes a freqncia da subportadora (NTSC ou PAL), resultando em faixas nominais de amostragem de 14,3 MHz para NTSC e 17,7 MHz para PAL. O NTSC padronizado como SMPTE 244M e, a documentao EBU est em processo para PAL. Ambos so especicados em dez bits, embora mquinas D-2 e D-3 gravarem apenas oito bits para ta. A quantizao do sinal NTSC (mostrada na Figura 2-8) denida com uma quantidade modesta de headroom acima de 100% das barras, um pequeno footroom abaixo da extremidade de sincronismo e os mesmos valores excludos como para componente. O digital composto PAL foi denido para minimizar o rudo de quantizao pela utilizao de uma grande quantidade da faixa digital varivel. Como pode ser visto na Figura 2-9, os valores analgicos de pico realmente excedem a faixa dinmica digital, o que pode parecer ser um erro. Por causa dos eixos de amostragem especicados, referncia para a subportadora e a fase das barras de nvel mais alto de luminncia (como a amarela), as amostras nunca excedem a faixa dinmica digital. Os valores envolvidos so mostrados na Figura 2-10. Como o sinal componente, a linha ativa digital composta longa o suciente para acomodar a linha ativa analgica e as extremidades de apagamento analgico. Diferente do sinal componente, o sinal composto transmite uma representao digital de sincronismo convencional e burst durante o intervalo de apagamento horizontal. Uma representao digital de sincronismo vertical e pulsos de equalizao tambm transmitida sobre o sinal composto. Instalaes com digital composto tm as vantagens de interface e processamento digital, e particularmente a capacidade de multi-gerao de gravao digital. Porm, h algumas limitaes. O sinal composto realmente suporta a base de codicao NTSC ou PAL, incluindo a informao de cor de faixa estreita inerente a esse tipo de codicao. Processos de croma key geralmente no tm qualidade satisfatria para trabalhos de alta qualidade, e sinal de keying componente devem ser trabalhados separadamente. Algumas operaes, como efeitos

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digitais, requerem que o sinal seja convertido para componente, e ento recodicado para composto. Tambm, a excurso completa do sinal composto deve ser representada pelos 256 nveis em gravadores de 8-bit. Apesar disso, digital composto fornece um ambiente mais robusto do que analgicos para instalaes NTSC e PAL e uma soluo muito ecaz para muitos usurios.

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Tal Como digital componente, a interface composta paralela utiliza um cabo multi-par e conectores D de 25-pin. Novamente, isso tem provado ser satisfatrio para instalaes mdias e pequenas, mas uma implementao prtica de um sistema grande requer uma interface serial. Sinais digitais componentes widescreen 16:9. Muitos mercados de televiso em todo o mundo esto vendo a introduo do sistema para imagens widescreen (relao de aspecto 16:9). Alguns desses sistemas, como o MUSE no Japo e o futuro sistema ATV no EUA, so destinados a imagens de qualidade de alta denio. Outros, como PALplus na Europa utilizaro imagem de 525 ou 625 linhas. Receptores domsticos com telas de 16:9 tem sido introduzidos em muitos mercados, e a penetrao ir provavelmente aumentar signicativamente nos prximos anos. Para muitos broadcasters, isto gera uma demanda de material de programa em 16:9. Duas sugestes foram propostas para a representao digital de vdeo 16:9 de 525 ou 625 linhas. O primeiro mtodo retm a freqncia de amostragem do padro Rec. 601 para imagens 4:3 (13,5 MHz para luminncia). Isso expande o pixel representado por cada palavra de dado por um fator de 1,33 horizontalmente, e resulta em uma perda de 25 % da resoluo espacial horizontal quando comparado s imagens do Rec. 601. Para algumas aplicaes, esse mtodo possui uma resoluo aceitvel, e tem grande vantagem em relao a muitos equipamentos Rec. 601 utilizados. Um segundo mtodo mantm a resoluo espacial onde os pixels (e palavra de dados) so adicionados para representar a largura adicional da imagem. Essa abordagem resulta em 960 amostras de luminncia para linha ativa digital (comparado com 720 amostras para uma tela 4:3, e para 1920 amostras para uma tela de alta denio 16:9). A taxa de amostragem resultante para luminncia 18 MHz. Esse sistema proporciona a mesma resoluo espacial que as imagens 4:3 do Rec. 601; mas equipamentos existentes projetados somente para 13,5 MHz no podem ser utilizados. A resoluo maior desse mtodo pode ser vantajosa quando desejar uma qualidade mais alta para ps-produo ou up-conversion quando um sistema de alta denio for contemplado. SMPTE 267M determina 13,5 MHz e 18 MHz para ambos os sistemas. Porque sinais 16:9 utilizando uma amostragem de 13,5 MHz so eletricamente

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2. Conceitos Bsicos

indistinguveis dos sinais 4:3, eles podem ser transportados pela interface serial SMPTE 259M em 270 Mb/s. Foi planejado a reviso do SMPTE 259M (abordado abaixo) para proporcionar uma transmisso serial de sinais de amostragem de 18 MHz, utilizando o mesmo algoritmo, em uma taxa de dados de 360 Mb/s.

Vdeo Serial Digital Conexo paralela de equipamento digital na prtica somente para instalaes relativamente pequenas, e h uma necessidade clara de transmisses alm de um simples cabo coaxial. Isso no simples quando a taxa de dados alta, e se o sinal foi transmitido serialmente sem modicaes, uma recuperao convel seria muito difcil. O sinal serial deve ser modicado antes da transmisso a m de assegurar que haja limites sucientes para uma recuperao de clock convel, para minimizar o contedo de baixa freqncia do sinal transmitido, e para propagar o espectro de sinal transmitido para que os problemas de emisso de radiofreqncia sejam minimizados. No incio dos anos 80, uma interface serial para sinais Rec. 601 foi recomendada pelo EBU. Essa interface utilizava codicao de bloco 8/9 e resultou em uma taxa de bit de 243 Mb/s. Esta interface no suportou sinais de preciso de 10-bits, e houve algumas diculdades em produzir circuitos integrados de custo efetivo e convel. A interface baseada em codicao de bloco foi abandonada e foi substituda por uma interface

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com codicao de canal que utiliza o embaralhamento e a converso para NRZI. A interface serial foi padronizada como SMPTE 259M e EBU Tech. 3267, e denida por ambos os sinais composto e componente incluindo udio digital embedded. Conceitualmente, a interface digital serial muito parecida com o sistema de portadora para aplicaes de estdio. udio de banda bsica e sinais de vdeo so digitalizados e combinados na portadora digital serial como mostrado na Figura 2-11. (no estritamente um sistema de portadora, um sinal digital de banda bsica, no um sinal modulado em uma portadora). A taxa de bit (freqncia da portadora) determinada pela taxa de clock dos dados digitais: digital componente de 143 Mb/s para NTSC, 177 Mb/s para PAL e 270 Mb/s para Rec. 601. O sistema componente widescreen (16:9) denido em SMPTE 267 produzir uma taxa de bit de 360 Mb/s. Informao paralela processada representando as amostras do sinal analgico como mostrado na Figura 2-12 para criar stream de dados digital serial. O clock paralelo utilizado para carregar os dados da amostra em um registrador de transferncia, e um mltiplo de dez vezes o clock paralelo transfere os bits, LSB (bit menos signicante) primeiro, para cada palavra de dados de 10-bits. Se na entrada tivermos somente 8 bits de dados, o serializador coloca zeros nos dois LSBs para completar a palavra de 10 bits. Sinais componentes no necessitam processamentos como os sinais SAV e EAV a interface paralela fornece seqncias nicas que podem ser identicadas no domnio serial para permitir estrutura de palavra. Se dados auxiliares como udio foram inseridos no sinal paralelo, esses dados sero transportados pela interface serial. A interface serial pode ser utilizada com um cabo coaxial de vdeo normal. A converso de paralelo para serial para sinais compostos de alguma forma mais complexa. Como mencionado acima, os sinais SAV e EAV na interface paralela componente fornecem seqncias nicas que podem ser identicadas no domnio serial. A interface composta paralela no possui tais sinais, logo necessrio inserir um sinal de referncia de tempo adequado (TRS) no sinal paralelo antes da serializao. Um diagrama do intervalo horizontal NTSC digital serial mostrado na Figura 2-13. O inter-

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2. Conceitos Bsicos

valo horizontal para o digital serial PAL seria similar exceto pelo fato de que a localizao da amostragem ser levemente diferente em cada linha, colocando duas amostras extras por campo. Um TRS de trs palavras inserido na extremidade de sincronismo para habilitar a estrutura de palavra no receptor serial, que tambm remove o TRS do sinal serial recebido. A interface paralela composta no permite a transmisso de dados auxiliares, e a transmisso de sincronismo e burst signica menos espao disponvel para insero de dados. Sob converso de paralelo para serial, as extremidades de sincronismo podem ser usadas. Porm, o espao de dados em NTSC suciente para quatro canais de udio digital AES/EBU. Dados auxiliares como udio podem ser adicionados antes da serializao, e seria normalmente desempenhado pelo mesmo processador que insere o TRS. Seguindo a serializao da informao paralela, o stream de dados embaralhado por um algoritmo matemtico e ento codicado em NRZI (sem retorno para zero invertido) por uma concatenao das seguintes funes.

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61 (X) = X9 + X4 + 1 62 (X) = X + 1 No receptor, o inverso desse algoritmo utilizado no deserializador para recuperar os dados corretos. No sistema de transmisso digital serial, o clock contido nos dados como oposio ao sistema paralelo onde h uma linha de clock separada. Pelo embaralhamento dos dados, garantida uma abundncia de transies necessrias para recuperao do clock. A matemtica de embaralhamento e desembaralhamento leva a alguns sinais de teste especializados para sistema digital serial que sero abordados mais a frente nesse guia. Codicando em NRZI torna a polaridade do stream de dados serial insensitivo. NRZ (sem retorno para zero, um termo de gravao de dados digital antigo) o familiar circuito impresso de nvel lgico, alto um 1 e baixo um 0. Para um sistema de transmisso conveniente no requerer certa polaridade do sinal no receptor. Como mostrado na Figura 2-14, uma transio de dados utilizada para representar cada 1 e no h transio para um dado 0. O resultado que somente necessrio detectar transies, isso signica que as polaridades do sinal podem ser utilizadas. Outro resultado de codicao NRZI que o sinal de todos os 1s agora produz uma transio a cada intervalo de clock e resulta em uma onda quadrada em metade da freqncia de clock. Porm, os 0s no produzem transio, o que leva necessidade de embaralhamento. No receptor, a rampa de subida de uma onda quadrada na freqncia de clock seria utilizada para deteco de dados.

Converso de Taxa Converso de Formato Quando nos movemos entre digital componente e digital composto, em ambas as direes, h dois passos: a real codicao e decodicao e a converso da taxa de amostragem de um padro para o outro. As taxas de amostragem digital para esses dois formatos so diferentes: 13,5 Mhz para digital componente e 14,3 Mhz para digital composto NTSC (17,7 Mhz para25

2. Conceitos Bsicos

PAL). Esse segundo passo chamado de converso de taxa. Freqentemente o termo converso de taxa signica ambas as codicao/decodicao e reamostragem da taxa digital. Estritamente falando, a converso de taxa toma uma taxa de amostragem e realiza outra taxa de amostragem a partir da outra. Para nossos objetivos, usaremos o termo converso de formato para signicar ambos os passos de codicao/decodicao e reamostragem de taxas digitais. A seqncia de converso de formato depende da direo. De componente para composto, a seqncia usual converso de taxa seguida pela codicao. De composto para componente, a seqncia a decodicao seguida pela converso de taxa. Veja a Figura 2-15. mais fcil produzir em componente, porque no necessrio esperar por cada limite de color framing (quatro campos para NTSC e oito para PAL) para casar dois vdeos, ao invs disso, eles podem ser casados a cada dois campos (motion frame). Adicionalmente, componente um formato de alta qualidade uma vez que a luminncia e crominncia so processadas separadamente. Para uma possvel extenso, a produo num ambiente componente deve ser completamente em componente. Um conversor de formato composto-para-componente de alta qualidade uma alternativa convel. Aps o trabalho de ps-produo, digital componente freqentemente deve ser convertido para digital composto. Fontes que so digital componente podem ser convertidas para entrada de um switcher digital composto ou mquinas de efeitos. Ou uma fonte de um telecine digital componente pode ser convertida para entrada em um sute digital composto. Alm disso, gravaes produzidas em digital componente podem necessitar ser distribudas ou arquivadas em digital composto.

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Os dois maiores contribuintes para a qualidade desse processo so os processos de codicao e decodicao e a converso de taxa de amostragem. Se um dos dois falharem, a qualidade do produto nal afetada. Com objetivo de mudar precisamente a taxa de amostragem digital, clculos devem ser realizados entre duas taxas de amostragem diferentes e interpolaes devem ser calculadas entre a localizao fsica da fonte de dados de pixel e a localizao fsica de destinao de dados de pixel. De todas as 709,379 localizaes de pixel em um quadro digital composto PAL, todos, exceto um deve ser mapeada (calculada). Deve ser utilizado um algoritmo extremamente exato a m de efetuar essa intensa converso computacional. Se o algoritmo for exato o suciente para as converses de PAL, sero simples converses de NTSC utilizando o mesmo algoritmo. Para garantir um vdeo de qualidade, um algoritmo sosticado deve ser empregado e o hardware deve produzir coecientes precisos e minimizar erros aleatrios.

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Formato de Dados de udio AES/EBU udio digital AES (tambm conhecido como AES/EBU) est de acordo com as especicaes AES3 (ANSI 4,40) titulado AES norma recomendada para engenharia de udio digital Formato de transmisso serial para dados para dois canais linearmente representados pela informao de udio digital. udio digital AES/EBU o resultado da cooperao entre a Sociedade de Engenheiros de udio e a Unio de Broadcasting Europia. Quando falamos sobre udio digital, uma das consideraes importantes o nmero de bits por amostra. Enquanto o vdeo opera com 8 ou 10 bits por amostra, implementaes de udio tm um range de 16 a 24 bits para proporcionar o range dinmico e razo de sinal-para-rudo (SNR) desejados. A frmula bsica para determinar o SNR para udio digital : SNR = (6.02 * n) + 1.76 Onde n o nmero de bits por amostra Para um sistema de 16-bit, o mximo SNR terico seria (6,02 * 16) + 1,76 = 98,08 dB; para um sistema de 18-bit, o SNR seria 110,2 dB; e para um dispositivo de 20-bit, 122,16 dB. Um ADC de 20-bit bem projetado provavelmente oferece um valor entre 100 e 110 dB. Utilizando a frmula acima para um SNR de 110 dB, esse sistema possui uma resoluo equivalente de 18,3-bit. Um sinal de udio digital AES sempre consiste em dois canais que podem ser separados distintamente em material de udio ou udio estereofnico. Tambm h possibilidade para operao de um nico canal monofnico onde o segundo canal de dados digital idntico ao primeiro ou possui uma congurao de dados para a lgica 0. A formatao de dado AES mostrada na Figura 3-1. Cada amostra transportada por uma subestrutura contendo: 20 bits de dados de amostra, 4 bits de dados auxiliares (que podem ser utilizados para estender a amostra para 24 bits), 4 outros bits de dados e um prembulo. Dois sub-frame constroem um frame que contm uma amostra de cada um dos dois canais. Os frames so agrupados mais a frente em blocos de 192-frames que denem os limite de dados do usurio e o status do canal de blocos de dados.

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Um prembulo especial indica a identidade do canal para cada amostra (prembulo X ou Y) e o incio de um bloco 192-frames (prembulo Z). Para minimizar o componente de corrente contnua (DC) na linha de transmisso, facilitar a recuperao de clock e tornar a polaridade da interface insensitiva, o dado codicado no canal como marca bifsica. Os prembulos especicamente violam as regras da marca bifsica para um fcil reconhecimento e para garantir a sincronizao. Quando o udio digital embutido no stream de dados de vdeo digital serial, o incio do bloco de 192-frames indicado pelo ento chamado bit Z que corresponde ocorrncia do prembulo de tipo-Z.

O bit de validade indica se os bits de amostra de udio no subframe esto adequados para a converso para um sinal de udio analgico. Dado do usurio carrega outra informao, como o time code. Dados de status do canal contem informao associada com cada canal de udio. H trs nveis de implementao de status dos dados do canal: mnimo, padro e aprimorado. A implementao padro recomendada para utilizao em aplicaes de televiso prossionais, portanto o status dado do canal conter a informao sobre nfases de sinal, freqncia de amostragem, status do canal (estreo, mono, etc.), utilizao de bits auxiliares (dados de udio estendidos para 24 bits ou outra utilizao) e um CRC (Cdigo de Redundncia Cclica) para vericao de erro de todo o bloco status do canal.

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udio Multiplexado Uma das vantagens importantes do SDI (Interconexo Digital Serial) a habilidade de embutir (multiplexar) vrios canais de udio digital no vdeo digital. Isto particularmente til em muitos sistemas onde uma rotina separada de udio digital torna-se de custo considervel e outra vantagem a garantia de que o udio esteja associado ao vdeo apropriado. Em sistemas menores, como uma seqncia de ps-produo, geralmente mais econmico manter o udio separado, sendo assim eliminando a necessidade de vrios mdulos mux (multiplexer) e demux (demultiplexer). No desenvolvimento do padro SDI, SMPTE 259M, uma das principais consideraes foi a habilidade de embutir pelo menos quatro canais de udio num sinal digital serial composto que tem limitado espao de dado extra. Uma forma bsica de udio embedded no vdeo composto foi documentada em SMPTE 259M e h uma quantidade signicante de equipamentos utilizando esse mtodo para ambos os sinais componente e composto. Como os engenheiros estavam utilizando as especicaes do SMPTE 259M para seus projetos, cou claro que era necessrio um documento mais denitivo. Uma verso proposta padro est sendo desenvolvida para udio embedded que incluem distribuio de amostras de udio dentro do espao de dado extra disponvel no digital composto, a habilidade para transportar udio de 24-bit, mtodos para carregar clocking no sincronizado e freqncias de clock, direfentes de 48 Khz e especicaes para udio embedded em vdeo digital componente.

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Espao de Dado Extra Vdeo digital composto permite dado extra somente em suas formas serial e depois somente nas extremidades dos sinais de sincronizao. Dado extra no transportado em digital composto paralelo, pois o dado paralelo simplesmente uma representao digital do sinal analgico. As Figura 3-2 e 3-3 mostram o espao de dado extra disponvel em sinais digitais compostos que incluem as extremidades de sincronismo horizontal, pulsos largos verticais e pulsos de equalizao vertical. Uma pequena quantidade do espao de extremidade de sincronismo horizontal reservada para TRS-ID (Identicao de Sinal de referncia de Tempo) que necessrio para estrutura de palavra digital no processo de deserializao. Visto que o dado extra digital composto somente disponibilizado no domnio serial, ele consiste em palavras de 10 bits, onde ambos as interconexes paralela componente e composta podem ser de 8 ou 10 bits. Um resumo do espao de dados extra digital composto para NTSC mostrado na Tabela 3-1. Trinta quadros/segundo fornecero 9,87 Mb/segundo de dado extra que suciente para quatro canais de udio embedded com uma pequena capacidade left over. PAL possui um pouco mais de espao de dado extra devido maior taxa de amostragem; porm, udio embedded para PAL digital raramente utilizado. H consideravelmente mais espao de dado extra disponvel em vdeo digital componente como mostrado na Figura 3-4. Todos os intervalos de apagamento vertical e horizontal esto disponveis exceto para a pequena quantidade utilizada pelas palavras de sincronizao EAV (m do vdeo) e SAV (incio do vdeo).

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O espao de dado extra foi dividido em dois tipos hanc (dado extra horizontal) e vanc (dado extra vertical) com o SMPTE denindo o uso do HANC e o EBU denindo o uso do VANC. Os comprimentos das palavras so de 10 bits para HANC especicamente para que ele possa transportar o udio embedded no mesmo formato do digital composto e 8 bits para VANC especicamente para ser gravado nos VTRs D-1 (nas linhas de intervalo vertical onde so gravadas). O espao total de dados mostrado na Tabela 3-2. At 16 canais de udio embedded so especicados para HANC no padro proposto e h espao para signicantemente mais dados. O espao de dados VANC no esta totalmente disponvel. Por exemplo, as amostras de luminncia em uma linha por campo so reservadas para DVITC (cdigo de tempo de intervalo vertical digital) e as amostras de crominncia nessa linha podem ser reservadas para index de vdeo. Tambm, seria bom evitar a utilizao do switch no intervalo vertical e talvez, na linha subseqente onde pode haver perda de dado devido ao relock aps a ocorrncia do switch.

Formatao de Dado Extra Dado extra formatado em pacotes antes da multiplexao no stream de dados de vdeo como mostrado na Figura 3-5. Cada bloco de dados pode conter at 255 palavras de dados do usurio, com a condio de que haja espao de dados disponvel suciente para incluir cinco palavras (composto) ou sete palavras (componente) de cabealho. Para digital composto, somente os pulsos de sincronismo vertical (largo) possuem espao suciente para todas as 255 palavras. Mltiplos pacotes de dados podem ser colocados em espaos de dados extras individuais, sendo assim fornecendo num canal de comunicaes de dados mais exvel.35

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No incio de cada pacote de dados existe um leitor utilizando valores de palavras que no so usadas para dados de vdeo digital e reservadas para propsitos de sincronizao. Para vdeo composto, um simples leitor de palavra de 3FCh utilizado para vdeo componente, um leitor de trs palavras 000h 3FFh 3FFh utilizado. Cada tipo de pacote de dado denido com uma palavra de Dado ID diferente. Vrias palavras de dado ID diferentes so denidas para organizar os vrios pacotes de dados utilizados para udio embedded. O nmero de bloco de dado (DBN) um contador opcional que pode ser utilizado para fornecer uma ordem seqencial para pacotes de dado extra, permitindo que um receptor determine se h perda de dados. Como exemplo, com udio embedded o DBN pode ser utilizado para detectar a ocorrncia de uma comutao de intervalo vertical, permitindo ento que o receptor processe o dado de udio para remover transientes como click ou pop. Antes do dado est a palavra do Contador de Dado indicando a quantidade de dado no pacote. Finalmente, seguindo o dado est um somatrio de vericaes que utilizado para detectar erros no pacote de dado.

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udio embedded bsico udio embedded, denido em SMPTE 259M, fornece quatro canais de dados de udio de 20 bits amostrado em 48 Khz com amostra de clock sincronizado com o sinal de televiso. Embora a especicao seja para a parte digital composta do padro, o mesmo mtodo tambm utilizado para vdeo digital componente. O udio embedded bsico corresponde ao Nvel A no padro de udio embedded proposto. Outros nveis de operao fornecem mais canais, outras freqncias de amostragem e informao adicional sobre o dado de udio. A formatao do pacote de dado de udio embedded bsico deriva do udio AES mostrado na Figura 3-6. Dois pares de canais AES so mostrados como fonte; porm, possvel para cada um dos quatro canais de udio embedded vir de um sinal AES diferente (especialmente implementando algum VTRs digital D-1). O pacote de dado de udio contm uma ou mais amostras de udio de at quatro canais de udio. 23 bits (20 bits de udio mais os bits C, U e V) de cada sub-frame de AES so mapeados em trs palavras de vdeo de 10 bits (X, X+1, X+2) como mostrado na Tabela 3-3.

O bit 9, no o bit 8, garante que nenhum dos valores das palavras excludas (3FFh-3FCh ou 003h-000h) so utilizados. O bit Z colocado em 1 correspondendo ao primeiro frame do bloco AES de 192-frames. Canais de udio embedded so essencialmente independentes (apesar deles sempre serem transmitidos em pares). Ento o bit Z colocado em 1 em cada canal mesmo se derivado da mesma fonte de AES. Os bits C, U e V so mapeados do sinal AES; porm

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o bit de paridade no o bit de paridade do AES. O bit 8 na palavra X+2 de mesma paridade para os bits 0-8 em todas as trs palavras. H vrias restries considerando a distribuio de pacotes de dados de udio apesar de existir uma grandfather clause no padro proposto para ser levada em conta para equipamentos mais antigos que podem no atender todas as restries. Pacotes de dados de udio no so transmitidos no espao de dado extra horizontal seguindo o switch de intervalo vertical normal como denido em RP 168. Eles tambm no so transmitidos no espao de dado extra designado em RP 165. Para vdeo digital composto, pacotes de dado de udio no so transmitidos em pulsos de equalizao. Levando em conta essas restries os dados devem ser distribudos to uniformemente o quanto possvel atravs do campo de vdeo. A razo por esta ltima declarao minimizar o tamanho do buffer do receptor que uma questo importante para transmitir udio de 24 bits em sistemas digitais compostos. Basicamente, Nvel A, resulta em trs ou quatro amostras de udio por canal em cada pacote de dado de udio.

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udio embedded estendido udio embedded caracterizado por completo denido no padro proposto inclui: - Transporte dos quatro bits auxiliares AES (que podem ser utilizados para estender as amostras de udio para 24 bits) - Permisso da operao de clock no sncrono - Permisso de outras freqncias de amostragem outras sem ser 48 Khz - Fornecimento de informao de atraso de udio-para-vdeo para cada canal - Documentao de Dados IDS para permitir at 16 canais de udio em sistemas digitais componente - Contagem de frame de udio para sistemas de 525 linhas Para fornecer essas caractersticas, dois pacotes de dados adicionais so denidos. Pacotes de dado estendido transportam os quatro bits auxiliares AES formatados como uma palavra de vdeo contendo dado auxiliar para duas amostras de udio como mostrado na Figura 3-7. Pacotes de dados estendidos devem ser localizados no mesmo espao de dado extra como os pacotes de dados de udio associados e deve seguir os pacotes de dados de udio. O pacote de controle de udio (mostrado na Figura 3-8) transmitido uma vez por campo no segundo espao horizontal de dado extra aps o ponto de switch de intervalo vertical. Ele contm informao do nmero de frames de udio, freqncia de amostragem, canais ativos e atraso de udio-para-vdeo relativo de cada canal. Transmisso de pacotes de controle de udio opcional para operao sincronizada de 48 KHz e necessria para todos os

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outros modos de operao (visto que ele contenha a informao de qual modo est sendo utilizado). Nmeros de frame de udio um artefato de 525 linhas, com 29,97 quadros/segundo. Nesse sistema h exatamente 8008 amostras de udio em exatamente cinco frames, o que signica que h um nmero no inteiro de amostras por frame. Uma seqncia de frame de udio o nmero de frames para um nmero inteiro de amostras (nesse caso cinco) e o nmero de frame de udio indica em qual seqncia pertence um frame particular. Isso importante quando h comutao entre fontes porque alguns equipamentos (o mais notvel digital VTRs) requerem uma operao sncrona consistente para prevenir o uxo over/under do buffer. Quando uma comutao freqente planejada, um equipamento de recepo pode ser designado para adicionar ou retirar uma amostra, seguindo uma mudana nos quatro dos cinco casos onde a seqncia quebrada. O desao em tal sistema detectar se uma comutao ocorreu. Isso pode ser facilitado pela utilizao do nmero de bloco de dados na estrutura do formato de dado extra e pela incluso de um contador de frame adicional, com os bits no utilizados na palavra de nmero de frame de udio do pacote de controle de udio. A informao de atraso de udio contido no pacote de controle de udio utiliza um modo de falha de canal par. Isto , atraso-A (DELA0-2) para ambos os canais 1 e 2, a menos que o atraso para o canal 2 no seja igual ao do canal 1, nesse caso, o atraso para o canal 2 localizado no atraso-C. A freqncia de amostragem deve ser a mesma para cada canal em um par, portanto o dado em ACT fornece somente dois valores, um para os canais 1 e 2 e outro para os canais 3 e 4. Com o intuito de fornecer at 16 canais de udio em sistemas digitais componentes o udio embedded dividido em grupos de udio correspondendo operao de quatro canais bsicos. Para cada um dos trs tipos de pacotes de dados so associados quatro Dados IDs como mostrado na Tabela 3-4.

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3. Adio Digital

Tamanho de Buffer do Receptor Em vdeo digital componente, o buffer do receptor em um demultiplexador de udio no uma questo crtica, visto que h muito espao de dados extras disponveis e poucas linhas excluindo os dados extras de udio. O caso consideravelmente diferente para vdeo digital composto devido ao fato da excluso de dados em pulsos de equalizao, e at mais importante, devido distribuio de pacotes de dados para udio estendido. Por essa razo o padro proposto requer um buffer no receptor de 64 amostras por canal com um grandfather clause de 48 amostras por canal para designers das limitaes em equipamentos antigos. No padro proposto, o nvel A dene uma distribuio de amostra permitindo a utilizao de um buffer no receptor de 48 amostras por canal enquanto outros nveis geralmente requerem a utilizao de um buffer especco de 64 amostras. A determinao do tamanho do buffer analisada nessa seo para sistemas NTSC digitais, porm o resultado o mesmo para sistema PAL digital.

Amostragem sncrona em 48 KHz fornece exatamente 8008 amostras em cinco frames, que 8008 (5 x 525) = 3,051 amostras por linha. Portanto, muitas linhas podem transportar trs amostras por canal enquanto alguns devem carregar quatro amostras por canal. Para NTSC digital, cada extremidade de sincronismo horizontal tem espao para 55 palavras de dados extras. A Tabela 3-5 mostra como essas palavras so utilizadas por quatro canais, udio de 24 bits e 20 bits (o cabealho inclui leitor, dado ID, contador de dado, etc.). Visto que ele requer 24 palavras de vdeo a mais para transportar uma amostra adicional por canal para quatro canais de udio de 24 bits e isso excederia o espao de 55 palavras, no pode ter mais que trs amostras por linha de udio de 24 bits.

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Um buffer de amostra no receptor necessrio para guardar amostras necessrias para fornecer a sada contnua necessria durante o tempo dos pulsos de equalizao e outras linhas excludas (a linha de comutao de intervalo vertical e a linha subseqente). Quando for necessrio somente udio de 20 bits a mesma distribuio de amostras diz que, algumas linhas horizontais transportam quatro amostras por canal resultando em um tamanho de buffer modesto de 48 amostras ou menos dependendo do tipo de buffer. Utilizando somente o primeiro pulso largo de cada linha de sincronismo vertical, quatro ou cinco amostras em cada pulso largo forneceram uma satisfatria, distribuio. Isso conhecido como nvel A. Porm, se for utilizado udio de 24 bits ou se a distribuio de amostra permitir udio de 24 bits mesmo se no for utilizado, pode haver no mais do que trs amostras por espao horizontal de dado extra para um sistema de 4 canais. O primeiro pulso largo de cada linha de sincronismo vertical requerido para transportar 16 ou 17 amostras por canal para conseguir uma mesma distribuio melhor possvel. Isso resulta em um de buffer de 80 amostras por canal, ou menos, dependendo do tipo de buffer. Para atender o buffer de 64 amostras por canal, necessrio um buffer melhor. H dois tipos comuns de buffer que so equivalentes com a nalidade de entender o padro proposto. Um o buffer FIFO (rst in rst out) e o outro um buffer circular. Buffers inteligentes tm as seguintes possibilidades sincronizadas: Buffer FIFO Mantm as leituras at que um nmero especco de amostras esteja no buffer (requer um contador) e no l e nem escreve at que um tempo seja especicado (requer sincronismo vertical) Buffer Circular coloca o endereo de leitura para ser um nmero certo de amostras aps o endereo de escrita em um tempo especicado (requer um sincronismo vertical) Utilizando um buffer inteligente, os tamanhos mnimos so de 24 amostras por canal para operao de 20 bits e 40 amostras por canal para operao de 24 bits. Por causa das condies diferentes para os dois tipos de distribuio de amostra, o tamanho mnimo do buffer inteligente para

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ambos os nmeros de bits por amostra de 57 amostras. Portanto, um buffer inteligente de 64 amostras por canal deve ser adequado. No caso de um buffer no to inteligente, endereos de leitura e escrita para um buffer circular devem estar longe o suciente para carregar tanto uma extenso de 40 amostras como uma depleo de 40 amostras. Isso signica que o tamanho do buffer deve ser de 80 amostras por udio de 24 bits ou para operao automtica de ambos os tamanhos de amostras. Portanto, um buffer inteligente de 64 amostras por canal necessrio para atender as especicaes do padro proposto.

Sistematizando udio AES/EBU udio e vdeo digital serial esto se tornando comum em ambientes de produes e ps-produo assim como em estaes de televiso. Em muitos casos, o udio e vdeo so fontes casadas; e isso pode ser desejvel para mant-los juntos e trat-los como um nico stream de dados digital serial. Isso possui, por exemplo, a vantagem de manter os sinais no domnio digital e comut-los juntos com um roteador de vdeo digital serial. Em situaes ocasionais, onde desejado retirar algumas das fontes de udio, o udio digital pode ser demultiplexado e comutado separadamente atravs de um roteador de udio digital AES/EBU. No m da recepo, aps o udio multiplexado ter passado atravs do roteador digital serial, pode ser necessrio extrair o udio do vdeo, de modo que a edio, udio mais delicado ou outro processo possa ser executado. Isto requer um demultiplexador que retira o udio AES/EBU do vdeo digital serial. A sada de um tpico demultiplexador possui um BNC de vdeo digital serial assim como conectores para os sinais de udio digital de dois pares estreo AES/EBU.

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Seleo de Cabo A melhor classicao de cabos de vdeo analgico de preciso exige baixas perdas em freqncias muito baixas (prximo de DC) em torno de 10 MHz. Na palavra digital serial, perda de cabos nessa poro de espectro tem conseqncia menor, mas ainda importante. As altas freqncias so associadas com taxas de transmisso de 143, 177, 270 ou 360 Mb/s onde perdas so considerveis. Afortunadamente, a robustez do sinal digital serial possibilita a equalizao dessas perdas muito facilmente. Logo, quando convertemos de analgico para digital, a utilizao existente, cabos de qualidade pode no originar problemas. A mais importante caracterstica de cabo coaxial para ser utilizado para digital serial sua perda em freqncia de clock do sinal a ser transmitido. Esse valor determinar o comprimento mximo do cabo que pode ser equalizado por um dado receptor. Tambm importante que a perda de resposta de freqncia em dB seja aproximadamente proporcional a 1/f abaixo das freqncias abaixo de 5 MHz. Alguns dos cabos comuns utilizados so os seguintes: PSF Belden 8281 F&G 1.0 / 6.6 2/3 UK EUA e Japo Alemanha

Todos esses cabos possuem um desempenho excelente para sinais digitais serial. Fabricantes de cabos esto aproveitando a oportunidade de introduzir cabos novos, de baixa perda, e com dieltricos especialmente projetados para digital serial. Exemplos de cabos de vdeo alternativos so o Beldem 1505A que, apesar de mais no, mais exvel e no to caro quanto o 8281, possuem um desempenho mais alto nas freqncias que so mais crticas para sinais digitais serial. Um desenvolvido recentemente especicamente para vdeo digital serial o Belden 1694A com perda menor do que o 1505A.

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4. Hardware de Sistemas e Questes

Conectores At recentemente, todos os conectores BNC utilizados em televiso tinha uma impedncia caracterstica de 50 ohms. Est disponvel uma variedade de conectores BNC de 75 ohms, mas no so sicamente compatveis com conectores de 50 ohms. A inuncia do descasamento de impedncia de menor conseqncia em freqncias de vdeo analgico porque o comprimento de onda dos sinais muitas vezes maior do que o comprimento do conector. Mas com alta taxa de dados do digital serial (e os pequenos comprimentos de onda), a impedncia do conector deve ser considerada. Em geral, o comprimento de um simples conector BNC no tem efeito signicante no sinal digital serial. Muitas polegadas de conexes de 50 ohms, tais como um nmero de barris curto ou coaxial, teriam que ser utilizadas para qualquer efeito notvel. No caso especco de um receptor ou transmissor serial, os dispositivos ativos associados com os conectores de chassis necessitam de casamento de impedncia signicante. Isso pode facilmente fazer um conector de 50 ohms se parecer com um de 75 ohms acima da banda de freqncia de interesse. Uma boa norma de engenharia nos adverte para evitar descasamentos de impedncia e utilizar componentes de 75 ohms onde for possvel e essa regra est sendo seguida no desenvolvimento de equipamentos novos para digital serial.

Patch Panels O mesmo se torna verdade para outros elementos passivos no sistema como Patch Panels. A m de evitar reexes causadas por descontinuidades de impedncia, esses elementos tambm devem possuir uma impedncia caracterstica de 75 ohms. Patch Panels de 50 ohms existentes provavelmente sero adequados em muitas ocasies, mas novas instalaes devem utilizar patch panels de 75 ohms. Muitos fabricantes de patch panels oferecem agora verses de 75 ohms especicamente projetadas para aplicaes de digital serial.

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Terminaes e Loop-Throughs O padro digital serial especica que a perda de retorno do receptor e transmissor deve ser maior do que 15 dB at 270 MHz. Isto , terminaes devem ser de 75 ohms com componente reativo no signicante para 270 MHz.. Claramente essa freqncia relacionada ao digital componente, portanto, uma freqncia mais baixa deve ser adequada para NTSC e isso pode ser considerado no futuro. Como pode ser visto pela consideravelmente modesta especicao de 15 dB, perda de retorno no uma questo crtica em sistemas de vdeo digital serial. Isso mais importante em comprimentos curtos de cabos onde a reexo poderia distorcer o sinal mais do que em comprimentos longos onde o sinal reetido recebe mais atenuao. Muitos receptores de digital serial so terminados diretamente a m de evitar problemas de perda de retorno. Visto que os circuitos ativos do receptor no aparentam ser de 75 ohms, o circuito deve ser includo para fornecer uma boa terminao resistiva e baixa perda de retorno. Alguns dos equipamentos de hoje no fornecem valores de perdas de retorno atendendo as especicaes para altas freqncias. Isso no pode causar nenhum problema de sistema conhecido; porm, uma boa prtica de engenharia deve prevalecer aqui tambm. Loop-Throughs ativos so muito comuns em equipamentos de digital serial porque eles so relativamente simples e possuem qualidades de gerao de sinais similares a um amplicador de distribuio de reclock. Tambm, eles proporcionam isolao entre entrada e sada. Porm, se a fonte do equipamento desligada por qualquer razo, a conexo quebrada. Loop-Throughs ativos tambm tem a mesma necessidade de se atentar para o casamento de impedncia no circuito como mencionado acima. Loop-Througs passivos so tambm possveis e prticos. Implementaes utilizadas em monitores de forma de onda digital serial possuem perda de retorno maior que 25 dB at a freqncia de clock. Isso torna possvel monitorar o sinal real que est sendo recebido pelo equipamento operacional ou sob unidade de teste e no substitui o receptor monitor. A mais importante utilizao de loop-throughs passivos para diagnsticos de sistemas e encontro de faltas onde necessrio observar o sinal o

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4. Hardware de Sistemas e Questes

percurso problemtico. Se um Loop-Through para ser utilizado para monitoramento, importante que ele seja um Loop-Through passivo por duas razes. Primeiramente, transmissores seriais com sadas mltiplas usualmente possuem dispositivos ativos separados em cada sada, portanto, o monitoramento de uma sada no necessariamente indica a qualidade de outra sada como era realizado na poca dos sinais analgicos resistivos. Segundo, quando um Loop-Through ativo for utilizado, perda de potncia no dispositivo de monitorao desligar o sinal. Isso seria desastroso em uma situao operacional. Se um Loop-Through passivo disponvel no est sendo utilizado, importante ter certeza de que a terminao de 75 ohms sem nenhum componente reativo signicante pelo menos para a freqncia de clock do sinal serial. Aquela antiga terminao, talvez de preciso, em sua caixa de ferramentas pode no funcionar para digital serial.

Cabos de udio Digital e Tipos de Conectores udio digital AES/EBU tem levantado algumas questes interessantes por causa de suas caractersticas. Em aplicaes prossionais, udio balanceado tem sido tradicionalmente usado a m de evitar o hum e outros rudos. Geralmente utilizado cabos de udio tranado, isolado e multicondutor. O conector XLR foi selecionado como conector e utilizado universalmente em quase todas as aplicaes prossionais. Quando o udio digital se desenvolveu, naturalmente assumiu que os cabos e conectores de transmisso de udio analgico tradicional ainda poderiam ser utilizados. O escopo do AES3 cobre transmisso de udio digital de at 100 metros, que pode ser manuseado adequadamente com interconexo de par balanceado, tranado e isolado. Porque o udio AES/EBU possui uma largura de banda muito mais larga que o udio analgico, o cabo deve ser selecionado com cuidado. A impedncia, a m de atender as especicaes de AES3, requer uma fonte de 110 ohms e impedncias de carga. O padro no possui denio para uma carga de conexo, embora as entradas Loop-Through, como utilizado em udio analgico, serem teoricamente possveis. Cabos terminados impropriamente podem causar reexes de sinal e erros de dados subseqentes.

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As altas freqncias dos sinais AES/EBU no podem trafegar sobre cabos de par tranado to facilmente como em udio analgico. Perdas de alta freqncia e capacitncia causam Rolloff de alta freqncia. Eventualmente, as extremidades dos sinais se tornam to arredondadas e a amplitude to baixa que os receptores no podem mais distinguir o 1s do 0s. Isso torna o sinal indetectvel. Tipicamente, os comprimentos dos cabos so limitados em poucas centenas de ps. Conectores XLR tambm so especicados. Visto que udio digital AES/EBU possui freqncias at 6 MHz, h sugestes para utilizar cabos coaxiais desbalanceados com conectores BNC para melhorar o desempenho em instalaes de vdeo existentes e transmisses alm de 100 metros. H dois comits denindo a utilizao de conectores BNC para udio digital AES/EBU. A Sociedade de Engenharia de udio desenvolveu AES3ID e SMPTE est desenvolvendo uma recomendada norma similar. Essas recomendaes utilizaro um sinal balanceado de 110 ohms ao invs de no balanceado de 75 ohms e reduz o sinal de 3 a 10 volts para 1 volt. O sinal resultante agora possui as mesmas caractersticas que um vdeo analgico, e amplicadores de distribuio de vdeo analgico tradicionais, roteadores e Patch Panels de vdeo podem ser utilizados. O custo de montagem de cabo coaxial com BNCs tambm menor do que para um cabo multicondutor com XLRs. Testes tm indicado que emisses EMI so tambm reduzidas com distribuio coaxial.

Distribuio de Sinal, Reclocking Embora o sinal de vdeo seja digital, o mundo real atravs do qual o sinal passa analgico. Consequentemente importante considerar as distores analgicas que afetam um sinal digital. Isso inclui Rolloff de resposta de freqncia causada pela atenuao do cabo, distoro de fase, rudo, oscilao de jitter e deslocamento da linha de base devido ao acoplamento AC. Enquanto um sinal digital reter a habilidade de comunicar seus dados apesar de certo grau de distoro, h um ponto alm do qual os dados no sero recuperveis. Os cursos dos longos cabos so as principais causas de distoro de sinal. Muitos equipamentos digitais fornecem alguma forma

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4. Hardware de Sistemas e Questes

de equalizao e regenerao em todas as entradas a m de compensar o curso do cabo de comprimentos variados. Considerando o caso especco de amplicadores de distribuio e roteadores, h vrias abordagens que podem se utilizadas: Amplicador de banda larga, amplicador digital de banda larga e amplicador digital de regenerao. Tomando primeiro o ltimo caso, regenerao do sinal digital geralmente signica recuperar dados de um sinal de chegada e retransmiti-lo com uma forma de onda limpa utilizando uma fonte de clock estvel. Regenerao de um sinal digital permite-o ser transmitido posteriormente e mantm mais degradao analgica que um sinal que j tem acumulado algumas distores analgicas. Regenerao geralmente utiliza as caractersticas do sinal de entrada, tal como clock extrado, para produzir a sada. Em vdeo digital serial, h dois tipos de regenerao: serial e paralela. Regenerao serial mais simples. Consiste na equalizao de cabo (necessrio mesmo para comprimentos de cabos de poucos metros ou menos), recuperao de clock, recuperao de dados e retransmisso dos dados utilizando o clock recuperado. Um Loop de fase fechado (PLL) com um oscilador LC (indutor/capacitor) ou RC (resistor/capacitor) regenera a freqncia de clock serial, um processo chamado de reclocking. Regenerao paralela mais complexa. Isso envolve trs passos: desserializao; reclocking paralelo, usualmente utilizando uma base de tempo controlada a cristal; e serializao. Cada forma de regenerao pode reduzir o jitter fora de sua largura de banda PLL, mas o jitter dentro na largura de banda do Loop ser reproduzido e pode acumular signicantemente com cada regenerao. (Para uma abordagem completa de efeitos e medio de jitter, veja a Seo 8.) Um regenerador serial ter uma largura de banda de loop na ordem de muitas centenas de kilohertz para poucos Megahertz. Um regenerador paralelo ter uma largura de banda mais estreita na ordem de alguns Hertz. Alm disso, um jitter inerente a um cristal controlado timebase (paralelo regenerador) muito menor do que a de um oscilador LC ou RC timebase (serial regenerador).

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Adicionalmente, o jitter inerente em uma base de tempo controlada a cristal (regenerador paralelo) muito menor do que em uma base de tempo do oscilador RC ou LC (regenerador serial). Regenerao serial obviamente no pode ser desempenhada em um nmero ilimitado de vezes por causa da oscilao do jitter PLL acumulativo e pelo fato de que o clock extrado do sinal de entrada. Regenerao serial pode ser tipicamente executada, vrias vezes antes de uma regenerao paralela ser necessria. Jitter excessivo embutido eventualmente causa falha no sistema; jitter aceitvel para um receptor serial deve ainda ser considerado e manuseado de um ponto de vista do sistema que ser discutido mais a frente. Regenerao, onde um clock de referncia utilizado para produzir a sada, pode ser executado um nmero ilimitado de vezes e eliminar todo o jitter embutido em uma srie de operaes de regenerao. Esse tipo de regenerao acontece na maioria dos equipamentos operacionais tais como VTRs, roteadores de produo (Vision Mixers) ou unidades de efeitos especiais que utilizam referncias externas para executarem seus processos digitais. Portanto a linha de baixo regenerada (ou reclocking) pode ser perfeita, somente limitada por consideraes econmicas. Uma abordagem completamente diferente para distribuio de sinal a utilizao de roteadores analgicos de banda larga, mas h muitas limitaes. verdade que roteadores analgicos de banda larga (mais de 100 MHz) passar um sinal digital serial de 143 Mb/s. Porm, eles provavelmente possuem o desempenho necessrio para 270 ou 360 Mb/s. Com roteadores designados para sinais analgicos de banda larga, as caractersticas de resposta de freqncia 1/f afetaro adversamente o sinal. Receptores destinados a trabalhar com sinais SMPTE 259M esperam ver um sinal transmitido da fonte padro e atenuado por um cabo coaxial com perdas de resposta de freqncia. Qualquer desvio de rolloff de 6dB/ oitava sobre largura de banda de 1 MHz at a freqncia de clock causar operaes imprprias do equalizador automtico no receptor serial. Em geral, isso ser um problema signicante porque o roteador analgico projetado para ter resposta plana at certa largura de banda e depois roll off em algumas rampas que pode, ou no, ser 6 dB/oitava. Essa a diferena entre a resposta in-band e out-of-band que causa o problema.

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4. Hardware de Sistemas e Questes

Entre esses dois extremos esto os roteadores digitais serial de banda larga que no reclock o sinal. Tais roteadores no-reclocking geralmente executaro adequadamente em todas as freqncias de clock para a quantidade de atenuao coaxial dada nas suas especicaes. Porm, essa especicao ser usualmente menor para roteadores de reclocking.

Tempo de Sistema A necessidade de entender, planejar e medir o tempo do sinal no foi eliminado em vdeo digital, somente possui uma congurao diferente de valores e parmetros. Em muitos casos, tempos precisos no sero necessrios em ambientes digitais e sero medidos em microsegundos, linhas e quadros ao invs de nanosegundos. De muitas maneiras, distribuio e tempo so simplicadas com processamento digital por causa dos equipamentos que possuem entradas e sadas digitais podendo ter compensao de tempo de entrada automtica. Porm, sistemas analgico/digital misturados requerem cuidado adicional no manuseio no tempo do sinal digital. Tempo relativo de sinais mltiplos com respeito a uma referncia necessrio em muitos sistemas. Em um extremo, entradas para um roteador de produo analgica composta devem estar com o tempo determinado para a faixa de nanosegundos, logo no haver erros de fase de subportadora. No outro extremo, muitos roteadores de produo digital permitem tempos relativos entre sinais de entrada na faixa de uma linha horizontal. Requisito de tempo de Sinal-para-Sinal para entradas de vdeo digital podem ser enquadrados em trs categorias: 1. Equipamento digital com compensao de tempo de entrada automtica 2. Equipamento digital sem compensao de tempo de entrada automtica 3 Conversores digital-analgico sem compensao de tempo de entrada automtica No primeiro caso, os sinais devem estar na faixa da compensao automtica, geralmente sobre uma linha horizontal. Para instalao e manu-

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teno de sistema importante medir o tempo relativo de tais sinais para garantir que eles estejam na faixa de tempo automtico com Headroom suciente para permitir qualquer mudana esperada. Ajustes de tempo automtico so componentes principais para sistemas digitais; mas eles no podem comumente ser aplicados em um stream de dados serial devido s altas freqncias digitais envolvidas. Uma converso de volta para o formato paralelo para ajustar o atraso necessrio devido s altas taxas de dados. Portanto, tempo de entrada automtico no esta disponvel em todo equipamento. Para o segundo caso, os sinais esto nominalmente no tempo como seria esperado na estrada de um roteador. A norma recomendada do SMPTE RP 168, a qual se aplica para ambas as operaes de 525 e 625 linhas, dene uma janela de tempo em uma linha horizontal especca onde a comutao de intervalo vertical pode ser executada. Veja a Figura 4-1, que mostra a rea de chaveamento para o campo 1. (Campo 2 muda na linha 273 para 525 e linha 319 para 625.) O tamanho da janela de 10 s que implicaria em uma aceitvel diferena de tempo entre os dois sinais de poucos microsegundos. A diferena de tempo selecionada geralmente determinada pela reao do equipamento Downstream para comutao de intervalo vertical. No caso de roteadores analgicos uma tolerncia muito apertada mantida frequentemente baseada na condio de fase da subportadora.

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4. Hardware de Sistemas e Questes

Para os sinais digitais serial, microsegundos de diferena de tempo pode ser aceitvel. No ponto de comutao, clock lock do sinal serial ser recuperado em uma ou duas palavras digitais (10 a 20 perodos de clock serial). Porm, frame de palavra, muito provavelmente, ser perdido fazendo com que o valor do sinal assuma algum valor aleatrio at que o prximo dado de sincronizao (EAV) recomece o frame de palavra e produza uma sincronizao completa do sinal no receptor. Um sinal com um valor aleatrio por parte de uma linha claramente no adequado em linha para uma alimentao de programa; porm equipamentos Downstream podem ser projetados para apagar a poro indesejada da linha. No caso onde o sinal indesejado no eliminado, o tempo de sinal serial para o roteador ter que estar dentro de um ou dois nanosegundos para que no ocorram variaes. Claramente, a abordagem de apagamento de Downstream selecionada. Finalmente, o caso mais difcil de entradas para DACs sem compensaes de tempo requerem a mesma preciso dos sistemas analgicos de hoje na faixa de nano segundo. Isso ser verdadeiro onde mais tarde o processamento analgico for necessrio, tal como o utilizado em roteadores de produo analgica (vision mixers). Alternativamente, se o sinal analgico simplesmente uma sada de estdio, essa alta preciso pode no ser exigida. Ajustes de tempo automticos so componentes chave para sistemas digitais; mas eles no podem ser comumente aplicados para um stream de dados serial devido as altas freqncias envolvidas. Uma converso de volta para um formato paralelo para o atraso necessrio devido s altas taxas de dados. H necessidade de uma variedade de dispositivos de atraso ajustveis para essas novas exigncias de tempo. Isso inclui um dispositivo de atraso de mltiplas linhas e um dispositivo de atraso de frame. Um equipamento de atraso de frame, claro, resultaria em um atraso de vdeo que poderia potencialmente criar algum problema de variao em relao ao tempo de udio e a passagem de cdigo de tempo atravs do sistema. Sempre que sinais de udio e vdeo so processados atravs de caminhos diferentes, pode ocorrer atraso de udio-para-vdeo. O atraso diferencial causado pelo udio embedded insignicante (abaixo de 1ms). Porm, problemas ocorrem onde frame delays so utilizados e vdeo e udio seguem caminhos separados.56

5Monitoramento e Medies

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Testes e medidas de sinal digital serial podem ser caracterizados em trs diferentes aspectos: utilizao, mtodos e ambiente operacional. Tipos de utilizao incluiriam: bancada de projetistas, garantia de qualidade de fabricao, avaliao do equipamento pelo usurio, instalao de sistema e teste de aceitao, manuteno do equipamento e sistema e talvez o mais importante, a operao. Requisitos para um monitor bsico operacional incluem display dos sinais de programa carregados por sinal digital com caractersticas e preciso consistentes com monitores de sinal de banda bsica analgicos de hoje. Um monitor operacional tambm deve incluir informao sobre o seu prprio sinal digital serial, tal como dado disponvel, erros de bit e erros de formatao de dados.

No necessria uma tela de forma de onda serial atual. Pode ser possvel uma reduo no nmero de monitores operacionais devido natureza robusta dos sinais de vdeo digital. Porm, monitoramento da forma de onda do sinal de programa necessrio em todas as aplicaes onde um operador ou equipamento possui a habilidade de mudar parmetros de programa. A Figura 5-1 mostra a srie WFM601 da Tektronix de monitores de componente serial.

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5. Monitoramento e Medies

Mtodos para avaliao tcnica cobrem vrias reas de utilizao que requerem transio. Em adio s medies de sistemas de televiso tradicionais, h uma nova dimenso para teste e medidas para quanticar os vrios parmetros associados diretamente com a forma de onda serial. O resultado que vrias categorias de mtodos de monitoramento e medidas sejam consideradas: anlises de sinal de programa, anlises de dados, vericao de formato, operao de transmissor/receptor, hardware de transmisso e relatrio de falha. Um mostrador de amostragem de tempo equivalente forma de onda serial mostrado no Monitor de Componente Serial WFM601M da Tektronix na Figura 5-2. Medidas de sinal de programa so essencialmente medidas de udio e vdeo de banda bsica que tm sido utilizados por anos. Um aspecto importante para essas medidas que a exatido na representao de sinal limitada pelo nmero de bits por amostra.

Em sistemas analgicos uma pequena quantidade de dados digitais presentes em sinais de vdeo na forma de Cdigo de Tempo de Intervalo Vertical (VITC); mas o stream de dado serial possui muito mais capacidade para dados que o vdeo. Portanto, so necessrios mtodos de medio mais completos. A anlise da forma de onda de sinal digital e seus efeitos na operao de transmissor/receptor um novo requisito em testes e medidas para equipamentos de televiso. Ao invs de adquirir equipamento especial para in-

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terpretar essa forma de onda de alta velocidade, capacidades apropriadas esto sendo adicionadas a equipamentos de teste de televiso tradicionais, ajudando na transio econmica para televiso digital serial. Teste de componentes de transmisso passivos (coaxial, Patch Panels, etc.) similar ao utilizado com sistemas de banda bsica exceto que larguras de banda muito grandes sejam consideradas. O terceiro aspecto para testes e medidas se est dentro ou fora de servio. Todo o monitoramento operacional deve estar dentro de servio, o que signica que monitores devem ser capazes de dar ao operador informao sobre o sinal digital que contm material de programa ativo assim como o prprio sinal de programa. Se h problemas para serem resolvidos, at aqueles com uma natureza intermitente tambm exigiro medies dentro de servio. Por causa do conhecido tipos de falha do ponto crtico para sistemas digitais, testes fora de servio so tambm especialmente importantes. A m de conhecer o limite disponvel, necessrio adicionar parmetros de desgaste para o sinal digital em quantidades medidas at o ponto crtico o que certamente no aceitvel em situaes operacionais. As prximas sees tratam dos detalhes de tcnicas de medio especcas cobrindo monitoramento, medies, teste dentro de servio e teste fora de servio.

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6Medindo o Sinal Serial

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Medidas de Forma de Onda Quando observadas em um monitor ou osciloscpio apropriado, muitas varreduras de tempo (superpostas pela persistncia do CRT ou memria de amostra digital) produzem uma forma de onda que seguem vrios caminhos diferentes atravs da tela. Os diferentes caminhos so devido ao fato que os dgitos no stream serial variam baseados nos dados (estado alto ou baixo, com ou sem mudana em possveis tempos de transio). A forma de onda que resulta conhecida como um padro de olho (com dois olhos como na Figura 6-1 e apresentados em um monitor como mostrado no Monitor de Componente Serial WFM601M na Figura 5-2). Medidas analgicas da forma de onda digital serial comeam com as especicaes da sada do transmissor como mostrado na Figura 6-2. As especicaes para serem medidas so: amplitude, tempo de subida e jitter, que so denidos no padro serial, SMPTE 259M. Freqncia, ou perodo, determinado pelo gerador de sincronismo de televiso desenvolvendo a fonte de sinal, no o processo de serializao. Um intervalo de unidade (UI) denido como o tempo entre duas transies de sinal adjacentes, que o recproco da freqncia de clock. O intervalo de unidade de 7,0 ns para NTSC, 5,6 ns para PAL e 3,7 ns para componente de 525 ou 625. Um receptor serial determina se o sinal alto ou baixo no centro de cada olho, assim detectando o dado serial. Como o rudo e o jitter aumentam atravs do canal de transmisso, certamente o melhor ponto de deciso no centro do olho (como mostrado na Figura 6-3) apesar de alguns receptores selecionarem um ponto em um tempo xo aps cada ponto de transmisso. Qualquer efeito que fecha o olho pode reduzir a utilidade do sinal recebido. Em um sistema de comunicaes com correes de erros diretos, uma exata recuperao de dados pode ser feita com o olho quase fechado. Com as taxas de erros muito baixas necessrias para transmisses de vdeo digital serial corretas (veja a Seo 7) uma enorme e limpa abertura do olho necessria aps a equalizao do receptor. Isso porque o processo natural aleatrio que fecha o olho tem caldas estatsticas que causariam um ocasional, mas inaceitvel, erro. Efeitos de jitter que fecham o olho so abordados na Seo 8.

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6. Medindo o Sinal Serial

A amplitude importante porque ela afeta a distncia de transmisso mxima; muito larga pode ser um problema, assim como muito pequena. Alguns equalizadores de receptores dependem da amplitude para estimar o comprimento de cabo e a congurao do equalizador afeta signicantemente o resultado do rudo e do jitter. Uma medio precisa da forma de onda do transmissor serial requer um osciloscpio com uma largura de banda de 1 GHz por causa do tempo de subida de 1 ns do sinal serial. Porm, as medies de amplitude podem ser

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realizadas com osciloscpios de baixa largura de banda (300 a 500 MHz de largura de banda). O monitoramento de qualidade das medidas de tempo de subida pode ser realizado com equipamentos de teste de televiso utilizando amostragem de tempo equivalente em baixas larguras de banda. Medies de tempo de subida so realizadas nos pontos de 20% at 80% como nos dispositivos lgicos ECL. Visto que o sinal serial possui aproximadamente um tempo de subida de 1 ns, a medida deve ser ajustada pela seguinte frmula: ta = (Tm2 - 0.5 Ts2) Onde: Ta = tempo de subida real Tm = tempo de subida medido Ts = tempo de subida do osciloscpio O fator de ajuste de 0,5 pelo fato de que a especicao de tempo de subida do osciloscpio para os pontos de 10% at 90%. Como exemplo: com um osciloscpio com tempo de subida de 1 ns de 10% at 90%, um tempo de subida medido de 1,2 ns indicaria uma forma de onda serial real com um tempo de subida de 0,97 ns de 20 at 80%, e uma medio de 1,6 ns indicaria um tempo de subida real de 1,44 ns.

Medindo o Tempo do Sinal de Vdeo Digital Serial Tempo relativo entre sinais de vdeo serial que esto dentro de uma faixa operacional para utilizao em equipamento de estdio pode variar de vrios nanosegundos a poucas linhas de televiso. Medio das diferenas de tempo no percurso do sinal operacional pode ser executada utilizando o Sinal de Teste de Tempo de Imagem Ativa disponvel no Gerador Componente Digital TSG 422 em conjunto com os cursores de tempo e seleo de linha da srie WF601 de monitores de forma de onda de componente serial.

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6. Medindo o Sinal Serial

A Figura 6-4 mostra a representao de uma tela de monitor de imagem do Sinal de Teste de Tempo de Imagem Ativa (anteriormente conhecido como o Sinal de Teste de Apagamento Digital). As primeiras e ltimas linhas analgicas ativas cheias tm uma barra branca (somente luminncia) com extremidades de apagamento nominal. Dependendo do campo, essas podem ou no ser as primeiras e ltimas linhas cheias ativas digitais. A utilizao das linhas cheias especca, mostradas abaixo, garantem que o sinal completo ser visvel aps a converso de digital para analgico. responsabilidade do conversor construir metade das linhas onde apropriado. As linhas com a barra branca de luminncia so: Sinais de 525 linhas: Sinais de 625 linhas: linhas 21, 262, 284 e 525 linhas 24, 310, 336 e 622

Todas as outras linhas de imagem ativa possuem uma amostra, palavra de meia amplitude em quatro localizaes: primeira e ltima amostra digital ativa, primeira e ltima amostra no ponto de 100% de uma barra branca nominal. A Figura 6-5 mostra a localizao especca de cada palavra de meia amplitude. Note: a ltima amostra de crominncia ativa em cada linha est co-instalada com a amostra de luminncia #718 enquanto que a ltima amostra de luminncia #719. Para realizar medida de tempo relativo largo entre dois sinais, congure o WFM601 como mostrado na Figura 6-6. Alternadamente, selecione cada entrada no modo de seleo de linha e encontre o ponto de 50% na barra branca. A medida do delta-T e do nmero de linha fornecem a diferena de tempo total.

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Para medio de alta resoluo de pequenas diferenas de tempo, utilize a mesma congurao para observar o tempo de pulsos duplos no incio da linha ativa como mostrado na Figura 6-7. Embora a gura mostrar pulsos corretos e limpos, considerveis alertas ser vistos devido natureza no Nyquist da excurso da nica palavra. Como com outras conguraes freqentemente utilizadas, isso pode ser gravado como uma das nove

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6. Medindo o Sinal Serial

conguraes do WFM601, para ser chamado instantaneamente quando necessrio.

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7Denio e Deteco de Erros

Em nossa aplicao de computadores e tcnicas digitais para automatizar muitas tarefas, ns tnhamos evoludo para esperar que o hardware e o software reportassem os problemas para um operador. Isso particularmente importante conforme o sistema se torna maior, mais complexo e mais sosticado. razovel esperar que sistemas de televiso digitais tenham capacidades similares para reportarem falhas. Equipamento de televiso tem tido tradicionalmente uma variedade de capacidades de nveis de diagnsticos. Com o desenvolvimento dos sinais de udio e vdeo digitais agora possvel adicionar uma ferramenta vital para a noticao de falha de sistema; conrmao de integridade de sinal em sistemas de interconexo de estdio. Para entender e utilizar essa ferramenta, necessrio se aprofundar na tecnologia de deteco de

erro digital. A combinao do mtodo de interligar vdeo digital serial, o natural de sistemas de televiso, e tpico projeto de equipamento digital, leva a utilizao de mtodos de medidas de erros que so econmicos e especializados para essa aplicao. Vdeo digital serial opera basicamente em ambiente livre de rudo, logo, mtodos tradicionais de medidas de taxas de erros aleatrios no so particularmente teis. O exame de todas as caractersticas do sistema leva concluso de que um especializado sistema de medidas de erro de burst fornecer ao engenheiro de estdio de televiso uma ferramenta eciente para monitorar e avaliar o desempenho de erro de sistemas de vdeo digital serial.

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Denio de Erros No teste de links de transmisso dentro de estdio e equipamento operacional, um nico erro denido como uma palavra de dados cujo valor digital muda entre a fonte do sinal e o receptor de medio. Isso signicantemente diferente do caso analgico onde uma faixa de valores recebidos poderia ser considerada correta. A aplicao dessa denio para links de transmisso est mais adiante. Se qualquer valor de palavra de dados digital muda entre o transmissor e o receptor h um erro. Para equipamento de estdio operacional, a situao um pouco mais complicada e necessita de maior explicao. Equipamentos como roteadores, amplicadores de distribuio e Patch Panels deveriam, em geral, no mudar o dado transportado pelo sinal; sendo assim, a denio bsica se aplica. Porm, quando um roteador muda a seleo de fonte haver uma curta variao. Isso no deveria ser considerado como um erro apesar do tamanho da variao estar sujeito avaliao e medio. A recomendada norma SMPTE RP 168 especica a linha no intervalo vertical onde a comutao est para ocorrer, o que permite com que o equipamento de medio de erro ignore esse erro aceitvel. H vrios tipos de equipamentos de estdio que normalmente no mudaria o sinal. Como exemplos tm frame synchronizers (sincronizador de quadro) sem controles de processamento e amplicao, o sinal passa direto pelos roteadores, e VTRs digitais no modo E-para-E. Todos possuem a capacidade (provavelmente) de substituir todos os intervalos de apagamento do horizontal e parte do vertical. Em geral, a substituio de parte do sinal de televiso destruir a integridade do erro livre do sinal. Isso verdadeiro para ambos os sinais componentes e compostos como poderia haver dado extra nas sees substitudas do sinal. H um caso bem mais forte para sinais compostos, como as reas de sincronismo no so um conjunto de dgitos estritamente denidos, podem variar com os limites de padres de sinais analgicos. Considerando a possvel substituio de reas de apagamento por algum equipamento e sabendo que as localizaes de amostra de sinal da imagem ativa esto bem denidas pelos vrios padres digitais, possvel

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7. Denio e Deteco de Erros

medir Erros de Imagem Ativa separadamente de Erros de Campo Cheio. O conceito de Erro de Imagem Ativa refere-se rea de apagamento. Porm, h um