Беспроводная передача HD-видео и звука с использованием видеосендеров, дайджест — весна'12

    Уважаемые друзья, как и планировалось, продолжаю цикл статей 2012 года (первая), об актуальных технологиях и оборудовании для беспроводной передачи HDMI и высококачественного аудио-видео сигнала.
    В этой части речь пойдёт о т.н видеосендерах (см. подробное определение в одной из статей), а если лень идти по ссылке, то вот общая схема для всех видеосендеров (светлая коробочка — передатчик(трансмиттер), тёмная — приёмник(ресивер)):




    Итак, то, что видеосендер представляет собой комплект из приёмника и передатчика, которые имитируют тот или иной кабель для передачи видео и звука, полагаю, всем понятно из схемы. Поскольку наиболее распространённым аппаратным интерфейсом передачи HD является HDMI, то фактически мы будем говорить именно о его возможных беспроводных реализациях. Естественно, во всех стандартах используется стойкое шифрование, так что про это я дальше даже упоминать не буду.

    Цель данной статьи рассказать об особенностях взаимодйствия внутри комплектов, построенных по разным беспроводным стандартам, а также наметить и донести до читателя перспективы развития для каждого из этих стандартов. Как я и обещал ранее, в последней статье цикла будет представлена таблица со сравнением характеристик всех известных беспроводных стандартов для передачи HD.

    Да, и ещё, маленькая оговорка: если комплект содержит «свисток» для компьютера, передающий по особому беспроводному стандарту сигнал на приёмник, равно как если этот «свисток» уже встроен в ПК (это может быть и Wi-Fi карта на любом или каком-то особенном чипе, или же карта другого беспроводного стандарта), то это видеосендером уже назвать нельзя, так как не происходит полной аппаратной имитации AV-кабеля, а для передачи используется софт, благодаря которому и производится вещание сигнала.

    Начнём, пожалуй, с традиционно рассматриваемого первым, ультраширокополосного стандарта Wireless HD, который, относительно недавно объединил усилия с WiGig альянсом, направленные на создание беспроводного мультигигабитного стандарта.

    WirelessHD / WiGig


    Фирма, которая придумала WirelessHD и выпускала чипы, называется SiBEAM, основана она выходцами из Беркли в 2001 году. В 2011 SiBEAM была поглощена небезызвестным чипмейкером Silicon Image. С тех пор уже Sil занимается продвижением стандарта в индустрии.

    Об отношениях WirelessHD и WiGig

    Когда-то, ещё до появления слова «Тандем» в 2007 году, появился WirelessHD (за основу взят ieee802.15.3) для удовлетворения нараставших потребностей в передаче высококачественного (HD) сигнала на телевизор. В 2009 году, однако, крупнейшие производители почесали репу и создали альянс WirelessGigabit, верно предположив, что скоростей Wi-Fi скоро станет маловато. Фактически, под WiGig были созданы ieee802.11ac/ad (см. подробную статью от wiNIKA ), которые позволяют «раскачать» старый-добрый 802.11a/b/g/n на 2.4 и 5Ггц (802.11ac), и совместить его с мультигигабитным монстом на 60Ггц (802.11ad) в рамакх одного стандарта.
    Неудивительно, что позже WirelessHD слился в экстазе примкнул к WiGig, так как последний стал покрывать задачи и весьма схож по принципам с WiHD. Таким образом, упростим формулу до банального Wi-Fi + WirelessHD = WiGig.

    Стандарт WirelessHD построен на ультраширокополосном радиовещании, что позволяет ему передавать нолики и единички со скоростью до 7 Гбит/сек (и гонять FullHD 3D 7.1 без сжатия и задержки), но, только в прямой видимости. Такую широкую полосу нельзя «протащить» через стенку. Зато она неплохо справляется с мелкими препятствиями — мебелью, людьми, животными; которых технология позволяет «интеллектуально огибать».

    Возвращаясь к нашим баранам: к сожалению о видеосендерах на WirelessHD в последнее время мало что слышно. Они достигли определенного уровня — FullHD 1080p@60Hz, 3D и звука 7.1, и всё это без сжатия и задержки, но похоже, невозможность передачи через стену и громоздкость передатчика (не менее 6-ти, даром что встроенных, антенн) не дают должного спроса на развитие технологии именно в ключе видеосендеров.

    Хотя на их сайте значатся обнадеживающие новости о выходе новой версии стандарта — WirelessHD 1.1, с поддержкой скоростей 10-28 Гбит/сек, встроенными антеннами для мобильной техники, разрешением 4K х 2K и независимым каналом для данных — 1 Гбит/сек, но о новом железе пока совсем ничего не слышно.

    Однако, работа в стане WiGig кипит, из свежего — прототип SD-карты с WiGig адаптером.
    Последние новости об очередном сендере WirelessHD (более года назад) — видеосендер Rocketfish;
    Видеосендер WirelessHD наглядно.

    Достоинства

    • Самый быстрый беспроводной канал;
    • Не используется сжатие.

    Недостатки

    • Работает только в зоне прямой видимости;
    • Громоздкие блоки из-за антенного массива.


    WHDI



    Следующий клиент, традиционно, WHDI. Создан израильской фирмой Amimon, в основе — мощные MIPS чипы с оригинальной прошивкой для передачи HD. Работает на частоте 5Ghz по схожим с 802.11a/n принципам, но гораздо быстрее — беспроводной канал 3 Гбит/сек. Для того, чтобы не ссорится с неспешно тусующимся на 5Ghz вайфаем, используется технология MIMO + OFDM и тайм-слоты, которые позволяют не мешать WHDI и Wi-Fi друг-другу работать.

    Текущая версия WHDI позволяет передавать FullHD 1080p@60Hz с 3D и многоканальным звуком (имитация HDMI 1.4) через стены, с задержкой передачи менее 1миллисекунды (меньше, чем у ЖК мониторов) и с пробросом ИК-порта и USB-HID.
    Что значат последние заклинания? Проброска ИК-порта позволяет передавать сигналы от вашего пульта к источнику сигнала. Грубо говоря, вы подключили приёмник к телевизору, а в другой комнате у Вас стоит спутниковый ресивер, к которому подсоединен передатчик. Вы щёлкаете пультом от спутникового ресивера на приёмник, тот, в свою очередь, передаёт его в другую комнату на передатчик и от передатчика ИК-глазок смотрит на спутниковый ресивер и управляет им. Оригинальный ИК-сигнал передаётся через канал видеосендера.
    USB-HID — примерно то же, что и ИК-проброска, позволяет, подключив передатчик к компьютеру дополнительным (помимо HDMI) USB-кабелем, управлять этим ПК при помощи клавиатуры и мышки (HID-устройства), подключенными к приёмнику. Грубо говоря, у вашего ТВ стоит приёмник, к нему подключены клавиатура и мышка и Вы видите/слышите сигнал с компьютера и можете управлять им.

    WHDI не использует сжатие как таковое, однако есть специальная, запатентованная технология, Video Modem, позволяющая передавать сигнал даже в условиях сильных помех и значительного урезания полосы пропускания. Почитать о WHDI старую, но добрую статью на русском можно тут.

    На данный момент существует два дизайна WHDI:

    Полноценный — передатчик и приёмник размером с роутер но без антеннки, их 5-6 и они встроены, связь действует до 30 метров с преодолением капитальных препятствий;

    Компактный (т.н Stick), 2-3 встроенных антенны, передатчик чуть больше USB-флешки, приёмник же чуть больше компьютерной мыши, оба могут получать питание не только от розетки но и от любого USB-порта. Передаёт на 10-15 метров с преодолением некапитальных препятствий.

    На сегодняшний день WHDI — один из самых перспективных стандартов, что подтверждают крупные производители, а-ля Asus, HP, Belkin, PowerColor, KFA2 и пр., выпускающие WHDI комплекты под своими брендами. Также стоит отметить LG, которая уже представила телевизор со встроенным WHDI-модулем (а собираются и многие другие монстры индустрии), а также компанию Lenovo, которая выпустила семидюймовый Android-планшет со встроенным WHDI-модулем. Видео с новинками WHDI и демонстрацией планшета на CES2012 можно посмотреть тут.

    В планах у WHDI — снижение энергопотребления, поддержка одновременного вещания одним передатчиком на несколько приёмников, поддержка разрешения 4K x 2K, беспроводной канал для передачи данных и объединение WHDI и Wi-Fi в один чип.

    Достоинства

    • Довольно быстрый беспроводной канал, соответственно, не используется сжатие, отсутствие задержки (1мс можно пренебречь);
    • Поддерживается самое максимальное HD-качество (за исключением 4K x 2K, который только появился на свет) и функции проброски ИК и USB;
    • Преодоление стен и возможность использовать компактный дизайн;
    • Возможность использовать несколько передатчиков с одним приёмником (попеременно).

    Недостатки

    • Работает на частоте 5Ghz, что потенциально может помешать передаче при крайнем переполнении спектра;
    • Встроенным решениям и мобильным устройствам требуется отдельный модуль WHDI, помимо Wi-Fi, пока не выпустят комбочип.


    Wi-Fi



    На сегодняшний день есть и такие видеосендеры, которые успешно используют для передачи беспроводного HDMI, казалось бы, не особо для этого предназначенный Wi-Fi. Тем не менее, такие комплекты имеют свои преимущества, не редко доминирующие над недостатками.

    Первым делом ещё раз отошлю Вас к первой статье дайджеста'12. Там много и (я надеюсь) понятно описаны преимущества и недостатки Wi-Fi, как транспорта видео и звука без проводов. Несмотря на то, что в том материале, передатчиком является встроенная в компьютер/смартфон Wi-Fi карта, принципы всё те же, только в случаях с независимыми видеосендерами железа нужно побольше.

    Итак, тезисно:

    Особенности применения Wi-Fi в HD-видеосендерах:
    • Wi-Fi имеет ограничение пропускной способности 300-400 мегабит (802.11n, конечно);
    • Чтоб помещаться в такую полосу, HD-сигнал необходимо сжимать (в основном используется H.264);
    • Как для сжатия контента при передаче, так и для разжатия при приёме нужна мощность и время;
    • Результат — мощные, иногда двухъядерные(!) процессоры в основе Wi-Fi комплектов;
    • Ещё результат — задержка; время, которое требуется на сжатие — от 20 до 50мс;
    • Повсеместное распространение Wi-Fi и H.264 делает производство довольно экономичным.


    Теперь к конкретике (кстати, сошлю ещё разок к другой полезной статье по теме): практически все сегодняшние Wi-Fi видеосендеры имеют LAN/PLC происхождение: изначально HD-поток жали кодеком, чтоб гонять его по проводам с TCP/IP прослойкой. Когда же появился Wi-Fi 802.11n, который, фактически, стал покрывать 100-мегабитный барьер, то эти же технологии «переползли» на новые рельсы.

    Самое интересное, что после сжатия HD-потоку требуется полоса уже не более 50мбит/с, также тут успешно применяются известные ip-технологии: и rtp/rtsp, и Quality of Service (пресловутый, всегда отключаемый в виндовом списке протоколов QoS), и UDP и проч.

    За счёт полной «стандартности» и многолетней изученности Wi-Fi со всех сторон, данные сендеры успешно конкурируют по преодолению расстояний и препятствий со специализированными, созданными исключительно для беспроводной передачи HDMI стандартами. Расстояние может покрываться до 40 метров, а препятствия прошиваются, даже будучи капитальными и в размере нескольких штук.

    А ведь ещё можно развинтить винтики, залезть внутрь передатчика, там с miniPCIe Wi-Fi карты снять проводки на стандартную антеннку и прикрутить усиленную...


    Оригинальных производителей референсного железа имеется 2: Itrio, корейцы, до сих пор продают по всему миру свой знаменитейший видеосендер, ещё 2008-2009 года выпуска, под разными брендами — Eminent, IOGear, Peerless и другими. Замечательно в комплекте то, что он содержит как HDMI, так и VGA/компонентные и даже композитные и stereo-jack разъёмы. Эдакий «Швейцарский Нож»:



    Поскольку модель уже относительно не молода, отсюда и поддержка HDMI только 1.3, что не умаляет все достоинства FullHD, но печалит отстутствием 3D. Также, одноядерный чип внутри жмёт/расжимает медленней, чем хотелось бы — задержка передачи 40-50мс (что, в целом, вполне приемлемо даже для игр, хотя и не желательно).

    Второй же производитель, Cavium, представил свою последнюю вариацию видеосендера относительно недавно — в конце 2010 года. Они назвали эту технологию (передачи HD по Wi-Fi) словом WiVu, а чипы, двухъядерные Arm'ы с аппаратной поддержкой H.264 — PureVu. (Хотя в 2009 году эта технология называлась NetHD и была ориентирована на передачу HD, как уже и говорилось ранее, по LAN и PLC). Кстати, в качестве платформы для работы железа используется Linux, и практически всю opensource базу/кухню для компиляции прошивок можно скачать с ресурсов производителей.
    Эта шайтан-машина, за счёт всей мощи, заключенной под её капотом, легко передаёт HDMI версии 1.4a, со всеми 3D режимами и с уменьшенной, по сравнению с Itrio, задержкой в 20мс (мой первый ЖК-монитор имел задержку, кажется, 16мс, для Windows ME это было вполне приемлемо ;) ). Также тут имеется проброска ИК-сигнала, USB-клавиатур, мышек, джойстиков, поддержка шифрованной передачи FullHD и 3D сигнала от передатчика одновременно аж на 4 приёмника.

    Референсный дизайн выглядит так — брошюра.

    Комплект, основанный на WiVu, уже выпускаемый и весьма популярный среди подобного рода устройств — actiontec mywirelesstv (флеш-презентация, исходники прошивки). Кстати, mywirelesstv получил на CES'12 награду за дизайн и удачное инженерное решение.

    О перспективах — как я уже писал ранее, совсем недавно Cavium объявили о стратегическом партнёрстве с Qualcomm и Intel. С Qualcomm работа будет направлена на создание стандарта Wi-Fi Display на базе WiVu, с Intel же, сотрудничество будет в области производства приёмников WiDi. Так что ожидаем очередного этапа интеграции этих технологий внутрь современных устройств. (Темп задаёт HTC со своей новейшей, уже готовой реализацией MediaLink)

    Достоинства (со звёздочкой в начале — относится только к Cavium-based)

    • Весьма дальне- и бронебойны;
    • *Поддержка последней версии HDMI с 3D FullHD, проброска USB;
    • Функция передачи ИК-сигнала и поддержка 4-х приёмников одновременно;
    • *Возможность использовать несколько передатчиков с одним приёмником (попеременно);
    • Из-за стандартных компонентов можно вмешаться в железо/софт и что-нибудь там поковырять;)

    Недостатки

    • Потенциально может снижаться качество передачи из-за замусоренности Wi-Fi спектра;
    • Используется сжатие, для чего требуется мощное и не компактное оборудование;
    • Из-за сжатия возникает задержка передачи от 20мс и более.


    P.S.: Как у матёрого гика, у меня возникают некоторые религиозные предубеждения в отношении использовании Wi-Fi видеосендеров:
    Ну не могу я смириться с тем, что, уже имея свой собственный Wi-Fi адаптер, моя PS3, сама, мощная как лежащий в её основе восьмиядерник, или трёхъядерный PowerPC 360-го Xbox'а с мощной видеокартой, или, и того хлеще, ПК с многоядерным процессором (в котором уже встроена intel WiDi), используют для передачи видео и звука на ТВ аж две (!)(приёмник и передатчик) коробочки с Linux, по мощности сопоставимые с двухъядерным Andriod-смартфоном. Это сродни, если б некие технологи выпустили бы супер-пупер плоскую отвёртку с регулируемой шириной шлица во всех измерениях и гидроусилителем на конной тяге, и позиционировали бы её как уникальное устройство по откручиванию крестовых болтиков и шурупов. Такое ощущение не покидает меня...


    На сегодня всё, опять получилось много, и кто дошёл до сюда, да ещё и найдёт в себе силы оставить дельный коммент — восхищаюсь! А дабы поддержать ваш дух юных борцов с проводами, скажу, что статью я писал почти неделю, в несколько подходов, а материал для неё скапливался вообще годами, так что Вы получили только самую драгоценную выжимку, без мишуры.
    Как и всегда, в комментах указываем, нужно ли дальше развивать тему.

    Share post

    Comments 11

      +1
      Шикарная статья, спасибо!
        0
        Спасибо!
        +1
        Замечательный обзор, стиль понравился, и писать дальше обязательно нужно.
          0
          Спасибо, после ваших отзывов следующим статьям БЫТЬ!:)
          +1
          Отличная статья! Интересно было бы узнать что запланировано для следующих постов.
            0
            Дальше планирую рассмотреть ещё несколько технологий беспроводной передачи видео+звука по ультраширокополосной технологии, а также сделать обзорную статью по беспроводному звуку, как от компьютера так и от любого другого устройства. Ещё планирую свести все стандарты в единую табличку.
              +1
              О, почитать о беспроводном звуке будет вдвойне интересно! Как раз задумываюсь о беспроводных наушниках.
            +1
            Спасибо, как раз вовремя. Понравились второй и третий способ и пока, наверное, имеет смысл останавливаться на втором
              +1
              Всё зависит от ваших условий, в которых планируется применять данное оборудование. Вообще WHDI как раз является отличным балансом между качеством и проходимостью.
              +1
              Спасибо за отличный пост, совсем недавно рылся в инете в поисках информации на эту тематику. Нашёл статью на Wired, но она была 2010 года и многое из неё уже устарело. На самом деле читается легко, даже не взирая на объём текста. Я бы даже назвал такой тщательный подход большим преимуществом. Надеюсь увидеть продолжение, как и все отписавшиеся выше.
                0
                Спасибо большое за ваш коммент:) Над продолжением будем работать!

              Only users with full accounts can post comments. Log in, please.