Minimal Latency için Yüksek Hızlı Ses ve Video Interfaces tasarlamak

Ses ve Video Interfaces'te Latency

Latency, sık sık gecikme veya gecikme olarak adlandırılır, bir olayın gerçekleşmesi ve çıktıdaki algısı veya yeniden üretimi arasındaki zaman farkıdır.In audio/video sistemleri, hatta sub-20-millisaniye gecikmeleri fark edilebilir, ses ve resim arasındaki senkronizasyonu engeller ve gerçek zamanlı interaktivite arasındaki fark yaratabilir, video konferansta, ve online oyun.

Translaksiyon Gecikmeleri

Bir kablo veya kablosuz orta üzerindeki veri yolculuğu zaman, sinyal yayılımının hızıyla yönetilir (tipik olarak bakır için ışığın hızının% 60-70'i) ve arayüzdeki yüksek hız protokollerin sayısı 4'e kadar (40 Gbps'ye kadar) veya USB4 (ayrıca 40 Gbps) ile ilgili olarak, USB 2.0'a kıyasla verilen verileri en yüksek seviyede tutmak için gereken süreyi azaltır. Örneğin, sıkıştırılmamış 1080 Mbps) 3 Gbps gibi yüksek çözünürlükte 3 Gbps ile yapılan hızlı iletileri takip eder.

İşleme gecikmeleri

Her dijital sinyal işleme aşaması - analog-todijik dönüşüm (ADC) ve sıkıştırma / baskı (kolay) renk, uzay dönüşümü ve dönüşüm - H.265/HEVC gibi yüksek performanslı kodlar, karmaşık tahmin ve kodlama nedeniyle on milisaniyeyi (Dirac) ile görsel olarak sıkıştırabilir (bir çizgi veya birkaç mikrosaniye) için tasarlanmıştır.

Buffering ve Queueing

Buffers, jitter'i absorbe etmek ve verilerin hazır olmadığı zaman kaybedilmesini sağlamak için gereklidir. Ancak, her tampon aşama, veri oranı ile bölünmüş olan tampon boyutuna eşit bir gecikme getirir. Birçok tüketici ses arayüzü, 48 kHz'de 256-sample bir tampon kullanır, yaklaşık olarak 5.3 ms ek gecikme süresine sahip değildir. Profesyonel AOIP (Ses üzerinden) gibi birkaç mil uzunluğundaki bubellekleme sistemleri, bu disko, 32 örnek olarak bubellekleme veya arsaları mümkün olduğunca küçük olarak çalıştırabilir.

Geçin doğru şekilde, bilinen gecikmeli bir video modeli (Dön test yöntemleri) ile yapılan ölçümler ve görüntü üzerinde gözlem analizi içerir.

Minimal Latency için Anahtar Tasarım İlkeleri

Geçin azaltılması bir sistem seviyesi optimizasyonu problemidir. Aşağıdaki ilkeler, sadece birkaç milisaniye veya daha az sayıda gecikmeye ulaşan yüksek hızlı ses ve video arayüzü tasarımına rehberlik eder.

1.Ahşap Yüksek Hız, Deterministic Data Transfer Protokolleri).

PCI Express (PCIe) 4.0/5.0, Thunderbolt 4, USB 3.2 Gen 2×2 ve [[0)DisplayPort 2.0[Dönetici: 3.0|Dönetici) 4, HDMI ve düşük noktalı bir kablo ile üst düzey bir protokol üstatını kullanarak, video çerçevelerini doğrudan alt-mikro geçiversitesine yakalamak için ideal hale getirin.

2. [[0) Minimal Signal Path için Tasarım Donanımı [Dönemli: 1)

Her dönüştürücü (ADC, DAC, HDMI alıcı, SDI transceiver) propagasyon gecikmesini ekliyor. Örneğin, Texas Instruments TFP410 vericisi, her yerde 10 ns'ta sabit bir gecikmeye sahip olsa da, yüksek performanslı video DAC'ler tek bir çipin birden fazla işleme bloklarını tek başına seçebilir, otomatik işleme boru hatlarının ortadan kaldırır.

3.)

Buffer boyutlandırma, jitter'e karşı geciken ve sağlamlığı arasında bir ticarettir. For audio, küçük bir tampon (örneğin 32 veya 64 örnek) ve SDI dönüştürücüler zaman zaman boyunca, sadece bir kaç kilobay kullanarak, gerekli başlığın tamamının şifrelendiği gibi bir çizgiyi kullanarak, tüm çerçeveyi beklemek yerine, yaklaşık 15 m uzunluğundaki çizgiyi (örneğin, FPGA-tavives) kullanmak için karmaşık bir kesme eller.

4.) Gerçek Zamanlı İşletim Sistemi (RTOS) ve Anahtarlı Tuning[Dön 1: 1)

Ev sahibi tarafta, Windows veya Linux gibi genel amaçlı bir OS, diğer süreçleri yüksek oranda sesli ses akışlarını önlemek için bir araya gelebilir. Birçok profesyonel ses arayüzü standart ses yığınlarını atlatmak için kendi çekirdeklerini (örneğin, ASIO veya WAS özel modlarını kullanın) standart olarak 2-3 ms.

5.Ş.D:0)Minimise Signal Processing Stages).

Her dönüşüm - bir renk uzay dönüşümü, ölçeklendirme veya ses örneği dönüşüm - yüzen işlem zamanı için ekler - mümkün olan, işleme adımları (örneğin, GPU veya FPGA üzerinde bir araya gelen çekirdekte renk dönüştürme ve ölçeklendirme) kullanın.Görüntüler yüz yüzen akıştan kaçınmak için tam olarak arithmetici kullanın.

Teknolojiler Low-Latency Interfaces

Modern donanım ve yazılım teknolojileri, birçok profesyonel bağlamda milisaniye aralıklarından daha azına geç kalmış sınırları zorladı.

^ akrep and USB 3.2 / 4

Alarm teknolojisi, başlangıçta Intel tarafından geliştirildi ve şimdi USB4'e entegre edildi, birleşik, yüksek bant genişliği, düşük ücretli WiFi bağlantı. USB 3.2 Gen 2×2 ile 20 Gbps, tüketicide ve prosumer ses dişlilerinin arka kemiğidir, 32- Universal Audio Apollo, Focusrite Claret) ve video yakalama cihazları ile yeterince bant genişliği sağlar (e.g., Blacksi Ultra) USB 3.2 Gen 2×2 ile 20 Gbps daha yaygındır.

SDI (Serial Digital Interface)

Yayın ve canlı etkinlik üretiminde, SDI, yüksek çözünürlükte video taşıma için altın standardı olarak kalır.TheETHFLT:0) ISSo Engineering Society (AES)), AES3 (balanced dijital ses) ve AES67 (network voice) sıkı bir şekilde 12G-GSDI'nın tek boyutlu, kendi doğa paketleri ve reassembly gecikmeleri IP tabanlı sistemlerde bulunur.

IP üzerinden (AoIP) – Dante, AVB, AES67

Ağlama sesi paket gecikmelerini ve tamponlamayı tanıtabilir, ancak modern AoIP protokolleri ultralow latency için tasarlanmıştır.Dönetici tarafından geliştirilen, 7hop ağında 5 ms'e kadar gecikme seçenekleri sunar. AES67, farklı AoIP standartları arasında seçim yapabilir, ücretsiz bir paketler için geç erişim sağlar.

FPGABased Processing

Alan programlanabilir kapı dizileri (FPGA) Xilinx (şimdi AMD) ve Intel (eski olarak Alternatif) ultra uzun süre işleme için anahtar bir akıştır. paralel mimari, birden fazla ses kanalı veya video pikseli bir CPU veya benzeri olmayan işlem işleme izin verir. Örneğin, FPGA, bir video geçiş noktasının geç saatlerde, tüm ses işleme süresine kadar, 100 ns.

Low Latency için Gelişmiş Kodlar

Kompaj, sınırlı bant genişliğine göre yüksek çözünürlüklü video taşımak için genellikle gereklidir, ancak TICOP kodcular (H.264, H.265) çoklu çerçeve gecikmeleri sunar. Düşük gecikme süresi boyunca, tüm ayarlama (Iframe) ve kolay dalgalama ve donanım uygulamaları için tasarlanmıştır. Benzer şekilde, AAC-PC (Düşük gecikme) ve Opustap kodu 5 ile birlikte 5 kodlu kodlama işlemine izin verir.

Uygulama için En İyi Uygulamalar

Bir çalışma ürünü için tasarım ilkelerinin oluşturulması fiziksel katman, yazılım ve sistem entegrasyonuna dikkat gerektirir.

Yüksek kaliteli kablolar, makyajlar ve PCB Layoutout

Yüksek hızlı dijital sinyalleri (örneğin, 12 Gbps SDI, PCIe Gen 4), yanlış eşleştirmeler, çapraztalk ve dielektrik kaybı.UseENT:0)Belden düşük parlaklıklı kablolar için[Dönemli kablolar için); USB 3.2 ve Thunderbolt kablolar için daha uzun süre boyunca sinyal bütünlüğünü garanti eder.

Optimise Software Sürücüleri ve Firmaware

En hızlı donanımla bile, kötü yazılmış bir sürücü yüzlerce mikrosaniye ekleyebilir. Video yakalama, hafıza kesme I / O ve DMA'yı doğrudan bir kullanıcı alanı buffer için hareket ettirir. Birçok profesyonel satıcıyı uygulayın (örneğin, Blacksi, AJA) geliştiricilerin gecikmiş davranışına izin vermelerini sağlar.

Gerçek Zaman İzleme ve Kalibrasyon

Sistem inşa edildiğinde, son derece geç saatler boyunca bilinen bir zaman ayarlı nabız (örneğin, bir senkronizasyon jeneratörü) ve [Dışlamalar gibi araçlar) gözlemler.VideoToolShed's Dr. Latency klipler, video için basit bir görsel ölçüm sağlar.For audio, useETHFLT:2RME'nin döngüsel test) ve bir dijital ses iş istasyonu.

SistemLevel Entegrasyonu ve Test

En kötü senaryoları içeren kapsamlı bir test planı geliştirin: En fazla veri oranları, simultatör/video akışları ve diğer periferiklarla kombinasyonlar. FPGA tasarımları için zamanlamayı gerekli saat hızda sağlamak için resmi doğrulama araçları kullanın. Ağalanan sistemler için, ağ izolasyonu (VLAN, adanmış geçiş) jitter ve kuvvet tampon büyümesini artırmak için uygulama.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Hızlı hızlı ses ve video arayüzlerini sürekli olarak teslim eden hızlı bir şekilde tasarlayın, SDI ve PCIe; FPGA'ların paralel gücünü gerektirir; ve her tampon ve işleme aşamasını dikkatlice ayarlar, mühendisler en zorlu canlı üretim için yeterince düşük gecikmeler elde edebilir.In preitising deterministic protokolleri, SDI ve PCIe; en geç sürümdeki paralel bir tasarıma uygun şekilde ilk sınıfsal tasarıma uygun şekilde ayarlayabilirler.