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(多图) 利用Thunderbolt技术设计新一代视频接口

Tam Do?? 2013年10月29日 ?? 收藏0
随着当今高清视频技术的发展和4K超高清标准的即将出台,视频制作过程中需要更多的带宽来传输源头(如相机和存储器)与汇集处(显示器和存储器)之间的视频数据。输出这些数据的传统方法主要借助于数据USB接口或视频输出DisplayPort或高清晰度多媒体接口(HDMI)。而Thunderbolt接口的引入简化了系统接口配置,仅需一个接口就可满足数据和视频的传输需求。

随着视频分辨率从高清到超高清的升级,数据的传输量和速率也在不断提升。例如,一个像素分辨率为4096×2160、色彩模式为RGB444、色彩精度为12比特的4K视频的原始未压缩比特率为19.11Gbps或2.39Gbps,而这仅仅是一帧视频的大小,如果存储时长为30s的该视频,需要71.66GB的磁盘空间。

USB3.0是视频接口技术的一个连接选项。然而,当用户使用硬盘上存储的视频进行实时编辑时,USB3.0会导致明显的迟滞。主要原因在于,虽然拥有5Gbps的数据传输率,但USB特有的命令集并非是用来处理实时视频传输的。此外,当多个USB装置以菊花链方式连接在一起时,迟滞时间会更长。

具有10Gbps数据速率的Thunderbolt接口可使结构设计实现实时视频后期制作的理想速度、最小时滞和存储能力。专业工作室和广播视频设备可在视频采集卡、存储设备、适配器及视频显示器中利用这一技术。此外,与其它串联协议相比,Thunderbolt接口可通过配套电缆以菊花链方式最多外连6个设备,同时还不会大幅降低数据开销。

Thunderbolt简介

ThunderboltI/O技术由Intel公司开发,每个接口配备两个10Gbps全双工数据路径链路,要比Firewire800接口快达12倍。Thunderbolt采用64b/66b数据编码格式,而Intel开发的接口控制器可将PCI–Express和DisplayPort复用成为一个单数据流。Intel公司开发的第一代控制器代号为Light Ridge,随后的第二代、第三代控制器代号分别是Cactus Ridge和Redwood Ridge,而新一代(第四代)控制器的代号是Falcon Ridge。

在主机设备中,控制器从I/O控制器集线器中获取PCI–Express数据,从I/O控制器中的负信号或如图1所示的外部图形控制器中获取DisplayPort数据。接下来,该组合信号通过全双工差分信号发出。一般情况下,每个控制器配备两个端口,可进行菊花链方式的连接。

Thunderbolt采用的是已有的迷你DisplayPort连接器,并已针对Thunderbolt信号的特点对该插槽进行了重新设计。Thunderbolt还可兼容标准DisplayPort连接。

表1中对比了映射到迷你DisplayPort连接器上的Thunderbolt信号和标准DisplayPort信号。线缆可以是电缆或光缆,但无论哪一种线缆都必须要保持活动状态以确保接收端信号的完整性。对于处于活动状态的铜缆,最大长度约为3m,而光缆的长度可扩展至数十米。外围系统会接收Thunderbolt信号,并将其送至另一控制器中,使其在终端提取PCIExpress与DisplayPort信号。

迷你DisplayPort连接器可在本地DisplayPort模式或Thunderbolt模式下工作,但由于使用的是同一引脚,这两种工作模式无法同时实现。如图2所示,控制器外部会设一个MUX集成电路(IC),用来控制Thunderbolt模式信号或DisplayPort模式信号的切换。

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第1页:Thunderbolt简介

第2页:高速信号设计的挑战


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