UFRJ – Universidade Federal do Rio de Janeiro
Aluno: Daniel da Rosa Marques DRE: 102037054
Disciplina: Redes de Computadores I Professor: Otto
Digital Harmony
Índice
Um dos principais problemas que afligia estúdios em todas as partes era o grande número cabos e interfaces necessários para transmitir muitos sinais de um ponto a outro. Sinais analógicos e digitais de áudio e vídeo, MIDI, sync, etc, cada sinal requer um cabo ou interface diferente e todos os sinais devem ser processados em conjunto. Por isso seria melhor que estes sinais fossem totalmente integrados e transmitidos em um único cabo.
Digital Harmony Technologies é uma empresa norte americana, sediada em Seattle, pioneira no desenvolvimento de tecnologia para redes de entretenimento. Ela foi criada por volta de 1997 e em 2001 tinha 50 empregados. Esta empresa desenvolveu seus produtos se baseado principalmente no protocolo IEEE 1394 (FireWire). A tecnologia de redes criada pela Digital Harmony destina-se a manipulação e controle de sistemas multi-canal de áudio de vídeo digitais seguros e via transmissão sem fio, cabos seriais IEEE 1394 e cabos loudspeakers tradicionais.
A Digital Harmony licenciou sua tecnologia para fabricantes de dispositivos de áudio e vídeo profissionais ou de consumo. Assim ela apresentou soluções para uma gama de sistemas de áudio e vídeo, incluindo aparelhos eletrônicos domésticos, computadores, aparelhos profissionais de áudio e de vídeo e equipamentos automotivos. Estes dispositivos são utilizados em redes de entretenimento em estúdios de gravação, teatros, domicílios e automóveis.
A licença é feita na forma de propriedade intelectual, módulos de circuitos integrados (que podem ser configurados para aplicações específicas), desings de referência e ferramentas de desenvolvimento. Exemplos de fabricantes com os quais a Digital Harmony firmou contrato são a Meridian Áudio, QSC Áudio Products, Cirrus Logic, JBL, Harman/Kardon, Boston Acoustics, Infinity, Lexicon, Peavey Electronics, Loewe, Madrigal/Mark Levinson, Denon, Onkyo, Panja (AMX/Phast), Stellar One, Go Video, California Audio Labs, Green Hills Software, etc.
Figura 1 – Estúdio Digital Harmony
A Digital Harmony desenvolveu tecnologia de áudio digital e a licenciou para a industria de áudio profissional. Na figura acima vemos um exemplo do que seria um estúdio Digital Harmony. O backbone do estúdio é um barramento serial IEEE 1394. Esta rede utiliza o módulo transceiver e o driver DHIVA (Digital Harmony Intreface for Vídeo and Áudio). Ela necessita de somente um cabo para conectar todos os dispositivos, é totalmente compatível com os padrões IEEE 1394, possui altas taxas de transferência (400Mbit/s a 3.2Gbit/s), suporta hot plug, transmissão síncrona e assíncrona e vários protocolos de transmissão de dados.
O FireWire e originário da Apple Computer e foi desenvolvido em meados dos anos 80. Começou a ser utilizado por muitos desenvolvedores de computador por volta de 1998. Existem vários nomes para produtos compatíveis com IEEE 1394 dependendo do fabricante. A Apple denomina de FireWire, mas outras empresas dão outros nomes como i.link (Sony Corp.) e Lynx para descrever seus produtos 1394.
2.1 Especificações
O protocolo 1394 é uma técnica digital dotada de interconectividade e interoperabilidade. Seu objetivo é permitir que todos os dispositivos eletrônicos funcionem juntamente em uma rede sem conflitos ou problemas de configuração. O IEEE 1394 oferece uma forma universal de interconexão de todos os dispositivos digitais que é financeiramente viável, de alto desempenho e não proprietária.
IEEE 1394 constitui-se de um barramento externo extremamente rápido que suporta taxas de transferência de 400Mbps (1394a) e 800Mbps (1394b) – tambem existem referencia a taxas de transferência superiores chegando até 3.2Gbps. Ele suporta Plug-and-play, hot plugging e provê alimentação para os dispositivos periféricos. Uma única porta 1394 pode ser usada para conectar até 63 dispositivos externos. Na tabela abaixo podemos ver que o barramento 1394 pode transmitir satisfatoriamente vários tipos de informações de áudio e vídeo pela rede:
|
Formato |
Banda |
Canais |
|
16 bit, áudio 44.1kHz |
705.6Kbps |
453 |
|
24-bit, áudio 48kHz |
1152Mbps |
277 |
|
Canal de áudio 5.1 DTS |
384Kbps |
833 |
|
Canal de áudio DolbyDigital 5.1 |
384Kbps |
833 |
|
30fps, 640x480, vídeo 24-bit |
221 Mbps |
1 |
|
15fbps, 320x240, vídeo 16-bit |
18Mbps |
17 |
|
MPEG-2, vídeo NTSC |
3Mbps |
106 |
|
MPEG-2, vídeo PAL |
4Mbps |
80 |
|
MPEG-2, vídeo de imagem complexa |
5-10Mbps |
32-64 |
|
DV, vídeo comprimido |
20Mbps |
16 |
Tabela 1 - Banda para diferentes formatos de áudio e vídeo
Além da alta velocidade este protocolo também suporta dados com sincronismo o que o torna ideal para dispositivos que necessitam transmitir um grande volume de informações em tempo real (como vídeo). A transmissão síncrona de dados garante que todos os nos tem acesso periódico ao meio, permitindo que enviem pacotes de informação a cada 125 microssegundos. Não existe retransmissão se ocorrer um erro. Porém erros são raros e mesmo que se perca um pacote este correspondera somente a poucas amostras do sinal e o erro será imperceptível para os olhos ou ouvidos humanos. Já a transmissão assíncrona proporciona conectividade para dispositivos como mouse e impressora e sinais de comando e controle para novos dispositivos. As normas IEEE 1394 alocam cerca de 80% da banda para a comunicação síncrona. A transmissão assíncrona, usada para transmitir sinais de controle, pode ocupar o barramento assim que este não estiver preenchido com o trafego síncrono.
Como mecanismo de garantia de entrega de pacotes assíncronos utiliza-se um pequeno pacote de retorno que é enviado para o remetente. O protocolo assíncrono IEEE 1394 permite que um no leia e escreva na memória de outro no. A técnica usada para controlar os parâmetros dos dispositivos é simplesmente ler e escrever variáveis públicas. O protocolo chamado Function Control Protocol (FCP) é o mais usado em dispositivos 1394 comerciais.
Dispositivos com portas 1394 podem formar uma rede com uma variedade de topologias ao mesmo tempo : daisy chain, estrela, arvore, qualquer uma que não tenha ciclos fechados. Em um único daisy chain e possível colocar ate 17 dispositivos (nos).
O tamanho dos cabos entre nos é de 4,5 metros para o par trançado e 100 metros para fibra Ótica (POF) ou um cabo CAT5.
Um sistema 1394 certificado pela Digital Harmony pode acomodar até 1023 barramentos separados com 63 nos cada, o que permite até 64000 dispositivos por barramento. Cada no pode incluir até 256 terabytes de espaço endereçável. Além disso, a rede também pode conter pontes.
Durante o processo de inicialisação cada no do barramento 1394 carrega um processo de identificação do barramento, identificação da arvore e auto-identificação. Estas funções são carregadas rapidamente e automaticamente sem intervenção humana. Dispositivos com diferentes taxas de transferência podem ser conectados pois a comunicação se ajusta automaticamente à taxa mais rápida suportada pelo dispositivo mais lento.
Na rede 1394 não é necessário um controlador mestre, o que elimina o bottleneck de comunicação e o ponto único de falha comum em sistemas como o USB.
Os protocolos para o tráfego de informações de vídeo no 1394 estão bem definidos pelo IEC 61889, que é um conjunto de recomendações determinadas pela IEC (International Electrotechnical Commission). Estas recomendações também incluem um vasto conjunto de protocolos de áudio e MIDI que foram adaptados pela IEC a partir dos protocolos desenvolvidos pela Yamaha's mLAN.
IEEE 1394 é então um conjunto aberto de especificações que permitem a interconexão de dispositivos. Com isso sinais de controle, dados e informação de entretenimento (vídeo e áudio) podem coexistir no mesmo barramento à altas taxas de transferência.
Os cabos IEEE 1394 contem seis fios de cobre. Dois são para alimentação e os outros estão grupados em dois pares trançados. Cada par trançado possui uma blindagem assim como o cabo como um todo é revestido por uma blindagem externa.
Os fios de alimentação podem transmitir de 8 a 40 Volts DC com uma corrente de até 1,5 ampères.
Somente é necessário um cabo IEEE 1394 para conectar dispositivos à rede, pois este oferece tanto a transmissão de dados como energia, sendo assim de grande conveniência para o usuário.
Figura
2 – Cabo IEEE 1394
O conector é construído de tal maneira que os contatos elétricos estão em seu interior, prevenindo assim que o usuário receba uma descarga elétrica ou que ele contamine os contatos com suas mãos. O conector é pequeno, flexível e durável. Ele é também de fácil manipulação permitindo que o usuário o remova e conecte com facilidade. Não é necessário terminador ou ID de endereçamento.
Figura
3 – Conector IEEE 1394
3.1 Redes domiciliares de entretenimento
A Digital Harmony desenvolveu tecnologia especificamente para redes de entretenimento a serem implantadas em domicílios. Ela licenciou então sua tecnologia 1394 para diversas outras empresas que passaram a desenvolver produtos para estas redes. Em contraste com outros métodos seriais de interconexão como o S/PDIF, USB e AES-EBU a tecnologia 1394 suporta áudio e vídeo de alta qualidade em transmissão serial.
Na Figura abaixo vemos um exemplo de rede domiciliar para entretenimento:
Figura 4 – Rede domiciliar Digital Harmony
A interface 1394 da Digital Harmony proporciona uma conexão inteligente e de alta velocidade para todos os tipos de aparelhos eletrônicos, incluindo sistemas de áudio digital, consoles para jogos, câmeras digitais, VCRs digitais, TVs com conexão à rede, set-top boxes, DVD players, PCs e periféricos.
Aparelhos eletrônicos desenvolvidos com interface 1394 necessitarão somente de um cabo para se conectar. Isso traz grande simplicidade ao sistema FireWire, sendo necessário apenas conectar os vários dispositivos, alimentá-los e ter assim uma rede totalmente funcional. O IEEE 1394 permite aos consumidores inter conectar em sua casa o equipamento de entretenimento em praticamente qualquer configuração desejada. É fácil conectar os dispositivos, eles são alimentados pelo sistema e não é necessário um hub ou roteador como em uma rede de computadores convencional.
Softwares como os drivers de comando e controle, desenvolvidos para o uso em home theaters e estúdios de produção áudio/ vídeo, podem ser instalados em PCs ou iMACs. Com estes softwares se tem o benefício do plug-and-enjoy set up e da configuração one-time, pois eles reconhecem os componentes no sistema de áudio e vídeo. Além disso os softwares permitem ao usuário o total controle de uma rede áudio/vídeo Digital Harmony através de uma única interface. Alem disso esta tecnologia é multiplatarforma e é compatível com vários dispositivos, permitindo assim ao usuário escolher suas marcas preferidas. O conjunto de aplicações responsavel por essa interoperabilidade é chamado de HAVI (Home Audio Video Interoperability).
Set-top Box (STB) é uma interface que conecta o sistema de áudio/vídeo digital com o sistema de satélite, TV à cabo ou Internet. O STB também converte um sinal digital em outros formatos de áudio e vídeo digital interpretados por aparelhos de TV e sistemas de áudio modernos. As funções típicas que os STBs suportam são:
HTTP web browsing;
Verificar níveis de segurança e direitos de acesso;
Jogos multimídia;
Impressoras externas;
Conexão SSL com um servidor;
Prover guia eletrônico de programa (EPG) e características de controle remoto;
Decodificar a apresentar as informações de áudio e vídeo para o display e as saídas de áudio.
Um STB comum conectado a um aparelho de TV permite somente a transmissão dos programas televisivos e o acesso à Internet. Já um STB com interface 1394 pode se conectar e controlar inúmeros dispositivos eletrônicos como camcorders, game players, DVDs, dispositivos legacy e pontes.
Na figura abaixo podemos ver um exemplo de como o STB funciona como ponte entre o conteúdo da banda larga que entra em uma residência via DSS/cabo e o restante do sistema de entretenimento:
Figura 5 – Sistema Digital Harmony típico para residências
Desta forma vemos que a tecnologia da Digital Harmony que utiliza o padrão IEEE 1394 foi idealizada para redes domiciliares de entretenimento. Suas características básicas que a tornam ideal para este tipo de aplicação são: interoperabilidade, alta taxa de transferência, transmissão de dados síncrona, etc. Assim o usuário pode obter uma rede que é facilmente configurável, que garante qualidade para todas as aplicações multimídia e a um baixo custo.
Intrenet:
Papers:
The Role of the digital STB in home entertainment system (Greg Bartlett – Digital Harmony Technologies, Inc. );
The opportunities for 1394 – enabled PCs (Rob Laubscher e Greg Bartlett – Digital Harmony Technologies, Inc. );
Entertaiment Systems (Tuomo Mäkitie – HUT);
Web based controlof IEEE-1394 compatible home entertainment devices (David Siebörger e Richard Foss – Rhodes University, Department of Computer Science);
The Digital Harmony Studio (TM) – A 1394 Program for Manufacturers
The Digital Harmony Home (TM) – Entertainment Networking for Manufacturers.