Komponenten

Die Baugruppe XHDI macht für das NEXUS-System Audiosignale verfügbar, die in einem nach SMPTE 259M (SD) und SMPTE 292M (HD) spezifizierten digitalen seriellen Videodatenstrom »Serial Digital Interconnect« eingebettet sind. Weiterhin lassen sich auch beliebige NEXUS-Audiodaten in einen Videodatenstrom schreiben. Die Karte stellt sowohl einen Videoeingang als auch einen Videoausgang zur Verfügung, sodass Videosignale ohne weitere Hardwarekomponenten durchgeschleift werden können. Sollen nur Audiodaten aus einem Videosignal extrahiert werden, ist aber auch die Nutzung als reine Eingangskarte möglich.
Gegenüber anderen Lösungen wurde die XHDI als universelles SD- und HD-Interface konzipiert. Sie bietet eine Vielzahl von Möglichkeiten, Audiodaten aus einem Videodatenstrom zu lesen beziehungsweise dem Datenstrom hinzuzufügen:

› De-Embedding Audiosignale lassen sich beliebig aus dem Videosignal extrahieren und können im NEXUS-Audionetzwerk normal genutzt und übertragen werden. Da der Videodatenstrom dabei nicht beeinflusst wird, bleiben die Audiodaten für das ausgegebene Videosignal erhalten.

› Embedding Beliebige Audiosignale des NEXUS-Systems lassen sich in den Videodatenstrom einbetten. Dabei sind die zu schreibenden Datenblöcke und Kanäle frei wählbar. Audiodaten anderer Blöcke, die zuvor im Videodatenstrom enthalten waren, bleiben erhalten. Kanäle des gleichen Blocks können übernommen werden.

› Replacing Aufgrund der Vielzahl möglicher Datenstrukturen bietet die XHDI auch die Option, neue Audiodaten in bereits vorhandene Datenstrukturen zu schreiben. Dabei werden ausschließlich die reinen Audiodaten neu eingebettet. Dieser Modus erlaubt eine hohe Kompatibilität zu nicht normgerechten Datenströmen, beispielsweise wenn innerhalb eines Blocks nur zwei Audiokanäle definiert sind.

› Deletion Audioblöcke, die bereits im Videodatenstrom enthalten oder zur Löschung markiert sind, lassen sich vollständig entfernen und überschreiben.

Vielfältige Varianten

Die Baugruppe XHDI verarbeitet Signale entsprechend den Standards SMPTE 259M (4:2:2, Component, 270 MBit) und SMPTE 292M (4:2:2, Component, 1485/1483.5 MBit). Der Standard und die darin möglichen unterschiedlichen Formate werden automatisch erkannt.

Folgende Video-Formate werden unterstützt:

Betriebsart SD

Der Standard SMPTE 272M-AC (Audio, SD), der maximal vier Blöcke vorsieht und aus jeweils vier 20/24-Bit-Audiokanälen besteht, wird von der Karte vollständig unterstützt. Einzelne oder mehrere Kanäle lassen sich gleichzeitig aus dem Datenstrom lesen oder hinzufügen.
Die Spezifikation SMPTE 272M-AC erlaubt unterschiedliche Arten der Einbettung von Audiodaten in einen Videodatenstrom. Das kann in einer weitreichenden Übertragungskette zu Problemen führen und unter Umständen das weitere inkrementelle Einbetten von Audiodaten verhindern. Deshalb ermöglicht die XHDI-Baugruppe, bestehende Datenstrukturen neu zu ordnen und – gegebenenfalls mit den hinzuzufügenden Audiodaten – vollständig neu zu schreiben.
Zur Rekonstruktion des systembedingt isochronen Audiodatenstroms dient ein FIFO-Zwischenspeicher, dessen Puffergröße – individuell angepasst an das empfangene Signal – zwischen 30, 40 und 64 Samples umgeschaltet werden kann.
Das NEXUS-System kann auf das Videosignal synchronisiert werden.

Betriebsart HD

Der Standard SMPTE 299M-AC (Audio, HD), der maximal vier Blöcke vorsieht und aus jeweils vier 24-Bit-Audiokanälen besteht, wird ebenfalls von der XHDI vollständig unterstützt. Einzelne oder mehrere Kanäle lassen sich gleichzeitig aus dem Datenstrom lesen oder hinzufügen.
Bei SMPTE 299M (Audio, HD) gibt es in Bezug auf Embedding keine Einschränkungen. Es sind keine Kompatibilitätsprobleme als Folge unterschiedlicher Embeddingalgorithmen zu erwarten.
Die XHDI hat im HD-Modus eine Sonderfunktion: Sie versucht im Embedding/DeEmbedding-Modus (nicht Replace) eine identische Laufzeit für alle Blöcke zu erreichen. Das setzt jedoch eine identische Struktur des bereits eingebetteten Audios voraus. Sinnvoll ist diese Funktionalität bei Mehrkanalanwendungen, die die maximale Kanalzahl von 4 pro Audioblock überschreiten. Wenn nur das Embedding verwendet wird, ist eine identische Laufzeit immer garantiert.
Das NEXUS-System kann auf das Videosignal und bei asynchronem Audio auf den im Datenstrom enthaltenen Audio-Wordclock synchronisiert werden.
Die in den Audiodaten enthaltenen Zusatzdaten (kompatibel zu AES-3) werden für die Auswertung durch die Software zur Verfügung gestellt. Beim Sender können Zusatzdaten transparent von AES-3-kompatiblen Signalquellen übernommen oder durch die XCPU neu generiert werden.

Signalprozessor

Die XHDI ist serienmäßig mit einem DSP ausgestattet, der eine Signalanpassung und -bearbeitung unabhängig von weiteren Baugruppen ermöglicht. Die Ein- und Ausgangspegel können getrennt voneinander eingestellt werden. »Verpolte« Signale lassen sich mit dem Phasentausch korrigieren.
Sollen Audiosignale, statt mit der NEXUS-internen 24-Bit-Auflösung, nur mit 16 oder 20 Bit ausgegeben werden, kann die Signalqualität durch zuschaltbares »Dithering« deutlich verbessert werden. Zusätzlich lässt sich durch »Noiseshaping« die entstehende Rauschenergie in Frequenzbereiche transformieren, auf die das menschliche Gehör unempfindlicher reagiert; die erzielte Rauschminderung im Bereich unterhalb von 1 kHz liegt bei etwa 15 dB.

Fehlererkennung

Für eine zuverlässige Funktionsweise wird der Status des Eingangssignals vielfach überprüft: »Video PLL Lock», »Signalqualität«, Detektion der Video-Formate, Audio-/Videosynchronizität, EDH-/
CRC-Status, Verfügbarkeit, Fehler und Format der Audioblöcke etc.
Zwei Leuchtdioden auf der Frontplatte informieren über den Baugruppenstatus. Angezeigt werden unter anderem Synchronfehler, HD/SD-Mode, Test-Mode und der Zustand der Ein- und Ausgangs-PLL.
Beim Ausfall des Eingangssignals schaltet die Karte automatisch in den Testgenerator-Modus. Das Format des ausgegebenen Signals kann in der Bediensoftware vorgegeben werden. Es kann ein festgelegtes Format sein oder das Format entspricht, wenn möglich, dem zuletzt verfügbaren Eingangssignal. Als Bildinhalte stehen Farbbalken oder BlackFrame zur Auswahl.
Beim Ausfall zentraler Systemkomponenten wie der XCPU schaltet die Karte automatisch in einen Bypass-Mode, sodass zumindest das Videosignal nicht unterbrochen wird.

Inkompatible Daten

Bei inkompatiblen Formaten sollen bestehende Datenstrukturen eines Datenstroms oft erhalten werden. Dafür bietet die XHDI den »Replacing«-Modus an. Hier wird die Struktur der Audioblöcke beibehalten, nur die reinen Audio-Samples werden ausgetauscht. Diese Strategie kann insbesondere bei SD-Anwendungen hilfreich sein, bei denen Inkompatibilitätsprobleme durchaus auftreten können.
Befinden sich im Videodatenstrom Datenblöcke, die mit dem Interface nicht verarbeitet werden können, werden diese transparent an den Ausgang weiter geleitet.

Zusatzdaten

AES-3-kompatible Zusatzdaten im Datenstrom werden von der Baugruppe XHDI übernommen, innerhalb des NEXUS-Systems übertragen und über entsprechende Baugruppen ausgegeben (Beispiel: mit AES/EBU-Ausgangskarten XET).
Auch in den Ausgangsvideodatenstrom eingebettete Audiodaten lassen sich mit Zusatzdaten versehen. Dabei können Daten aus AES-3-kompatiblen Quellen übernommen werden (Beispiel: von der AES/EBU-Eingangsbaugruppe XER) oder durch die Hauptsteuerkarte XCPU vollständig neu generiert werden.

Steckverbinder

Die Baugruppe XHDI wird mit BNC und optischem Interface (LC, Single-Mode) bestückt. Es gibt einen BNC-Eingang und zwei gleichberechtigte BNC-Ausgänge. Als optischer Steckverbinder (Eingang und Ausgang) wird ein SFP-Modul mit LC-Stecker eingesetzt.
Verschiedene optische Module können vor Ort eingesetzt und ausgetauscht werden.
Auch Formatwandlungen sind möglich.