Matrix-Video-Switch mit Skew-Reduzierung
A/V-Schaltzentrale für Profis
In vielen Einsatzbereichen müssen Audio- und Video-Signale aus verschiedenen Quellen über größere Distanzen an unterschiedliche Empfangsgeräte gelangen. Dabei spielen Zuverlässigkeit, Flexibilität und Benutzerfreundlichkeit des Systems sowie eine möglichst hohe A/V-Übertragungsqualität eine entscheidende Rolle. Denn besonders in den Bereichen Überwachung, Information oder Unterhaltung werden Beeinträchtigungen kaum toleriert.Mit Video- und KVM-Switching-Technik lassen sich heute äußerst flexible, skalierbare und gleichzeitig einfach zu handhabende A/V-Installationen realisieren. Sie erfüllen diverse Anforderungen in unterschiedlichsten Einsatzbereichen, beispielsweise bei der Realisierung von Digital-Signage-Lösungen in Kaufhäusern, Supermärkten und auf Messen, um Werbe- und Informationsinhalte zu präsentieren. In großen Multimediageschäften transportieren sie Ton- und Bildsignale auf die angepriesenen Fernseher und Monitore. Aber auch an anderen öffentlichen Orten erfüllen Produkte wie etwa die Media Matrix Solution von Aten ihre Aufgabe, zum Beispiel in Bahnhöfen und Flughäfen, Casinos, Kino-Lobbys und Kunden-Service-Centern, bei Konzerten und Sportveranstaltungen, wo ständig Informationen in Bild und Ton zu übermitteln sind. Unentbehrlich sind verlässliche Übertragungssysteme zur Überwachung in Kontrollzentren, der Verkehrsüberwachung, in Hafensicherheitsanlagen und in Transport- und Logistikzentren.
Die technische Herausforderung liegt dabei darin, die Laufzeitverschiebungen der Audio- und Videosignale in größeren Installationen zu koordinieren. Der Aufbau von Kabeln und die Gesetze der Physik führen zu diesen Laufzeitverschiebungen: Je größer der Widerstand-Kapazität-Koeffizient (R × C) ist, desto mehr Zeit benötigt das Signal, um am anderen Ende des Kabels anzukommen. Aufgrund der unterschiedlichen Längen der einzelnen Adernpaare im Kabel, die zur Übertragung der RGB-Signale dienen, werden die Bilddaten nicht synchron abgebildet. Es kommt zu einer Zeitdifferenz bei der Abbildung der Pixel und damit zu einer fehlerhaften Darstellung. Dieser Skew-Effekt kann sich als verschwommenes, unscharfes Bild und - abhängig davon, welche Adernpaare die R?, G- und B-Signale leiten - als roter, grüner oder blauer Balken am Bildrand manifestieren. Je länger die Kabel, je höher die Auflösung und je schneller die Bildwiederholrate sind, desto schlimmer fällt der Effekt aus.
Der Skew-Effekt und seine Folgen
In modernen Rechenzentren findet man heute oft Server mit hohen Video-Auflösungen von bis zu 1280 × 1024 Pixel, 1600 × 1200 Pixel und sogar 1920 × 1080 oder 1200 Pixel. Mit der stetig steigenden Anzahl von Servern kommen immer mehr Kabel mit verdrillten Adernpaare der Kategorien 5, 5e oder 6 zum Einsatz, da sie kostengünstiger und leistungsfähiger als ihre Vorgänger sind und zudem bei komplexen IT-Installationen weniger Kabelsalat verursachen. Solche Kabel können eine Länge von bis zu 305 Meter haben, sodass die Beseitigung des Skew-Problems im professionellen Einsatzbereich von zentraler Bedeutung ist.
Die Differenz der Signallaufzeiten des kürzesten und des längsten Adernpaares kann zwischen 30 und 120 Nanosekunden betragen und verursacht damit das Skew-Problem. Da es keine physikalische Lösung zur Beschleunigung der später ankommenden Signale (aus den längeren Adernpaaren) gibt, müssen die schnellen Signale (der kürzeren Adernpaare) absichtlich verzögert werden und kommen dadurch gleichzeitig mit dem langsamsten R?, G- bzw. B-Signal an. Dies ist die Essenz der Skew-Korrektur (Deskew).
Einige Deskew-Systeme enthalten Leiterplatten mit geätzten Verdrahtungsbahnen (sogenannte Track Cards), um den Signalweg physisch zu verlängern. Solche Systeme sind zwar für eine einzelne Cat5/5e/6-Erweiterung sinnvoll, bei KVM-Switch-Installationen aber eher unpraktisch, da dort jede Server-Kombination mit Zugriff von einem oder mehreren Usern einen anderen Pfad benötigen würde.
Aufgrund der Nachteile von Track Cards setzen die meisten Deskew-Systeme für die Verlängerung der Signalwege mehrere analoge Verzögerungsschaltungen ein. Um die Delaylines zu definieren, sendet das System eine Reihe unterschiedlicher Töne oder Impulse zur Frequenzmessung von einem Gerät des Systems (zum Beispiel dem KVM-Switch) zu einem anderen Gerät (zum Beispiel der KVM-Benutzerkonsole). So wird die Performance der verschiedenen Adernpaare gemessen und verglichen, die Ergebnisse dieser Tests dann vom Empfangsgerät entschlüsselt und das Resultat an das Sendegerät zurückgeschickt, damit das System die Skew-Korrektur vornehmen kann. Das Bild selbst muss bei diesem Vorgang vorübergehend ausgeblendet sein.
Diese zweigleisige Methode ist ein relativ langsamer Prozess, deshalb laufen die Deskew-Korrekturen teilweise auch progressiv über verschiedene Server-Auswahlzyklen ab. Bei einer KVM-Switch-Installation würde hier das Bild zwar schnell erscheinen, aber für eine Weile wäre es nicht vollständig korrigiert. Ein anderer Lösungsansatz lässt den Benutzer einfach auf das Erscheinen des Videos warten.
Um in diesem Fall Abhilfe zu schaffen, hat Aten einen neuen, sehr schnellen und effektiven Deskew-Prozess entwickelt und für diese Neuerung den Zuschlag für mehrere Patente erhalten. Bei der Deskew-Technik des taiwanischen Konnektivitätspezialisten handelt es sich um einen eingleisigen Prozess, bei dem die Testsignale an alle Adernpaare gehen, die an der Signalquelle angeschlossen sind. Diese Signale erkennt das System am anderen Ende des Kabels und stellt ihre relative Phase (Verzögerungszeit) fest. Daraufhin werden die variablen Verzögerungselemente automatisch und präzise an genau diesem Ende des Kabels eingestellt und Wartezeiten, die durch das Hin- und Herschicken von Signalen entlang des Kabels entstehen, vermieden. Dadurch ist Atens Deskew-Technik nach Herstellerangaben doppelt so schnell wie herkömmliche Lösungsansätze für die Deskew-Korrektur.
Eingebaut hat der Hersteller die neue Technik in seine Vancryst Media Matrix Solution, die einen 8×8 Cat5 A/V Matrix Switch (VM0808T), der jeweils acht Ein- und Ausgänge bietet, mit einem A/V Over Cat5 Extender (VE500) kombiniert. Damit lassen sich hochauflösende Videosignale und Stereoaudioinhalte von bis zu acht Quellen per Cat5e-Verkabelung (oder höher) über eine Entfernung von bis zu 300 Meter auf unterschiedliche Displays übertragen. Die Bild- und Tonspuren sind dabei flexibel und voneinander unabhängig auf die Zielgeräte schaltbar. Dank der so genannten "Independent Switching"-Technik lassen sich die Audio- und Video-Signale frei miteinander kombinieren. So ist für eine maximale Flexibilität der zu wiedergebenden Inhalte jede Audioquelle separat mit einer beliebigen Videoquelle koppelbar.
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