Bezprzewodowa telewizja HD - już wkrótce na ekranach domowych kin

W walce tej liczyć się będą najprawdopodobniej trzy rywalizujące ze sobą technologie: WirelessHD, WH-DI (Wireless High-Definition Interface) oraz UWB (Ultra-wideband). Jak łatwo się domyślić, standardy te są ze sobą zupełnie niekompatybilne, a każdy z nich ma zarówno swoje zalety, jak i wady. Dlatego też wśród producentów elektroniki użytkowej nie ma jak na razie konsensusu wskazującego na jeden z nich albo określającego chociażby pewien zunifikowany format bezprzewodowej transmisji wideo HD. Skonkretyzowane są jedynie podstawowe wymagania: minimalne opóźnienia, stabilna transmisja sygnału wideo w obrębie domu i relatywnie duża prędkość transmisji danych.

Klucze do sukcesu

Pierwszym kluczowym parametrem bezprzewodowej telewizji HD są opóźnienia. Czas reakcji ekranu na sygnały z pilota powinien wynosić nie więcej niż 160 milisekund. W przeciwnym wypadku widzowie zaczynają zauważać opóźnienia i odczuwają dyskomfort obsługi. Dłuższe czasy odpowiedzi stają się problematyczne szczególnie dla użytkowników różnego rodzaju konsoli do gier, gdyż jak wiadomo czas reakcji na decyzje gracza jest sprawą krytyczną.

Drugim problematycznym parametrem jest stabilna jakość obrazu. Domowe urządzenia audio-wideo są coraz częściej – głównie ze względów estetycznych – odseparowane od telewizora/ekranu, znajdując miejsce w szafkach czy nawet innych pomieszczeniach. Dlatego też konieczne jest zapewnienie bezproblemowej propagacji sygnału wideo przez różnego rodzaju bariery. Jest to tym łatwiejsze, im niższa jest częstotliwość transmisji. Na wyższych częstotliwościach możliwe jest zajęcie szerszego pasma bez obawy o interferencje, co bezpośrednio przekłada się na większą prędkość transmisji.

Właśnie prędkość jest trzecim newralgicznym parametrem. Transmisja nieskompresowanego obrazu wideo jakości HD 1080i50 wymaga przepustowości 1,5 Gb/s. Przy rozdzielczościach 1080p50 i 1080p60 jest to odpowiednio 3 Gb/s i 3,7 Gb/s. Prędkość najpopularniejszego w chwili obecnej przewodowego standardu transmisji wideo, HDMI 1.2, wynosi 4,95 Gb/s. Jest ona zatem wystarczająco duża, aby transmitować nawet nieskompresowany strumień HD 1080p60. Jak na tym polu wypadają konkurujące ze sobą bezprzewodowe rozwiązania?

Ucieczka w częstotliwość

Standard WirelessHD zapewnia prędkość transmisji 4Gbit/s i tym samym pozwala na bezproblemową transmisję nieskompresowanego sygnału HD 1080p60. Wykorzystuje on jednak częstotliwość 60 GHz, na której normalnie do transmisji wymagana jest widoczność optyczna pomiędzy nadajnikiem i odbiornikiem. WirelessHD ma jednak pozwalać na transmisję sygnału w obrębie jednego pomieszczenia na dystansie 10m bez konieczności optycznej widoczności urządzeń. Problem ten został rozwiązany poprzez wykorzystanie dwóch kanałów.

Na kanale o wyższej częstotliwości (HRP – High-rate Physical) transmitowany jest strumień HD, na tym o niższej natomiast (LRP – Low-rate Physical) wymieniane są sygnały kontrolne pomiędzy nadajnikiem i odbiornikiem. Sygnały te służą do zmian kierunkowości anteny (a właściwie zestawu antenowego), zapewniając ciągłą maksymalizację stosunku sygnał szum na kanale HRP. Innymi słowy, jeśli strumień wideo nadawany na HRP natrafi na swojej drodze na przeszkodę, system zmienia w czasie rzeczywistym kierunek transmitowanego sygnału tak, aby trafiał on do odbiornika po drodze zapewniającej najmniejsze tłumienie.

Jak na razie jednym z głównych problemów standardu WirelessHD rozwijanego głównie przez firmę SiBeam są koszty produkcji obsługujących go wysokoczęstotliwościowych układów scalonych. Będą one jednak zapewne maleć w miarę, jak technologia ta będzie się rozpowszechniać. Toshiba, Hitachi, Fujitsu i Sharp już zainicjowały stworzenie wspólnego projektu, mającego na celu redukcję kosztów produkcji układów dla WirelessHD.

Również NEC rozpoczął prace nad chipem dla tej technologii. Standard ten wspierany jest również przez Intela, LG, Samsunga, Sony i Panasonic. Ten ostatni oraz Toshiba przedstawiły już nawet urządzenia oparte na WirelessHD.

Magiczny kompromis

Również standard WHDI firmy Amimon może poszczycić się tym, że jego rozwój wspiera konsorcjum, w skład którego weszły Sony, Sharp, Hitachi, Samsung i Motorola. WHDI osiąga prędkość 3 Gb/s pozwalającą przesyłać nieskompresowany sygnał HD 1080p50. Intrygujący jest jednak fakt, że standard ten działa na częstotliwości jedynie 5GHz, używając dwóch kanałów o szerokości 20MHz każdy. Ponieważ producent nie ujawnił szczegółów technologicznych WHDI, powstały spekulacje, że być może dane w tej technologii są kompresowane lub nie transmitowane w całości. Powodem tych spekulacji jest fakt, że na zbliżonej częstotliwości działa jeden ze standardów Wi-fi(protokół 802.11a), którego maksymalna prędkość transmisji wynosi zaledwie 54 Mb/s.

Według producenta, prędkość WHDI została zrealizowana dzięki połączeniu dwóch technologii:

- transmisji za pomocą wielu anten MIMO (Multiple-input, multiple-output),
- specjalnego algorytmu kodowania typu JSCC (Joint Source-Channel Coding).

MIMO jest technologią opierającą się na zastąpieniu anten zespołami antenowymi. Pozwala to na zwiększenie przepustowości i zasięgu łącza radiowego bez poszerzania pasma i zwiększania mocy. Z kolei istotą kodowania JSCC jest to, że algorytm kontroli błędów transmisji jest sprzężony z pewnymi kluczowymi parametrami kolejnych ramek strumienia danych. W pewnych momentach JSCC stosuje bardzo intensywną korekcję błędów, podczas gdy w innych dane transmitowane są praktycznie bez korekcji.

W WHDI czynnikiem decydującym o korekcji jest rozpoznawalność błędów obrazu przez ludzkie oko. Ten schemat działania nazywany jest protokołem bezprzewodowej komunikacji z tolerancją błędów na nierozpoznawalnym poziomie (non-recognizable bit-error-tolerated wireless communication protocol). Zatem w odróżnieniu od WirelessHD, WHDI nie gwarantuje bezbłędnej transmisji danych, jest jednak protokołem transparentnym.

Bez zbędnego perfekcjonizmu

UWB jest w stanie przesyłać dane na niewielkie odległości (do 10m) z prędkością do 1 Gb/s i charakteryzuje się niewielkim poborem mocy ze względu na fakt, że praktycznie nie interferuje z tradycyjnymi wąskopasmowymi technologiami opartymi na ciągłej pracy nadajnika. Wariant audio-wideo UWB pracuje w zakresie częstotliwości 4,2–4,8 GHz i pomimo wykorzystania technologii MIMO zapewnia transmisję z prędkością jedynie 480 Mb/s, co nie pozwala transmitować bez kompresji nawet sygnału HD 1080i50. Ten właśnie fakt jest największym potencjalnym mankamentem UWB. Dane są po prostu kompresowane przed transmisją. Budzi to dość poważne obawy, że zdekompresowany obraz będzie zauważalnie zdegradowany.

Mniejszą przeszkodą w zwycięstwie UWB są opóźnienia. Wynikają one przede wszystkim z faktu, że standard ten używa do wymiany informacji sterujących dość czasochłonnego protokołu CEC (Consumer Electronics Control), zgodnie z jego definicją w standardzie HDMI. Mimo tego firma Hitachi już w grudniu zeszłego roku wypuściła na rynek urządzenia wyposażone w UWB. Zestaw, składający się z ekranu i tunera, komunikuje się ze sobą za pomocą zewnętrznego urządzenia, bazującego na chipsetach UWB firmy Tzero Technology.

Problem efektywnej kompresji i dekompresji danych rozwiązano, ulepszając algorytmy redukcji szumów stosowane w HDMI. Aby natomiast zmniejszyć opóźnienia, sygnałom kontrolnym nadano priorytety. W ten sposób technologia UWB zyskała w jednym aspekcie niewątpliwą przewagę nad pozostałymi – realnie opanowuje już rynek.

Powtórka z historii?

Pomimo coraz większej standaryzacji, opisane trzy standardy bezprzewodowej transmisji audio-wideo będą najprawdopodobniej rozwijać się niezależnie. Gdy wyposażone w nie urządzenia rozprzestrzenią się, co ma nastąpić w roku 2010, konsumenci będą zapewne sfrustrowani koniecznością każdorazowego upewniania się, czy nowy sprzęt da się połączyć z już posiadanym.

Jednak zamieszanie wokół standardów HD-DVD i Blu-ray pokazało, że rywalizacja wśród formatów może zaszkodzić nie tylko konsumentom. Miejmy nadzieję, że ostra rywalizacja pomiędzy dostawcami poszczególnych rozwiązań zaowocuje w końcu stworzeniem naprawdę dobrego zwycięskiego standardu. Czy stanie się to jednak do roku 2010?

Karol Flont