EDID y HDCP, piedras angulares de la era digital

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Al igual que hemos tratado en otros artículos nuevas protocolos en el sector audiovisual, como el HDBaseT, en esta ocasión analizaremos el comportamiento de cada equipo frente al EDID HDCP, ya que las instalaciones audiovisuales que manejen señales HDMI, DVI, DisplayPort y hasta VGA, requieren un estudio adecuado de su comportamiento. No sólo en los equipos individualmente, sino en la interacción entre unos y otros con estos protocolos.

Algunos os preguntaréis: ¿por qué es importante saber lo que sucede, si los equipos negocian entre ellos y resuelven la mejor de las configuraciones…? En este artículo vamos a explicar brevemente cómo funcionan y cuál es el beneficio de una correcta gestión de EDID y HDCP. Vamos a empezar por definirlos:

EDID del inglés Extended Display Identification Data, no es otra cosa que los Datos Completos de Identificación de Pantalla, es decir, toda la información que identifica de forma única a un dispositivo de visualización, ya sea monitor o proyector. Los fabricantes adoptaron este estándar VESA creado en 1994, para facilitar a los usuarios la conexión no asistida entre dispositivos, lo que conocemos como Plug&Play o “Enchufa y juega”. El protocolo Plug&Play permitía que un usuario sin conocimientos informáticos, conectara una pantalla (u otros dispositivos) a su ordenador y este lo reconociera e instalara automáticamente los drivers necesarios para su funcionamiento, escogiendo de forma autónoma la mejor de las resoluciones para la imagen a representar.

En la información de EDID se incluyen los siguientes datos:

  • Identificador Plug&Play
  • Fabricante del Display
  • Información de vídeo o Resolución preferida/nativa o Resoluciones secundarias soportadas o Espacio de color o Capacidad de soporte 3D
  • Información de audio o Formato preferido o Formatos secundarios soportados o Localización de altavoces

Cuando conectamos entre sí una fuente y un destino, se establece entre ellos un diálogo bidireccional que determinará las características de las señales de audio y vídeo que la fuente proporciona al destino, en función de las capacidades de este último para presentarlas. La situación ideal es que la fuente sea capaz de reproducir, tanto la imagen como el sonido, nativos del destino. La resolución nativa es la que corresponde al número de píxeles físicos exactos de que dispone la pantalla.

Existe la creencia de que si se entrega más resolución a una pantalla esta se ve mejor. Esto no es cierto, una pantalla de 1366×768, que corresponde a la mayoría de los primeros displays 16:9, se ve mucho peor si le entregamos 1080p que si le damos su nativa 1366×768. Esto se debe a la necesidad de “escalar” la imagen al tamaño adecuado inventándose o eliminando pixeles conforme a complicados algoritmos matemáticos que además producen un retardo de imagen que suele des-sincronizar el audio asociado.

HDCP
Cuando el contenido se maneja en formato digital, una copia digital es una copia exacta del original, sin ningún tipo de degradación o pérdida. Como es lógico, cuando los formatos digitales de alta resolución llegaron al alcance público, los proveedores de contenidos desarrollaron un método anti-copia que bautizaron como HDCP, High-Bandwidth Digital Content Protection o Protección de Contenidos de Gran Ancho de Banda.

Se definieron tres tipos de equipo:

  • Transmisores: Es aquel dispositivo con capacidad para encriptar el contenido. Estos equipos son los Bluray, los Set-top box o incluso un ordenador
  • Receptores: Son aquellos capaces de desencriptar contenidos. Las pantallas o los equipos de sonido capaces de extraer el audio del HDMI serían un ejemplo.
  • Repetidores: Son equipos capaces de desencriptar contenidos y volver a encriptarlos, actuando simultáneamente como destino y fuente. Son equipos como los escaladores, por ejemplo.

Al igual que el EDID, el HDCP también es bidireccional y requiere de un “dialogo o negociación” entre origen y destino; pero, ¿cómo se desencadena este diálogo? y ¿qué sucede hasta que llega a verse una imagen correcta?

El diálogo
Lo primero que necesita cualquier dialogo es el descubrimiento del interlocutor, en este caso, reconocer que existe una nueva conexión entre una fuente y un destino. Cuando se conectan fuente y destino, la fuente envía +5V al destino utilizando un pin específico identificado como HPD (Hot Plug Detect, Detección de Conexión en Caliente) y el destino, al recibir esta señal, devuelve también 5V a la fuente. Ya se han descubierto los interlocutores y es entonces cuando da comienzo la negociación de EDID. La fuente de señal pide al destino que le envíe su tabla de EDID, su tabla de características. El destino lanza una tabla con todas sus capacidades de audio y vídeo a la fuente, que comparándola con la suya propia, determina la mejor de las configuraciones que es capaz de entregarle al destino.

1. Si la fuente y el destino no tienen ninguna resolución en común, la pantalla no mostrará imagen igual que con el sonido, si no tienen un formato común, no oiremos nada.

2. Si la fuente no dispone de la resolución nativa de la pantalla, mostrará la mejor compatible de las secundarias. Una vez terminada la negociación de EDID, comienza la más compleja de HDCP.

3. La fuente inicia nuevamente el dialogo, pidiéndole al destino que le envíe su clave pública. En este proceso ambos, fuente y destino, intercambian claves públicas.Una vez realizado el intercambio, el dispositivo transmisor verifica la calve y comprueba que el destino dispone de una clave válida y que está habilitado para recibir contenido encriptado.

4. Si se cumple lo anterior, la fuente genera una Clave Secreta Maestra que compartirán ambos dispositivos. Esta clave queda almacenada y será válida para comunicaciones posteriores.

5. En el siguiente paso se comprueba si el contenido se va a utilizar de forma local, es decir, que no se va a enviar a otra región geográfica. La fuente genera un mensaje de texto que debe ser devuelto por el destino en menos de 20ms. Si el tiempo transcurrido es inferior, el dialogo pasa al siguiente proceso.

6. Si todo lo anterior se cumple, la fuente genera una Clave Maestra de Sesión Encriptada que envía al destino para que este pueda decodificar la señal y mostrar imagen y sonido. Por si esto fuera poco, cada 2 segundos se produce una verificación y se comprueba que el sistema es válido y no ha cambiado su arquitectura, proporcionando así un modo de revocar el acceso si aparece un dispositivo no autorizado. Cuando se utilizan dispositivos repetidores, la autentificación se produce entre fuente y repetidor. Después, el repetidor se encarga de detectar todos los dispositivos a los que está conectado y de solicitar sus llaves públicas. Las llaves públicas, junto con la arquitectura del sistema son enviadas al dispositivo fuente que, cuando verifica que todos los equipos conectados son compatibles, empieza a enviar contenido encriptado.

Un detalle a tener en cuenta es que HDCP 1.x soporta un máximo de 128 dispositivos, con 7 niveles de repetidor (los repetidores también cuentan como dispositivo) mientras que el nuevo HDCP 2.x soporta tan solo 32 dispositivos con 4 niveles de repetidor.

Diseño del sistema
Un buen diseño ha de conseguir que todos los dispositivos de visualización y escucha reciban la señal más adecuada a sus capacidades. Para cumplir este requisito, es necesario tener en cuenta tanto el EDID como el HDCP y no pretender implementar un sistema de espaldas a ambos protocolos. Respecto al EDID:

  • Conocer las resoluciones nativas de todos los dispositivos del sistema y averiguar cuál es la máxima común a todos ellos. Si es posible, elegir equipos que compartan estándar de HD en 1080i o 1080p.
  • Comprobar que las fuentes de señal disponibles son capaces de entregar la resolución elegida y si no es así, plantear el uso de escaladores.
  • Para reducir el tiempo de encendido del sistema, es buena práctica utilizar equipos que permitan gestionar el EDID. De esta forma, dejaremos en la tabla la resolución de trabajo y de esta forma reduciremos considerablemente el tiempo de negociación.

Respecto al HDCP:

  • No intentar evitarlo. Finalmente tendremos que tenerlo en cuenta, de modo que cuanto antes lo hagamos, antes acabaremos la implementación.
  • Es necesario saber cómo manejan el HDCP cada uno de los equipos del sistema o Determinar cuáles son las fuentes de contenido encriptado o Reconocer los equipos no compatibles “no compliant” y tenerlos en cuenta ya que un equipo no compatible a la salida de un distribuidor puede llegar a evitar la visualización en todas las pantallas.

Tener en cuenta que la mayoría de los problemas atribuidos al HDCP son problemas de degradación de la señal HDMI. Si se ha tenido en cuenta el HDCP durante el diseño del sistema, este funcionará como estaba previsto.

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