von Michelle Raaf (aus einem SDVoE-Kurs von Tavis Sparrow), Artikel aus dem Archiv vom
In einer USB-3.0-Welt mag es schwerfallen, auf USB-2.0-Erweiterungen zurückzugreifen. Schließlich möchte man immer up to date sein und die technologischen Neuheiten, die der Markt liefert, auch nutzen. Dennoch können USB-2.0-Erweiterungen weiterhin von Vorteil sein.
Warum USB-2.0-Erweiterungen in einer USB-3.0-Welt Sinn machen und wie das in der Theorie aussehen kann, erklärt Tavis Sparrow, Senior Technical Business Manager von Icron, in seinem auf der InfoComm 2022 veranstalteten Workshop.
„Wir sprechen oft mit Ingenieuren und Designern über dieses Thema. Man hat neue USB-3.0-Widgets, die man einsetzen möchte, jedoch müssen dafür einige Signale verlängert werden“, erklärt Sparrow. Dabei bestehe häufig der Wunsch, dies in der USB-3.0-Domäne zu tun, um die gesamte Bandbreite in einer einzigen Erweiterungslösung anbieten zu können.
USB 3.0 wird häufig als Standard für die Verbindung von Geräten gesehen, insbesondere bei Kameras mit hoher Bandbreite, hochauflösenden Kameras und Mehrkanal-Audiogeräten sowie bei Aufnahmen von Inhalten über Plattformen wie Google Meet Rooms. Die Geräte müssen dafür mithilfe von Kabeln verbunden werden.
Dabei ist zu beachten, wo man die jeweiligen Boxen aufstellt, damit sie innerhalb der begrenzten Kabelreichweite liegen. Erweiterungen können hier Abhilfe schaffen.
Limitierte Bandbreite: Vergleich zwischen USB 2.0 und USB 3.0 (Gen 1) in Kombination mit SDVoE (Bild: SDVoE Alliance)
Je höher die Auflösung, je höher die Bildrate und je mehr Audiokanäle, desto mehr Bandbreite wird benötigt. SDVoE beispielsweise nutzt 10-Gbit-Netzwerke für AV-Erlebnisse mit bis zu 8K für Multilink-Anwendungen. Dabei sei es laut Sparrow eine Herausforderung, die 9 Gbit des Netzwerks nicht zu überschreiten: „USB 3.0 (Gen 1), die wahrscheinlich am weitesten verbreitete SuperSpeed-Verbindung bei Kameras, die bis zu 4K-Streaming-Inhalte unterstützen, läuft mit 5 GBit. Das Dilemma besteht also darin, dass bei dem Versuch, eine USB-3.0-Erweiterung im SDVoE-Netzwerk zu implementieren, die Obergrenze bei etwa 14 Gbits liegt. Das wird nicht funktionieren.“ Die Lösung: Bei USB 2.0. wird lediglich ein halbes Gigabit zusätzlich zu der 9-Gbit-SDVoE-Nutzlast benötigt. Auf diesem Wege wird die 10-Gbit-Grenze nicht überschritten.
Abb. 01 veranschaulicht am Beispiel von Kameras und Audiogeräten, welche USB-Geschwindigkeit (USB 1.1, 2.0 oder 3.0) jeweils erforderlich ist, um die intendierten Verbindungen zu ermöglichen. Auf der Video-Ebene kann alles bis zu 1080p mit einer USB-2.0-Verbindung bedient werden. Wenn die 1080p überschritten werden, benötigt man eine Geschwindigkeit von 5 Gbit, die man mit USB 3.0 erzielen kann. Bei Audiogeräten muss die „USB-2.0-Grenze“ gar nicht erst überschritten werden – bei Mikrofon- und Stereo-Übertragungen genügt sogar USB-1.1-Geschwindigkeit.
Abb. 01: Welche Geräte benötigen welche USB-Verbindung? (Bild: SDVoE Alliance)
„Die meisten Clients und Plattformen erreichen an guten Tagen eine Auflösung von 720p“, schätzt Tavis Sparrow. Diese Aussage gilt zumindest für Streaming-Inhalte. Bei statischen Bildern und gemeinsamer Nutzung des Desktops seien auch höhere Auflösungen möglich, allerdings bleibt der Schwerpunkt an dieser Stelle bei der Kamera. Microsoft Teams könne zwar in der richtigen Situation auch 1080p erreichen, allerdings sei man auch hier mit USB 2.0 gut bedient. „Wir brauchen kein USB 3.0, um diese Ergebnisse aus den Clients herauszuholen. […] Selbst wenn Sie eine Kamera haben, die 4K an den Softcodec überträgt, werden alle anderen im Publikum dies mit 720p-Auflösung sehen.“
Abb. 02: Alle Videokonferenz-Plattformen benötigen mindestens die Bandbreite, die USB 2.0 zu bieten hat – USB 3.0 ist nicht zwingend notwendig. (Bild: SDVoE Alliance)
Aus dem bis hierhin erlernten nun zu schließen, dass man für 4K-, 6K- und 8K-Kameras also ausschließlich USB-3.0-Lösungen verwenden sollte, ist wohl etwas voreilig. Dafür sollte kurz beschrieben werden, was diese Bezeichnungen eigentlich bedeuten. „Oft verwenden wir die Begriffe […], um ein bestimmtes Leistungsniveau eines bestimmten Produkts zu kommunizieren“, sagt Sparrow. Dabei geht es in vielen Fällen bei 4K und 6K gar nicht um den Inhalt, der aus einer Kamera herauskommt, sondern um den Bildsensor in der Kamera selbst. „Vor allem Kameras, die über KI- oder ML-Funktionen verfügen, bei denen die Verarbeitung im Kamerakopf stattfindet, verwenden einen großen Bildsensor, führen ihre Analysen und Algorithmen durch und geben dann etwas aus, das oft eine viel geringere Auflösung hat als der 1080p-Bereich“, erklärt der Senior Technical Business Manager von Icron weiter. Diese 4K- und 6K-Bildsensor-Kameras können mit einer USB-2.0-Schnittstelle arbeiten. Was die Ausgabe-Auflösung im UCC-Bereich betrifft, so gebe es eine kleine Familie von Kameras, die 4K ausgeben können, Tendenz steigend. Für diese Kameras ist USB 3.0 SuperSpeed mit 5 Gbit besser geeignet.
Bei 8K handelt es sich oftmals um DSLR-Kameras (Digital Single-Lens Reflex). Diese Kameras können zwar 8K aufzeichnen, aber sie übertragen keine 8K-Videos an die USB-Anschlüsse, höchstens 4K. Andernfalls tun sie dies über eine USB-3.0- oder HDMI-Schnittstelle – 8K-Streaming von diesen Geräten selbst sei aktuell nicht möglich.
KI-Kameras arbeiten mit einem großen Bildsensor. Nach der Verarbeitung und einem intelligenten Framing können sie dann 1080p, einen Teil dieses Bildtensors, als Inhalt aus dem Port ausgeben (vgl. Abb. 03). Einfach ausgedrückt handle es sich dabei nach Tavis Sparrow um eine digitale Canon-Zoomfunktion ohne Pixelierung.
Für Auto-Framing im Konferenzraum kann man ebenfalls einen 6K-Bildsensor verwenden, allerdings fällt die wirkliche Auflösung bei dieser Variante niedriger aus, wie man auf Abb. 04 erkennen kann. Hier sollte eine USB-2.0-Lösung ausreichen.
Abb. 03: 1080p, ein Ausschnitt aus dem 6K-Bildtensor einer KI-Konferenzkamera, werden als Inhalt aus dem Port ausgegeben. (Bild: SDVoE Alliance)Abb. 04: Auto-Framing im Konferenzraum unter Verwendung eines 6K-Bildsensors (Bild: SDVoE Alliance)
Und wie bekommt man die Inhalte nun aus einer USB-3.0-Kamera heraus? Normalerweise bleiben einem dafür gerade mal ein bis zwei Meter Spielraum. Laut Sparrow wachse die Zahl der USB-3.0-Kameras aktuell – vor allem solcher, die auf Typ-C enden und die über ein mitgeliefertes Kabel verfügen. Einige dieser Kit-Kabel können bis zu 5 m lang sein. „Für jemanden, der nicht hinter den Vorhang schaut, sieht es wie ein außergewöhnlich langes Kabel aus, das er nirgendwo anders bekommen kann. Was passiert da eigentlich? Nun, diese Typ-C-Kabel sind so ausgelegt, dass sie nur für den USB-2.0-Verkehr geeignet sind. Wenn der Host also eine Verbindung zu eben jenen USB-3.0-Kameras herstellt, kann er nur mit einem USB-2.0-Kommunikationspfad arbeiten. Und diese Kamera läuft jetzt im USB-2.0-Fallback-Modus mit 720p und 1080p über dieses lange Typ-C-Kabel. Bei diesen langen Kabeln gibt es keine USB-3.0-Kommunikation“, erläutert Sparrow.
Zusammenfassend kann man also festhalten, dass USB-2.0-Erweiterungen mit der neueren USB-3.0-Technologie einhergehen können, wenn man nur begrenzte Bandbreiten-Kapazitäten zur Verfügung hat. Tavis Sparrow betont dabei: „USB 2.0 stellt keinen Kompromiss im Bereich der Verlängerung dar.“
