2.7.2.5. Интерфейс с монитором

В традиционной технике цветного телевизионного вещания (PAL, SECAM или NTSC) видеосигнал непосредственно несет информацию о мгновенном значении яркости, а цветовая информация передается в модулированном виде на дополнительных частотах. Таким образом обеспечивается совместимость черно-белого приемника, игнорирующего цветовую информацию, с цветным передающим каналом. Однако для вывода графической информации с высоким разрешением ни одна из вещательных систем не подходит, поскольку они имеют существенно ограниченную полосу пропускания цветовых каналов (т.е. минимальные 35 МГц, недостижимы).

Для графики низкого разрешения, при которой частоты синхронизации были близки к стандартным телевизионным, возможно было использование интерфейса Composite Video. Здесь по одному коаксиальному кабелю (75 Ом) передавался полный стандартный видеосигнал с размахом около 1,5 В. В видеотехнике этот сигнал называют низкочастотным, имея в виду то, что по нему подается прямой, а не модулированный сигнал. Соответствующий ему вход имеется не у каждого телевизора. При наличии дополнительного радиочастотного модулятора RFM (Radio Frequency Modulator) можно было подключаться к антенному входу стандартного телевизионного приемника, но при этом в еще большей степени снижалось реальное разрешение графики. Для композитного интерфейса используют коаксиальные разъемы RCA («колокольчик»), широко применяемые в видео- и аудиотехнике.

Для мониторов компьютера при высоком разрешении можно использовать только прямую подачу сигнала на входы видеоусилителей базисных цветов - RGB-вход (Red Green Blue - красный, зеленый и синий).

Первые мониторы, используемые в PC, имели цифровой интерфейс с уровнями ТТЛ (табл. 2.24) — RGB TTL. Для монохромного монитора использовали лишь два сигнала — видео и повышенной яркости. Таким образом, монитор мог отобразить три градации яркости: хотя 2²=4, темный пиксел (0, 0) и «темный с повышенной яркостью» неразличимы. В цветных мониторах класса CD (Color Display) имелось по одному сигналу для включения каждого луча и общий сигнал повышенной яркости. Таким образом, можно было задавать уже 16 цветов. Следующий класс — улучшенный цветной дисплей ECD (Enhanced Color Display) имел цифровой интерфейс уже с двумя сигналами на каждый базисный цвет. Эти сигналы двухбитным кодом позволяли задавать одну из 4 градаций интенсивности луча каждого цвета, и общее количество кодируемых цветов достигло 2⁶=64. Сигналы RED, GREEN, BLUE и Red, Green, Blue обозначают соответственно старшие и младшие биты базисных цветов.

Строчная и кадровая синхронизация монитора осуществляется сигналами H.Sync и V.Sync. Монохромные адаптеры MDA и HGC, работающие с высоким разрешением (720350 пикселов), используют соответственно и высокую частоту развертки. Адаптер CGA работает с низкими частотами (параметры синхронизации близки к телевизионному стандарту). Адаптеры и мониторы EGA могут работать с любыми из этих частот. Для облегчения переклю­чения режимов генератора развертки монитора используют сигнал V.Sync: полярность импульсов определяет диапазон частот развертки текущего видео­режима. Для всех разновидностей интерфейса RGB TTL используется разъем DB-9S.

Таблица 2.24. Цифровой интерфейс монитора (RGB TTL)

Контакт	Монитор
	MDA/HGC	CGA	EGA Color/ Mono
1	GND	GND	GND
2	GND	GND	Red
3	-	RED	RED
4	-	GREEN	GREEN
5	-	BLUE	BLUE
6	Intensiv.	Intensiv.	Green/Intens.
7	Video	Reserved	Blue/Video
8	+H.Sync.	+H.Sync.	+H.Sync.
9	-V.Sync.	+V.Sync.	-(+)V.Sync.

Когда стало ясно, что стремительный прогресс возможностей цветопередачи цифровым интерфейсом не удовлетворить, перешли на аналоговый интерфейс с монитором, перенеся цифро-аналоговые преобразователи уровней сигналов базисных цветов из монитора на плату графического адаптера. Такой интерфейс с 8-разрядными ЦАП каждого цвета в настоящее время позволяет выводить 16,7 миллиона цветов (True Color). Этот интерфейс называется RGB Analog, в нем базисные цвета передаются аналоговыми сигналами с отдельными обратными линиями по витым парам. Черному цвету соответствует нулевой потенциал на линиях всех цветов, полной яркости каждого цвета соответствует уровень +0,7 В. Сигналы управления, состояния и синхронизации передаются сигналами ТТЛ. Впервые аналоговый интерфейс был применен на адаптере PGA фирмы IBM, где для него использовался 9-контактный разъем DB-9S (табл. 2.25). В дальнейшем, начиная с адаптеров VGA, стали применять малогабаритный 15-контактный разъем с таким же внешним размером (табл. 2.26).

Таблица 2.25. Аналоговый интерфейс монитора PGA (разъем DB-9S)

Контакт	Видеоадаптер
1	Red
2	Green
3	Blue
4	(H+V)Sync
5	Mode Control
6	Red Return
7	Green Return
8	Blue Return
9	GND

Таблица 2.26. Аналоговый интерфейс монитора (RGB Analog)

Контакт	Видеоадаптер	Монитор
DB-15	MCGA/VGA/SVGA/ XGA	Mono	Color
1	Red	-	Red
2	Green	Video	Green
3	Blue	-	Blue
4	ID2	-	-
5 .	GND/DDC Return1	SelfTest/DDC Return	SelfTest/DDC Return
6	Red Return	Key	Red Return
7	Green Return	Video Return	Green Return
8	Blue Return	-	Blue Return
9	Ключ (нет контакта)	-	-
10	GND	GND	GND
11	ID0	-	GND
12	ID1/SDA1	-/SDA	GND/SDA
13	H.Sync/(H+V)Sync2	H.Sync/(H+V)Sync	H.Sync/(H+V)Sync
14	V.Sync	V.Sync	V.Sync
15	SCL1	SCL	SCL

¹ Сигналы DDC Return, SDA и SCL используются только при поддержке цифрового управления (DDC) . При этом контакт 9 может использоваться для питания логики монитора.

² Сигнал (H+V)Sync используется при совмещенной синхронизации (Composite Sync).

Таблица 2.27. Переходник 9-15 аналогового интерфейса монитора

Контакт DB9	Сигнал	Контакт DB15
1	Red	1
2	Green	2
3	Blue	3
4	H.Sync	13
5	V.Sync	14
6	Red Return	6
7	Green Return	7
8	Blue Return	8
9	GND	10,11

По назначению сигналов эти интерфейсы в основном совпадают, и существуют даже переходные кабели с 15- на 9-контактные разъемы (табл. 2.27). В адаптере PGA используется совмещенная синхронизация (Composite Sync) сигналом (H+V)Sync., этот режим поддерживают и многие современные мониторы.

Кроме собственно передачи изображения (сигналы цветов и синхронизации), по интерфейсу передают и иную информацию, необходимую для автоматизации согласования параметров и режимов монитора и компьютера. Интересы компьютера в целом представляет плата дисплейного адаптера, к которой и подключается монитор. С ее помощью обеспечивается возможность идентификации монитора, которая необходима для работы системы РnР, и управление энергопотреблением монитора.

Для простейшей идентификации в интерфейс ввели три логических сигнала ID0-ID2, по которым адаптер мог определить тип подключенного монитора (в пределах номенклатуры изделий IBM, см. табл. 2.28). Со стороны монитора эти линии либо подключались к шине GND, либо оставлялись неподключенными (все та же идея параллельной идентификации, известная и по модулям памяти). Однако из этой системы идентификации впоследствии использовали лишь сигнал ID1, по которому определяли подключение монохромного монитора. Монохромный монитор может быть опознан адаптером и иначе — по отсутствию нагрузки на линиях Red и Blue. Правда, некоторые многофункциональные цветные мониторы позволяют отключать нагрузочные резисторы, при этом изображение становится ярким и нечетким, появляются горизонтальные эхо-выбросы, а монитор идентифицируется как монохромный, что сопровождается «писком» POST.

Таблица 2.28. Параллельная идентификация мониторов IBM

Дисплей	ID0	ID1	ID2
Монохромный 12" IBM8503	NC	GND	NC
Цветной 12" IBM8513	GND	NC	NC
Цветной 14" IBM8512	GND	NC	NC
Цветной 15" IBM8514	GND	NC	GND

Параллельная идентификация мониторов изжила себя, и ее заменила последовательная по каналу цифрового интерфейса VESA DDC (Display Data Channel). Этот канал (как и канал идентификации новых модулей памяти DIMM) построен на интерфейсе I²C (DDC2B) или ACCESS Bus (DDC2AB), которые используют всего два ТТЛ-сигнала SCL и SDA. Интерфейс DDC1 является однонаправленным — монитор посылает адаптеру блок своих параметров по линии SDA (контакт 12), которые синхронизируются сигналом V.Sync (контакт 14). На время приема блока параметров адаптер может повысить частоту V.Sync до 25 кГц (генератор кадровой развертки по такой высокой частоте синхронизироваться не будет). Интерфейс DDC2 уже является двунаправленным, и для синхронизации используется выделенный сигнал SCL (контакт 15). Интерфейс DDC2AB отличается тем, что подразумевает возможность подключения периферии, не требующей высокой скорости обмена, к компьютеру по после­довательной шине ACCESS Bus. При этом внешний разъем шины выносится на монитор (табл. 2.29).

Блок параметров расширенной идентификации дисплея EDID (Extended Dis­play Identification) имеет одну и ту же структуру для любой реализации DDC (табл. 2.30).

Таблица 2.29. Разъем ACCESS Bus (VESA)

Контакт	Назначение
1	GND
2	Ключ
3	SDA
4	+5 В (питание устройств)
5	SCL

Таблица 2.30. Блок расширенной идентификации EDID

Смещение, байт	Длина, байт	Назначение
0	8	Заголовок (индикатор начала потока EDID)
8	10	Идентификатор изделия (назначается производителем)
18	2	Версия EDID
20	15	Основные параметры и возможности дисплея
35	19	Установленные параметры синхронизации
54	72	Дескрипторы параметров синхронизации (4 по 18 байт)
126	1	Флаг расширения
127	1	Контрольная сумма

Для управления энергопотреблением монитора в соответствии со стандартом VESA DPMS (Display Power Management Signaling) используются сигналы кадровой и строчной синхронизации V.Sync и H.Sync (табл. 2.31).

Таблица 2.31. Управление энергопотреблением монитора (VESA DPMS,)

Режим	H.Sync	V.Sync
On	Активен	Активен
Standby	Неактивен	Активен
Suspend	Активен	Неактивен
Off	Неактивен	Неактивен

Разъемы, применяемые в современных адаптерах и мониторах SVGA, не предназначены для передачи высокочастотных сигналов. Разумным пределом для них является полоса примерно до 150 МГц, однако для высокого разрешения и высокой частоты регенерации этого может уже оказаться и недостаточно. По этой причине на больших профессиональных мониторах, подразумевающих использование высокого разрешения и высоких частот синхронизации, и соответствующих адаптерах имеются BNC-разъемы для соединения с помощью коаксиальных кабелей.

Учитывая потребности расширения частотного диапазона, а также тенденцию (или намерения) к использованию последовательных шин USB и FireWire для подключения периферии к системному блоку компьютера VESA предложила новый тип разъема EVC (Enhanced Video Connector). Кроме обычного аналогового интерфейса RGB и канала DDC2 разъем EVC имеет контакты для видеовхода, входные и выходные стерео-, аудиосигналы, шины USB и FireWire, a также линии питания постоянного тока для зарядки аккумуляторов портативных ПК. Разъем имеет две секции: высокочастотную для присоединения четырех коаксиальных кабелей и низкочастотную на 30 контактов (рис. 2.57). Контакты высокочастотной секции, хотя и не являются коаксиальными, позво­ляют передавать сигналы с частотами до 2 ГГц. Контактом экранов является крестообразная перегородка. При использовании 75-омных коаксиальных кабелей на частоте 500 МГц гарантируется уровень отражений и перекрестных помех не выше 2%. Контакты С1, С2 и С4 используются для передачи цветовых сиг­налов R, G и В соответственно, контакт С3 служит для передачи синхросигнала пикселов (Pixel Clock или DotClock). Назначение низкочастотной секции раскрывает табл. 2.32. Как видно из таблицы, разъем поделен на компактные зоны для каждой группы сигналов, правда, шины USB и 1394 используют общий контакт для экрана. Назначение контактов видеовхода (S-Video или композитный, PAL или NTSC) может программироваться по каналу DDC2.

Рис. 2.57. Разъем EVC (розетка)

Стандарт определяет три уровня полноты реализации: базовый, мультимедийный и полный. Базовый включает только видеосигналы и DDC, в мультимедийном дополнительно должны быть и аудиосигналы. При использовании коннектора в полном объеме монитор превращается в коммутационный центр, который соединяется с компьютером одним кабелем, а все остальные пери­ферийные устройства (включая клавиатуру, мышь, принтер) подключаются уже к монитору. С помощью этого разъема предполагается произвести революцию (или наведение порядка) в подключении устройств к системному блоку компьютера. Он может использоваться и для подключения портативного ПК к док-станции. EVC собирает сигналы от разных подсистем — графической, видео, аудио, последовательных шин и питания. Этот общий разъем, устанавливаемый на корпусе системного блока, может соединяться с разными платами внутренними кабелями через промежуточные разъемы.

Таблица 2.32. Назначение контактов низкочастотной части EVC

Контакт	Цепь	Контакт	Цепь	Контакт	Цепь
1	Audio Output, Right	11	Charging power input, +	21	Audio input, left
2	Audio Output, Left	12	Charging power input, -	22	Audio input, right
3	Audio Output Return	13	Video input, Y or composite in	23	Audio input, return
4	Sync Return	14	Video input, return	24	Stereo sync (TTL)
5	Horizontal Sync (TTL)	15	Video input, С in	25	DDC return
6	Vertical Sync (TTL)	16	USB data +	26	DDC data (SDA)
7	RESERVED 1	17	USB data -	27	DDC, clock (SCL)
8	RESERVED 2	18	USB/1394 common mode shield	28	+5 В
9	1394 pair A, data -	19	1394 Vg	29	1394 pair В, clock +
10	1394 pair B, data +	20	1394 Vp	30	1394 pair В, clock -