Цифровые интерфейсы мониторов

Мониторы не всегда были аналоговыми. В начале передача данных на них с видеокарты осуществлялась с помощью цифрового сигнала (CGA, EGA).

В CGA для задания цвета пиксела использовалось 6 бит, по 2 на каждый из основных цветов -- R, G, B. Один из них отвечал за интенсивность, а второй разрешал или запрещал отображение. В таком варианте можно было получить 16 цветов для каждого пиксела.

Дальнейшее развитие требовало повышения качества изображения, а значит, и увеличения количества бит для представления цвета, и большего числа проводников в канале видеокарта--монитор. Если бы этот процесс шел путем простого наращивания ширины шины, то для отображения картинки в режиме TrueColor потребовалось бы 27 проводников, не считая сигналов синхронизации и пр. Именно в силу технологических причин интерфейс монитора стал аналоговым. Со временем он обрел новые возможности по управлению дисплеем (стандарты VESA EDID и DDC).

Стал развиваеться сегмент плоскопанельных мониторов, среди которых можно назвать плазменные, LCD, LEP и др. Их цены падают, а темпы производства возрастают. Такие дисплеи занимают очень мало места на столе, имеют низкое энергопотребление, в них изначально отсутствуют геометрические искажения, а формирование изображения выполняется цифровыми методами. Поэтому для подключения такого монитора к обычной видеокарте необходимо преобразовать аналоговый видеосигнал VGA в цифровую форму.

Выполнение двойного преобразования цифра--аналог--цифра приводит к появлению помехи в виде дрожания пикселов по горизонтали. Этот эффект называется jitter, а вызван он тем, что в интерфейсе видеокарта--монитор отсутствует сигнал тактирования пикселов, а синхронизация производится лишь один раз на строку с помощью строчного синхроимпульса.

Еще одним препятствием на пути к дальнейшему повышению качества изображения является отсутствие у производителя монитора возможности влиять на процесс преобразования, так как ЦАП находится на видеокарте. В результате высококачественный и достаточно дорогой монитор может отлично работать с одними и плохо - с другими видеокартами. Появление цифрового видеоинтерфейса позволяет переместить цифро-аналоговое преобразование внутрь монитора. Оно становится полностью контролируемым производителем дисплея, а результаты - более прогнозируемыми.

Идея перехода на цифровой способ передачи изображения витала в воздухе последние несколько лет, и осуществлялись неоднократные попытки разработать единый стандарт. На физическом уровне для кодирования и передачи информации предлагались протоколы двух типов: дифференциальных сигналов низкого напряжения (Low Voltage Differential Signaling, LVDS) и дифференциальных сигналов с минимизированными переходами (Transition Minimized Differential Signaling, TMDS). Технология LVDSприменяется для передачи видеоинформации на мониторы ноутбуков и для организации высокоскоростного интерфейса со SCSI-устройствами. Существует также открытая спецификация дисплейного интерфейса на базе LVDS (OpenLDI). Однако большее признание получили стандарты цифрового видеоинтерфейса на основе технологии TMDS.

TMDS

Передатчик TMDS кодирует входной поток данных, преобразует его из параллельного вида в последовательный и направляет на приемник TMDS. Ширина исходного потока составляет 24 бита, а формат передаваемых данных может быть любой. По каналу, кроме информации, могут передаваться до 6 управляющих сигналов, сигнал разрешения данных (DE) и тактовый сигнал пикселов. Активное состояние DE свидетельствует о передаче данных. При этом каждый пиксел передается за один период тактовой частоты. Пассивное состояние DE соответствует передаче управляющих сигналов. На их формат, как и на формат представления данных, никаких ограничений не накладывается, что позволяет с помощью технологии TMDS передавать любой параллельный информационный поток.

Передатчик содержит три одинаковых шифратора, каждый из которых работает с одним каналом TMDS. На вход шифратора поступают по 8 бит данных и 2 управляющих сигнала. В зависимости от состояния сигнала DE шифратор генерирует 10-битовое слово (символ) либо из данных, либо из управляющих сигналов. Таким образом, на выходе шифратора всегда присутствует непрерывный поток TMDS-символов.

Добавление к данным двух дополнительных бит гарантирует правильную дешифрацию на приемной стороне. За счет избыточности символов генерируется всего 460 уникальных комбинаций во время активной строки и 4 - при передаче управляющих сигналов. Комбинации выбраны таким способом, чтобы количество переходов из нуля в единицу и наоборот было минимальным.

Поскольку передача данных осуществляется одновременно по трем каналам, на приемной стороне выполняется индивидуальная подстройка фазы тактового сигнала. Десятибитовое кодирование обеспечивает приблизительный баланс по постоянному току. Синхронизация декодера выполняется во время передачи сигналов кадрового и строчного бланков.

В варианте двойного соединения (dual link), применяемом в стандарте DVI, о котором пойдет речь дальше, используются 6 каналов данных вместо трех и один канал для передачи тактового сигнала. По первому соединению передаются нечетные пикселы, по второму - четные. Таким образом, пара пикселов передается за один такт TMDS.

На основе TMDS было создано несколько стандартов цифрового видеоинтерфейса. Разработкой разъемов для всех интерфейсов занималась компания Molex. Описание разъемного соединения занимает до 30% от объема каждого из стандартов и регламентирует электрические, механические и другие характеристики, а также методы испытания. Все это свидетельствует о глубокой продуманности и высокой надежности. Ну а первым цифровым дисплейным стандартом нового поколения был VESA Plug and Display (P&D).

Plug and Display (P&D)

Стандарт был принят ассоциацией VESA 11 июня 1997 г. (Toshiba, Philips, Hitachi, IBM, NEC, Silicon Image и др.) Основная цель, которую преследовали при его создании, - обеспечение промышленной спецификации цифрового интерфейса для устройств отображения. Этот документ определяет сопряжение видеосигналов, включающее как цифровой, так и аналоговый интерфейсы для видеоданных и, опционально, последовательную шину.

Обязательными для этого стандарта являются наличие цифрового интерфейса, основанного на технологии TMDS фирмы Silicon Image, и поддержка DDC2. Опционально могут присутствовать USB и IEEE 1394--1995, а также обычные аналоговые сигналы RGB. Максимальные возможности по передаче сигнала -- 1280 x 1024 x 24 bpp при частоте кадров 60 Hz.

Столь широкая гамма сильно отличающихся между собой интерфейсов на одном разъеме, причем достаточно большом - 34 контакта, предопределила судьбу этого стандарта: он оказался слишком громоздок и дорогостоящ.

Лекция 11 06.12.05

Digital Visual Interface (DVI)

DVI-D - базовый тип DVI интерфейса. Подразумевает только цифровое подключение, поэтому не может использоваться с обычными аналоговыми CRT мониторами.

DVI-I - расширенный вариант интерфейса DVI-D, наиболее часто встречающийся в настоящее время. Содержит 2 типа сигналов - цифровой и аналоговый. Мониторы можно подключать как по цифровому, так и по аналоговому соединению; стандартный монитор можно подключить к нему через простой пассивный переходник или специальным кабелем.

DVI-A - используется как вилка в переходниках и кабелях для подключения аналоговых мониторов к разъёму DVI-I.

Стандарт DVI предусматривает наличие обычного аналогового канала RGB и до двух каналов TMDS. При этом максимально передается по 2 пиксела за такт, а предельное разрешение достигает 1920 x 1080, что соответствует формату телевидения высокой четкости HDTV.

Интерфейс может быть как чисто цифровым, так и смешанным, что отразилось на разъеме - он имеет два исполнения. Технология минимизированных дифференциальных переходов (TMDS) компании Silicon Image обеспечивает технический базис с целью гарантирования обратной совместимости. Предусматривается возможность подключения к источнику DVI-сигналов любых устройств, основанных на TMDS-технологии, через специальный кабельный переходник.

В случае цифрового исполнения разъем имеет 24 контакта и может устанавливаться на карте VGA вместе с обычным аналоговым разъемом. В комбинированном (цифро-аналоговом) варианте количество контактов увеличивается до 29. К видеокарте с таким разъемом подключается монитор любого типа, что облегчает жизнь и производителям, и потребителям. Предполагаемое время жизни стандарта DVI составит не менее 10 лет, так как вскоре планируется добавление в него защиты от копирования, двунаправленной связи и селективного обновления.