DVI 接口-2

@think3r 2018-03-13 22:58:10

转载于:
视频基本原理 -视频接口之 - DVI接口（二）

参考书籍：

1. 谈新权，邓天平 译 《视频技术基础》 华中科技大学出版社，2004.2
2. Michael Parker 等著 邓天平 译 《嵌入式系统数字视频处理权威指南》 2014.8
3. wiki-DVI

0x00 DVI-TMDS 简介

• DVI 是基于 TMDS(TransitionMinimized Differential Signaling)，转换最小差分信号技术来传输数字信号，TMDS 运用先进的编码算法把 8bit 数据 (R、G、B中的每路基色信号) 通过最小转换编码为 10bit 数据(包含行场同步信息、时钟信息、数据 DE、纠错等)，经过 DC 平衡后，采用差分信号传输数据，它和 LVDS、TTL 相比有较好的电磁兼容性能，可以用低成本的专用电缆实现长距离、高质量的数字信号传输。

• 转换最小差分信号(TMDS)也被称为过渡调制差分信号，是指通过异或及异或非等逻辑算法将原始信号数据转换成 10 位，前8为数据由原始信号经运算后获得，第9位指示运算的方式，第 10 位用来对应直流平衡（DC-balanced，就是指在编码过程中保证信道中直流偏移为零，电平转化实现不同逻辑接口间的匹配），转换后的数据以差分传动方式传送。这种算法使得被传输信号过渡过程的上冲和下冲减小，传输的数据趋于直流平衡，使信号对传输线的电磁干扰减少，提高信号传输的速度和可靠性。

• 8位 / 10位 编码是一个二阶处理，它是将一个 8位 的输入信号转换成 10位 的编码。和 LVDS 相似的是，它采用了差分信号来降低 EMI 及提高精确的信号传输速率。所以，可以削弱传输电缆中交叉电磁干扰 EMI，并且这种直流平衡的编码信号更有利于光纤传输。另外这种先进的编码算法可以为接收端提供时钟恢复信号，并允许在较远距离传输时（一般小于5ｍ）信号有较大的抖动误差。还和 LVDS 相似的是，它是一个串行的传输设计。

• 所以，DVI 的 TMDS 技术， 最主要的就是将数字视频输入的 24 比特的色差信号，以 RGB 三色空间，分别以每个颜色 8位 的形式，通过三对 100Ω 的屏蔽双绞线( STP-ShieldedTwisted Pair )的差分信号线来传输， 称为一组连接(One Link）的 TMDS 技术。特别需要注意的是，上述一组连接的 TMDS 信号需要四组屏蔽双绞线来共同完成传输的任务。因为除了 RGB 三组颜色信号以外，另外一对用来传输像素时钟信号（PixelClock）。

• 在上世纪九十年代晚期，Silicon Image公司开始通过推广数字可视接口(DVI)和高清多媒体接口(HDMI)的形式，向显示行业推广其所有权标准——最小化传输差分信号(TMDS:TransitionMinimized Differential signal)。在该情况下，发射端混合了具有在铜导线上降低 EMI特性的更高级编码算法，从而使得接收端具有健壮的时钟恢复性能。

• DVI 有单链路和双链路两种标准，其中单链路仅用了其中的一组信号传输信道，传输图像的最高像素时钟为 165M，信道中的最高信号传输码流为 1.65GHz。双链路则用了全部的两组信号传输信道，传输图像的最高像素时钟为 330M，每组信道中的最高信号传输码流也为 1.65GHz。

• DVI 作为一种面向计算机开发的视频接口，要与现有的操作系统、硬件平台兼容，还要与以前的接口标准保持一定的兼容性。下图是 DVI 接口 TMDS 的逻辑链路结构。

  • DVI 支持即插即用功能（Plug and Play）。在系统启动时，DVI 提供最低分辨率 VGA(640×480)模式，系统通过 DDCI2C 总线协议访问显示器，获得显示器对象素格式的支持情况，通过 EDID 数据获得关于显示器型号和现实能力的信息。这些内容都是显示器制造商在显示器内部固化的一段数据，通过 DDC(Display Data Channel) 向主机系统提供自身信息。早期的 DDC2B 协议只支持适用于 DVI 1.0 标准的 EDID 读取，因为它不能读取附加的 128 字节的数据。因此，对于应用 DVI 接口到数字电视中，因为有 CEA 的数据在附加数据块里，信号源必须满足 E-DDC 标准，才能读取 EDID 数据。这部分会在后面做进一步讨论。

• 系统启动后会自动加载图形显示控制器（即显卡）的驱动程序。根据用户提出的显示要求，即屏幕的分辨率、色深、刷新率，结合由 DDC 获得关于显示器的信息，确定 TMDS 的启用情况。DVI 的单 TMDS 链路只提供 24 位色深，当用户要求的色深超过 24 位时，并且系统已经确认显卡和显示器都支持双链路 TMDS 连接，此时系统会启动双 TMDS 链路，链路0（Link 0，数据通道０～２）传输24位信息，其它颜色信息则由链路１（Link1，数据通道３～５）传输；另外，当用户的分辨率和刷新率要求超出单 TMDS 链路的传输能力时（单 TMDS 链路的最高象素传输频率为 165MHz）, 系统会启动双链路 TMDS 连接，链路 ０ 用来传输奇数象素信息，链路１用来传输偶数象素信息，并定义显示器上每一行的第一个象素为象素１，奇数象素。由于双 TMDS 链路共用一条时钟回路，所以双链路工作时，链路的时钟频率为象素数据带宽的一半。当然，DVI 接口同样也支持热插拔（Plug and Play）和显示器电源管理等技术，还有对传统的模拟 ＶＧＡ 的兼容等问题。这些只是 DVI 作为一种接口标准必须做到的兼容性问题，并不代表 DVI 本质的先进性。

• DVI 接口的先进性主要体现在它可以将海量的显示信息高速地传送到显示器中去，TMDS 先进的编码算法是其强大能力得以实现的根本。下面将详细解释 TMDS 协议中与实际应用紧密相关的几个问题。为了便于理解作以下规定：输入到编码器或由解码器输出的象素数据称为象素数据（Pixel Data）；由发送器送出的或输入到接收器的编码数据称为码元(Character)。在 DVI 接口协议中并没有规定输入或输出的象素数据是串行的还是并行的，输入输出的数据格式留给芯片制造厂商灵活掌握，用户应根据自己的实际情况选用芯片型号。