EXV深州市展视科技有限公司
News

DVI,HDCP与HDMI数字化应用的现状与发展展望

    随着大屏幕投影显示技术的发展,尤其是数字 LCD、DLP 及 PDP 等离子等数字化产品的广泛应用及数字化信号标准的统一,传统的 VGA 模拟信号已不能满足发展的需要,越来越多的 DVI(Digital Visual Interface)信号,HDCP(高带宽数字内容保护 High-bandwidth digital content protection)信号和 HDMI (High Definition Multimedia Interface)数字信号等被广泛应用。 本文拟就数字信号本身特点,目前的应用现状,当前的技术难点和发展前景做简单介绍。

  A、数字信号本身特点

  DVI 信号,HDCP 信号和 HDMI 信号针对 VGA 信号而言,如果排除各种协议的话,信号通道本质是一致的,都是 DVI 信号。因此先介绍 DVI 信号的特点。

  在模拟显示方式中,将待显示的数字 R.G.B 信号(8bit 并行信号)在显卡中经过 D/A 转换成模拟信号,传输后进入显示器,经处理后驱动 R.G.B 电子枪,显示到荧光屏上,整个过程是模拟的。而数字显示方式不同,模拟的 R.G.B 信号到达显示设备后(LCD 或 DLP,PDP 等)经过 A/D 处理,转换为数字信号,随后由数字信号控制液晶板透射或反射光线或 DMD 晶片反射光线或由等离子体发光,达到显示的效果。在这个过程中明显地存在一个由 数字 → 模拟 → 数字 的转换过程,信号损失较大(一次 A/D,D/A 过程将在频谱上损失 6dB,带宽最大保留为像素时钟的 1/2),并且会存在诸如拖尾,模糊,重影等传输问题。 当前带有数字接口的计算机显卡已经相当普遍,甚至笔记本电脑也配备了 DVI 接口,显示设备中也是越来越多的设备带有数字信号接口,因此 数字 → 数字 方式的应用环境已经成熟。 


   DVI 原理上是将待显示的 R.G.B 数字信号与 H.V 信号进行组合编码,每个像素点按 10bit 的数字信号按最小非归零编码方式进行 并 → 串 转换,把编码后的 R.G.B 数字串行码流与像素时钟等 4 个信号按照平衡方式进行传输,其每路码流速率为原像素点时钟的 10 倍,以 1024×768×70 的分辨率为例,码流时钟为 70MHz×10,折合为 0.7GHZ。一般 DVI1.0 的码流在 0.24GHZ 到1.65GHZ 之间。

  DVI 的接口定义如下图:

DVI的接口定义

  DVI 有 DVI1.0 和 DVI2.0 两种标准,其中 DVI1.0 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(1600X1200X60,UXGA),信道中的最高信号传输码流为 1.65GHz。DVI2.0 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。在大屏幕显示设备中,目前还没有 DVI2.0 的应用,因此本文所讨论的 DVI 都是指 DVI1.0 标准。

  DVI 定义了 DVI-I(Integrated)和 DVI-D(Digital)两种接口,从接口定义上可以看出,DVI-I 实际上是在 DVI-D 的基础上增加了模拟接口。我们主要介绍 DVI-D 接口。

  HDCP 信号从接口形式,管脚定义,数据格式等都与 DVI 相同,只是考虑保密的原因,对数据进行了加密,要符合 HDCP 的协议要求。考虑到这只是协议层面的不同,我们可将此两者等同考虑。

    HDMI 的英文全称是“High Definition Multimedia Interface”,既高清晰度多媒体接口。HDMI 接口可以提供高达 5Gbps 的数据传输带宽,可以传送无压缩的数字音频信号及高分辨率视频信号。HDMI 在针脚上和 DVI 兼容,只是采用了不同的封装,可以看作是 DVI 的强化与延伸,两者可以兼容。与 DVI 相比,HDMI 可以传输数字音频信号,并增加了对 HDCP 的支持。HDMI 支持 5Gbps 的数据传输率,最远可传输 15 米,足以应付一个 1080p 的视频和一个 8 声道的音频信号。而一个 1080p 的视频和一个 8 声道的音频信号需求少于 4GB/s,因此 HDMI 还有很大余量。此外 HDMI 支持 EDID(扩展显示识别数据-Extended display identification Data),DDC(显示数据通道-Data display channel,用以读出 EDID),因此 HDMI 的设备具有“即插即用”的特点,信号源和显示设备之间会自动进行“协商”,自动选择最合适的视频/音频格式。HDMI 支持 RGB 信号、4:4:4 采样的 YCbCr 信号及 4:2:2 采样的YCbCr.传输速率最高的 24 位/像素。 HDMI 音频数据格式:基于 DVD 音频标准,HDMI 支持 1-8 组非压缩音频传输,音频支持 48,96 or 192 kHz 等多种采样率。根据视频格式,HDMI 可以传输不同数量的采样率在 192KHZ 的压缩音频。

    HDMI 接口的特性:


  一根线缆满足传输视音频信号的需要,所有的 HD 信号及音频信号在同一根线缆内传输,包括 5 个视频分量及多通道音频。

  HDMI 接口还支持传输智能信息如宽高比及信号格式、控制信息等,为设备间的智能化控制提供可能。

  支持 HDTV 1080P 及更高清晰度信号的传输及显示,适应 HDTV 的应用。支持 DVI1.0 标准,分辨率达到 UXGA。可以认为 HDMI 兼容了 HDCP 和 DVI。

  DVI:仅有数字化 VGA 信号

  HDCP:比 DVI 信号增加了保密协议

  HDMI:VGA 方面,兼容 DVI,HDCP,分辨率达到 UXGA。视频方面,支持 1080P 并向下兼容。音频支持各种不同类型的数字音频。

  2005 年,已经有超过 250 个厂商和 470 个不同类型的产品采用了 HDMI 接口。DVD 拷贝管制协会(CCA),美国的 FCC(美国联邦通信委员会),代表欧洲信息通信技术与消费电子产业的组织 EICTA 等组织都规定了所有高画质数字电视设备(HD-STBs)必须具备 HDMI-HDCP或DVI-HDCP 输出端子,计算机显卡也将 HDMI 作为标准接口。所有这些规定更加强化了 HDMI 在市场上的地位。HDMI 已经成为事实上的数字电视和消费电子产品的接口标准。

    B、数字信号应用优势

   随着显控工程中信号显示设备的发展,投影机的分辨率及亮度越来越高,对信号的要求也越来越高,而传统的模拟传输与应用系统中对信号的损失很大,造成高品质的投影设备无法显示高质量的图象,形成显示质量的瓶颈。数字化的传输与应用系统与模拟的技术系统相比有明显的优势:

  1.减少了模/数(A/D),数/模(D/A)转换过程。在 VGA 信号的显示过程中,笔记本的图象质量是最高的,CPU 将要显示的数据交给显卡,显卡经过处理形成待显示的图形信号(8bit 并行数字信号)直接驱动 LCD 屏,形成笔记本的显示,这是最“原装”的信号,未经任何处理和损失。将图形信号(数字)经过 D/A 转换后,形成 RGBHV(VGA)信号,此时的信号经过了 D/A 转换,造成了如带宽、信噪比等方面的损失。传输到达显示设备时还需经过 A/D 过程,重新生成数字信号,驱动 LCD 等设备,又造成了 A/D 过程的损失。将图形信号(数字)经过并/串转换,形成 DVI 信号,是未经损失的,通过 DVI 传输到达显示设备时只需再经串/并转换,可直接驱动 LCD 等设备,这个过程中未经过 A/D、D/A 过程,也未造成信号损失。

  2. 减少了信号在传输过程中的损失。以前,有拙文分析过,模拟信号在传输中,由于传输系统的幅频持性和群延时持性,高低频干扰,电源地线干扰及反射等影响,信号损失严重,工程中解决和处理以上问题的难度很大,有些甚至是无法解决的。但数字信号就不存在这些问题,数字传输的最大优点在于抗干扰能力强及可重建再生,简单地讲,就是只要保证传输过程中,“0”、“1”没有发生错误,收端的信号就是正确的和无损的,很多在模拟传输中难解决的问题在数字化的传输过程中不存在这种“概念”,是从根本上解决的方案,可保证到达投影设备的信号与笔记本屏的信号一样,可完全发挥显示设备的优点,明显提高了整个系统的显示质量。

  由于无需在信号传送前进行数/模或者模/数转换,可以保证最高质量的影音信号传送。

  3.有利于信号系统的统一。HDMI 技术是将数字化的视频(Video)信号、音频(Audio)信号和 VGA 信号三者合并为同一接口,以同一标准覆盖,以解决原来不同的信号、不同的接口、不同的标准造成的应用不便。以前在工程设计中,存在着视频,音频和VGA信号,有时也有 DVI 信号,信号不统一,传输通道不统一,接口不统一, 选用设备不统一,工程中造成很大麻烦。要对三种信号应用情况分别进行设计和考虑,从设备选型、电缆选择,可能会出现的不同类型干扰,衰减等方面,总之,要考虑三类问题。但应用数字方式后,可将这三类问题合并为一个问题 ,就有可能仅用一种统一的设备解决所有问题 。试想,将来的某一天,在工程应用中不用再考虑视频有多少路,该选用多大的矩阵,不用再考虑有几路音频,如何去选用音频设备,有多少 VGA 信号,要传输多远,会出什么样的干扰,衰减等等。只是单一地考虑有多少路 HDMI 信号(其传输距离是有标准可查的),只需考虑距离有多远 ,选电缆传输还是用网线合算,或是用光纤更好。显示设备只要将信号接到设备的 HDMI 接口就 OK 了。家庭应用要实现这一步较容易,电视(尤其是平板电视)已经具有 HDMI 接口,只需“傻瓜”的一接就行。但工程应用没有那么快,还是要逐步走向数字化应用的。

    C、当前的技术和设备水平及主要问题

  1. 数字矩阵规模较小。北京利国公司在国际上分别率先推出 8x8,16x16 的数字矩阵,目前国际上的水平也就如此。有 18x18 的矩阵的报道。预计今年中,北京利国公司会推出 32x32 的数字矩阵。但从实际工程需要上讲,数字矩阵规模依然较小,大系统应用有问题。

  2. 传输问题基本解决。除电缆传输方式外,网线传输和光纤传输设备已经成熟,并在实际工程中大量应用。国内主要还是使用电缆方式多一些,光纤设备也有应用,但我们已大量出口网线产品,预计国内的网线数字传输也会随后。

  3. 转换问题。新的媒体出现后,除了本身的应用外,还存在着与传统媒体之间的转换问题。目前,DVI 与 VGA 信号之间的转换设备已很成熟,满足使用要求。视频方面,类似 SDI 到 HDMI 的转换都可以完成,但因为 HDMI 的保密问题,不允许将 HDMI 信号解成明码,因此 HDMI 转为其它类型的信号有技术壁垒,限制了应用。

  4. 目前,HDMI 技术入门费用颇高,仅入会年费就为 US$15,000,HDCP 的年费也为 US$15,000,并且在销售产品时仍需缴纳每台 US$0.0 5 到US$0.15 的版税,HDMI兼容性测试费用 从 US$11,000 起步,到 US$50,000,US$80,000 也很正常,且时间很长。真所谓“最黑的是定标准的”,日后是否会出 DVD 式的专利争议,不得而知。目前 PC 机厂商方面出 HDMI 显卡的很少,估计与此相关。

  依本人拙见,当前数字化,数字高清的现状应该是:
  1. 技术先进,使用方便,应用前景广阔

  2. 目前成本较高,但下降速度很快,甚至比模拟方式要便宜。

  3. 工程方面,DVI 方式可能更快地被应用,但 HDMI 会比 DVI 更灵活。

  4. 技术水平,国内不比国外差,有些方面比国外的发展更快,至少是在同一起跑线上。

  5. 有一定的技术难度和技术壁垒,入门成本较高。            

  在 2007 北京 INFOCOMM 展览会上,北京利国公司除了展示传统音视频,VGA 设备外,还展出了全新的数字 DVI,HDCP,HDMI 的全系列产品,包括:切换,分配,转换,传输类设备,其设备已经领先了世界先进水平。
 

关闭窗口