Digital Visual Interface (DVI)
Введение
Согласно концепции Джона фон Неймана компьютер должен обладать устройством вывода. Единственным представлением информации, которое компьютер может легко производить, а человек воспринимать без дополнительной обработки, является визуальное представление. Компьютер может данные распечатать или вывести на экран. Второй вариант предпочтительнее, поскольку он имеет значительно большую скорость обновления и не требует дополнительных расходных материалов. Именно он, собственно говоря, и победил. Печатать-то мы, конечно, печатаем, да вот только намного меньше, чем смотрим в монитор. Да и число мониторов значительно превосходит число принтеров, плоттеров и других подобных устройств.
Долгое время мониторы были только электронно-лучевыми. Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) была уже хорошо отработанной технологией. Однако у ЭЛТ есть недостатки, самыми заметными из которых являются большие размеры, энергопотребление и электромагнитное излучение. И если с излучением еще можно бороться, например, посредством экранирования, то проблемы размеров (а с увеличением диагонали мониторы стали просто монструозными) и энергопотребления проистекают из сути технологии. Кроме этого, по той причине, что ЭЛТ аналоговые, а вот компьютеры, наоборот, цифровые, приходится производить постоянные цифро-аналоговые преобразования (ЦАП). Из-за этого, а также из-за влияния помех на сигнал во время передачи картинка получает искажение. И если при отображении объектов реального мира искажения малозаметны, то в случае геометрических тел и текста происходит потеря четкости границ.
С течением времени развитие науки позволило создать дисплеи на основе другой технологии — технологии жидких кристаллов (ЖК). ЖК-мониторы отличаются от ЭЛТ значительно меньшими размерами, энергопотреблением и излучением. Конечно, качество картинки ЖК-мониторов не достигает уровня фотореалистичности, как у ЭЛТ-мониторов, но оно постоянно улучшается, поскольку эта технология еще позволяет производить доработки. Да и цены на ЖК все еще немалые. Однако у ЖК есть еще одно преимущество — они дискретные, т.е. цифровые. Это, правда, приводит к еще одному недостатку — ограниченному числу поддерживаемых разрешений, из которых наиболее предпочтительно родное. Но зато роднит ЖК-монитор и сам компьютер. К тому же, данные, передаваемые в дискретном виде, менее подвержены искажению помехами. Однако полностью насладится прелестями последствий исключительно цифрового взаимодействия монитора и компьютера было невозможно по той причине, что не существовало стандартов цифрового интерфейса. При передаче данных от одного цифрового устройства к другому использовался аналоговый интерфейс, и приходилось производить не только ЦАП в компьютере, но и аналого-цифровое преобразование (АЦП) в мониторе. Разумеется, вскоре стали появляться спецификации цифровых интерфейсов. Это были Plug&Display (P&D) и Digital Flat Panel (DFT). Но, к сожалению, эти стандарты оказались короткоживущими.
P&D, основанный на технологии SiliconImage PanelLink TMDS (Transition Minimized Differential Signaling), поддерживал протоколы USB и IEEE 1394 и аналоговую передачу данных. Он разрабатывался под началом Ассоциации по стандартизации в области видеотехники (Video Electronics Standards Association — VESA). P&D применялся один канал TDMS, предельная частота обмена данными устанавливалась на пороге 165 МГц. Это обеспечивает работу в разрешении 1280х1024 при частоте обновления 85 Гц и интервале гашения, соответствующем VESA Generalized Timing Formula Specification (VESA GTF). Но по причине применения дорогостоящего разъема, а также отсутствия интереса рынка к USB и IEEE 1394 этот стандарт был обречен. DFT разрабатывался с учетом ошибок P&D и был принят VESA как стандарт. Он также основан на одноканальном SiliconImage PanelLink TMDS, и в этом стандарте применяется малозатратный разъем. Однако он не поддерживает аналоговый сигнал и не предусматривает путей увеличения производительности.
Но есть такая разновидность компьютеров, как ноутбуки. В них изначально применялись ЖК-мониторы, не было груза видеокарт с аналоговым выходом, да и применение ЦАП-АЦП немыслимо при постоянном стремлении к снижению габаритов, массы и энергопотребления. В этой сфере был разработан цифровой стандарт Low Voltage Differential Signaling (LVDC). Однако у этого стандарта есть два серьезных недостатка: скорость передачи данных (а значит, и поддерживаемые разрешения) зависит от длины кабеля, отсутствует универсальный разъем, т.к. для различных разрешений применяются различные разъемы. Т.о. явно видна необходимость нового цифрового стандарта для связи монитора и компьютера. Таким стандартом стал Digital Video Interface (DVI).
Digital Video Interface
В 1998 г. была образована Digital Display Work Group (DDWG), перед которой была поставлена задача по созданию нового цифрового стандарта. В 1999 г. была опубликована первая (и единственная на текущий момент) версия спецификации Digital Video Interface (DVI). DVI также основан на технологии SiliconImage PanelLink TMDS. Однако, в отличие от P&D и DFT, в DVI предусмотрена возможность использования не одного, а двух каналов TMDS. Причем DVI не просто использует два канала, но и в двухканальном режиме допускает значения частоты передачи данных на каждом канале свыше 165 МГц. Это дает возможность обеспечить работу в высоких разрешениях. По причине единой электрической основы DVI обладает обратной совместимостью с P&D и DFT посредством переходников. В DVI также есть поддержка аналоговых мониторов. Максимальная глубина цвета — 24 бита. DVI также принят VESA в качестве стандарта цифрового интерфейса. Логическая схема двухканальной TMDS представлена на рис. 1.
Plug&Play
При загрузке компьютера графический адаптер должен определить VGA-совместимый монитор. Для работы в режимах загрузки и отладки DVI-совместимый монитор должен поддерживать разрешение 640x480 при частоте 60 Гц. И BIOS POST, и операционная система предполагают использование протокола DDC2B для обращения к монитору за данными о поддерживаемых разрешениях и интерфейсах. Для идентификации типа дисплея и его возможностей DVI использует VESA Extended Display Identification Data (EDID). Совокупность разрешений, поддерживаемых монитором, графической подсистемой компьютера и определенных пользователем, определяет используемое разрешение. Если на начальном этапе загрузки определяется подключение цифрового монитора, то активным может быть только первичный канал TMDS, вторичный канал может быть подключен только после определения графическим адаптером поддержки монитором двухканальной работы. Если подключается аналоговый монитор, то система должна рассматривать это подключение как подключение по D-Sub. Если же в процессе загрузки DVI-совместимый монитор не был найден, то включается механизм Hot Plug Detection, позволяющий системе определить факт подключения DVI-совместимого монитора. После получения события Hot Plug-In система запросит данные по протоколу DDC2B и, если потребуется, активизирует первичный канал TMDS. Кроме разрешения и частоты обновления, есть еще два параметра, влияющих на качество изображения. Это показатели гамма и масштабирование. Показатель гамма зависит от технологии дисплея и используется в DVI для компенсации различий в дисплейных технологиях. Если монитор определяется как устройство с фиксированным набором разрешений, поддерживающее более одного разрешения, то в нем должен быть реализован блок масштабирования изображения в родное разрешение.
Каналы TMDS
Для поддержки структуры данных EDID DVI должен уметь переключать число каналов, исходя только из разрешения и частоты обновления. Система должна достаточно просто определять совместимость с режимами отображения (в данном случае это совокупность разрешения и частоты обновления) монитора и сообщать результат пользователю. Минимальная частота первичного канала равна 25 МГц (640х480, 60 Гц). Для обеспечения уверенности в том, что режимы поддерживаются системой и монитором единообразно, первичный канал TMDS должен использоваться для работы с режимами, требующими от TMDS частоты вплоть до 165 МГц. Более высокие режимы должны поддерживаться уже с помощью двух каналов. В двухканальном режиме нагрузка поровну распределяется между каналами. Т.о. минимальная частота вторичного канала равна 82,5 МГц. Система должна учитывать ограничения, накладываемых как графическим адаптером, так и монитором и передатчиком TMDS, и не позволять пользователю пытаться активировать режимы, не поддерживаемые хотя бы одним их этих компонентов. Максимальная частота передачи данных в двухканальном режиме не ограничена 330 МГц (т.е. 2х165 МГц) и не задана в спецификации.
DVI-совместимые системы должны обладать как минимум одним каналом TMDS и поддерживать минимальный режим отображения. Двухканальные системы должны быть способны выполнить динамическое переключение между режимами отображения включая переключение между одно- и двухканальным режимами работы. При работе двухканальной системы в одноканальном режиме второй канал должен быть выключен. В DVI-совместимом мониторе должен быть реализован как минимум один канал TMDS. Также он должен поддерживать минимальный режим отображения. Если монитор поддерживает режимы отображения, требующие от TMDS частот более 165 МГц, в нем должен быть реализован второй канал TMDS. Двухканальные мониторы должны поддерживать динамическое переключение между различными режимами отображения включая переключение между одно- и двухканальным режимами работы.
Поддержка High Color
Реализация режимов поддержки глубины цвета более 24 бит возможна посредством использования вторичного канала. Реализация таких режимов предполагается в последующих версиях стандарта, которые не будут обладать обратной совместимостью с текущей. Цвет каждого пикселя может быть составлен из старших битов, получаемых с первичного канала, и младших битов с вторичного канала. В случае реализации старший бит данных вторичного канала должен быть смещен на 24 бита относительно данных первичного канала. Т.о. будет достигнута 48-битная глубина цвета. Система должна определять поддержку монитором глубины цвета High Color, прежде чем включить ее. Если монитор не поддерживает High Color, система должна работать в необходимом 24-битном формате.
Поддержка низкого разрешения
Низкое разрешение используется в качестве режима по умолчанию, который позволяет пользователю видеть разборчивые отображения сообщений BIOS и операционной системы (ОС) во время загрузки. Изображение не обязательно должно быть полноэкранным или центрированным. После загрузки ОС драйвер графического адаптера может переключиться в другой режим отображения. Видео-BIOS должен отвечать на все существующие вызовы VESA BIOS и прерывание за номером 10, впрочем, возможна эмуляция нужного режима аппаратным обеспечением. Индустриальным стандартом для режима 640х480 является частота обновления 60 Гц. Система должна переназначить режим 3 10-го прерывания в режим, соответствующий требуемым условиям.
EDID
DVI-совместимая система должна поддерживать структуру данных EDID. Никаких иных требований, кроме поддержки минимального разрешения, нет. Система должна считывать данные в формате EDID для определения режимов, поддерживаемых монитором. Цифровые мониторы могут использовать различные версии EDID (например, 1.2 и 2.0), поэтому системы должны поддерживать все эти версии, если необходимо поддерживать все существующие мониторы. DVI-совместимые мониторы должны обладать поддержкой структур данных EDID. Поддержку минимального разрешения не обязательно указывать в EDID, но монитор должен давать нормальное изображение. Если монитор имеет фиксированное разрешение, то бит Preferred Timing Mode должен быть установлен, а родное разрешение указано первым в списке поддерживаемых разрешений.
DDC
DDC — Display Data Channel — канал отображения данных — позволяет видеоадаптеру и монитору автоматически подстраиваться друг к другу для работы при наилучших комбинациях разрешения и частоты развертки. Для совместимости с DVI требуется поддержка спецификации DDC2B. DVI-совместимая система должна поддерживать сигнал DDC +5 В. В течение 250 мс с момента поступление сигнала DDC +5 В DVI-совместимый монитор должен быть готов передать по каналу DDC2B данные в формате EDID. DVI-совместимый монитор не может поддерживать транзакции DDC1. Питающий контакт +5 В должен обеспечивать минимум в 55 мА. Если монитор выключен, он не может выдать более 50 мА, если включен — не может выдать более 10 мА.
Показатель гамма
ЭЛТ-мониторы (и ТВ-экраны) применяют нелинейную передаточную функцию цвета, требующую предварительной коррекции входных данных для получения нормализованного изображения. Но графические данные, генерируемые компьютерно, имеют линейное цветовое пространство. Из-за того, что эти данные обычно отображаются с помощью ЭЛТ-мониторов, графическому адаптеру приходится применять функцию, известную как гамма-коррекция. Обычное значение показателя гаммы для ЭЛТ равно 2.2.
Масштабирование
Мониторы с фиксированным разрешением имеют два режима отображения: 1) отображение в родном разрешении; 2) отображение данных, масштабированных в родное разрешение монитора. Масштабирование в родное разрешение — обязанность монитора. Система должна предполагать поддержку монитором минимального разрешения, даже если это не указано в данных формата EDID. Если монитор не поддерживает необходимое разрешение, то графический адаптер может: 1) масштабировать изображение в родное разрешение монитора; 2) центрировать изображение; 3) уведомить пользователя об отсутствии поддержки монитором этого разрешения. Система может позволять пользователю выбирать, чьими силами производить масштабирование изображение: системы или монитора (если у него есть такая возможность). По умолчанию, если это возможно, изображение масштабируется монитором.
Если монитор с фиксированным разрешением поддерживает более одного разрешения, то он должен уметь масштабировать изображение в поддерживаемые разрешения. Блок масштабирования должен поддерживать все стандартные режимы в интервале от минимального до максимального из поддерживаемых монитором разрешений. Монитор должен указывать поддержку (в данных формата EDID) только тех разрешений, которые может отображать полноэкранно хотя бы по одному измерению. Если в мониторе отсутствует блок масштабирования, он должен сообщать в структуре EDID поддержку только родного разрешения, но также предоставлять разборчивое изображение в минимальном разрешении. Если DVI-совместимый монитор поддерживает только родное разрешение (как минимум в одном измерении на полный экран) и минимальное разрешение в неполноэкранном режиме, он должен сообщать в структуре данных EDID поддержку только родного разрешения. Если же минимальное разрешение поддерживается полноэкранно хотя бы в одном измерении, оно может указываться в структуре данных EDID.
Горячее подключение
Определение горячего подключения (подключения "на лету", "по-горячему") — Hot Plug Detection — HPD — системная функция, требующая соответствия индустриальным стандартам как монитора, так и системы. События горячего подключения:
— Присоединение монитора. Когда фиксируется это событие, графическая подсистема должна сгенерировать системное событие (зависит от ОС), позволяющее ОС считать данные формата EDID. Если графическая подсистема и монитор поддерживают совместимые разрешения, ОС должна включить монитор и, если необходимо, канал TMDS.
— Отсоединение монитора. Когда фиксируется это событие, графическая подсистема должна сгенерировать системное событие (зависит от ОС), уведомляющее ОС. Если используемый DVI-совместимый монитор цифровой, то графическая подсистема должна отключить передатчик TMDS в течение 1 сек. Любые специфические реакции на HPD определяются ОС. Монитор должен выдавать более +2,4 В на контакт HPD только если структура EDID готова для чтения системой. Если структура EDID не может быть считана, напряжение на контакте HPD должно быть ниже +0,4 В.
Горизонтальная и вертикальная синхронизация, флаг передачи данных
Предполагается, что цифровыми будут не только ЖК-, но и ЭЛТ-мониторы. Для обеспечения независимости от дисплейной технологии цифровая система должна отдельно кодировать в канале TMDS параметры вертикальной и горизонтальной синхронизации. Также необходимо отдельно кодировать флаг передачи данных (Data Enable — DE). Флаг DE должен показываться высоким уровнем сигнала.
Форматы данных
И система, и монитор должны поддерживать как минимум 24-битный выровненный по старшему биту формат данных RGB TFT. Этот формат данных, а также форматы данных с меньшей глубиной цвета описаны в версии 3.0 спецификации VESA EDID. Если монитор использует формат EDID 1.2, система должна предполагать поддержку им 24-битного формата. При использовании EDID более новых версий монитор должен указывать все поддерживаемые форматы, которые могут быть указаны в используемой структуре EDID.
Совместимость с другими спецификациями, основанными на TMDS
На электрическом уровне спецификация DVI основана на SiliconImage TMDS. Каждая разработка должна обеспечивать совместимость с существующими спецификациями на основе TMDS. VESA DFP и VESA P&D могут быть подсоединены к DVI через переходники. Функции других спецификаций, реализованные не через TMDS, не будут работать. DVI-совместимые системы могут быть двухканальными. Монитор, использующий отличную от DVI спецификацию, основанную на TMDS, не должен иметь возможности задействовать пропускную способность второго канала. В целях обеспечения сохранности передатчика и совместимости с P&D переходники для соединения P&D-монитора и DVI-системы должны удовлетворять указанным ранее требованиям для HPD.
Полоса пропускания интерфейса
Минимальная частота TMDS определяется, исходя из необходимости канала различать режим минимального разрешения и режим отключения канала. Т.к. минимальный режим отображения для DVI — 680х480@60 Гц (частота — 25.175 МГц), канал DVI должен выходить из активного состояния, если частота TMDS не будет превышать 22,5 МГц более одной секунды. Протокол передачи TMDS предполагает возможность передачи данных по оптическому кабелю. Оптические реализации могут считать DVI-совместимыми при условии удовлетворения требованиям по Plug&Play. Для альтернативных сред передачи данных предполагается реализация подключения через переходник.
Управление питанием цифрового монитора
В англоязычной литературе встречается наименование Digital Monitor Power Management (DMPM). Данное описание предполагает управление питанием любого монитора посредством каналов TMDS. Описание управления питанием аналоговых мониторов будет дано при описании аналоговой части DVI. Задано 6 режимов управления питанием для программируемого контроля над питанием монитора и обеспечением доступности идентификационных данных монитора. Для полноты изложения указаны режимы, обеспечиваемые посредством кнопки включения питания.
Режим включенного монитора (Monitor On Power State)
Канал TMDS активен. Передатчик TMDS запитан и активен. Приемник TMDS запитан и активен. Этот режим соответствует режиму On в Display Power Management System (DPMS). Данные EDID гарантированно доступны. Сигнал DDC +5 В в наличии, монитор выдает на него менее 10 мА.
Монитор выходит из этого режима, если:
1) канал TMDS стал неактивен;
2) пропал сигнал DDC +5 В;
3) монитор выключен кнопкой питания.
Промежуточный режим (Intermediate Power State)
Канал TMDS неактивен. Передатчик обесточен. Приемник запитан, но может быть неактивен. Передатчик должен быть способен определить факт активизации канала TMDS и перевести монитор в состояние включения. Продолжительность нахождения монитора в данном режиме определятся таймером. Данный режим близок к DPMS Suspend. Данные EDID гарантированно доступны. Сигнал DDC +5 В в наличии, монитор выдает на него менее 10 мА. Монитор выходит из этого режима, если:
1) канал TMDS стал неактивен;
2) пропал сигнал DDC +5 В;
3) монитор выключен кнопкой питания.
Активный режим выключенного монитора (Active-Off Power State)
Канал TMDS неактивен. Передатчик обесточен. Приемник запитан, но может быть неактивен. Приемник должен быть способен определить факт активизации канала TMDS и перевести монитор в состояние включения. Данный режим соответствует режиму DPMS Off (Active-Off в структуре EDID 2.0). Сигнал DDC +5 В в наличии, монитор выдает на него менее 50 мА.
Монитор выходит из этого режима, если:
1) канал TMDS стал активен;
2) пропал сигнал DDC +5 В;
3) монитор выключен кнопкой питания.
Режим выключенного монитора, невосстановимый каналом (Non-Link Recoverable Off Power State)
Канал TMDS неактивен. Передатчик обесточен. Приемник обесточен. Монитор переводится в это состояние при отсутствии сигнала DDC +5 В. Данные EDID недоступны. Из этого режима нельзя выйти посредством управления с канала TMDS. Режим соответствует DPMS Off (with No DPMS Recovery) (Active- Off в структуре EDID 2.0).
Монитор выходит из этого режима, если:
1) появился сигнал DDC +5 В;
2) монитор выключен кнопкой питания.
Режим отключенного питания (Monitor Power Switch Off Power State)
Монитор входит в этот режим только при отключении питания. Он имеет два подрежима в зависимости от наличия сигнала DDC +5 В. Данные EDID гарантированно доступны, только если этот сигнал в наличии. Монитор выходит из этого состояния только при включении питания.
Канал TMDS считается неактивным, если не происходит логических переключений DE более одной секунды. Монитор может считать канал неактивным, если частота TMDS не поддерживается монитором. DVI-совместимая система должна уметь отключать TMDS-канал для ввода монитора в режим низкого потребления. DVI-совместимый цифровой монитор обязан поддерживать два режима питания:
1) Monitor On Power State;
2) Active-Off Power State.
Если монитор поддерживает только два основных режима, то необходимо указывать в EDID только поддержку Active-Off. Если поддерживается еще Intermediate Power State, то необходимо указать поддержку Suspend в EDID. При поддержке Non-Link Recoverable Off State в EDID должна быть указана Off With DPMS Recovery. Смена режимов питания не должна превышать 5 сек.
Поддержка аналоговых устройств
Системная компонента реализации аналоговой части DVI должна удовлетворять спецификациям VESA Video Signal Standard версии 1.6, VESA Industry Standards and Guidelines for Computer Display Monitor Timings, VESA Generalized Timing Formula и VESA DPMS. И система, и монитор должны обеспечивать раздельную поддержку вертикальной и горизонтальной синхронизации.
Список сигналов разъема DVI-I
Коротко о Transition Minimized Differential Signaling
Transition Minimized Differential Signaling — технология передачи сигнала посредством дифференциальных сигналов с уменьшенным числом переходов сигнала (из состояния 0 в состояние 1 или обратно). Данные кодируются с целью получения наиболее электрически сбалансированной последовательности бит, что позволяет достигать высоких частот. Для этого уменьшается число переходов сигнала. Передатчик (он же трансмиттер) TMDS кодирует и последовательно передает поток входных данных через канал TMDS (TMDS link) к приемнику (он же ресивер) TMDS. Входной поток содержит и служебные данные (control data, данные управления), и данные изображения (pixel data). На каждом такте передатчик кодирует или данные изображения, или служебные данные в зависимости от значения флага передачи данных. Установленный DE показывает необходимость передачи данных изображения. При передаче данных управления (изображения) данные изображения (управления) игнорируются. Приемником TMDS извлекаются из потока данные изображения (управления) только при установленном (снятом) DE. Передатчик включает в себя три одинаковых блока кодирования. Каждый из них обрабатывает один канал данных. Входной поток для каждого блока кодирования составляет 2 служебных сигнала и 8 бит данных изображения. Блок кодирования формирует 10-битную последовательность на каждый такт из служебных данных или данных изображения в зависимости от значения флага DE. Выход блока кодирования — непрерывный поток упорядоченных символов TMDS. При передаче служебных данных используются четыре различных символа TMDS, однозначно определяющих все возможные состояния двух служебных сигналов.
Процесс кодирования данных изображения состоит из двух стадий. На первой стадии формируется 9-битный код с минимизированным числом переходов. Сначала блок кодирования минимизирует в 8-битной последовательности число переходов, а потом добавляет старший бит, в котором указывается тип кодирования. Кодирование осуществляется посредством применения функций XOR или XNOR к текущему биту входа и предыдущему биту выхода. Выбор функции осуществляется с целью минимизации числа переходов. XOR выбирается, если число "1" меньше или число "0" и "1" равно, но младший бит байта — "1", иначе применяется XNOR. Младший бит сохраняется неизменным, что позволяет приемнику восстановить исходную последовательность, просто повторив преобразование. При декодировании младший бит также не изменяется.
На второй стадии 10-битный код, конечный TMDS-символ, формируется с целью уравновешивания общего электрического баланса передаваемого потока. На этой стадии в случае необходимости выполняется обращение (инвентирование) последовательности. Десятый бит указывает на наличие обращения. Обращение бит выполняется в случае значительного рассогласования потока данных, т.е. превышения одного значения бит (например, 1) над другим. Т.о. поток балансируется. Декодирование выполняется обращением 9-битной последовательности, если установлен 10-й бит.
Обозначения для блок-схемы:
Рис. 2. Блок-схема кодирования символа TMDS
Рис. 3. Блок-схема декодирования символа TMDS
Приемник должен определять границы символов в потоке данных. После определения границ символов на всех каналах данных приемник считается синхронизированным с упорядоченными потоками и может извлекать символы TMDS из каналов данных для декодирования. Поток данных должен содержать повторяющиеся сигналы для синхронизации приемника. Приемник должен синхронизироваться с потоком данных в течение периода передачи служебных сигналов продолжительностью не менее 128 символов TMDS. Во время установления синхронизации или ее отсутствия приемник не должен обновлять выходной поток. Символы, отображающие данные изображения, содержат не более 5 переходов, в то время как символы, отображающие данные управления, содержат 7 или более переходов. Символы с большим числом переходов формируют базис для синхронизации приемника. Поток символов TMDS сериализируется для передачи по каналу данных. Младший бит (q_out[0]) — первый передаваемый бит. Предельное время кодирования и сериализации и декодирования определено в соответствии с границами задержек в интерфейсе.
Рис. 4. Временные показатели обработки символов TMDS
Система обозначений:
Разъемы DVI
Разъемы DVI разработаны фирмой Molex. Существует 3 вида разъемов DVI:
1) комбинированный разъем DVI-I;
2) чисто цифровой разъем DVI-D;
3) чисто аналоговый разъем DVI-A (иногда его обозначают как DVI-V, т.е. DVI-VGA).
Механически все 3 разъема совместимы. DVI-D отличается от DVI-I отсутствием контактов аналоговой части, а DVI-A — отсутствием цифровой части. [pic]
Рис. 5. Схема комбинированного разъема DVI-I
Заключение
Спецификация DVI принята VESA как стандарт. Большие возможности цифровой части, обеспечиваемые двумя каналами TMDS, поддержка аналоговых мониторов и дешевый разъем сделали эту спецификацию достаточно успешной. На современных видеокартах встречаются 2 вида разъемов для подключения мониторов: аналоговый D-SUB и цифровой DVI. Цифровые ЭЛТ-мониторы встречаются на текущий момент редко. Да и ЖК-мониторы все еще используют аналоговый вход D-SUB, но уже нередко его дополняет цифровой DVI-D. Среди недостатков DVI необходимо, пожалуй, отметить поддержку только 24- битного цвета.
Алексей Садовский, dev@techlabs.by
Согласно концепции Джона фон Неймана компьютер должен обладать устройством вывода. Единственным представлением информации, которое компьютер может легко производить, а человек воспринимать без дополнительной обработки, является визуальное представление. Компьютер может данные распечатать или вывести на экран. Второй вариант предпочтительнее, поскольку он имеет значительно большую скорость обновления и не требует дополнительных расходных материалов. Именно он, собственно говоря, и победил. Печатать-то мы, конечно, печатаем, да вот только намного меньше, чем смотрим в монитор. Да и число мониторов значительно превосходит число принтеров, плоттеров и других подобных устройств.
Долгое время мониторы были только электронно-лучевыми. Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) была уже хорошо отработанной технологией. Однако у ЭЛТ есть недостатки, самыми заметными из которых являются большие размеры, энергопотребление и электромагнитное излучение. И если с излучением еще можно бороться, например, посредством экранирования, то проблемы размеров (а с увеличением диагонали мониторы стали просто монструозными) и энергопотребления проистекают из сути технологии. Кроме этого, по той причине, что ЭЛТ аналоговые, а вот компьютеры, наоборот, цифровые, приходится производить постоянные цифро-аналоговые преобразования (ЦАП). Из-за этого, а также из-за влияния помех на сигнал во время передачи картинка получает искажение. И если при отображении объектов реального мира искажения малозаметны, то в случае геометрических тел и текста происходит потеря четкости границ.
С течением времени развитие науки позволило создать дисплеи на основе другой технологии — технологии жидких кристаллов (ЖК). ЖК-мониторы отличаются от ЭЛТ значительно меньшими размерами, энергопотреблением и излучением. Конечно, качество картинки ЖК-мониторов не достигает уровня фотореалистичности, как у ЭЛТ-мониторов, но оно постоянно улучшается, поскольку эта технология еще позволяет производить доработки. Да и цены на ЖК все еще немалые. Однако у ЖК есть еще одно преимущество — они дискретные, т.е. цифровые. Это, правда, приводит к еще одному недостатку — ограниченному числу поддерживаемых разрешений, из которых наиболее предпочтительно родное. Но зато роднит ЖК-монитор и сам компьютер. К тому же, данные, передаваемые в дискретном виде, менее подвержены искажению помехами. Однако полностью насладится прелестями последствий исключительно цифрового взаимодействия монитора и компьютера было невозможно по той причине, что не существовало стандартов цифрового интерфейса. При передаче данных от одного цифрового устройства к другому использовался аналоговый интерфейс, и приходилось производить не только ЦАП в компьютере, но и аналого-цифровое преобразование (АЦП) в мониторе. Разумеется, вскоре стали появляться спецификации цифровых интерфейсов. Это были Plug&Display (P&D) и Digital Flat Panel (DFT). Но, к сожалению, эти стандарты оказались короткоживущими.
P&D, основанный на технологии SiliconImage PanelLink TMDS (Transition Minimized Differential Signaling), поддерживал протоколы USB и IEEE 1394 и аналоговую передачу данных. Он разрабатывался под началом Ассоциации по стандартизации в области видеотехники (Video Electronics Standards Association — VESA). P&D применялся один канал TDMS, предельная частота обмена данными устанавливалась на пороге 165 МГц. Это обеспечивает работу в разрешении 1280х1024 при частоте обновления 85 Гц и интервале гашения, соответствующем VESA Generalized Timing Formula Specification (VESA GTF). Но по причине применения дорогостоящего разъема, а также отсутствия интереса рынка к USB и IEEE 1394 этот стандарт был обречен. DFT разрабатывался с учетом ошибок P&D и был принят VESA как стандарт. Он также основан на одноканальном SiliconImage PanelLink TMDS, и в этом стандарте применяется малозатратный разъем. Однако он не поддерживает аналоговый сигнал и не предусматривает путей увеличения производительности.
Но есть такая разновидность компьютеров, как ноутбуки. В них изначально применялись ЖК-мониторы, не было груза видеокарт с аналоговым выходом, да и применение ЦАП-АЦП немыслимо при постоянном стремлении к снижению габаритов, массы и энергопотребления. В этой сфере был разработан цифровой стандарт Low Voltage Differential Signaling (LVDC). Однако у этого стандарта есть два серьезных недостатка: скорость передачи данных (а значит, и поддерживаемые разрешения) зависит от длины кабеля, отсутствует универсальный разъем, т.к. для различных разрешений применяются различные разъемы. Т.о. явно видна необходимость нового цифрового стандарта для связи монитора и компьютера. Таким стандартом стал Digital Video Interface (DVI).
Digital Video Interface
В 1998 г. была образована Digital Display Work Group (DDWG), перед которой была поставлена задача по созданию нового цифрового стандарта. В 1999 г. была опубликована первая (и единственная на текущий момент) версия спецификации Digital Video Interface (DVI). DVI также основан на технологии SiliconImage PanelLink TMDS. Однако, в отличие от P&D и DFT, в DVI предусмотрена возможность использования не одного, а двух каналов TMDS. Причем DVI не просто использует два канала, но и в двухканальном режиме допускает значения частоты передачи данных на каждом канале свыше 165 МГц. Это дает возможность обеспечить работу в высоких разрешениях. По причине единой электрической основы DVI обладает обратной совместимостью с P&D и DFT посредством переходников. В DVI также есть поддержка аналоговых мониторов. Максимальная глубина цвета — 24 бита. DVI также принят VESA в качестве стандарта цифрового интерфейса. Логическая схема двухканальной TMDS представлена на рис. 1.
Plug&Play
При загрузке компьютера графический адаптер должен определить VGA-совместимый монитор. Для работы в режимах загрузки и отладки DVI-совместимый монитор должен поддерживать разрешение 640x480 при частоте 60 Гц. И BIOS POST, и операционная система предполагают использование протокола DDC2B для обращения к монитору за данными о поддерживаемых разрешениях и интерфейсах. Для идентификации типа дисплея и его возможностей DVI использует VESA Extended Display Identification Data (EDID). Совокупность разрешений, поддерживаемых монитором, графической подсистемой компьютера и определенных пользователем, определяет используемое разрешение. Если на начальном этапе загрузки определяется подключение цифрового монитора, то активным может быть только первичный канал TMDS, вторичный канал может быть подключен только после определения графическим адаптером поддержки монитором двухканальной работы. Если подключается аналоговый монитор, то система должна рассматривать это подключение как подключение по D-Sub. Если же в процессе загрузки DVI-совместимый монитор не был найден, то включается механизм Hot Plug Detection, позволяющий системе определить факт подключения DVI-совместимого монитора. После получения события Hot Plug-In система запросит данные по протоколу DDC2B и, если потребуется, активизирует первичный канал TMDS. Кроме разрешения и частоты обновления, есть еще два параметра, влияющих на качество изображения. Это показатели гамма и масштабирование. Показатель гамма зависит от технологии дисплея и используется в DVI для компенсации различий в дисплейных технологиях. Если монитор определяется как устройство с фиксированным набором разрешений, поддерживающее более одного разрешения, то в нем должен быть реализован блок масштабирования изображения в родное разрешение.
Каналы TMDS
Для поддержки структуры данных EDID DVI должен уметь переключать число каналов, исходя только из разрешения и частоты обновления. Система должна достаточно просто определять совместимость с режимами отображения (в данном случае это совокупность разрешения и частоты обновления) монитора и сообщать результат пользователю. Минимальная частота первичного канала равна 25 МГц (640х480, 60 Гц). Для обеспечения уверенности в том, что режимы поддерживаются системой и монитором единообразно, первичный канал TMDS должен использоваться для работы с режимами, требующими от TMDS частоты вплоть до 165 МГц. Более высокие режимы должны поддерживаться уже с помощью двух каналов. В двухканальном режиме нагрузка поровну распределяется между каналами. Т.о. минимальная частота вторичного канала равна 82,5 МГц. Система должна учитывать ограничения, накладываемых как графическим адаптером, так и монитором и передатчиком TMDS, и не позволять пользователю пытаться активировать режимы, не поддерживаемые хотя бы одним их этих компонентов. Максимальная частота передачи данных в двухканальном режиме не ограничена 330 МГц (т.е. 2х165 МГц) и не задана в спецификации.
DVI-совместимые системы должны обладать как минимум одним каналом TMDS и поддерживать минимальный режим отображения. Двухканальные системы должны быть способны выполнить динамическое переключение между режимами отображения включая переключение между одно- и двухканальным режимами работы. При работе двухканальной системы в одноканальном режиме второй канал должен быть выключен. В DVI-совместимом мониторе должен быть реализован как минимум один канал TMDS. Также он должен поддерживать минимальный режим отображения. Если монитор поддерживает режимы отображения, требующие от TMDS частот более 165 МГц, в нем должен быть реализован второй канал TMDS. Двухканальные мониторы должны поддерживать динамическое переключение между различными режимами отображения включая переключение между одно- и двухканальным режимами работы.
Поддержка High Color
Реализация режимов поддержки глубины цвета более 24 бит возможна посредством использования вторичного канала. Реализация таких режимов предполагается в последующих версиях стандарта, которые не будут обладать обратной совместимостью с текущей. Цвет каждого пикселя может быть составлен из старших битов, получаемых с первичного канала, и младших битов с вторичного канала. В случае реализации старший бит данных вторичного канала должен быть смещен на 24 бита относительно данных первичного канала. Т.о. будет достигнута 48-битная глубина цвета. Система должна определять поддержку монитором глубины цвета High Color, прежде чем включить ее. Если монитор не поддерживает High Color, система должна работать в необходимом 24-битном формате.
Поддержка низкого разрешения
Низкое разрешение используется в качестве режима по умолчанию, который позволяет пользователю видеть разборчивые отображения сообщений BIOS и операционной системы (ОС) во время загрузки. Изображение не обязательно должно быть полноэкранным или центрированным. После загрузки ОС драйвер графического адаптера может переключиться в другой режим отображения. Видео-BIOS должен отвечать на все существующие вызовы VESA BIOS и прерывание за номером 10, впрочем, возможна эмуляция нужного режима аппаратным обеспечением. Индустриальным стандартом для режима 640х480 является частота обновления 60 Гц. Система должна переназначить режим 3 10-го прерывания в режим, соответствующий требуемым условиям.
EDID
DVI-совместимая система должна поддерживать структуру данных EDID. Никаких иных требований, кроме поддержки минимального разрешения, нет. Система должна считывать данные в формате EDID для определения режимов, поддерживаемых монитором. Цифровые мониторы могут использовать различные версии EDID (например, 1.2 и 2.0), поэтому системы должны поддерживать все эти версии, если необходимо поддерживать все существующие мониторы. DVI-совместимые мониторы должны обладать поддержкой структур данных EDID. Поддержку минимального разрешения не обязательно указывать в EDID, но монитор должен давать нормальное изображение. Если монитор имеет фиксированное разрешение, то бит Preferred Timing Mode должен быть установлен, а родное разрешение указано первым в списке поддерживаемых разрешений.
DDC
DDC — Display Data Channel — канал отображения данных — позволяет видеоадаптеру и монитору автоматически подстраиваться друг к другу для работы при наилучших комбинациях разрешения и частоты развертки. Для совместимости с DVI требуется поддержка спецификации DDC2B. DVI-совместимая система должна поддерживать сигнал DDC +5 В. В течение 250 мс с момента поступление сигнала DDC +5 В DVI-совместимый монитор должен быть готов передать по каналу DDC2B данные в формате EDID. DVI-совместимый монитор не может поддерживать транзакции DDC1. Питающий контакт +5 В должен обеспечивать минимум в 55 мА. Если монитор выключен, он не может выдать более 50 мА, если включен — не может выдать более 10 мА.
Показатель гамма
ЭЛТ-мониторы (и ТВ-экраны) применяют нелинейную передаточную функцию цвета, требующую предварительной коррекции входных данных для получения нормализованного изображения. Но графические данные, генерируемые компьютерно, имеют линейное цветовое пространство. Из-за того, что эти данные обычно отображаются с помощью ЭЛТ-мониторов, графическому адаптеру приходится применять функцию, известную как гамма-коррекция. Обычное значение показателя гаммы для ЭЛТ равно 2.2.
Масштабирование
Мониторы с фиксированным разрешением имеют два режима отображения: 1) отображение в родном разрешении; 2) отображение данных, масштабированных в родное разрешение монитора. Масштабирование в родное разрешение — обязанность монитора. Система должна предполагать поддержку монитором минимального разрешения, даже если это не указано в данных формата EDID. Если монитор не поддерживает необходимое разрешение, то графический адаптер может: 1) масштабировать изображение в родное разрешение монитора; 2) центрировать изображение; 3) уведомить пользователя об отсутствии поддержки монитором этого разрешения. Система может позволять пользователю выбирать, чьими силами производить масштабирование изображение: системы или монитора (если у него есть такая возможность). По умолчанию, если это возможно, изображение масштабируется монитором.
Если монитор с фиксированным разрешением поддерживает более одного разрешения, то он должен уметь масштабировать изображение в поддерживаемые разрешения. Блок масштабирования должен поддерживать все стандартные режимы в интервале от минимального до максимального из поддерживаемых монитором разрешений. Монитор должен указывать поддержку (в данных формата EDID) только тех разрешений, которые может отображать полноэкранно хотя бы по одному измерению. Если в мониторе отсутствует блок масштабирования, он должен сообщать в структуре EDID поддержку только родного разрешения, но также предоставлять разборчивое изображение в минимальном разрешении. Если DVI-совместимый монитор поддерживает только родное разрешение (как минимум в одном измерении на полный экран) и минимальное разрешение в неполноэкранном режиме, он должен сообщать в структуре данных EDID поддержку только родного разрешения. Если же минимальное разрешение поддерживается полноэкранно хотя бы в одном измерении, оно может указываться в структуре данных EDID.
Горячее подключение
Определение горячего подключения (подключения "на лету", "по-горячему") — Hot Plug Detection — HPD — системная функция, требующая соответствия индустриальным стандартам как монитора, так и системы. События горячего подключения:
— Присоединение монитора. Когда фиксируется это событие, графическая подсистема должна сгенерировать системное событие (зависит от ОС), позволяющее ОС считать данные формата EDID. Если графическая подсистема и монитор поддерживают совместимые разрешения, ОС должна включить монитор и, если необходимо, канал TMDS.
— Отсоединение монитора. Когда фиксируется это событие, графическая подсистема должна сгенерировать системное событие (зависит от ОС), уведомляющее ОС. Если используемый DVI-совместимый монитор цифровой, то графическая подсистема должна отключить передатчик TMDS в течение 1 сек. Любые специфические реакции на HPD определяются ОС. Монитор должен выдавать более +2,4 В на контакт HPD только если структура EDID готова для чтения системой. Если структура EDID не может быть считана, напряжение на контакте HPD должно быть ниже +0,4 В.
Горизонтальная и вертикальная синхронизация, флаг передачи данных
Предполагается, что цифровыми будут не только ЖК-, но и ЭЛТ-мониторы. Для обеспечения независимости от дисплейной технологии цифровая система должна отдельно кодировать в канале TMDS параметры вертикальной и горизонтальной синхронизации. Также необходимо отдельно кодировать флаг передачи данных (Data Enable — DE). Флаг DE должен показываться высоким уровнем сигнала.
Форматы данных
И система, и монитор должны поддерживать как минимум 24-битный выровненный по старшему биту формат данных RGB TFT. Этот формат данных, а также форматы данных с меньшей глубиной цвета описаны в версии 3.0 спецификации VESA EDID. Если монитор использует формат EDID 1.2, система должна предполагать поддержку им 24-битного формата. При использовании EDID более новых версий монитор должен указывать все поддерживаемые форматы, которые могут быть указаны в используемой структуре EDID.
Совместимость с другими спецификациями, основанными на TMDS
На электрическом уровне спецификация DVI основана на SiliconImage TMDS. Каждая разработка должна обеспечивать совместимость с существующими спецификациями на основе TMDS. VESA DFP и VESA P&D могут быть подсоединены к DVI через переходники. Функции других спецификаций, реализованные не через TMDS, не будут работать. DVI-совместимые системы могут быть двухканальными. Монитор, использующий отличную от DVI спецификацию, основанную на TMDS, не должен иметь возможности задействовать пропускную способность второго канала. В целях обеспечения сохранности передатчика и совместимости с P&D переходники для соединения P&D-монитора и DVI-системы должны удовлетворять указанным ранее требованиям для HPD.
Полоса пропускания интерфейса
Минимальная частота TMDS определяется, исходя из необходимости канала различать режим минимального разрешения и режим отключения канала. Т.к. минимальный режим отображения для DVI — 680х480@60 Гц (частота — 25.175 МГц), канал DVI должен выходить из активного состояния, если частота TMDS не будет превышать 22,5 МГц более одной секунды. Протокол передачи TMDS предполагает возможность передачи данных по оптическому кабелю. Оптические реализации могут считать DVI-совместимыми при условии удовлетворения требованиям по Plug&Play. Для альтернативных сред передачи данных предполагается реализация подключения через переходник.
Управление питанием цифрового монитора
В англоязычной литературе встречается наименование Digital Monitor Power Management (DMPM). Данное описание предполагает управление питанием любого монитора посредством каналов TMDS. Описание управления питанием аналоговых мониторов будет дано при описании аналоговой части DVI. Задано 6 режимов управления питанием для программируемого контроля над питанием монитора и обеспечением доступности идентификационных данных монитора. Для полноты изложения указаны режимы, обеспечиваемые посредством кнопки включения питания.
Режим включенного монитора (Monitor On Power State)
Канал TMDS активен. Передатчик TMDS запитан и активен. Приемник TMDS запитан и активен. Этот режим соответствует режиму On в Display Power Management System (DPMS). Данные EDID гарантированно доступны. Сигнал DDC +5 В в наличии, монитор выдает на него менее 10 мА.
Монитор выходит из этого режима, если:
1) канал TMDS стал неактивен;
2) пропал сигнал DDC +5 В;
3) монитор выключен кнопкой питания.
Промежуточный режим (Intermediate Power State)
Канал TMDS неактивен. Передатчик обесточен. Приемник запитан, но может быть неактивен. Передатчик должен быть способен определить факт активизации канала TMDS и перевести монитор в состояние включения. Продолжительность нахождения монитора в данном режиме определятся таймером. Данный режим близок к DPMS Suspend. Данные EDID гарантированно доступны. Сигнал DDC +5 В в наличии, монитор выдает на него менее 10 мА. Монитор выходит из этого режима, если:
1) канал TMDS стал неактивен;
2) пропал сигнал DDC +5 В;
3) монитор выключен кнопкой питания.
Активный режим выключенного монитора (Active-Off Power State)
Канал TMDS неактивен. Передатчик обесточен. Приемник запитан, но может быть неактивен. Приемник должен быть способен определить факт активизации канала TMDS и перевести монитор в состояние включения. Данный режим соответствует режиму DPMS Off (Active-Off в структуре EDID 2.0). Сигнал DDC +5 В в наличии, монитор выдает на него менее 50 мА.
Монитор выходит из этого режима, если:
1) канал TMDS стал активен;
2) пропал сигнал DDC +5 В;
3) монитор выключен кнопкой питания.
Режим выключенного монитора, невосстановимый каналом (Non-Link Recoverable Off Power State)
Канал TMDS неактивен. Передатчик обесточен. Приемник обесточен. Монитор переводится в это состояние при отсутствии сигнала DDC +5 В. Данные EDID недоступны. Из этого режима нельзя выйти посредством управления с канала TMDS. Режим соответствует DPMS Off (with No DPMS Recovery) (Active- Off в структуре EDID 2.0).
Монитор выходит из этого режима, если:
1) появился сигнал DDC +5 В;
2) монитор выключен кнопкой питания.
Режим отключенного питания (Monitor Power Switch Off Power State)
Монитор входит в этот режим только при отключении питания. Он имеет два подрежима в зависимости от наличия сигнала DDC +5 В. Данные EDID гарантированно доступны, только если этот сигнал в наличии. Монитор выходит из этого состояния только при включении питания.
Канал TMDS считается неактивным, если не происходит логических переключений DE более одной секунды. Монитор может считать канал неактивным, если частота TMDS не поддерживается монитором. DVI-совместимая система должна уметь отключать TMDS-канал для ввода монитора в режим низкого потребления. DVI-совместимый цифровой монитор обязан поддерживать два режима питания:
1) Monitor On Power State;
2) Active-Off Power State.
Если монитор поддерживает только два основных режима, то необходимо указывать в EDID только поддержку Active-Off. Если поддерживается еще Intermediate Power State, то необходимо указать поддержку Suspend в EDID. При поддержке Non-Link Recoverable Off State в EDID должна быть указана Off With DPMS Recovery. Смена режимов питания не должна превышать 5 сек.
Поддержка аналоговых устройств
Системная компонента реализации аналоговой части DVI должна удовлетворять спецификациям VESA Video Signal Standard версии 1.6, VESA Industry Standards and Guidelines for Computer Display Monitor Timings, VESA Generalized Timing Formula и VESA DPMS. И система, и монитор должны обеспечивать раздельную поддержку вертикальной и горизонтальной синхронизации.
Список сигналов разъема DVI-I
| Сигнал | Описание |
| Сигналы TMDS | |
| TMDS Clock+&- | тактование дифференциальных сигналов |
| Экран TMDS Clock | экран |
| TMDS Data0 +&- | дифференциальная пара для канала данных #0, канал TMDS #0 |
| Экран TMDS Data 0/5 | экран между каналами данных #0 и #5 |
| TMDS Data1 +&- | дифференциальная пара для канала данных #1, канал TMDS #0 |
| Экран TMDS Data 2/4 | экран между каналами данных #2 и #4 |
| TMDS Data2 +&- | дифференциальная пара для канала данных #2, канал TMDS #0 |
| Экран TMDS Data 1/3 | экран между каналами данных #1 и #3 |
| TMDS Data3 +&- | дифференциальная пара для канала данных #3, канал TMDS #1 |
| TMDS Data4 +&- | дифференциальная пара для канала данных #4, канал TMDS #1 |
| TMDS Data5 +&- | дифференциальная пара для канала данных #5, канал TMDS #1 |
| Служебные сигналы | |
| Hot Plug Detection | сигнал, передаваемый монитором и побуждающий систему определить его наличие |
| DDC Data | данные интерфейса DDC |
| DDC Clock | тактование DDC |
| Питание +5 В | сигнал +5 В, позволяющий системе побудить монитор предоставить данные EDID, когда основной контур монитора не запитан |
| Земля для +5 В | земля для +5 В DDC и сигналов вертикальной и горизонтальной синхронизации |
| Аналоговые сигналы | |
| Красный | сигнал для красного цвета |
| Зеленый | сигнал для зеленого цвета |
| Синий | сигнал для синего цвета |
| Горизонтальная синхронизация | сигнал горизонтальной синхронизации для аналогового интерфейса |
| Вертикальная синхронизация | сигнал вертикальной синхронизации для аналогового интерфейса |
| Земля | земля для цветовых сигналов |
Коротко о Transition Minimized Differential Signaling
Transition Minimized Differential Signaling — технология передачи сигнала посредством дифференциальных сигналов с уменьшенным числом переходов сигнала (из состояния 0 в состояние 1 или обратно). Данные кодируются с целью получения наиболее электрически сбалансированной последовательности бит, что позволяет достигать высоких частот. Для этого уменьшается число переходов сигнала. Передатчик (он же трансмиттер) TMDS кодирует и последовательно передает поток входных данных через канал TMDS (TMDS link) к приемнику (он же ресивер) TMDS. Входной поток содержит и служебные данные (control data, данные управления), и данные изображения (pixel data). На каждом такте передатчик кодирует или данные изображения, или служебные данные в зависимости от значения флага передачи данных. Установленный DE показывает необходимость передачи данных изображения. При передаче данных управления (изображения) данные изображения (управления) игнорируются. Приемником TMDS извлекаются из потока данные изображения (управления) только при установленном (снятом) DE. Передатчик включает в себя три одинаковых блока кодирования. Каждый из них обрабатывает один канал данных. Входной поток для каждого блока кодирования составляет 2 служебных сигнала и 8 бит данных изображения. Блок кодирования формирует 10-битную последовательность на каждый такт из служебных данных или данных изображения в зависимости от значения флага DE. Выход блока кодирования — непрерывный поток упорядоченных символов TMDS. При передаче служебных данных используются четыре различных символа TMDS, однозначно определяющих все возможные состояния двух служебных сигналов.
Процесс кодирования данных изображения состоит из двух стадий. На первой стадии формируется 9-битный код с минимизированным числом переходов. Сначала блок кодирования минимизирует в 8-битной последовательности число переходов, а потом добавляет старший бит, в котором указывается тип кодирования. Кодирование осуществляется посредством применения функций XOR или XNOR к текущему биту входа и предыдущему биту выхода. Выбор функции осуществляется с целью минимизации числа переходов. XOR выбирается, если число "1" меньше или число "0" и "1" равно, но младший бит байта — "1", иначе применяется XNOR. Младший бит сохраняется неизменным, что позволяет приемнику восстановить исходную последовательность, просто повторив преобразование. При декодировании младший бит также не изменяется.
На второй стадии 10-битный код, конечный TMDS-символ, формируется с целью уравновешивания общего электрического баланса передаваемого потока. На этой стадии в случае необходимости выполняется обращение (инвентирование) последовательности. Десятый бит указывает на наличие обращения. Обращение бит выполняется в случае значительного рассогласования потока данных, т.е. превышения одного значения бит (например, 1) над другим. Т.о. поток балансируется. Декодирование выполняется обращением 9-битной последовательности, если установлен 10-й бит.
Обозначения для блок-схемы:
| D, C0, C1, DE | Входные данные. D — байт данных изображения. С0 и С1 — служебные сигналы. DE — флаг данных изображения |
| cnt | Регистр, хранящий показатель рассогласования потока данных. Положительные значения показывают превышение "1", отрицательные — "0". Выражение cnt{t-1} возвращает показатель рассогласования предыдущего набора входных данных. Выражение cnt(t) используется для установки нового значения показателя рассогласования |
| q_out | Выходной символ TMDS |
| N1{x} | Этот оператор возвращает число "1" в x |
| N0{x} | Этот оператор возвращает число "0" в x |
Рис. 2. Блок-схема кодирования символа TMDS
Рис. 3. Блок-схема декодирования символа TMDS
Приемник должен определять границы символов в потоке данных. После определения границ символов на всех каналах данных приемник считается синхронизированным с упорядоченными потоками и может извлекать символы TMDS из каналов данных для декодирования. Поток данных должен содержать повторяющиеся сигналы для синхронизации приемника. Приемник должен синхронизироваться с потоком данных в течение периода передачи служебных сигналов продолжительностью не менее 128 символов TMDS. Во время установления синхронизации или ее отсутствия приемник не должен обновлять выходной поток. Символы, отображающие данные изображения, содержат не более 5 переходов, в то время как символы, отображающие данные управления, содержат 7 или более переходов. Символы с большим числом переходов формируют базис для синхронизации приемника. Поток символов TMDS сериализируется для передачи по каналу данных. Младший бит (q_out[0]) — первый передаваемый бит. Предельное время кодирования и сериализации и декодирования определено в соответствии с границами задержек в интерфейсе.
Рис. 4. Временные показатели обработки символов TMDS
Система обозначений:
| Обозначение | Описание | Значение | Единица |
| tB | Минимальная продолжительность периода синхронизации приемника и канала данных. Период этой продолжительности должен возникать как минимум каждые 50 мс (20 Гц) | 128 | Tpixel |
| tE | Максимальная задержка кодирования/сериализации | 64 | Tpixel |
| tR | Максимальная задержка извлечения данных/десериализациии | 64 | Tpixel |
Разъемы DVI
Разъемы DVI разработаны фирмой Molex. Существует 3 вида разъемов DVI:
1) комбинированный разъем DVI-I;
2) чисто цифровой разъем DVI-D;
3) чисто аналоговый разъем DVI-A (иногда его обозначают как DVI-V, т.е. DVI-VGA).
Механически все 3 разъема совместимы. DVI-D отличается от DVI-I отсутствием контактов аналоговой части, а DVI-A — отсутствием цифровой части. [pic]
Рис. 5. Схема комбинированного разъема DVI-I
Заключение
Спецификация DVI принята VESA как стандарт. Большие возможности цифровой части, обеспечиваемые двумя каналами TMDS, поддержка аналоговых мониторов и дешевый разъем сделали эту спецификацию достаточно успешной. На современных видеокартах встречаются 2 вида разъемов для подключения мониторов: аналоговый D-SUB и цифровой DVI. Цифровые ЭЛТ-мониторы встречаются на текущий момент редко. Да и ЖК-мониторы все еще используют аналоговый вход D-SUB, но уже нередко его дополняет цифровой DVI-D. Среди недостатков DVI необходимо, пожалуй, отметить поддержку только 24- битного цвета.
Алексей Садовский, dev@techlabs.by
Компьютерная газета. Статья была опубликована в номере 21 за 2005 год в рубрике hard :: monitor
