DVI、HDCP與HDMI數(shù)字化應(yīng)用
隨著顯示技術(shù)的發(fā)展，尤其是數(shù)字LCD、DLP及PDP等數(shù)字化產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用及數(shù)字化信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，傳統(tǒng)的VGA模擬信號(hào)已不能滿足發(fā)展的需要，越來越多的DVI（Digital Visual Interface）信號(hào)，HDCP(高帶寬數(shù)字內(nèi)容保護(hù)High-bandwidth digital content protection)信號(hào)和HDMI (High Definition Multimedia Interface)數(shù)字信號(hào)等被廣泛應(yīng)用。 本文擬就數(shù)字信號(hào)本身特點(diǎn)，目前的應(yīng)用現(xiàn)狀，當(dāng)前的技術(shù)難點(diǎn)和發(fā)展前景做簡(jiǎn)單介紹。
A， 數(shù)字信號(hào)本身特點(diǎn)
DVI信號(hào)，HDCP信號(hào)和HDMI 信號(hào)針對(duì)VGA信號(hào)而言，如果排除各種協(xié)議的話，信號(hào)通道本質(zhì)是一致的，都是DVI信號(hào)。因此先介紹DVI信號(hào)的特點(diǎn)。
在模擬顯示方式中，將待顯示的數(shù)字R.G..B信號(hào)（8bit并行信號(hào)）在顯卡中經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，傳輸后進(jìn)入顯示器，經(jīng)處理后驅(qū)動(dòng)R.G..B電子槍，顯示到熒光屏上，整個(gè)過程是模擬的。而數(shù)字顯示方式不同，模擬的R.G.B信號(hào)到達(dá)顯示設(shè)備后（LCD 或DLP，PDP等）經(jīng)過A/D處理，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，隨后由數(shù)字信號(hào)控制液晶板透射或反射光線或DMD晶片反射光線或由等離子體發(fā)光，達(dá)到顯示的效果。在這個(gè)過程中明顯地存在一個(gè)由數(shù)字→模擬→數(shù)字的轉(zhuǎn)換過程，信號(hào)損失較大（一次A/D，D/A過程將在頻譜上損失6dB，帶寬最大保留為像素時(shí)鐘的1/2），并且會(huì)存在諸如拖尾，模糊，重影等傳輸問題。 當(dāng)前帶有數(shù)字接口的計(jì)算機(jī)顯卡已經(jīng)相當(dāng)普遍，甚至筆記本電腦也配備了DVI接口，顯示設(shè)備中也是越來越多的設(shè)備帶有數(shù)字信號(hào)接口，因此數(shù)字→數(shù)字方式的應(yīng)用環(huán)境已經(jīng)成熟。
DVI原理上是將待顯示的R.G.B數(shù)字信號(hào)與H.V信號(hào)進(jìn)行組合編碼，每個(gè)像素點(diǎn)按10bit的數(shù)字信號(hào)按最小非歸零編碼方式進(jìn)行并→串轉(zhuǎn)換，把編碼后的R.G..B數(shù)字串行碼流與像素時(shí)鐘等4個(gè)信號(hào)按照平衡方式進(jìn)行傳輸，其每路碼流速率為原像素點(diǎn)時(shí)鐘的10倍，以1024×768×70的分辨率為例，碼流時(shí)鐘為70MHz×10,折合為0.7GHZ。一般DVI1.0的碼流在0.24GHZ到1.65GHZ之間。
DVI的接口定義如下圖：
DVI有DVI1.0和DVI2.0兩種標(biāo)準(zhǔn)，其中DVI1.0僅用了其中的一組信號(hào)傳輸信道，傳輸圖像的最高像素時(shí)鐘為165M（1600X1200X60，UXGA），信道中的最高信號(hào)傳輸碼流為1.65GHz。DVI2.0則用了全部的兩組信號(hào)傳輸信道，傳輸圖像的最高像素時(shí)鐘為330M，每組信道中的最高信號(hào)傳輸碼流也為1.65GHz。在顯示設(shè)備中，目前還沒有DVI2.0的應(yīng)用，因此本文所討論的DVI都是指DVI1.0標(biāo)準(zhǔn)。
DVI定義了DVI-I（Integrated）和DVI-D(Digital)兩種接口，從接口定義上可以看出，DVI-I實(shí)際上是在DVI-D的基礎(chǔ)上增加了模擬接口。我們主要介紹DVI-D接口。
HDCP 信號(hào)從接口形式，管腳定義，數(shù)據(jù)格式等都與DVI相同，只是考慮保密的原因，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了加密，要符合HDCP的協(xié)議要求。考慮到這只是協(xié)議層面的不同，我們可將此兩者等同考慮。
HDMI的英文全稱是“High Definition Multimedia Interface”，既高清晰度多媒體接口。HDMI接口可以提供高達(dá)5Gbps的數(shù)據(jù)傳輸帶寬，可以傳送無壓縮的數(shù)字音頻信號(hào)及高分辨率視頻信號(hào)。HDMI在針腳上和DVI兼容，只是采用了不同的封裝，可以看作是DVI的強(qiáng)化與延伸，兩者可以兼容。與DVI相比，HDMI可以傳輸數(shù)字音頻信號(hào)，并增加了對(duì)HDCP 的支持。HDMI支持5Gbps的數(shù)據(jù)傳輸率，最遠(yuǎn)可傳輸15米，足以應(yīng)付一個(gè)1080p的視頻和一個(gè)8聲道的音頻信號(hào)。而一個(gè)1080p的視頻和一個(gè)8聲道的音頻信號(hào)需求少于4GB/s，因此HDMI還有很大余量。此外HDMI支持EDID（擴(kuò)展顯示識(shí)別數(shù)據(jù)-Extended display identification Data），DDC（顯示數(shù)據(jù)通道-Data display channel，用以讀出EDID），因此HDMI的設(shè)備具有“即插即用”的特點(diǎn)，信號(hào)源和顯示設(shè)備之間會(huì)自動(dòng)進(jìn)行“協(xié)商”，自動(dòng)選擇最合適的視頻/音頻格式。HDMI支持RGB信號(hào)、4:4:4采樣的YCbCr信號(hào)及4:2:2采樣的YCbCr.傳輸速率最高的24位/像素。 HDMI音頻數(shù)據(jù)格式：基于DVD音頻標(biāo)準(zhǔn),HDMI支持1-8組非壓縮音頻傳輸，音頻支持48,96 or 192 kHz等多種采樣率。根據(jù)視頻格式，HDMI可以傳輸不同數(shù)量的采樣率在192KHZ的壓縮音頻。
HDMI接口的特性：
一根線纜滿足傳輸視音頻信號(hào)的需要，所有的HD信號(hào)及音頻信號(hào)在同一根線纜內(nèi)傳輸，包括5個(gè)視頻分量及多通道音頻。
HDMI接口還支持傳輸智能信息如寬高比及信號(hào)格式、控制信息等，為設(shè)備間的智能化控制提供可能。
支持HDTV 1080P及更高清晰度信號(hào)的傳輸及顯示，適應(yīng)HDTV的應(yīng)用。支持DVI1，0標(biāo)準(zhǔn)，分辨率達(dá)到UXGA。可以認(rèn)為，HDMI兼容了HDCP和DVI
DVI：僅有數(shù)字化VGA信號(hào)
HDCP：比DVI信號(hào)增加了保密協(xié)議
HDMI：VGA方面，兼容DVI，HDCP，分辨率達(dá)到UXGA。視頻方面，支持1080P并向下兼容。音頻支持各種不同類型的數(shù)字音頻。
2005年，已經(jīng)有超過250個(gè)廠商和470個(gè)不同類型的產(chǎn)品采用了HDMI接口。DVD拷貝管制協(xié)會(huì)(CCA)，美國(guó)的FCC（美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)），代表歐洲信息通信技術(shù)與消費(fèi)電子產(chǎn)業(yè)的組織EICTA等組織都規(guī)定了所有高畫質(zhì)數(shù)字電視設(shè)備(HD-STBs)必須具備HDMI-HDCP或DVI-HDCP輸出端子，計(jì)算機(jī)顯卡也將HDMI作為標(biāo)準(zhǔn)接口。所有這些規(guī)定更加強(qiáng)化了HDMI在市場(chǎng)上的地位。HDMI已經(jīng)成為事實(shí)上的數(shù)字電視和消費(fèi)電子產(chǎn)品的接口標(biāo)準(zhǔn)。
B，數(shù)字信號(hào)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)
隨著顯控工程中信號(hào)顯示設(shè)備的發(fā)展，投影機(jī)的分辨率及亮度越來越高，對(duì)信號(hào)的要求也越來越高，而傳統(tǒng)的模擬傳輸與應(yīng)用系統(tǒng)中對(duì)信號(hào)的損失很大，造成高品質(zhì)的投影設(shè)備無法顯示高質(zhì)量的圖象，形成顯示質(zhì)量的瓶頸。數(shù)字化的傳輸與應(yīng)用系統(tǒng)與模擬的技術(shù)系統(tǒng)相比有明顯的優(yōu)勢(shì)：
1.減少了模/數(shù)（A/D），數(shù)/模（D/A）轉(zhuǎn)換過程。在VGA信號(hào)的顯示過程中，筆記本的圖象質(zhì)量是最高的，CPU將要顯示的數(shù)據(jù)交給顯卡，顯卡經(jīng)過處理形成待顯示的圖形信號(hào)（8bit并行數(shù)字信號(hào)）直接驅(qū)動(dòng)LCD屏，形成筆記本的顯示，這是最“原裝”的信號(hào)，未經(jīng)任何處理和損失。將圖形信號(hào)（數(shù)字）經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換后，形成RGBHV（VGA）信號(hào)，此時(shí)的信號(hào)經(jīng)過了D/A轉(zhuǎn)換，造成了如帶寬、信噪比等方面的損失。傳輸?shù)竭_(dá)顯示設(shè)備時(shí)還需經(jīng)過A/D過程，重新生成數(shù)字信號(hào)，驅(qū)動(dòng)LCD等設(shè)備，又造成了A/D過程的損失。將圖形信號(hào)（數(shù)字）經(jīng)過并/串轉(zhuǎn)換，形成DVI信號(hào)，是未經(jīng)損失的，通過DVI傳輸?shù)竭_(dá)顯示設(shè)備時(shí)只需再經(jīng)串/并轉(zhuǎn)換，可直接驅(qū)動(dòng)LCD等設(shè)備，這個(gè)過程中未經(jīng)過A/D、D/A過程，也未造成信號(hào)損失。
2. 減少了信號(hào)在傳輸過程中的損失。以前，有拙文分析過,模擬信號(hào)在傳輸中，由于傳輸系統(tǒng)的幅頻持性和群延時(shí)持性，高低頻干擾，電源地線干擾及反射等影響，信號(hào)損失嚴(yán)重，工程中解決和處理以上問題的難度很大，有些甚至是無法解決的。但數(shù)字信號(hào)就不存在這些問題，數(shù)字傳輸?shù)淖畲髢?yōu)點(diǎn)在于抗干擾能力強(qiáng)及可重建再生，簡(jiǎn)單地講，就是只要保證傳輸過程中，“0”、“1”沒有發(fā)生錯(cuò)誤，收端的信號(hào)就是正確的和無損的，很多在模擬傳輸中難解決的問題在數(shù)字化的傳輸過程中不存在這種“概念”，是從根本上解決的方案，可保證到達(dá)投影設(shè)備的信號(hào)與筆記本屏的信號(hào)一樣，可完全發(fā)揮顯示設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)，明顯提高了整個(gè)系統(tǒng)的顯示質(zhì)量。
由于無需在信號(hào)傳送前進(jìn)行數(shù)/模或者模/數(shù)轉(zhuǎn)換，可以保證最高質(zhì)量的影音信號(hào)傳送。
3.有利于信號(hào)系統(tǒng)的統(tǒng)一。HDMI技術(shù)是將數(shù)字化的視頻（Video）信號(hào)、音頻（Audio）信號(hào)和VGA信號(hào)三者合并為同一接口,以同一標(biāo)準(zhǔn)覆蓋，以解決原來不同的信號(hào)、不同的接口、不同的標(biāo)準(zhǔn)造成的應(yīng)用不便。以前在工程設(shè)計(jì)中，存在著視頻，音頻和VGA信號(hào)，有時(shí)也有DVI信號(hào)，信號(hào)不統(tǒng)一，傳輸通道不統(tǒng)一，接口不統(tǒng)一， 選用設(shè)備不統(tǒng)一，工程中造成很大麻煩。要對(duì)三種信號(hào)應(yīng)用情況分別進(jìn)行設(shè)計(jì)和考慮，從設(shè)備選型、電纜選擇，可能會(huì)出現(xiàn)的不同類型干擾，衰減等方面，總之，要考慮三類問題。但應(yīng)用數(shù)字方式后，可將這三類問題合并為一個(gè)問題 ，就有可能僅用一種統(tǒng)一的設(shè)備解決所有問題 。試想，將來的某一天，在工程應(yīng)用中不用再考慮視頻有多少路，該選用多大的矩陣，不用再考慮有幾路音頻，如何去選用音頻設(shè)備，有多少VGA信號(hào)，要傳輸多遠(yuǎn)，會(huì)出什么樣的干擾，衰減等等。只是單一地考慮有多少路HDMI信號(hào)（其傳輸距離是有標(biāo)準(zhǔn)可查的），只需考慮距離有多遠(yuǎn) ，選電纜傳輸還是用網(wǎng)線合算，或是用光纖更好。顯示設(shè)備只要將信號(hào)接到設(shè)備的HDMI接口就OK了。家庭應(yīng)用要實(shí)現(xiàn)這一步較容易，電視（尤其是平板電視）已經(jīng)具有HDMI接口，只需“傻瓜”的一接就行。但工程應(yīng)用沒有那么快，還是要逐步走向數(shù)字化應(yīng)用的。
C． 當(dāng)前的技術(shù)和設(shè)備水平及主要問題
1. 數(shù)字矩陣規(guī)模較小。北京利國(guó)公司在國(guó)際上分別率先推出8X8，16X16的數(shù)字矩陣，目前國(guó)際上的水平也就如此。有18X18的矩陣的報(bào)道。預(yù)計(jì)今年中，北京利國(guó)公司會(huì)推出32X32的數(shù)字矩陣。但從實(shí)際工程需要上講，數(shù)字矩陣規(guī)模依然較小，大系統(tǒng)應(yīng)用有問題。
2. 傳輸問題基本解決。除電纜傳輸方式外，網(wǎng)線傳輸和光纖傳輸設(shè)備已經(jīng)成熟，并在實(shí)際工程中大量應(yīng)用。國(guó)內(nèi)主要還是使用電纜方式多一些，光纖設(shè)備也有應(yīng)用，但我們已大量出口網(wǎng)線產(chǎn)品，預(yù)計(jì)國(guó)內(nèi)的網(wǎng)線數(shù)字傳輸也會(huì)隨后。
3. 轉(zhuǎn)換問題。新的媒體出現(xiàn)后，除了本身的應(yīng)用外，還存在著與傳統(tǒng)媒體之間的轉(zhuǎn)換問題。目前，DVI與VGA信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換設(shè)備已很成熟，滿足使用要求。視頻方面，類似SDI到HDMI的轉(zhuǎn)換都可以完成，但因?yàn)镠DMI的保密問題，不允許將HDMI信號(hào)解成明碼，因此HDMI轉(zhuǎn)為其它類型的信號(hào)有技術(shù)壁壘，限制了應(yīng)用。
4. 目前，HDMI技術(shù)入門費(fèi)用頗高，僅入會(huì)年費(fèi)就為US$15,000，HDCP的年費(fèi)也為US$15,000，并且在銷售產(chǎn)品時(shí)仍需繳納每臺(tái)US$0.05到US$0.15的版稅，HDMI兼容性測(cè)試費(fèi)用 從US$11,000起步，到 US$50,000，US$80,000也很正常，且時(shí)間很長(zhǎng)。真所謂“最黑的是定標(biāo)準(zhǔn)的”，日后是否會(huì)出DVD式的專利爭(zhēng)議，不得而知。目前PC機(jī)廠商方面出HDMI顯卡的很少，估計(jì)與此相關(guān)。
依本人拙見，當(dāng)前數(shù)字化，數(shù)字高清的現(xiàn)狀應(yīng)該是：
1. 技術(shù)先進(jìn)，使用方便，應(yīng)用前景廣闊
2. 目前成本較高，但下降速度很快，甚至比模擬方式要便宜。
3. 工程方面，DVI方式可能更快地被應(yīng)用，但HDMI會(huì)比DVI更靈活。
4. 技術(shù)水平，國(guó)內(nèi)不比國(guó)外差，有些方面比國(guó)外的發(fā)展更快，至少是在同一起跑線上。
5. 有一定的技術(shù)難度和技術(shù)壁壘，入門成本較高。
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