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视频与影像技术之DVI接口
2014-7-16
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1.概述

    DVI是Digital Visual Interface的简称,它是1999年由Silicon Image、Intel(英特尔)、Compaq(康柏)、IBM、HP(惠普)、NEC、Fujitsu(富士通)等公司共同组成的Digital Display Working Group(数字显示工作组)DDWG推出的接口标准。和VGA接口一样,DVI接口也是为计算机与外设和各种图像处理设备之间的视频传输而制定的外部工业接口标准。DDWG组织在制定DVI标准时,考虑到在DVI接口的普及期间会出现数字和模拟共存的局面,为了减少用户在工程布线或使用上的麻烦,因此把VGA线和数字DVI线整合在一根电缆里,如果用户终端为模拟VGA接口,则通过DVI-I转VGA转接头进行连接,如果用户终端为数字DVI-D接口,则通过DVI-I转DVI-D转接头进行连接,当然这种转接的前提条件是信号源是真正意义上的DVI-I输出(即同时输出模拟和数字信号)。
    DDWG组织在制定DVI标准时,其目的仅是为了使用数字传输接口取代之前使用模拟传输的VGA接口,因此在传输距离方面仅规定了5米,因而在音频方面更是没有任何考虑(这也是后来HDMI接口乘虚而入的一个原因)。不过抛开后来因此技术发展导致的原因,当从制定标准的目标来说,DVI标准还是非常成功的,尤其是在图像显示速度方面,由于DVI传输的是原始数字信号,数字图像信息不需经过任何转换,就会直接被传送到显示设备上,因此减少了因为使用VGA接口而产生的数字→模拟→数字繁琐的转换过程,大大节省了屏幕的响应时间,同时因为传输的是原始数字信号,因此从根本上消除因为信号传输和采样产生的拖影和重影现象,由于信号没有衰减,因此显示的图像色彩更纯净更逼真。 

2.信号 

    标准的DVI接口为24针连接器,DDWG组织在制定标准时考虑到了技术的升级和发展,因此制定了单链和双链两种信号链路。在单链DVI接口中,使用3对差分线分别传输经过NRZ编码处理过的串行R\G\B信号,同时再单独使用1对差分线传输基带时钟信号,在这种情况下,每个数据通道的数据速率为250M~1650M,最高分辨可达1920*1200*60Hz。对于DVI接口来说,如果需要传输更高的分辨率,则必须使用双链DVI接口。在双链DVI接口中,时钟传输方式不变,仍然单独使用1对差分线进行传输;但是在数据通道方面则增加了一倍使用6对差分线进行传输。在这6对差分线中分别使用2对传输一个图像通道,而对于同一路图像数据来说,则是采用了DDR的原理,用一个通道传输图像的奇数数据,同时用另外一个通道传输图像的偶数数据,并由时钟的上升沿和下降沿来实现奇偶数据采样。
     单链DVI接口的标准名称为单链DVI-D,由于只用了18个信号引脚和一个屏蔽引脚,因此又称为18+1。同理双链DVI接口的标准名称为双链DVI-D,由于用了24个信号引脚和一个屏蔽引脚,因此又称为24+1。另外DDWG组织还定义了一种用于DVI和VGA共存的过渡型接口DVI-I,在这种接口中,DDWG组织另外定义了4根信号用来传输VGA信号中的RGB和H信号,而VGA信号中的V信号则通过DVI-D接口中的第8脚进行传输。同样道理,根据DVID-I接口中DVI信号的分类,DVI-I也有单链DVI-I接口(又称为18+5)和双链DVI-I接口(又称为24+5)之分。
    在DVI连接器家族中,还有一种叫DVI-A的特殊连接器,这种连接器的一端是DVI-I接口,另外一端是VGA接口,很多人根据其外形特点又把它称为DVI转VGA转换头。由于这种转接头是把DVI-I中传输VGA信号中的RGBHV等线重新封装为VGA接口,因此从本质上讲,这任然是模拟VGA传输。因此这种转接头并没有把数字DVI信号转换为模拟VGA信号的能力。也许有人会说“我确实就使用了一个DVI-A的转接头就把我只有DVI输出的显卡点亮了我的VGA显示器啊”。其实这种说法肯定是正确的,因为他的显卡输出是标准的DVI-I接口,其实际的信号仍然是VGA传输,而与数字DVI信号一点都不搭边。
    在DVI接口中,处理图像数据通道外还有2个重要的信号,即热插拔HPD信号和DDC通道的SDA和SCL信号。其中DDC通道的SDA和SCL信号和VGA接口完全相同。而热插拔HPD信号则是DVI接口新增加的。由于DVI信号在传输时的速率非常高,如果DVI端口没有连接任何负载是还在不停地向外发送数据,这将是一个非常严重的干扰源,为了降低空载情况下DVI接口对其他设备的影响,DDWG组织规定DVI接口在移除负载后必须关闭信号输出。而DVI接口中的热插拔HPD信号就是用来检测负载的连接和移除事件的。

3.引脚定义

 


4.接口外形图 

    对于DVI插座来说,只有DVI-D和DVI-I之分,而对于连接线来说才有18+1/18+5和24+1/24+5之分。各种插座和插头见下图:

                                                                 单链DVI-I接口

        
                                    双链DVI-I接口

  
                                                                 单链DVI-D接口

                                                                 双链DVI-D接口

                                                                  DVI-A接口

 

5.应用

    通过近几年的发展,DVI接口已经被广泛使用在计算机显卡、图形采集卡、液晶/LED显示器、高清电视机、投影机以及分配器、转换器、矩阵等各种计算机图形信号处理设备中。虽然现在的上述设备中还保留有VGA接口,但这确有回光返照之嫌,特别是CRT显示器、CRT电视机退出历史舞台之后,VGA接口更是强弩之末,特别是随着HDMI和DisplayPort接口的推出和液晶屏的普及,VGA接口退出历史舞台也将只是时间性的问题。另外在目前的图形处理和显示设备中,只有计算机显卡和会议终端支持DVI-I输出,而其他像分配器、转换器、矩阵等设备,其输出均只支持DVI-D,即使其接口焊接了DVI-I也不过是为了方便用户连接,而其信号层面也仅支持DVI-D信号。

6.使用误区

    ·传输距离短——DDWG组织在制定DVI标准时,确实只规定为5米,这与实际应用中需要的距离相比确实比较短,但是在DVI产品问世后,很多器件厂商就已经意识到了这个问题,于是很多器件都增加了电缆均衡功能,使DVI信号在单链传输1920*1200*60分辨率率的情况下,都能达到15米。特别是近年来业界推出电缆均衡器件后,更使DVI信号在单链传输1920*1200*60分辨率率的情况下,都能达到50米的距离,在同等分辨率的情况下,VGA信号在传输了这么长的距离后还能如此高的画质是几乎不可能的。 
    ·DVI输出驱动能力弱不能接长电缆——这是一个工程中比较常见的现象,即使是一些在AV行业干了多年的技术人员,在不了解DVI延长器工作原理的情况下,也会出现这样的认识误区。从目前所有的DVI延长器件来将,都是使用均衡技术来实现信号的提升。由于所有材质的电缆对信号的高频分量来说都是呈容性阻抗,因此DVI信号在经过电缆传输后,其高频分量损失非常严重。所谓均衡技术就是在信号的接收端把收到的DVI信号进行高频提升到一定的幅度,以此来补偿电缆的损耗,从而达到延长电缆的目的。与均衡相对应的是预加重技术,该技术是在信号的发送端先对信号的高频分量进行提升,待信号通过电缆传输后,使接收端接收到的信号中的高频分量达到正常值来实现电缆延长的目的。然而在实际使用中,由于使用电缆的介质和长度的不确定性而无法实现对输出信号中高频分量的动态控制,因此DVI延长器件都是使用均衡技术。由此可以确定,对于所有DVI设备来所,其输出的驱动能力都是一样的,能否接长电缆与输出设备无关,而是要看后级设备的输入是否带均衡功能,如果带则可以接长电缆,如果不带则只能接短电缆。 
    ·设备不稳定或兼容性不好,信号时有时无——出现这种情况很多时候是由前级设备没有被正确使用引起的。特别是对于早期的多接口计算机显卡,用户在接了多个显示屏时,很多时候需要用户设置后才会有信号输出,否则后接上的DVI输出口将会无信号输出。另外还有个别的显卡驱动程序有BUG,当DVI接口的电缆掉线再接上后,DVI输出口不再有信号输出,用户需要重新设置输出分辨率后才会有输出,这在早期ATI显卡上比较常见。最后还有一种情况就是由于DVI口没有作为主显示端口而导致输出的分辨率超过了DVI口设备的处理能力而导致DVI口设备工作不正常。

 

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