- DVI概述及工作原理
- DVI接口在數(shù)字電視中的應(yīng)用
- 數(shù)字電視DVI接口的EDID開發(fā)
- 數(shù)字電視中DVI接口的HDCP研究
數(shù)字視頻接口接收的是經(jīng)過一定處理(壓縮或不壓縮)的數(shù)字信號,不論從信號質(zhì)量還是后處理考慮,都有利于提高整個接收機(jī)系統(tǒng)的性能。DVI(DigitalVisualInterface,數(shù)字視頻接口)是目前廣泛應(yīng)用的一種數(shù)字視頻接口,起初主要應(yīng)用于PC行業(yè)。DVI支持單像素RGB的24bit數(shù)據(jù),傳輸?shù)臄?shù)字信號沒有經(jīng)過壓縮,單連接的傳輸速率可達(dá)4.9Gbps,對數(shù)據(jù)傳輸速率是1.78Gbps的1080i數(shù)字高清晰電視可達(dá)到較好的保真度,特別是在LCD、DLP等顯示設(shè)備中,不需要任何D/A轉(zhuǎn)換和處理,減少了信號損失,可以應(yīng)用到數(shù)字電視、平板電視等產(chǎn)品當(dāng)中。
DVI概述及工作原理
DVI是由DDWG(DigitalDisplayworkingGroup,數(shù)字顯示工作組)發(fā)明的一種高速傳輸數(shù)字信號的技術(shù),有DVI-D和DVI-I兩種不同的接口形式。DVI-D只有數(shù)字接口,DVI-I有數(shù)字和模擬接口,目前應(yīng)用主要以DVI-D為主。
DVI是基于TMDS(TransitionMinimizedDifferentialSignaling,轉(zhuǎn)換最小差分信號)技術(shù)來傳輸數(shù)字信號,TMDS運(yùn)用先進(jìn)的編碼算法把8bit數(shù)據(jù)(R、G、B中的每路基色信號)通過最小轉(zhuǎn)換編碼為10bit數(shù)據(jù)(包含行場同步信息、時鐘信息、數(shù)據(jù)DE、糾錯等),經(jīng)過DC平衡后,采用差分信號傳輸數(shù)據(jù),它和LVDS、TTL相比有較好的電磁兼容性能,可以用低成本的專用電纜實現(xiàn)長距離、高質(zhì)量的數(shù)字信號傳輸。TMDS技術(shù)的連接傳輸結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1TMDS連接傳輸結(jié)構(gòu)
DVI數(shù)字信號傳輸有單連接(SingleLink)和雙連接(DualLink)兩種方式,對于單連接,僅用圖1所示的1/2、9/10、17/18腳傳輸,它的傳輸速率可達(dá)4.9Gbps,雙連接可達(dá)9.9Gbps。
DVI接口在數(shù)字電視中的應(yīng)用
●基本方案論證分析
數(shù)字電視機(jī)為達(dá)到高清晰度顯示要求,掃描一般采用
圖2DVI接口原理框圖
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由原理圖看,數(shù)字電視增加DVI接口比較簡單,從硬件電路考慮,一是在接口處增加DVI解碼部分,二是在后端提供一個數(shù)據(jù)通道,如果電視原有方案中具有A/D轉(zhuǎn)換和相應(yīng)的后級數(shù)據(jù)處理通道,那么DVI接口解碼輸出的數(shù)據(jù)可以與它共用,因為在數(shù)字信號格式一定的情況下,其碼率、行頻、場頻、時鐘是一致的。
在實際研究開發(fā)中,需要特別注意DVI解碼輸出數(shù)據(jù)信號、A/D轉(zhuǎn)換輸出數(shù)據(jù)信號的隔離和避免前端通道相互干擾。由于兩組通道的共用,相當(dāng)于延長了數(shù)字輸出引腳的信號線長度,因此對于長距離的數(shù)字信號印制線,有必要在其特征阻抗處將其中斷,以避免數(shù)字信號的過沖、欠沖和振鈴,通常情況下在數(shù)據(jù)線上串聯(lián)幾十歐姆的電阻。同時對于輸出驅(qū)動來說,需要最大限度地減小數(shù)字輸出引腳的容性載荷,但是在信號布線階段,一般不能精確計算容性負(fù)載,為方便系統(tǒng)調(diào)試,應(yīng)考慮在數(shù)據(jù)信號線、行場同步信號線、時鐘信號線到地并聯(lián)電容,根據(jù)PCB材料、信號長度不同,電容值一般在幾十pF即可,這樣就可達(dá)到通道負(fù)載平衡、數(shù)據(jù)上升沿、下降沿和相位的一致,減少數(shù)字噪聲干擾和抖動。
數(shù)字電視DVI接口性能測試時,誤碼率指標(biāo)應(yīng)達(dá)到10-9,即10億bit允許出現(xiàn)一個誤碼,因此在性能測試時必須保證一定的測試時間
圖3DVI接口系統(tǒng)工作流程
對于DVI接口在數(shù)字電視、平板電視上的應(yīng)用研究,更為關(guān)鍵的是EDID(ExtendedDisplayIdentificationDATA,即擴(kuò)展顯示識別數(shù)據(jù))編程,HDCP(High-bandwidthDigitalContentProtection)功能的實現(xiàn)。這些對于數(shù)字電視來說都是全新應(yīng)用,只有EDID和HDCP在數(shù)字電視上實現(xiàn)后,DVI接口才是真正的數(shù)字電視接口。
●數(shù)字電視DVI接口的EDID開發(fā)
EDID是為PC顯示器設(shè)置的優(yōu)化顯示格式數(shù)據(jù)規(guī)范,存儲在顯示器中專用的1Kb的EEROM存儲器中(即EDID數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是128Byte),DVI接口應(yīng)用在數(shù)字電視上時,同樣應(yīng)該遵從此規(guī)范。
PC主機(jī)和顯示器通過DDC數(shù)據(jù)線訪問存儲器中數(shù)據(jù),以確定顯示器的顯示屬性(如分辨率、縱橫比等)信息,在數(shù)字電視上,也應(yīng)該用DVI接口的DDC數(shù)據(jù)線訪問EDID存儲器,以確定數(shù)字電視的相關(guān)顯示屬性,關(guān)鍵是128Byte是PC顯示器的標(biāo)準(zhǔn),已不能滿足數(shù)字電視視頻標(biāo)準(zhǔn)的要求,因此需要對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行擴(kuò)展,由于EDID標(biāo)準(zhǔn)并沒有相應(yīng)的規(guī)范,研究中按照EIA/CEA-861-B標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對EDID數(shù)據(jù)進(jìn)行編程。
圖4PC的EDID數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)示意圖[page]
DVI接口在數(shù)字電視中的EDID數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),與PC顯示器的最大區(qū)別是編程數(shù)據(jù)可以是128Byte的倍數(shù),它不僅規(guī)定數(shù)字電視顯示的PC格式,也規(guī)定數(shù)字視頻信號和數(shù)字音頻信號,基本的128Byte以外的數(shù)據(jù)都是附加數(shù)據(jù),在基本數(shù)據(jù)的第127個字節(jié)定義EDID的附加數(shù)據(jù)塊數(shù)量。在EDID數(shù)據(jù)編程中,根據(jù)數(shù)字電視的顯示屬性要求,有兩個關(guān)鍵環(huán)節(jié)必須注意:第一,如果數(shù)字電視的顯示是固定格式,則在首選TimingMode字節(jié)中必須選擇相應(yīng)的定義;第二,數(shù)字電視的標(biāo)準(zhǔn)顯示屬性應(yīng)在第一段詳細(xì)TimingMode字節(jié)中完成數(shù)據(jù)編程。
研究開發(fā)中,注意到DDC2B只能適用于DVI1.0標(biāo)準(zhǔn)的EDID讀取,因為它不能讀取附加的128字節(jié)的數(shù)據(jù)。因此,對于應(yīng)用DVI接口到數(shù)字電視中,因為有CEA的數(shù)據(jù)在附加數(shù)據(jù)塊里,信號源必須滿足E-DDC標(biāo)準(zhǔn),才能讀取EDID數(shù)據(jù)。
●數(shù)字電視中DVI接口的HDCP研究
HDCP(High-bandwidthDigitalContentprotection)系統(tǒng)是DVI接口中,在發(fā)送設(shè)備(即主機(jī))和接收設(shè)備間保護(hù)數(shù)字信號正常合法傳輸,防止非法接收的一種加密系統(tǒng),在這一系統(tǒng)中最多允許7層視頻轉(zhuǎn)發(fā)器和128臺設(shè)備共享同一主DVI接口輸出的數(shù)字信號,HDCP系統(tǒng)連接的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖5所示。
圖5HDCP系統(tǒng)連接拓樸結(jié)構(gòu)圖
HDCP主要有三個組成部分:第一部分是鑒定協(xié)議,確認(rèn)接收者的合法性。發(fā)送方與接收方進(jìn)行信息交換,接收方將KEY傳給發(fā)送方,發(fā)送方驗證并用此產(chǎn)生公共密鑰,通過公共密鑰作為均衡KEY混入授權(quán)證實序列中,用于加密內(nèi)容的解密,授權(quán)確認(rèn)完成;HDCP密鑰一般有專門的EEPROM存儲,目前多數(shù)整機(jī)產(chǎn)品可通過處理芯片內(nèi)部EEPROM中預(yù)編程得到HDCP密鑰,通過這種方式密鑰保護(hù)可達(dá)到HDCP規(guī)范要求的高級別,出于保密原因,密鑰不能從IC里讀出。第二,一旦確認(rèn),發(fā)送方將加密內(nèi)容以雙方都知道的解密方式傳給接收方;第三,當(dāng)非授權(quán)設(shè)備接收時,通過發(fā)送方的檢測,將中斷內(nèi)容傳送。
HDCP具體工作過程:首先由主機(jī)發(fā)送密鑰選擇導(dǎo)引序列(AKSV)和64bit偽隨機(jī)序列(An)到接收方,接收方回傳密鑰選擇導(dǎo)引序列(BKSV)和轉(zhuǎn)發(fā)器位(REPEAT-bit)(如是轉(zhuǎn)發(fā)器用以表示身份),發(fā)送方確認(rèn)BKSV是否已被廢除和是否包含20個1和20個0;如果雙方的設(shè)備密鑰和KSV有效,則計算產(chǎn)生一個56bit的公共密鑰Km和Km`,然后可產(chǎn)生KS、KS`(傳輸密鑰)、M0、MO`(64bit后續(xù)驗證用追加初始序列)、RO、R0`(16bit指示驗證成功,它必須在AKSV發(fā)送后100ms內(nèi)傳回發(fā)送方;驗證成功后R01和R0相等;每128幀修正一次,每2s回傳一次)。因此當(dāng)DVI接口中斷傳輸2s以上,或是非授權(quán)設(shè)備接收時,主機(jī)將停止傳輸內(nèi)容,以達(dá)到保護(hù)傳輸內(nèi)容的目的。HDCP鑒定處理過程如圖6所示。
圖6HDCP鑒定處理過程圖
HDCP功能對于數(shù)字電視有一定局限性。對于設(shè)計完善的功能電路,如果A/D轉(zhuǎn)換器、TMDS解碼處理器不工作時,一般都具備PowerDown功能,一方面降低系統(tǒng)功耗,另一方面減少高速信號的數(shù)字干擾。但由于DVI接口的HDCP功能在連接初期識別正常后,每2秒鐘要進(jìn)行一次相互認(rèn)證,以確保連接的始終是合格授權(quán)接收設(shè)備,這時TMDS解碼處理器就必須一直處于PowerOn狀態(tài),此時將引起上面提到的兩點(diǎn)性能的惡化。如何處理這種矛盾,需要兼顧系統(tǒng)性能和接口標(biāo)準(zhǔn)的適應(yīng)性。
另外,從接收設(shè)備實際使用的角度看,HDCP的上述認(rèn)證系統(tǒng)有一定的缺陷,使用中從DVI接口模式切換到其他接口模式,TMDS解碼處理器被PowerDown,HDCP識別將終止,中斷信號傳輸,意味著本次連接結(jié)束,然后顯示設(shè)備重新切換進(jìn)入DVI接口模式,此時需要HDCP重新識別,則要求發(fā)送設(shè)備也要重新啟動,增加了使用的復(fù)雜性。
在應(yīng)用研究中,針對HDCP在數(shù)字電視中的適應(yīng)性問題,提出了兩種方案。
修改HDCP規(guī)范。一種方法是:取消2秒鐘一次的識別,即初次識別正常即可,為防止將數(shù)字信號輸出連接到其他非法設(shè)備上,此時可通過檢測HPD(熱插拔檢測)判斷是否為授權(quán)設(shè)備,一旦檢測到HPD為低電平,認(rèn)為此時物理連接中斷,可馬上終止信號輸出。第二種是:接收器在PowerDown時,向發(fā)送設(shè)備隨機(jī)傳送一組要求暫時終止傳輸?shù)奶厥饩幋a,當(dāng)接收器重新PowerOn時,再傳一次此特殊編碼,發(fā)送設(shè)備驗證后即可重新開始傳輸數(shù)字信號。以上作為以后修改規(guī)范時的建議提出。
芯片設(shè)計時,考慮在芯片內(nèi)部將HDCP處理系統(tǒng)和TMDS解碼處理系統(tǒng)合理處理,解碼器PowerDown時,HDCP也能正常工作。
DVI應(yīng)用于數(shù)字電視是提高電視清晰度的方法之一,只要方案設(shè)計合理,EDID和HDCP按照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行開發(fā)擴(kuò)展,那么DVI接口和數(shù)字電視的結(jié)合是可行和有效的。