On-Line Библиотека www.XServer.ru - учебники, книги, статьи, документация, нормативная литература.
       Главная         В избранное         Контакты        Карта сайта   
    Навигация XServer.ru


Клички для кошек zooclub.ru.




 

Цифровой Визуальный Интерфейс (Digital Visual Interface)

Войтюк Владислав aka Vlad Tepes

        2 апреля 1999 года группа разработчиков, известная как Digital Display Working Group Promoters, включающая такие компании как Intel, IBM, NEC, Hewlett-Packard, Compaq и Silicon Image, опубликовали спецификацию Digital Visual Interface Revision 1.0.

        Основной задачей этой группы было создание стандарта передачи данных между компьютером и устройством визуализации с помощью цифровых сигналов. Если вспомнить историю, то мы увидим, что цифровая передача сигналов между компьютером и дисплеем уже использовалась в видеоадаптерах EGA. Согласно этому стандарту цифровой двоичный сигнал передаётся по 6 линиям, что позволяет отобразить на экране целых 64 цвета :).

        А спустя несколько лет в технологии видеоадаптеров произошла революция - в видеоадаптере VGA применили аналоговые сигналы (уровень напряжения на каждой линии отвечал за интенсивность соответственно красного, зеленого и синего цветов), что позволило создать дисплеи, способные отображать любое количество цветов, которое было ограничено только возможностями видеоадаптера. И вот эта удачная для своего времени технология дефакто стала стандартом более чем на 12 лет. Однако к настоящему времени в силу ряда причин, которые будут описаны ниже, эта технология перестала удовлетворять запросам потребителей. Поэтому разработчики стали искать новые решения, из которых наиболее перспективным оказался Digital Video Interface (Цифровой Визуальный Интерфейс).

        Digital Video Interface (здесь и далее DVI) - это спецификация на стандарт высокоскоростной передачи графической информации, не зависящая от способа вывода информации. В основном это спецификация соединения между компьютером и дисплеем, удовлетворяющая текущим требованиям индустрии ПК и пригодная к применению во всех сегментах рынка (рабочие станции, настольные ПК, портативные ПК и т.д.)

        В основе спецификации DVI лежит технология передачи минимизированных дифференциальных сигналов (T.M.D.S.) которая будет описана далее.

    Спецификация DVI обеспечивает
  • 1. Передачу информации от источника к потребителю без потерь
  • 2. Независимость от типа дисплея
  • 3. Поддержку спецификаций Plug and play, EDID и DDC2B
  • 4. Поддержку цифровой и аналоговой передачи данных на одном соединении.

        На спецификацию DVI повлияли требования рынка ПК. Так для этой спецификации были разработаны два типа соединений - чисто цифровое и комбинированное аналого-цифровое. Совмещение аналогового и цифрового интерфейсов позволяет использовать подключать дисплей к DVI разъему независимо от типа этого дисплея.

        Чисто цифровой DVI разъём спроектирован таким образом, чтобы сосуществовать со стандартным разъёмом VGA. Разработка комбинированных и чисто цифровых соединений ведётся для удаления устаревшего разъёма VGA, так как рынок уже давно ожидает удаления этого устаревшего разъёма.



Рис. 1. Чисто цифровой DVI разъем на карте



Рис. 2. Комбинированный цифро-аналоговый DVI разъем на карте



Рис. 3. Чисто цифровой DVI разъем на кабеле



Риc. 4. Комбинированный цифро-аналоговый DVI разъем на кабеле

        Требования к полосе пропускания определяются технологией. Например, уменьшение времени обратного хода луча в ЭЛТ мониторе приводит к потребности в увеличении пропускной способности. А с учетом развития технологий в современных мониторах и физического ограничения на пропускную способность соединительных кабелей следует ожидать, что в будущем по каналам соединения между компьютером и монитором будет передаваться только изменённая часть изображения. Но в данный момент это крайне далекая перспектива.

        Попробуем оценить, какие же реальные полосы пропускания требуются для мониторов в различных режимах (значения в таблице достаточно условные).



Частота / Разрешение 640x480 800x600 1024x768 1280x1024 1600x1200 2048x1536

60 Гц

25МГц

39.3 МГц

64.4 МГц

107.3 МГц

157.3 МГц

257.6 МГц

75 Гц

31.5МГц

49.2 МГц

80.5 МГц

134.2 МГц

196.5 МГц

322 МГц

85 Гц

35.6МГц

55.7 МГц

91.25 МГц

152 МГц

222.7 МГц

-

100 Гц

42 МГц

65.5 МГц

107.3 МГц

179 МГц

262 МГц

-

120 Гц

50.3 МГц

78.6 МГц

128.8 МГц

214.7 МГц

314.5 МГц

-

150 Гц

63 МГц

98.3 МГц

161 МГц

268.4 МГц

-

-

160 Гц

67.1 МГц

105 МГц

171.7 МГц

286.3 МГц

-

-



      Оценить требуемую полосу пропускания можно по формуле:

Bandwidth = 1.05 * Y * 1.3 * X * R

      Где : Bandwidth - полоса пропускания монитора,
X - разрешение по горизонтали,
Y - разрешение по вертикали,
R - частота регенерации,
1.3 - коэффициент, характеризующий соотношение времен обратного и прямого хода луча,
1.05 - дополнительный поправочный коэффициент.

        При этом следует учесть, что при таком подсчете все три канала передают R- G- и B- пелы (т.е. значения составляющих цветов в RGB) одновременно. Исходя из того, что ширина полосы пропускания, измеряемая в пикселах в секунду может быть переведена в биты в секунду и сравнив формулу для полосы пропускания и протокол T.M.D.S. который будет описан ниже можно обнаружить, что количество пикселей в секунду равно частоте одного канала T.M.D.S.


        Предполагается, что в будущем задача регенерации изображения будет полностью переложена на монитор. В монитор будет посылаться только информация об изменении изображения, для чего в монитор будет встроена собственная видеопамять. Спецификация DVI изначально проектировалась с расчетом на такую перспективу и не создает препятствий для ее реализации.

        Рассмотрим теперь основу стандарта DVI - передачу минимизированных дифференциальных сигналов (T.M.D.S.) - с точки зрения электрического соединения.

        Канал T.M.D.S. используется для пересылки графической информации в монитор. Минимизация осуществляется с помощью специального алгоритма кодирования превращающего 8 бит данных в 10-битный минимизированный для передачи 'DC балансированный' символ (вот такая вот странная минимизация :) ). На самом же деле этот кодирующий алгоритм используется для того, чтобы снизить влияние ЭМИ в медном кабеле. Более того, этот алгоритм позволяет эффективно восстанавливать искаженные данные, что обеспечивает сохранение качественного изображения, и позволяет использовать значительно более длинный кабель.

        Интерфейс DVI позволяет использование цифровых дисплеи с высоким разрешением при наличии двух каналов T.M.D.S. (см. Рис. 5) В зависимости от желаемых разрешений и частот могут быть доступны один или два T.M.D.S. канала. Оба T.M.D.S. канала используют общий сигнал синхронизации, что позволяет равномерно распределить полосу пропускания по двум каналам. Реально же система разрешает использование одного или обоих T.M.D.S. каналов в зависимости от возможностей монитора.



Рис. 5. Логические T.D.M.S. каналы

        Использование двух T.M.D.S. каналов в интерфейсе DVI объясняется следующей причиной: цифровые мониторы с ЭЛТ практически аналогичны классическим мониторам с ЭЛТ, их единственное отличие состоит в том, что преобразование цифровых данных в аналоговый сигнал происходит непосредственно внутри цифрового монитора. Проблема заключается в том, что значительная часть полосы пропускания в мониторе с ЭЛТ "съедается" из-за времени требуемого для обратного хода луча. Использование же двух T.M.D.S. каналов позволяет расширить полосу пропускания.

        Пропускная способность каждого T.M.D.S. канала - 165МГц, соответственно пропускная способность двух T.M.D.S. каналов - 330МГц (не забудьте, что оба канала работают на одной частоте, т.е. например, при разрешении и частоте регенерации, требующей полосы пропускания 200МГц, каждый канал будет работать на 100МГц). Таким образом минимальная пропускная способность второго канала - 82.5МГц (первого 25МГц). Также система должна уметь отключать второй канал, когда в нем пропадает потребность.

        При начальной загрузке предполагается, что в системе установлен VGA-совместимый графический адаптер. Для того, что бы предоставить системе возможность использовать загрузочный и отладочный режимы, DVI-совместимый монитор должен поддерживать режим низкого разрешения (по стандарту 640x480 при частоте регенерации 60Гц, полосе пропускания 25.175МГц, и горизонтальной развертке 31.5кГц). Далее предполагается, что и BIOS POST, и операционная система сами определят поддерживаемые разрешения и интерфейс с помощью протокола DDC2B. Для идентификации типа и возможностей мони- тора DVI использует структуры данных EDID. Отображаемое разрешение будет зависеть от режимов, поддерживаемых монитором, режимов поддерживаемых графическим адаптером и конечно же от пользовательских настроек.


        После обнаружения цифрового монитора активизируется один T.M.D.S. канал. Второй T.M.D.S. канал активизируется только после того, как драйвер графического адаптера определит существование второго канала в мониторе, и только при условии, что система определит, что при условии, что для текущего режима и частоты развертки требуется полоса пропускания шире 165МГц.

        На тот случай, если DVI-совместимый монитор не был подсоединен к компьютеру, предусмотрен механизм "Hot Plug Detection", который немедленно реагирует на подключение DVI-совместимого монитора, опрашивает его через интерфейс DDC2B и при необходимости включает T.M.D.S. канал.

        После определения разрешения и частоты регенерации настраиваются еще два параметра, влияющие на восприятие пользователем качества изображения - цветопередача и масштабирование. Характеристики цветопередачи монитора зависят от типа дисплея. Для того, чтобы обеспечить независимость от типа дисплея не делается ни каких предположений относительно его типа. DVI требует данные о характеристиках цветопередачи мониторов с различными типами дисплея для компенсации их специфических характеристик цветопередачи.

        Если через структуру данных EDID определяется, что хотя у монитора фиксированное разрешение, но при этом он поддерживает более одного разрешения (ЖК-дисплеи), то предполагается, что в мониторе существует система масштабирования.


        Кроме того спецификация DVI выполнена в полном соответствии с остальными с другими разнообразными спецификациями - уже упомянутыми EDID и DDC2B. Для обеспечения снижения потребления энергии в соответствии со стандартом DMPM (Digital Monitor Power Management), который является модификацией спецификации DPMS, в интерфейсе DVI предусмотрена возможность включения/выключения монитора.

        В заключение можно сказать, что эта спецификация уже поддерживается ведущими производителями видеоадаптеров и мониторов, например: Mitsubishi и Samsung (мониторы Mitsubishi DiamondPro 2040U и Samsung SyncMaster 900DVI), и уже к концу этого года распространится достаточно хорошо. В тоже время необходимо отметить, что эта технология всего лишь промежуточный шаг на пути к более современным технологиям. Напомню, что основное направление развития видеосистем - это полный перенос задачи регенерации изображения на монитор, видеоадаптер будет только формировать изображение, а по кабелю, соединяющему монитор и компьютер, будет передаваться информация только об изменениях изображения. Ожидается, что мы увидим такую технологию в действии уже через три года.

        Главные достоинства технологии DVI:

    1. Полное (в перспективе) удаление с видеоадаптеров аналоговой части и перенос её в монитор, что должно сказаться на повышении качества изображения гораздо сильнее, чем устранение влияния ЭМИ в соединительном кабеле видеокарта-монитор.
            Это особенно актуально, так как наши китайские друзья выпускают достаточно широкий ассортимент недорогих видеокарт, которые дают низкое качество изображения исключительно из-за плохо реализованной аналоговой части, например MSI TNT 2.

    2. Информация об изображении передается от видеокарты к монитору в цифровом виде - что позволяет существенно увеличивать длину соединительных кабелей без потери качества изображения и устранить влияние внешних наводок.

    3. Можно использовать разнообразные устройства отображения информации (мониторы, проекторы и т.д.) без необходимости использовать промежуточные адаптеры или усилители.

      Вот только остается один интересный вопрос: а не придется ли через 5-10 лет снова переходить от использования цифровых сигналов к использованию аналоговых, как это уже один раз было? :)

    Глоссарий:

  • Канал T.M.D.S.
    Совокупность трех дифференцированных пар одиночных сигнальных линий, и пара линий сигнала синхронизации.
  • Двойной канал T.M.D.S.
    6 пар одиночных сигнальных линий, и пара линий сигнала синхронизации.
  • Пэл
    Элемент пиксела, т.е. одиночное значение уровня красного, зеленого или синего цвета в RGB пикселе.
  • Данные о пикселе
    24 бита информации передаваемых через канал T.M.D.S., по трем парам раздельных линий в соответствии со схемой RGB
  • T.M.D.S.
    Transition Minimized Differential Signal
    Минимизированная дифференциальная передача сигнала
  • VESA
    Video Electronics Standard Association
  • DVI
    Digital Video Interface (Цифровой Визуальный Интерфейс)
  • EDID
    Extended Display Identification Data
    Стандартная структура данных для получения информации о типе дисплея
  • DDC2B
    Спецификация Display Data Channel
  • DMPM
    Digital Monitor Power Management
    Спецификация управления питанием цифрового монитора
  • DPMS
    Display Power Management Signaling
    Спецификация сигналов управления питанием для мониторов


Компьютеры - видео