近年來視頻傳輸領域幾乎經(jīng)歷了從模擬到數(shù)字根本轉變，VGA(視頻圖像陣列)和分量視頻—模擬視頻（模擬分量視頻信號(Y、U、V或Y、R-Y、B-Y) 接口）連接方式,正在被HDMI(高分辨率多媒體接口)和DVI(數(shù)字視頻接口)以及DisplayPort所取代。這是因為隨著人們對圖像顯示質量要求的不斷提升，傳統(tǒng)的以模擬方式來傳輸和顯示多媒體信號的技術已經(jīng)不能滿足人們的要求，特別是傳統(tǒng)的模擬視頻接口標準無法適應新的產(chǎn)品在帶寬、內(nèi)容保護、音頻支持等方面的發(fā)展需求，以高清數(shù)字電視為代表的消費類數(shù)字視頻設備的應用越來越普遍使得HDMI UDI DisplayPort等新標準顯得更能適應市場的需求，本文將對HDMI/DVI新技術與芯片及其應用作分析說明。
1、先述HDMI/DVI數(shù)字視頻接口基本架構
HDMI和DVI（Digital Visual Interface）數(shù)字視頻接口這兩種數(shù)字視頻傳輸標準的要求幾乎完全相同，并同時處理一組高頻和低頻信號。這兩種標準均采用TMDS(最小跳變差分信號又稱最小化傳輸差分信號)技術來傳輸數(shù)據(jù)的高頻(視頻)部分。
1.1 HDMI/DVI數(shù)字
視頻接口的設計思想
DVI用于至數(shù)字顯示器的高速數(shù)字連接。DVI采用了TMDS技術來傳輸數(shù)據(jù)的高頻(視頻)信號(見圖1紅色塊所示)。
其單個鏈路可支持高達165Mpixels／s的UXGA(極速擴展圖形陣列)、FPD(平面顯示器)、SXGA DCRT(高級擴展圖形陣列的數(shù)字平面顯示器)，還支持720p及1080i的HDTV(高清電視)。
高帶寬數(shù)字內(nèi)容保護(HDCP)。用于通過DVl發(fā)送視頻信號時的內(nèi)容保護；HDCP的實現(xiàn)（見圖1蘭色塊HDMI/DVI- HDCP的實現(xiàn)示意），需要從數(shù)字內(nèi)容保護認證的L.L.C(Intel的子公司)獲取唯一的許可。
其HDCP基礎。認證是一個流程，用于核實一個經(jīng)授權的器件以處理受保護的內(nèi)容；閏用加密技術防止受保護內(nèi)容受到竊聽。
其TMDS 信號采用四個差分對傳輸R、G、B和時鐘，占用19針連接器的8個引腳。HDMI和DVI設計為“即插即用”，即監(jiān)視器(接收端)和視頻源連接在一起時尋找以最佳性能協(xié)同工作的方法。多數(shù)新型TMDS HDTV(高清晰度電視)芯片包含兩組完整TMDS (高頻)輸入，但無法處理LoF(低頻)信號。
1.2 HDMI/DVI數(shù)字視頻接口功能
要實現(xiàn)HDMI和DVI系統(tǒng)中的“即插即用”功能，源端(通常是一臺電腦、DVD播放器或游戲機)和接收端(通常是監(jiān)視器或接收機)必須連接起來。HDMI 和DVI借用VESA (視頻電子標準協(xié)會)的開放標準，采用DDC(數(shù)字顯示通道)、一個稱為HPD的新信號(熱插拔檢測)、以及一路可以由源端向接收端提供50mA電流的標準5V信號。在標準的VESA方法中，源端尋址EDID(擴展顯示標識數(shù)據(jù))EPROM。該EPROM器件包含接收設備的品牌、類型號、以及所支持的分辨率模式。源端和接收端必須至少有一種相同的顯示模式，以便二者協(xié)同工作。圖2所示為通過HDMI/DVI連接器連接源端與接收端EDIDEPROM的示意圖。
圖2 中給出了作為四個差分對連接的TMDS信號，+5V，HPD以及DDC信號。DDC信號連接至EDID。EDID電源由接收端內(nèi)部提供。該圖說明了源端和接收端的通用連接模式。源端和接收端通過I2C兼容的DDC線路進行通信。I2C規(guī)范是+5V規(guī)范。典型的EDID EPROM如24LC22包含2kb的EPROM用于存儲所需信息，可工作于2.5V至5.5V。工作于+3.3V電源時，典型的低成本EDID EPROM不具備+5V耐壓。因此，EDID EPROM器件必須工作于+5V電源，或者外部帶有+5V保護。
顯示數(shù)據(jù)信道(DDC)是用于讀取表示接收側清晰度等顯示能力的擴展顯示標識數(shù)據(jù)(EDID)的信號線。搭載HDCP的發(fā)送接收設備之間也利用DDC線進行密碼鍵的認證。而連接源設備與接收器.任何源設備與接收器之間的HDMI連接都具有智能化的特點，即接收器的EDIDROM芯片將顯示所支持的全部音頻和視頻格式，包括色深模式。這種方式可以使用戶享受到經(jīng)過自動優(yōu)化、達到最佳質量模式的音頻與視頻體驗，所有連接在一起的HDMI設備都能夠對這種功能提供相互支持。
既然HDMI/DVI是基于TMDS技術支持，所以應對其技術特征作分析。
2、TMDS(最小跳變差分信號)技術特征
最小化傳輸差分信號(TMDS)作為電氣電平的標準。被應用于發(fā)送數(shù)字視頻接口(DVl)及高清晰度多媒體接口(HDMl)的數(shù)據(jù)。其設計考慮因素之包括：
對內(nèi)偏斜(Intra-Pai rSkew)。在給定的一對差分信號上，真(true)信號及其互補信號之間的時間差應盡可能的��；
殘余抖動(Residual Jitter)。測試點與信號源之間所測量到的抖動數(shù)量的差異�？山邮艿淖畲髿堄喽秳拥葍r于發(fā)射機與接收機之間最小的抖動預計量(budget)；
靜電放電(ESD)。外部連接器因曝露于外界，因而更易受到靜電放電的影響。更高的靜電放電率可提供更良好的保護。
TMDS 包括3個RGB數(shù)據(jù)和1個時鐘，共計4個通道(稱為1個TMDS連接或Single-link)的傳輸回路。TMDS是把8位的RGB視頻數(shù)據(jù)變換成10 位轉換最小化、DC平衡的數(shù)據(jù)，再完成數(shù)據(jù)的串行處理；接收端設備對串行數(shù)據(jù)解串行變成并行數(shù)據(jù)，再轉換成8位視頻信號。因此，傳輸數(shù)字RGB數(shù)據(jù)需要3 個轉換最小化差分采樣信號構成一個TMDS連接。為此可將圖2具體細化如圖3所示說明。
每個通道提供165MHz帶寬，1個10位的TMDS傳輸通道速率達1.65Gb／s，3個TMDS通道速率達4.95Gb／s。若采用dual-1ink 連接方式，其帶寬可達330MHz，傳輸速率可達9.9Gb／s，支持1600Х1200@
85Hz的UXGA或2048Х1536@75Hz的QXGA 圖像以及720p、1080i、1080p的HDTV視頻信號的無壓縮實時傳輸。
從上圖3可知，發(fā)送器分別將視頻、音頻信號變換并合成為接收器可接收的信號格式。然后，進行HDCP加密處理以及TMDS編碼，將并行視頻、音頻等數(shù)據(jù)行串行化處理，以最小化差分信號形式進行傳輸。在接收側進行的處理與發(fā)送側順序相反。搭載HDCP的發(fā)送接收設備之間也利用DDC線進行密碼鍵的認證。這是一個使用了硬件ID的加密系統(tǒng)，發(fā)送側和接收側以一定間隔相互確認進行傳輸。HDMI搭載了認證不成立或者中途不成立時圖像和音頻信號傳輸立即被中斷的強大內(nèi)容保護技術。
3、HDMI是DVI標準的升級和增強版
HDMI 是DVI標準的升級和增強版，支持音頻信號，改進了DVI標準的不足，可以簡單理解為：DVI+音頻=HDMI。HDMI接口小巧(與USB相當)，傳輸?shù)木�纜長度15m，HDMI向下兼容DVI，HDMl也支持HDCP(高帶寬數(shù)字內(nèi)容保護)，避免內(nèi)容非法拷貝，同時還支持VESA組織的EDID(擴展顯示識別數(shù)據(jù))、DDC(顯示數(shù)據(jù)通道，用以讀出EDID)及DMT(監(jiān)視同步協(xié)議)。HDMI也采用TMDS編碼方式，TMDS具備RGB或YPbPr 色彩數(shù)據(jù)和時鐘，共4個通道(稱為1個連接)的系列傳輸回路，1個通道帶寬165MHz(4.95Gb／s)。顯示數(shù)據(jù)信道(DDC)是用于讀取表示接收側清晰度等顯示能力的擴展顯示標識數(shù)據(jù)(EDID)的信號線。搭載HDCP的發(fā)送接收設備之間也利用DDC線進行密碼鍵的認證。這是一個使用了硬件ID的加密系統(tǒng)，發(fā)送側和接收側以一定間隔相互確認進行傳輸。HDMI搭載了認證不成立或者中途不成立時圖像和音頻信號傳輸立即被中斷的強大內(nèi)容保護技術。
4、HDMl在深色技術中的應用頗受青睞。
4.1新版的HDMl l.3標準特征優(yōu)勢。
最新版的HDMl l.3標準，它具有高傳輸帶寬(10.2 Gb／s)、深色和“xvYCC”色彩等強大功能時，隨著視頻分辨率從標清到高清的演化，視頻帶寬的不斷增加將是大勢所趨。其性能指標：視頻帶寬為 340MHz(10Gbps)1080p，刷新率最高為120Hz；色深為24、30、36、48位；色彩空間為xvVCC 、RGB、YCbCr；音頻為杜比TrueHD、DTS-HD、SACD、DVD音頻、PCM、杜比數(shù)字、DTS；控制為CEC；連接器為迷你HDM、A 型。
HDMl 1.3版本傳輸?shù)囊曨l數(shù)據(jù)將具有更高的分辨率，呈現(xiàn)出來的清晰、明快的畫面內(nèi)容也將比以往更為豐富。HDMl 1.3版本的特點包括深色技術(DeepColor)帶來的更加生動鮮明的色彩，以及多項其他改進，如：更為出色的聲音與畫面的同步功能、支持無損高清音頻格式、xvYCC擴展色譜以及全新的小型連接器等。從而為用戶帶來更為鮮艷的色彩和更為逼真的電視體驗，解決了當今高對比度顯示技術常見的帶狀干擾問題。深色技術能夠在最暗的黑色值和最亮的白色值之間提供更多灰色陰影，從而提高了對比度增加后的顯示質量，能在屏幕上呈現(xiàn)出更為流暢的色彩圖像。新版本還增加了對xvYCC色彩標準的支持，從而極大地擴展了現(xiàn)有高清電視的色譜，如高清DVD與藍光播放器等。深色技術還被應用于最新的游戲機產(chǎn)品中，見設計方案框圖4所示，為游戲機玩家?guī)砀鼮樯鷦拥挠螒蝮w驗。
上圖中HDMI發(fā)射器與接收呈器了可用體TI的TFP510與TFP501型芯片或Sil9134和Sil9133型芯片。
為了完全實現(xiàn)源設備和高清電視之間的高數(shù)據(jù)傳輸速率，系統(tǒng)所用電纜必須能夠處理更強的帶寬信號。值此討對當今電纜均衡器新技術典型應用作說明。
4.2數(shù)字視頻均衡器新技術應用
數(shù)字均衡器擴展DVI／HDMI電纜的距離至60米，帶有±5kVESD保護.擴展數(shù)字視頻應用至5米界限以外�，F(xiàn)代的顯示器(LCD、DLP)和信號源 (DVD播放器、PC)能夠以原始的數(shù)字模式發(fā)送和接收視頻信號，這是保持圖像完整性的最佳方式。DVI／HDMI接口取代了模擬分量視頻和VGA互連，但最長只能達到5米。如用MAX3815 DVI／HDMI數(shù)字視頻電纜均衡器突破了3米至5米的電纜長度限制，將電纜距離延長至60米。MAX3815特別適合于那些遠離信號源的數(shù)字顯示器，例如LCD／DLP投影儀和LCD／等離子顯示屏等。見圖5所示。
其MAX3815TMDS 數(shù)字視頻均衡器，用于DVI/HDMI電纜。該電纜均衡器IC，可將DVI/HDMI信號傳輸距離延長到60米MAX3815電纜均衡器自動為DVI, HDMI, DFP, PanelLink和ADC電纜提供補償。MAX3815適用于對最小轉換差分信號(TMD
S)格式編碼的信號進行均衡。MAX3815可以為三個 TMDS(最少轉換差分信號)通道上、高達1．65Gbps每通道的信號加一路十分之一(0.1x)速率的時鐘提供最多40dB的損耗補償。 MAX3815自動擴展了VGA、SVGA、XGA和UXGA計算機的分辨率，以及480p、720p和1080iHDTV的分辨率。MAX3815 TMDS均衡器，1.65Gbps(825MHz)速率下最高40dB的全自動均衡，無需用戶控制，+3.3V電源時0.6W功耗。
數(shù)字視頻均衡器應用：可理想用于數(shù)字標示牌、數(shù)字投影儀和家庭影院；均衡器可用于顯示器內(nèi)部或外部；接收器內(nèi)的均衡器根據(jù)電纜長度和損耗自動調(diào)整一無信號扭曲。
5、幾種適用于HDMI/DVI技術的芯片與應用
5.1MAX4929E用于HDMI(高分辨率多媒體接口)/DVI(數(shù)字顯示接口)低頻開關
MAX4929E 是一款低頻HDMI/DVI開關，設計用于監(jiān)視器或HDTV接收器。該器件能夠處理所有需要切換的低頻信號，可以和新型MAX4886TMDS開關或具有兩路輸入的TMDS接收器配合使用。為了在兩路HDMI/DVI源之間切換，設計人員必須處理兩路不同的信號：TMDS高頻信號和前面提到的低頻信號。一些新型HDMI處理器已包含兩套可處理高頻TMDS信號的輸入端，但是無法處理帶有高壓的低頻信號。MAX4929E可在處理上述低頻信號時提供最大的靈活性。
其低頻控制開關(MAX4929E)特性
集成的控制：兩路源出至一路吸入；所有外部I／O端口均具有±15kV ESD保護；熱插拔檢測信號，將MCU轉換至TTL電平；3.0V至5.5V DDC輸出箝位；4mm x 4mm、20引腳或20引腳QSOP封裝在低頻視頻信號源之間切換。
使用MAX4929E，所有與外部連接器連接的信號都具有±15kV HBM (人體模型)保護。這種高級別的ESD保護通�？梢允∪ジ饕_的額外保護措施。MAX4929E允許接入兩組DDC信號，器件選擇其中一路輸入。這種源切換可實現(xiàn)多種功能：為信號提供ESD保護、同一時刻只選通一個源端并提供邏輯電平箝位，以保護EDID EPROM端不出現(xiàn)高于其電源的電壓。
在多數(shù)系統(tǒng)中，MCU控制各種操作。MCU必須確定輸入是否有效，并且在EDID握手之后，返回一個TTL兼容的HPD信號。MAX4929E的功能可解決三個問題：HPD輸出端的ESD保護；允許MCU確定所選的HDMI輸入是否已連接;提供從低電壓MCU至5V TTL兼容信號的邏輯電平轉換功能。
圖6為原理圖給出MAX4929E的典型電路連接方式。該器件提供實現(xiàn)完整的2:1 HDMI或DVI開關所要求的切換、邏輯電平匹配以及ESD保護功能。
MAX4929E 應用。除了與包含兩路高頻輸入的TMDS器件協(xié)同工作外，MAX4929E還可與MAX4886 HDMI/DVI視頻開關組成芯片組，用于將兩組TMDS輸入和集成到單個裝置中，見圖7所示。MAX4886/MAX4929E芯片組可為單路輸入設備提供第二組輸入。
MAX4886 高速模擬開關可理想用于HDMI/DVI切換應用，允許2:1或1:2切換。MAX4886包含4個1:2或2:1開關差分對，用于RBG和時鐘信號的選擇。MAX4886可將1個監(jiān)視器連接至2路數(shù)字視頻信號中的一路，或將一路HDMI/DVI信號源連接至2個負載(接收器)中的一個。能為為視頻信號的 RBG和時鐘信號提供8Ω (典型值)導通電阻和2.5pF導通電容的開關。MAX4886是MAX4929的高頻配套器件。兩個芯片組合可實現(xiàn)完整的2:1 HDMI/DVI選擇功能。適合于筆記本電腦等功耗敏感的應用。
MAX4929E控制2:1 HDMI/DVI開關中所有低頻信號的切換。為所有外部引線提供高等級的ESD保護。MAX4929E與EDID EPROM配合使用，其輸入端可接受+5V信號電平并將輸出鉗位至+3.3V電平，以便匹配EDID。另外，MAX4929E隔離了一條電纜的電容，所以 DDC輸出每次僅帶有一組DDC連接。
5.2 PaneIBUS HDCP數(shù)字接收機TFP507、TFP503
TFP501 及TFP503是源自TI的PaneIBUS(板總線)平板器示產(chǎn)品，是涵蓋面極廣的端到端(end-to-end)DV1.0兼宅決方案系列的一部分。 TFP501／TFP503支持以24位真彩色像素的制式，達到UXGA標準的分辨率來進行顯示，并包括了標難HDTV制式。TFP501丌FP503提供了設計的靈活性，每時鐘周期可驅動一或兩個像素點，支持TFT或DSTN顯示板，并提供了時間交錯(time-staggered)像素點輸出
選項以降低接地反彈(ground-bounce)。
主要特點：
支持UXGA分辨率(輸出像素速率高達165MHz)；兼容數(shù)字視頻接口(DVI)及大帶寬數(shù)字內(nèi)容保護(HDCP)規(guī)范；經(jīng)加密的外部HDCP器件密鑰儲存庫，更為安全且易于實現(xiàn)；真彩色、24位／像素，48位雙像素輸出模式，16.7／M彩色時每時鐘周期一或兩個像素；4x過采樣，以降低位錯誤率，并在通過較長的纜線傳輸時獲約得好的性能；嵌入式的HDCP密鑰(僅限TFP503)；支持熱插入(hot-plug)檢測；封裝模式：100引腳TQFPPowerPAD封裝。
應用：桌面型LCD顯示器，DLP及LCD投影儀，數(shù)字電視。
5.3 PaneIBUS數(shù)字發(fā)射機TFP510、TFP513
TFP510 及TFP513所提供的通用接口允許無膠合(glueless)連接至最常用的圖形控制器。此類通用接口的部分優(yōu)點包括了可選擇的總線寬度、可調(diào)節(jié)的信號電平以及差分和單端的時鐘。DVI接口所支持的平板顯示分辨率在165MHz、24位真彩色像素制式時，可達到UXGA的標準。
主要特點：
兼容數(shù)字視頻接口{DVI)；支持從VGA-UXGA的分辨率(25MHz至165MHz的像素率)；通用圖形控制器接口：12位、雙緣(dual- edge)及24位、單緣(single-edge)輸入模式，可調(diào)節(jié)的1.1V至1.8V以及標準的3.3VCMOS輸入信號電平，全差分及單端的輸入時鐘模式，標準的Intel 12位數(shù)字視頻端口兼容，與Intel的81x芯片集一致；可編程使用I2C串行接口；通過熱插入及接收機檢測實現(xiàn)對監(jiān)視器的檢測；嵌入式的HDCP密鑰 (僅限TFP513)；封裝模式：64引腳TQFPPowerPAD封裝。
|
