Реферат по дисциплине «Периферийные устройства»
Кафедра КСС – 2006.2007 уч. Год
Digital Visual Interface (DVI)1. История создания
Цифровой интерфейс между компьютером и монитором - явление не новое. В стандарте EGA данные передавались по шести двоичным каналам, позволяя отображать на экране 64 цвета. Интерфейс VGA был гигантским шагом вперед: три аналоговых канала, отвечающих за глубину каждого из трех основных цветов, сняли все ограничения на количество отображаемых оттенков, которое зависело теперь только от видеоадаптера. Прошло почти полтора десятилетия безраздельного властвования аналогового интерфейса, и вот теперь судьба его, увы, предрешена. Виной тому - появление плоскопанельных мониторов.
В отличие от ЭЛТ-мониторов, для которых аналоговый интерфейс - решение абсолютно здравое, плоскопанельные мониторы по природе своей цифровые. Их использование с традиционным аналоговым интерфейсом - идея очень уж несуразная: созданный видеокартой цифровой сигнал преобразуется в аналог и передается через VGA-интерфейс на монитор, где снова оцифровывается. Что-то вроде очков, надетых поверх контактных линз, да еще при нормальном зрении. Ущербность такого решения очевидна, аналоговое звено здесь явно лишнее.
Фундамент цифрового видеоинтерфейса был заложен в 1997 году, когда VESA предприняла первую попытку откликнуться на намечающуюся потребность рынка и разработала стандарт Plug-and-Display (P&D). К сожалению, он оказался слишком сырым и сложным, что производители так и не рискнули выпускать с ним продукты для PC (если не принимать во внимание инициативу IBM), - помимо передачи цифрового и аналогового видеосигналов в стандарт была заложена интеграция USB и FireWire (все это через общий 30-контактный разъем). P&D поддерживает горячее включение, о чем говорит его название, созвучное с модным тогда и обыденным сейчас Plug-and-Play.
Метод цифровой передачи видеосигнала позже лег в основу других интерфейсов. Базируется он на разработке компании Silicon Image - технологии PanelLink. Данные передаются по трем витым медным парам при помощи протокола TMDS (Transition Minimized Differential Signaling - дифференциальная передача сигналов с минимизацией перепадов уровней ). Пропускная способность соединения - 165 МГц, это позволяет передавать изображение с разрешением до HDTV (1920x1080) при частоте обновления 60 Гц (оптимально для ЖК-мониторов) или до SXGA (1280x1024) при частоте 75-85 Гц (для ЭЛТ-мониторов).
P&D не нашел поддержки производителей из-за дороговизны, а потребность в интерфейсе все возрастала. К осени 1999-го некоторые группы предложили (и даже реализовали) собственные интерфейсы. Ассоциации VESA пришлось выбрать и одобрить еще один стандарт, пока всё не переросло в очередную неразбериху. В качестве «переходного» варианта был выбран DFP, разработанный и представленный осенью 1999 года одноименной группой под руководством Compaq. DFP выглядит радикально усеченной версией P&D: никаких лишних компонентов, только цифровое видео. В основе лежит все тот же PanelLink, что позволяет при наличии простого адаптера использовать, например, монитор с интерфейсом P&D в паре с видеокартой, оснащенной DFP-разъемом. Имеются и прогрессивные отличия от P&D: в DFP стали поддерживаться спецификации VESA Display Data Channel (DDC) и Extended Display Identification Data (EDID). Первая описывает стандартный коммуникационный канал между адаптером и монитором, вторая - формат информации о технических характеристиках монитора, что для пользователя означает отсутствие необходимости указывать тип монитора, а для операционной системы - ненужность баз данных с характеристиками устройств отображения.
DFP прижился плохо, несмотря на выпуск некоторыми производителями графических продуктов, поддерживающих его (к примеру, карты ATI Rage Pro LT и Number Nine SR9). Этот стандарт имеет существенные недостатки: он не поддерживает горячее включение и аналоговый интерфейс (сразу видно, при разработке ЭЛТ-мониторы в расчет не принимались, интерфейс был предназначен исключительно для плоскопанельных мониторов); кроме того, к концу 1999 года пропускная способность 165 МГц уже не казалась достаточной, как в 1997-м.
Основной же причиной отказа от DFP стало появление нового стандарта DVI, который сейчас можно уверенно рассматривать в качестве общепринятого. Группа, разработавшая стандарт, - Digital Display Working Group (DDWG), - была создана по инициативе Intel, в нее вошли и участники DFP-Group. Первоначальный состав был такой: Intel, Compaq, Fujitsu, Hewlett-Packard, IBM, NEC и, конечно же, Silicon Image. Спецификация DVI была представлена на IDF в апреле 1999 года, тут же были продемонстрированы и рабочие решения, использующие стандарт, - плазменные мониторы Fujitsu и Phillips, ЖК-мониторы IBM и Compaq и прочие продукты. Несмотря на то что все участники DDWG являются активными участниками VESA, DVI так и не был одобрен ассоциацией.
Стандарт взял от предшественников лучшее и отбросил лишнее: в основе - та же технология PanelLink, поддерживаются DDC и EDID, горячее подключение (sic!), не забыт и аналоговый интерфейс. Но это цветочки по сравнению с радикальным нововведением - двухканальным цифровым интерфейсом (плюс к аналоговому). В такой конфигурации пропускная способность удваивается и достигает 330 МГц, что на практике означает разрешение до 2048x1536@60 Гц (QXGA) для ЖК-мониторов и до 1920x1080@85 Гц (HDTV) для ЭЛТ. При использовании простых адаптеров стандарт совместим с DFP (цифра, DDC и EDID) и P&D (цифра и аналог), однако второй канал TMDS по очевидной причине для таких соединений задействовать нельзя.
По оптимистичным прогнозам Intel, стандарт DVI будет актуален как минимум десять лет. Сейчас степень его распространения напрямую связана с долей плоскопанельных мониторов (главным образом, ЖК-мониторов с активной матрицей) на рынке. Кроме того, следует ожидать и распространения цифровых ЭЛТ-мониторов, которые, если получат широкую популярность, ускорят переход к новому интерфейсу. Да и обычные мониторы с аналоговым интерфейсом DVI не способствуют продолжению жизни VGA-стандарта. А в не столь уж отдаленном будущем дело, скорее всего, дойдет и до отмирания аналоговой части DVI. Цифра возвращается; теперь уже, кажется, навсегда.
2. Технология
Рассмотрим наиважнейшую характеристику видеоинтерфейса - пропускную способность. Необходимая для того или иного разрешения ширина полосы пропускания вычисляется по формуле:
разрешение * частота обновления * (1 + интервал синхронизации / 100),
где интервал синхронизации, или интервал гашения, суммируется для горизонтального и вертикального хода луча и измеряется в процентах. Например, для разрешения HDTV ЖК-монитору требуется полоса в 1920*1080*60 Гц * (1 + 5/100) ~ 131 МГц. Понятно, что ЭЛТ-мониторы более требовательны к полосе пропускания по сравнению с ЖК-собратьями: во-первых, частота обновления здесь должна быть выше - для уменьшения мерцания экрана (75-85 Гц против 60 Гц для ЖК), а во-вторых, ЖК-матрице не нужно дополнительное «пустое» время на обратный ход электронного луча (за полным отсутствием такового; в ЭЛТ интервал гашения около 15%). Никакого фиксированного интервала гашения стандарт DVI не предусматривает (он зависит от характеристик монитора, теоретически возможна передача с нулевым интервалом).
Коль скоро речь зашла о различиях технологий, необходимо отметить и некоторые недостатки ЖК-матриц. Старые модели ЖК-мониторов имели проблемы с играми и воспроизведением видео - проявлялся неожиданный эффект размазывания картинки (шлейф) при отображении быстрых последовательностей (например, при резком движении камеры). Этот эффект обязан своим появлением большому времени отклика элементов матрицы (времени, за которое меняет прозрачность каждый элемент). Обычный видеоролик воспроизводится со скоростью 25 кадров в секунду, то есть на отображение одного кадра отводится 1/25 = 40 мс. Если время отклика больше этой цифры (например, 45 мс), картинка получится смазанной. Современные ЖК-матрицы имеют среднее время отклика 8-12 мс (минимум 2мс), то есть позволяют ясно показывать 80-120 кадров в секунду .
Ширина полосы пропускания одного канала TMDS (медный барьер) составляет 165 МГц (одновременно по трем каналам передаются 8-битные уровни красного, зеленого и синего, то есть 24-битный цвет). Минимальная частота составляет 25,175 МГц, это связано с наименьшим допустимым разрешением, оговоренным спецификацией, - VGA (640x480@65 Гц - «умолчальное» разрешение при начальной загрузке). Более низкие разрешения невозможны: если в течение одной секунды частота ниже 22,5 МГц, соединение считается разорванным.
В стандарте DVI при использовании двух каналов (если монитор поддерживает двухканальную конфигурацию, второй канал может быть включен, только когда требуется частота выше 165 МГц) полоса пропускания разделяется между ними равномерно, поскольку сигнал синхронизации у них общий: например, при полосе 300 МГц каждый канал работает на 150 МГц. Кроме того, в стандарт заложена возможность использования второго канала как дополнения для передачи большой глубины цвета (до 48 бит): по первому каналу передаются старшие 24 разряда, а по второму - младшие. Такое решение идет вразрез с принципом, разрешающим использовать второй канал только при перегрузке первого, поэтому будущие версии спецификации могут предписывать другие решения, не совместимые с этим.
При начальной загрузке видеоадаптер предполагает наличие VGA-совместимого монитора, то есть любой DVI-монитор должен поддерживать разрешение 640х480 при частоте обновления 60 Гц. Позже BIOS и операционная система через DDC (Display Data Channel) опрашивают монитор на предмет поддерживаемых разрешений. Окончательное разрешение зависит от настроек пользователя, который волен выбирать из списка разрешений, поддерживаемых и видеоадаптером, и монитором. При горячем включении работает специальный механизм HPD (Hot Plug Detection): монитор опрашивается через DDC, и, если он цифровой, включается канал TMDS. В противном случае работа DVI-монитора ничем не отличается от работы через традиционный VGA-интерфейс.
Когда требуемое разрешение и частота определены, остается еще два параметра, влияющих на окончательное качество картинки: масштабирование и гамма. Все заботы о масштабировании стандарт возлагает на устройство отображения, его качество является «возможностью за дополнительную плату», что прямо указано в спецификации. Причем если монитор поддерживает масштабирование какого-то низкого разрешения, он должен поддерживать масштабирование всех стандартных разрешений между ним и своим родным. При отсутствии возможности масштабирования монитор все-таки должен отображать низкие разрешения (как минимум в окне, что называется, один к одному, без сглаживания). Выбирая ЖК-монитор или ноутбук, обратите внимание на то, что от качества масштабирования и последующего сглаживания сильно зависит привлекательность компьютерных игр, работающих в низких разрешениях.
3. Технические подробности
Формат данных, используемый в DVI, основан на PanelLink — формате последовательной передачи данных, разработанном фирмой Silicon Image. Он использует Transition Minimized Differential Signaling (дифференциальная передача сигналов с минимизацией перепадов уровней) или TMDS. Single link DVI состоит из четырёх витых пар (красный, зелёный, синий, и clock) чтобы передавать 24 бита на пиксель. C Single link DVI, может быть достигнуто максимальное возможное разрешение 2,6 мегапиксела при 60 Гц.
Цифровая передача
Минимальная тактовая частота: 21,76 МГц
Максимальная тактовая частота в одинарном режиме: 165 МГц
Максимальная тактовая частота в двойном режиме: Ограничивается только кабелем
Передаётся пикселей за такт: 1 (одинарный режим) или 2 (двойной)
Битов в пикселе: 24
Примеры режимов (single link):
HDTV (1920 Ч 1080) частота 60 Гц с 5 % LCD blanking (131 МГц)
1920 x 1200 частота 60 Гц (154 МГц)
UXGA (1600 Ч 1200) частота 60 Гц with GTF blanking (161 МГц)
SXGA (1280 Ч 1024) частота 85 Гц with GTF blanking (159 МГц)
Примеры режимов (dual link):
QXGA (2048 Ч 1536) частота 75 Гц with GTF blanking (2Ч170 МГц)
HDTV (1920 Ч 1080) частота 85 Гц with GTF blanking (2Ч126 МГц)
2560 Ч 1600 pixels (на 30-дюймовом ЖК-дисплее)
Аналоговая передача
Пропускная способность RGB-сигнала: 400 МГц (−3 dB)
Нумерация ног, вид на гнездо| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ble #808080; border-left: 1px double #808080; border-right: none; padding-top: 0.02in; padding-bottom: 0.02in; padding-left: 0.02in; padding-right: 0in;">6 | 7 | 8 | C1 | C2 | |
| 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | C5 | ||
| 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | C3 | C4 | |
Назначение ног
| Нога | Название | Назначение |
| 1 | Данные TMDS 2- | Digital red (1-й канал) |
| 2 | Данные TMDS 2+ | Digital red + (1-й канал) |
| 3 | Данные TMDS 2/4 shield | |
| 4 | Данные TMDS 4− | Digital green − (2-й канал) |
| 5 | Данные TMDS 4+ | Digital green + (2-й канал) |
| 6 | Строб DDC | |
| 7 | Данные DDC | |
| 8 | Аналоговая вертикальная синхронизация | |
| 9 | Данные TMDS 1− | Digital green − (1-й канал) |
| 10 | Данные TMDS 1+ | Digital green + (1-й канал) |
| 11 | Данные TMDS 1/3 shield | |
| 12 | Данные TMDS 3− | Digital blue − (2-й канал) |
| 13 | Данные TMDS 3+ | Digital blue + (2-й канал) |
| 14 | +5В | Питание для монитора в спящем режиме |
| 15 | Заземление | Земля для ног 14 и 8 |
| 16 | Определение подключения | |
| 17 | Данные TMDS 0− | Digital blue − (1-й канал) и цифровая синхронизация |
| 18 | Данные TMDS 0+ | Digital blue + (1-й канал) и цифровая синхронизация |
| 19 | Данные TMDS 0/5 shield | |
| 20 | Данные TMDS 5− | Digital red − (2-й канал) |
| 21 | Данные TMDS 5+ | Digital red + (2-й канал) |
| 22 | Экранирование строба TMDS | |
| 23 | Строб TMDS + | Digital clock + (1-й и 2-й каналы) |
| 24 | TMDS − | Digital clock − (1-й и 2-й каналы) |
| C1 | Аналоговый красный сигнал | |
| C2 | Аналоговый зелёный сигнал | |
| C3 | Аналоговый синий сигнал | |
| C4 | Аналоговая горизонтальная синхронизация | |
| C5 | Аналоговое заземление | Земля для аналоговых красного, зелёного и синего |
4. Виды DVI-коннекторов
Коннектор DVI, распаиваемый на видеокартах и мониторах, обычно универсален (Рис. 1), в него входят любые коннекторы, которые можно встретить только на сигнальных кабелях, а также переходники. Внешне по нему невозможно определить, что способен выдавать видеоадаптер (или - принимать монитор): как минимум - это один цифровой канал, как правило - один или два цифровых канала плюс аналоговый выход (последнее верно по крайней мере для продукции ATI и Matrox).
Рис.1
Реже, и только на мониторах, встречается приемный коннектор DVI-D (Рис. 2): у него отсутствуют отверстия под аналоговую группу (ответная часть для DVI-D Dual Link, см. ниже).
Рис. 2
DVI-I Dual Link (Рис. 3), 8х3 штырька в группе плюс четыре штырька, разделенных лепестком «земля». Полный вариант, теоретически способный передавать два цифровых канала и аналоговый сигнал. Таким коннектором оканчивается, в частности, сигнальный кабель монитора Philips 150X. На независимых сигнальных кабелях не применяется.
Рис. 3
DVI-I Single Link (Рис. 4), 6x3 штырька (по два в середине каждого ряда отсутствуют) плюс четыре штырька с лепестком. Один цифровой канал, один аналоговый. Часто встречается на кабелях.
Рис. 4
DVI-D Dual Link (Рис. 5), 8х3 штырька плюс только лепесток на месте малой группы. Такой коннектор передает лишь цифровой сигнал, два канала.
Рис. 5
DVI-D Single Link (Рис. 6), 6x3 штырька (по два в середине каждого ряда отсутствуют) плюс лепесток. Возможна передача только одного цифрового канала. Обычно входит в комплект DVI-мониторов, имеющих двойной интерфейс.
Рис. 6
DVI-A (Рис. 7), четыре штырька с лепестком и сильно урезанная большая группа: отсутствуют три штырька в первом ряду, пять во втором и четыре в третьем. Распространен кабель с таким коннектором на одном конце (или DVI-I Single Link) и обычным 15-контактным VGA на другом - используется для подключения монитора с DVI-I к компьютеру с обычным VGA-выходом.
Рис. 7
P&D (Рис. 8) - очень похож на DVI-I Dual Link, с той лишь разницей, что имеет группу 3х10 штырьков. Аналогичный коннектор (чуть измененной формы) используется в мониторах Apple.
Рис. 8
Реферат был составлен по материалам следующих сайтов:
http://offline.computerra.ru/
http://www.osp.ru/
http://ru.wikipedia.org/
http://www.sdteam.com/