计算机显示器视频信号接口思索

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大多数电脑主机和显示器的连接，都是经由其显示卡和显示器通过VGA模拟接口相连的，在这样的条件下，显示卡产生的数字信号在传输过程中则先被转换成模拟信号后才送到显示器的,再转变成数字信号由显示器显现出来。这种“数字—模拟—数字”反复转换模式的缺点是显而易见的，也就是会明显地降低其显示的影像质量。而DVI（DigitalVisualInterface）数字接口的工作原理就是将显示卡产生的数字信号原封不动地传输给显示器，它的最大优点是在信号传输过程中没有任何信号损失，同时，它也不受分辨率的限制，也就是说它能够适用于任何分辨率的显示器，并且能有效地防止外界杂散信号的干扰。下面将VGA和DVI技术分析如下。

一、VGA显示卡接口

VGA显示卡接口（VideoGraphicsArray），最早是1987年由IBM开发的显示器640×480显示模式。微软Windows系列产品的开机画面使用的是VGA显示模式。后来随着电子技术的发展，1990年同样由IBM推出XGA(ExtendedGraphicsArray)显示模式。XGA较新的版本XGA-2以真彩色提供800×600像素的分辨率或以65536种色彩提供1024×768像素的分辨率。近些年，随着大屏幕显示器的发展，VGA也发展到了UXGA（UltraExtendedGraphicsArray），中文名为“极速扩展图形阵列”以及WSXGA（WidescreenSuperExtendedGraphicsArrayPlus）中文名为“宽屏高级扩展图形阵列”。前者UXGA分辨率达到1600×1200、并提供168×108色彩适用于普通4:3显示器，后者WSXGA的分辨率达到1680×1050、适用于16:10的宽屏显示器。这些显示模式的原理是：从应用程序取得数字数据，将它储存在VRAM(VideoRandomAccessMemory)(显存)，并利用数模转换器（DAC）将数字数据转换成模拟量以满足扫描所需，形成模拟信号后通过VGA电缆连到显示器。VGA连接器有三根连接红、蓝、绿彩色信号的线和二根用于水平和垂直水平同步信号线。用于普通电视显示器时，这些信号综合成一个复合视频信号。对于等离子体、液晶平板显示器、DLP和投影显示器，因为它们都是数字显示器件，模拟信号还要转换回数字信号才能显示，这就增加了产品不必要的开支和复杂性。数字到模拟，又从模拟到数字的视频信号转换会引入采样误差，导致图像质量下降，并需要增加控制措施用以纠正在这个过程中引入的误差。显示器分辨率越高，要求从计算机到显示器的传输电缆带宽越宽。对于模拟信号，电缆越长，高频衰减越严重，失真累积会使图像畸形、色彩失真。

二、DVI数字视频接口

DVI（DigitalVisualInterface），即数字视频接口。它是1999年由SiliconImage、Intel（英特尔）、Compaq（康柏）、IBM、HP（惠普）、NEC、Fujitsu(富士通)等公司共同组成DDWG（DigitalDisplayWorkingGroup，数字显示工作组）推出的接口标准。最大支持2560×1600的分辨率。DVI提供了一个单一的通用的数字接口,主要用于计算机和显示器的数字连接。它不只有较高的分辨率，而且也能配接到模拟的显示器（使用混合DVI的连接器）。这一视频显示技术获得社会广泛支持，因此具有长远的发展优势。DVI标准的协议是基于TMDS(最小化传输差分信号:TransitionMinimizedDifferentialSignal)技术，并采用TMDS的编码机理。TMDS是用于将图形数据送到显示器的技术。它通过实施一个先进的编码算法，8bit的数据转换成10bit，从而使过渡过程的上冲和下冲最小，使DC接衡。它以差分形式发信号，信号的最佳化使得对铜线的电磁干扰（EMI）减少，并使得通过光纤传送的数据趋于直流平衡，另外，这种先进的编码技术使得接收端能够有可靠的时钟恢复，从而能使用较长的电缆。采用TMDS机理具有以下6个特点。

第一，TMDS信号传输。TMDS从图形控制器取得信号，决定显示器用的分辨率和刷新频率，将信号扩展到可用的带宽上。TMDS用四个信道传送线，三个是视频数据线（红、绿、蓝），一个是时钟线。显示卡通过连接中的红色信道送出红色像素数据，同样通过蓝色信道和绿色信道送出绿色和蓝色像素数据。如前所说，显示卡以单独的信道传递时钟。水平同步和垂直同步信号经编码后在消隐期间通过蓝色信道传递。红色和绿色信道也可以在消隐期间传递另外的附加控制信号。fck是时钟频率，每个高速视频数据线能以fck×10(bps)的速率传递。如fck是65MHz，传递速率是650MHz。第二，传送图形数据信号。DVI编码算法将8bit的图形数据转变成10bit，使传送的图形数据信号的过渡过程最小。DVI对原始的8bit图形数据作编码，使之成为串行的DVI数据流，这个数据流由10bit组成。电线传递数据的频率是像素时钟频率的10倍。显示卡将像素时钟频率作为单独的信号送给显示器，显示器通过恢复时钟频率和相位，然后解出原始数据，得出原始的像素值。第三，使直流电压达到平衡。为了做到直流平衡（DC-balanced），就要避免传送一长串的“1”，因为这样会使电线被充电到一个比较高的直流电压。因为信道带宽有限，一长串的“1”中间有个“0”，很难将电压一下子拉到底，于是和阑值相比就难以正确检测出一个“0”来。为了使符号间的干扰最小，DVI通过编码使电线上的DC直流电压达到平衡，从而能够使用光纤系统和其他的AC耦合通信信道系统。第四，传输数据处理。在DVI系统中，发射器通过一个专用的50Ω屏蔽双绞线传递数据。数据处理率可高至1.56Gbps，需要信号的上冲时间限制于100ps。因为电线的电气长度接近8ns，需要处理传输线效应的影响因素。也要使接收机的输入阻抗和传输线的特性阻抗相匹配，使反射波不影响数据比特的检测精度。第五，长线的传输。当需要用长的传输电线时，数字数据在三个分开的信道上传输，相互间在时间上会有明显偏移。可以在不活动的图形中传输控制数字数据，提供一个时间基准。在正常运行时，如果一个信道的信号从另外二个信道的信号飘开，数字逻辑电路就开始一个使信道上信号重新排队的过程。第六，传输的分辨率。TMDS中的差分电路，可以补偿由于用双绞线代替同轴电缆使传输的信号幅度受到限制。

所以DVI用于双连接有更多的信道，能够有更高的分辨率，可同时传输二个显示图像（1920×1080）。DVI标准是会最终取代VGA的,但使用模拟信号的习惯势力是难以一时改变的。为此，连接器有二种类型。既有数字接口，又有模拟接口集成在一起的28脚连接器称之为DVI-I，而只有数字接口的24脚连接器称之为DVI-D。随着显示器技术的不断进步，尤其是现在液晶显示器大规模取代CRT显示器之后，传统的模拟接口已经严重制约了液晶显示器显示效果和显示潜力的最大发挥，DVI接口在未来终将完全取代VGA接口。