一文解析数字视频接口(DVI)工作原理及应用

引言

数字电视概念已逐步深入人心，现有的大多数数字电视接收机只能通过分量接口接收满足数字视频信号标准的模拟信号，这实际上仍然是一种模拟信号接口，只是视频信号符合数字电视视频信号标准(如ITU-R601、CEA/CEA-861-A/B等标准规定的数字视频抽样、量化、编码规范，满足数字电视的行频、场 /帧频、同步、清晰度等要求)，所以此类电视如果要在系统中进行数字处理，则需在视频信号处理前增加A/D转换、Scale、De-interlace等功能电路，这会使信号质量有一定程度的降低，研究表明此类接口的清晰度很难真正达到高清数字电视的显示标准(水平清晰度大于720线)。

数字视频接口接收的是经过一定处理(压缩或不压缩)的数字信号，不论从信号质量还是后处理考虑，都有利于提高整个接收机系统的性能。DVI(Digital Visual InteRFace，数字视频接口)是目前广泛应用的一种数字视频接口，起初主要应用于PC行业。DVI支持单像素RGB的24bit数据，传输的数字信号没有经过压缩，单连接的传输速率可达4.9Gbps，对数据传输速率是1.78Gbps的1080i数字高清晰电视可达到较好的保真度，特别是在 LCD、DLP等显示设备中，不需要任何D/A转换和处理，减少了信号损失，可以应用到数字电视、平板电视等产品当中。

DVI概述及工作原理

DVI是由DDWG(Digital Display working Group，数字显示工作组)发明的一种高速传输数字信号的技术，有DVI-D和DVI-I两种不同的接口形式。DVI-D只有数字接口，DVI-I有数字和模拟接口，目前应用主要以DVI-D为主。

DVI 是基于TMDS(Transition Minimized Differential Signaling，转换最小差分信号)技术来传输数字信号，TMDS运用先进的编码算法把8bit数据(R、G、B中的每路基色信号)通过最小转换编码为10bit数据(包含行场同步信息、时钟信息、数据DE、纠错等)，经过DC平衡后，采用差分信号传输数据，它和LVDS、TTL相比有较好的电磁兼容性能，可以用低成本的专用电缆实现长距离、高质量的数字信号传输。TMDS技术的连接传输结构如图1所示。

图1 TMDS连接传输结构

DVI数字信号传输有单连接(Single Link)和双连接(Dual Link)两种方式，对于单连接，仅用图1所示的1/2、 9/10、17/18脚传输，它的传输速率可达4.9Gbps，双连接可达9.9Gbps。

DVI接口在数字电视中的应用

● 基本方案论证分析

数字电视机为达到高清晰度显示要求，扫描一般采用

图2 DVI接口原理框图

由原理图看，数字电视增加DVI接口比较简单，从硬件电路考虑，一是在接口处增加DVI解码部分，二是在后端提供一个数据通道，如果电视原有方案中具有 A/D转换和相应的后级数据处理通道，那么DVI接口解码输出的数据可以与它共用，因为在数字信号格式一定的情况下，其码率、行频、场频、时钟是一致的。

在实际研究开发中，需要特别注意DVI解码输出数据信号、A/D转换输出数据信号的隔离和避免前端通道相互干扰。由于两组通道的共用，相当于延长了数字输出引脚的信号线长度，因此对于长距离的数字信号印制线，有必要在其特征阻抗处将其中断，以避免数字信号的过冲、欠冲和振铃，通常情况下在数据线上串联几十欧姆的电阻。同时对于输出驱动来说，需要最大限度地减小数字输出引脚的容性载荷，但是在信号布线阶段，一般不能精确计算容性负载，为方便系统调试，应考虑在数据信号线、行场同步信号线、时钟信号线到地并联电容，根据PCB材料、信号长度不同，电容值一般在几十pF即可，这样就可达到通道负载平衡、数据上升沿、下降沿和相位的一致，减少数字噪声干扰和抖动。

数字电视DVI接口性能测试时，误码率指标应达到10-9，即10亿bit允许出现一个误码，因此在性能测试时必须保证一定的测试时间

图3 DVI接口系统工作流程

对于DVI接口在数字电视、平板电视上的应用研究，更为关键的是EDID(Extended Display Identification DATA，即扩展显示识别数据)编程，HDCP(High-bandwidth Digital Content Protection)功能的实现。这些对于数字电视来说都是全新应用，只有EDID和HDCP在数字电视上实现后，DVI接口才是真正的数字电视接口。

在应用研究中，针对HDCP在数字电视中的适应性问题，提出了两种方案。

修改HDCP规范。一种方法是：取消2秒钟一次的识别，即初次识别正常即可，为防止将数字信号输出连接到其他非法设备上，此时可通过检测HPD(热插拔检测)判断是否为授权设备，一旦检测到HPD为低电平，认为此时物理连接中断，可马上终止信号输出。第二种是：接收器在Power Down时，向发送设备随机传送一组要求暂时终止传输的特殊编码，当接收器重新Power On时，再传一次此特殊编码，发送设备验证后即可重新开始传输数字信号。以上作为以后修改规范时的建议提出。

芯片设计时，考虑在芯片内部将HDCP处理系统和TMDS解码处理系统合理处理，解码器Power Down时，HDCP也能正常工作。

DVI应用于数字电视是提高电视清晰度的方法之一，只要方案设计合理，EDID和HDCP按照相应标准规范进行开发扩展，那么DVI接口和数字电视的结合是可行和有效的。