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DVI技術資料-2003.12.11DVI标准的数字显示接口1999年，由Silicon Image、Intel、Compaq、IBM、HP、NEC、Fujitsu等公司共同组成数字显示工作组（Digital Display Working Group，DDWG）推出的数字显示接口（Digital Visual Interface，DVI）标准。 目前大多数计算机与外部显示设备之间都是通过模拟VGA接口连接，计算机内部以数字方式生成的显示图像信息，被显卡中的D/A（数字/模拟）转换器转变为R、G、三原色信号和行、场同步信号，信号通过电缆传输到显示设备中。对于模拟显示设备，如模拟CRT显示器，信号被直接送到相应的处理电路，驱动控制显像管生成图像。而对于LCD、DLP等数字显示设备，显示设备中需配置相应的/（模拟/数字）转换器，将模拟信号转变为数字信号。在经过/和/2次转换后，不可避免地造成了一些图像细节的损失。 DVI标准由DDWG于1994年4月正式推出，它的基础是Silicon Image公司的Panel Link接口技术，Panel Link接口技术采用的是最小化传输差分信号（Transition Minimized Differential Signaling，TMDS）作为基本电气连接。计算机中生成的图像信息传送到显示处理单元（显卡）中，经处理并编码成资料信号，资料信号中包含了一些像素信息、同步信息以及一些控制信息，信息通过3个信道输出。同时还有一个信道用来传送使发送和接收端同步的时钟信号。每一个信道中资料以差分信号方式传输，因此每一个信道需要2根传输线。由于采用差分信号传输，资料发送和接收中识别的都是压差信号，因此传输线缆长度对信号影响较小，可以实现远距离的数据传输。在接收端对接收到的资料进行译码，并处理生成图像信息供数字显示设备显示。在DVI标准中对接口的物理方式、电气指针、时钟方式、编码方式、传输方式、资料格式等进行了严格的定义和规范。对于数字显示设备，由于没有D/A和A/D转换过程，避免了图像细节的丢失，从而保证了计算机生成图像的完整再现。在DVI接口标准中还增加了一个热插拔监测信号，从而真正实现了即插即用。DVI是基于TMDS(transition minimized differential signaling) 电子协议设立的。TMDS是一种微分信号机制，可以将象素数据编码，并通过串行连接传递，传递的信号具有3-6个数据信道对以及一个频率信号对。在两个DVI信道的情况下，标准则允许更大的带宽。双连接的DVI显卡可以支持最大330MHz的带宽，这样可以轻松实现每个象素8bit资料，20481536分辨率。一块带有两个DVI信道的显卡具有2个TMDS传送器和2个DVI接口，这两个接口可以用来驱动两个不同的数字显示器。当然，用户也可以选择只驱动一个显示器，这样就可以获得更高的单信道带宽驱动高分辨率的画面（比如优派的VP2290b）。测试DVI上面我们提到，显示一个高分辨率画面需要一个高带宽信号，不过将资料以高带宽传输并不是一个简单的工作，需要用心设计传送器和接收器，甚至是显卡的PCB线路（这也是成功的关键）。一个高质量的传送器必须可以产生干净的信号，不过信号可以因为电路板设计的拙劣而“变形”和“扭曲”。为了实现高分辨率画面，我们就需要对传送器进行测试，来确保它可以产生干净的信号；同时也需要对显示器的接收器做测试，来保证它可以干净的对信号译码并显示出尽可能完美的画面。通常对显卡的测试方法是将液晶显示器、投影仪等DVI接受设备也显卡连接，测试人员查看不同设备上显示出的图案是否准确；对于接收器的测试则是将将其和不同的DVI传送器（通常是显卡）连接，查看测试图案是否符合原图。实际上，这两项测试均依赖与测试人员的观察，这可以相当主观而不易掌握的技巧。科学的测试应该是在示波器下查看、分析传送器发送出的信号，通过观察示波器屏幕上的图案可以得到更客观、准确的判断。信号会在示波器上形成一个眼型的图案（Data Eye）。在162MHz通过的眼型图案这里是一个标准的眼型图案测试画面，我们给出的是在162MHz带宽上的图样。示波器通过自身的软件增加了一个黑色覆盖区，符合要求的资料区（橙、黄色区域）不会和蓝色区域混合，也就是说如果眼型图案保持在黑色区域内部，那么我们就可以认为信号是合格的。不过这种方法需要测试人员自行计算图像的抖动、上冲、下行值，并判断信号图像是否符合。不过Silicon Image和Tektronix合作为Tek TDS 7404示波器开发了一款软件来自动进行计算，为测试人员提供了一种更好的方式。TDS 7404的结构类似与PC，采用的也是Windows操作系统，编写软件自然不是什么太困难的事。该软件在上面的图表上自动生成黑色和蓝色的区域，并会对信号的正确性发出“Pass”（通过）或是“Fail”（失败）的信息。TekTDS 7404测试DVI接收器要相对麻烦一些，因为在这里测试人员必须自行生成测试图案，在其中还要包括足够的干扰和抖动来测试接收器的极限。对接收器的测试是为了让数字显示设备可以呈现出尽可能干净的画面。有干扰的DVI画面提醒大家注意实际的显示质量和DVI是无关的。实际测试目前越来越多的显卡芯片都设计了内建的TMDS传送器。这对于显卡设计而言是一项挑战，它意味这模拟和数字混合信号电路需要通过制造技术来满足纯数字信号的需要。集成TMDS传送器的质量需要最好的，目前大约有7家显卡厂商采用了Silicon Image的传送器芯片。实际上，我们选择了一款带有两个DVI接口的显卡来进行测试，该显卡内建了一个TMDS传送器，同时也采用的Silcon Image的SiI164芯片提供另一个DVI接口。下面的图样为Sil164芯片对应的接口：Eye Diagram - 使用SiI 164芯片大家可以发现，这款芯片没有通过测试。软件绘制的蓝色区域超过了信号的边界。根据Silicon Image的Mark Williams的说法，在PCB上更合理的设计SiI164芯片可以解决这个问题；同时在实际使用中，一般用户也不会察觉到这个问题。当我们切换到显卡内建的TMDS传送器接口时，情况变得更糟糕了。首先，我们将一个使用边际DVI接收器的液晶显示器与其连接，产生的画面可以用“糟糕”来形容，Tek示波器甚至无法生成眼型图案。出现这样的情况主要时因为集成的TMDS传送器只有142MHz的工作频率，为了提供16001200的画面而不得不减少了信号消隐期。这种做法在一些显示器上不会出现什么问题，不过在更多其它产品上则会引起图像抖动、象素点偏移等情况。不过在我们的测试中，即使使用了减少了消隐期（142MHz）还是无法得到正确的画面（如上图所示）。对于DVI展望显卡集成的TMDS传送器出现的问题并不是不能克服的，我们相信已经有一些显卡芯片厂商可以拿出合适的产品，不过一切都需要在测试过后才可以下结论。通常的画质研究集中在显卡如何通过特殊的渲染功能产生漂亮的画面，不过现在我们应该加入一项新的测试内容：DVI信号一致性。我们会在今后对DVI信号的质量做更深入的探讨，并希望它成为今后显卡测试的一部分。DVI与VGA-数字与模拟传统CRT显示器的显像管从球面发展到柱面，又从柱面发展到纯平，在视觉效果上获得了很大的飞跃，不过，长久以来，显示器与显示卡之间的通讯接口，一直采用传送模拟信号的VGA接口为主，而随着液晶显示器的进一步普及，先进的DVI数字信号接口，也逐步走进人们的生活。但是，还存在有很多的用户对VGA和DVI缺乏基本的认识。 VGA的英文全称是VideoGraphicArray，即显示绘图数组。VGA支持在640X480的较高 分辨率下同时显示16种色彩或256种灰度，同时在320X240分辨率下可以同时显示256种颜色，这在当时绝对是巨大的飞跃。我们的眼球对颜色的敏感远大于分辨率，所以即使分辨率较低图像依然生动鲜明。VGA由于良好的性能迅速开始流行，厂商们纷纷在VGA基础上加以扩充，如将显存提高至1M并使其支持更高分辨率如800X600或1024X768，这些扩充的模式就称之为VESA(VideoElectronicsStandardsAssociation，视频电子标准协会)的SuperVGA模式，简称SVGA，现在的显卡和显示器都支持SVGA模式。不管是VGA还是SVGA，使用的联机都是15针的梯形插头，传输模拟信号。DVI的英文全称是DigitalVisualInterface，其标准是1999年由SiliconImage、Intel、Compaq、IBM、HP、NEC、Fujitsu等公司共同组成数字显示工作组DDWG(DigitalDisplayWorkingGroup)推出的数字显示接口。其实早在1994年4月，DDWG就正式提出了DVI标准，它的基础是SiliconImage公司的PanelLink接口技术，PanelLink接口技术采用的是最小化传输差分信号(TransitionMinimizedDifferentialSignaling，TMDS)作为基本电气连接。计算机中生成的图像信息传送到显示处理单元(显卡)中，经处理并编码成资料信号，资料信号中包含了一些像素信息、同步信息以及一些控制信息，信息通过3个信道输出。同时还有一个信道用来传送使发送和接收端同步的时钟信号。每一个信道中资料以差分信号方式传输，因此每一个信道需要2根传输线。由于采用差分信号传输，资料发送和接收中识别的都是压差信号，因此传输线缆长度对信号影响较小，可以实现远距离的数据传输。在接收端对接收到的资料进行译码，并处理生成图像信息供数字显示设备显示。在DVI标准中对接口的物理方式、电气指针、时钟方式、编码方式、传输方式、资料格式等进行了严格的定义和规范。右边为DVI接口在传统的CRT显示器中，使用的都是VGA接口，这是因为显像管的分辨率并没有严格的点阵划分，每一个点都是由红、黄、蓝三个小点呈三角形排列组成，并且发色数也没有上限，无论使用哪种分辨率，显示出来的图像边缘过渡平滑自然。DVI接口现在多用在LCD液晶显示器上，液晶显示器一般都有固定的最大分辨率，它的每一个点都是实际存在的，发色数一般是16.7M色。不过现在的15寸液晶显示器一般只提供一个VGA接口，只有在大屏幕高档液晶显示器中才提供DVI和VGA双接口，现在的高文件显示卡上，一般也提供DVI接口，可以与液晶显示器相连。DVI新技术的产生，必然会有它的好处，有它的实用性和优势。我们可以通过以下几方面对VGA和DVI接口作一下比较。失真我们知道，计算机内部传输的都是2进制的数字信号，如果采用VGA接口输出，计算机内部以数字方式生成的显示图像信息，会被显卡中的D/A(数字/模拟)转换器转变为R、G、B三原色信号和行、场同步信号，信号通过电缆传输到显示设备中。对于模拟显示设备，如模拟CRT显示器，信号被直接送到相应的处理电路，驱动控制显像管生成图像。而对于LCD等数字显示设备，显示设备中需配置相应的A/D(模拟/数字)转换器，将模拟信号再一次转变成数字信号。在经过D/A和A/D两次转换后，不可避免地造成了一些图像细节的损失。但是如果使用DVI接口，这些数字图像信息就会被直接传送到显示设备上，由于没有D/A和A/D转换过程，避免了图像细节的丢失，从而保证计算机生成的图像真实和完整性，而且D/D的数字信号直接传输，减少了与模拟信号的转换周折，使液晶响应的速度也更快，更流畅。抗干扰能力现在各式各样的家用电器在不断增加，再加上广播、电视和手机等等，电磁干扰会越来越严重。如果你的计算机和电视、音响、微波炉、冰箱等电器放在同一间屋子里，当它们当中有几样同时工作的时候，你一定会发现显示器或多或少的受到干扰，同时，计算机对其他设备也会产生干扰，这是不可避免的。在这种情况下，数字信号就可以发挥优势，它的抗干扰能力要比模拟信号强的多。举个简单的例子，我们在使用GSM移动电话是，经常会出现声音时大时小、断断续续，这就是信号收到了外界的干扰，而使用数字技术的CDMA电话就不会出现这种情况。所以，使用DVI数字接口就要比使用VGA模拟接口好的多，而且支持的传输距离更长。升级从模拟到数字的转变，是发展的必然趋势，就像从模拟信号的磁带到数字信号CD、MP3，从模拟的VHS录像机像数字化的VCD、DVD机转变一样，数字技术的优势是不言而喻的。如今IT的更新速度之快令人咋舌，今天刚刚流行的东西也许明天就处在了淘汰的边缘，便于升级也就成了现在电子产品不可缺少的要素之一。由于DVI使用的数字传输，所以仅仅需要修改显卡或显示器内部的程序就可以做到设备升级，而不用考虑中间的传输过程。虽然如此，但DVI液晶要在短期内淘汰VGA还具有一定的限制，因为匹配的DVI显卡和自身制造成本还相对较高，但DVI接口无疑是未来显示器信号接口的一个趋势和标准，所以，现在不少液晶显示器提供了DVI和VGA两个接口就目前的市场销售情况来说，液晶显示器(LCD)的销售额已经超过了传统的CRT显示器(不过由于液晶显示器的单价较高，具体的销售数量（台）还没有超过CRT)。目前人们选择液晶显示器一方面是看重该产品的节能性，一方面看重其体积小、占地少。目前销售的液晶显示器普遍都具有两种接口，DVI（数字视频接口）和模拟接口（D型15针）。由于液晶采用的是一种纯数字的设备，那么直接通过DVI接口输入数字信号当然会更好，而通过D型15针接口就显得有些不明智了（ RAMDAC将数字信号转为模拟信号，再将模拟信号传入液晶显示器，最后通过液晶显示器内部再次转为数字信号）。在CRT占据天下时模拟接口自然没有什么问题，不过在液晶大行其道的今天就显得有些不合时宜了。实际上，笔记本计算机在很久以前就开始通过LVDS（低电压微分信号）传送器、接收器实现全数字显示了。而目前使用越来越多的数字接口（DVI）是由DDWG(Digital Display Working Group)开发的。对于模拟接口的显示器，我们都知道它和PC连接时需要进行手动调节才能得到好的图像；而对于采用DVI接口的显示器，尽管其承诺无需调节就可以达到有效的显示效果，不过这种情况只能在传送器和接收器都兼容DVI标准的前提下，同时还需要转换的信号符合标准，这个要求目前还很少有产品可以达到。数码接口芯片的供货商Silicon Image在购进7块GeForceFX 5200 显卡进行测试后，发现其中没有一块符合DVI标准。仅仅拥有DVI接口并不意味着可以实现纯数字显示。DVI标准DVI是一种连接显卡系统和显示设备的标准，特别是纯数码显示设备，比如LCD等。一个DVI显示系统包括一个传送器和一个接收器。传送器是信号的来源，可以内建在显卡芯片中，也可以以附加芯片的形式出现在显卡PCB上；而接收器则是显示器上的一块电路，它可以接受数字信号，将其译码并传递到数字显示电路中，通过这两者，显卡发出的信号成为显示器上的图像。如果用户希望得到一个完美显示的画面，那么传送器就需要将干净的信号传给接收器，而接收器自己也需要将信号译码并干净的传给显示器。为了实现符合DVI标准，显卡在硬件上必须支持最低25.175MHz的带宽，这是实现最低的64048060Hz 分辨率画面的条件。目前的DVI为了实现符合DVI标准，显卡在硬件上必须支持最低25.175MHz的带宽，这是实现最低的64048060Hz分辨率画面的条件。目前的DVI 1.0标准规定的最大单信道带宽为165MHz，也就是在大多数情况下实现16001200的分辨率。消隐期是指显示器准备开始显示另一幅画面或区域所需要的时间。CRT因为需要将电子枪重新定位到屏幕的一角，所以需要的消隐期相当的高；而LCD所需要的消隐期则相对短的多，不过并不是所有的产品都是这样。DVI标准要求LCD显示器的消隐期小于5，如果消隐期大于这个标准，那么就需要显示器具有更大的带宽。举个例子：从理论上来讲，16001200分辨率下需要142MHz的带宽，如果计算上5的消隐期，那么142MHz的带宽就显得有些紧张了。 显卡上的DVI接口简介由于显示卡处理的都是数字信息，因此在把帧缓存数据传给显示器之前必须先经过RAMDEC数模转换器，把数字信号转换为模拟信号在传送出去，而在这个过程中就产生了信号的失真。模拟信号产生之后，就要经由VGA电缆线（又一个信号失真源）传给显示器。如果你的显示器是数字设备（比如说液晶显示器等）而不是传统的CRT显示器，那幺失真会更加严重因为模拟信号还要再一次被转换为数字信号。既然这样，何必绕弯子呢？这样我们就引入了DVI接口这个概念。什幺是DVI？有的人对DVI的理解还停留在“我显卡上面那个从来没用过的白色接口”的水平。其实DVI是一个很重要的接口标准这个标准由数字显示工作组（DDWG）制定，其中的成员也包括大名鼎鼎的Intel和Silicon Image。正像刚刚分析的，我们没有必要把数字信号转换为模拟信号再转回去，而DDWG小组就致力于通过DVI把这一理论转化为现实。目前DVI系统的规格已经比较成熟了：显卡产生的数字信号（包括控制信息和数据信息）由发送器按照TMDS协议编码后通过TMDS信道（至少要包含4条数据线：RGB三种信号和时钟信号）发送给接收器，经过解码送给数字显示设备。由于TMDS协议本身就是Silicon Image制定的算法，因此Silicon Image制造的发送器和接收器自然是最佳选择。 DVI 1.0标准的原理图根据DVI标准，一条TMDS信道可以达到165MHz的工作频率和10-bit接口，也就是可以提供1.65Gbps的带宽，这足以应付1920*1080/60Hz的显示要求。另外，为了扩充兼容性，DVI还可以使用第二条TMDS信道（就像原理图中一样），不过其工作频率必须与另一条同步比如说我们需要2Gbps的带宽，那幺两条信道都要工作于100MHz上面（100MHz*2*10-bits）。正是由于有了这幺高的带宽优势，DVI逐渐成为了业界最具前途的规范。DVI-I与DVI-DDVI还有一个功能上面的优势（尽管不太常用），那就是同一个接口可以支持数字、模拟两种信号：在图中大家可以看到3*8共24个针脚，是用来组建我们刚刚提到的TMDS信道用的。而右边的十字加上四个点实际上有5个针脚，可以传输模拟视频信号。显然，DVI接口对VGA构成了极大的威胁DVI也可以兼容模拟显示器。DVI接口就可以被分为只包含24针数字接口的DVI-D，以及上面的数字、模拟兼顾的DVI-I。至于只有模拟接口的DVI-A，至今官方还没有发布此标准。而现在显卡使用广泛的还是DVI-I接口。怎样解决分辨率缩放问题？众所周知，作为数字显示设备主力军的液晶显示器，有一个天生的特点：分辨率是“固定”的屏幕上就那幺多个象素点，因此最佳分辨率只有一个。因此想让液晶上更高分辨率是不可能的，而降低分辨率也不是一件很简单的事情。比如说苹果的22寸显示器最佳分辨率是1600*1024，但如果我们用它来玩游戏就必须把分辨率设置成1024*768或者1280*1024。这样做的问题是：怎样把画面“扩展”到整个屏幕上面。在DVI出现以前，分辨率的缩放问题一直困扰着显示器生产厂，而现在DVI把这一工作“揽”到了自己头上：只要产品符合DVI规范，生产厂家就不必为余下的事情操心了，DVI可以搞定一切。据不完全统计，目前市面上超过半数的显卡都配备了DVI接口，然而目前液晶火线DVI接口的应用却并不普遍， 液晶火线DVI难道是多余的摆设？答案当然是否定的，DVI接口非但不是多余的摆设，它是一种趋势，显示器接口的新标准。一、速度快 液晶显示器本身只能处理数字信息，如果使