Кіріспе
Цифрлық бейнелерді дисплейге беру стандарты. Digital Visual Interface (DVI) – Digital Display Working Group (DDWG) тобы әзірлеген бейне дисплей интерфейсі. Бұл цифрлық интерфейс бейне көзін, мысалы, бейне дисплей контроллерін, компьютер мониторы сияқты дисплей құрылғысына қосу үшін пайдаланылады. Ол қысылмаған цифрлық бейне мазмұнын беру үшін өнеркәсіптік стандартты құру мақсатымен жасалған. DVI I стандартында шығарылған DVI құрылғылары аналогтық қосылымдарды қолдайды және VGA піндерін қамтиды, соның арқасында аналогтық VGA интерфейсімен үйлесімді, ал DVI D құрылғылары тек цифрлық болып табылады. Осы үйлесімділік және басқа да артықшылықтарының арқасында бұл стандарт Plug and Display (P&D) және Digital Flat Panel (DFP) сияқты бәсекелес цифрлық дисплей стандарттарынан басымдық алып, кеңінен қолданысқа енді. DVI көбінесе компьютерлермен байланысты болғанымен, кейде теледидарлар мен DVD ойнатқыштар сияқты басқа да тұтынушылық электроникада да қолданылады.
Digital Visual Interface (DVI) is a video display interface developed by the Digital Display Working Group (DDWG). The digital interface is used to connect a video source, such as a video display controller, to a display device, such as a computer monitor. It was developed with the intention of creating an industry standard for the transfer of uncompressed digital video content. DVI devices manufactured as DVI I have support for analog connections, and are compatible with the analog VGA interface by including VGA pins, while DVI D devices are digital only. This compatibility, along with other advantages, led to its widespread acceptance over competing digital display standards Plug and Display (P&D) and Digital Flat Panel (DFP). Although DVI is predominantly associated with computers, it is sometimes used in other consumer electronics such as television sets and DVD players.
Тарих
1994 және 1995 жылдары Video Electronics Standards Association (VESA) компаниясы аналогтық VGA коннекторын жаңарту үшін Enhanced Video Connector (EVC) стандартын енгізуге тырысты. Бұл стандарт компьютер мен монитор арасындағы кабельдерді біріктіруге бағытталған. EVC 35 пинді Molex MicroCross жалғауышын пайдаланып, аналогты бейне (кірісі мен шығысы), аналогты стерео дыбыс (кірісі мен шығысы) және деректерді (USB және FireWire арқылы) жеткізді. Сонымен қатар, цифрлық жалпақ панельді дисплейлердің қолжетімділігі артып, басымдық цифрлық бейне беруге ауысты, бұл VGA және EVC үшін қажетті қосымша аналогтық/цифрлық түрлендіру қадамдарын жояды; нәтижесінде 1997 жылы Plug & Display (P&D) стандарты пайда болды. P&D физикалық тұрғыдан үлкен және қымбат коннектор болғандықтан, компаниялардың консорциумы DFP стандартын (1999 ж.) әзірледі, ол тек 20 пинді микро таспалы коннекторды қолдана отырып, сандық бейне беруге ғана бағытталған және P&D-нің аналогты бейне және деректерді беру мүмкіндіктерін жоққа шығарды. DVI оның орнына P&D-дан деректерді беру функциясын ғана алып тастап, 29 пинді MicroCross жалғауышын цифрлық және аналогты бейнеге тасымалдау үшін пайдаланды. Маңыздысы, DVI екі каналды TMDS сигналдарын қолдайды, яғни ол бір каналды P&D және DFP коннекторларына қарағанда жоғары ажыратымдылықты қолдайды, бұл оның өнеркәсіптік стандарт ретінде сәтті қабылдануына әкелді. DVI-ның P&D және DFP-мен үйлесімділігі әдетте тиісті физикалық интерфейстерді қамтамасыз ететін пассивті адаптерлер арқылы жүзеге асырылады, өйткені барлық үш стандарт бірдей DDC/EDID қол алысу протоколдарын және TMDS цифрлық бейне сигналдарын қолданады. DVI 1999 жылдан бастап өнімдерге енгізілді. Алғашқы DVI мониторларының бірі Apple-дің 1999 жылы шыққан Cinema Display болды.
Техникалық шолу
DVI-ның цифрлық бейне беру форматы Silicon Image компаниясымен әзірленген panelLink форматына негізделген, ол transition minimized differential signaling (TMDS) деп аталатын жоғары жылдамдықты тізбектік байланысты пайдаланады.
ТМДС
Цифрлық бейне пиксельдік деректер бірнеше TMDS бұралған жұп сымдар арқылы тасымалданады. Электрлік жағынан, бұл сымдар электр шуына және аналогтық бұрмалаудың басқа да түрлеріне жоғары төзімді.
Бір жол
Бір DVI қосылымы төрт TMDS жұптан тұрады. Үш дерек жұбы бейнесигналдың 8 биттік RGB компонентін (қызыл, жасыл немесе көк) жеткізеді, жалпы пикселге 24 бит. Төртінші жұп TMDS сағатын тасымалдайды. Бинарлық деректер 8b/10b кодтау арқылы шифрланады. DVI пакеттеуді қолданбайды, керісінше пикселдік деректерді растрленген аналогты бейнесигнал сияқты жібереді. Сондықтан, толық кадр әрбір вертикальді жаңару периодында салынады. Әрбір кадрдың толық белсенді аймағы әрқашан қысылмай беріледі. Видео режимдері әдетте катодты сәулелі түтік (CRT) дисплейлерімен үйлесімді көлденең және тік жаңару уақытын пайдаланады, бірақ бұл міндетті емес. Бір байланыс режимінде TMDS-тің максималды такты жиілігі 165 МГц құрайды, бұл 60 Гц жаңарту жиілігінде 2,75 мегапикселге дейін максималды ажыратымдылықты (бланк аралығын қоса алғанда) қолдайды. Іс жүзінде, бұл 60 Гц жиілігінде 1920 × 1200 максималды 16:10 экран ажыратымдылығын қамтамасыз етеді.
Екілік байланыс
Жоғары ажыратылатын дисплей құрылғыларын қолдау үшін DVI спецификациясында екі байланыс мүмкіндігі қарастырылған. Екі байланысты DVI TMDS дерек жұптарының санын екі есеге арттырады, нәтижесінде бейне өткізу қабілеті екі есеге өседі, бұл 60 Гц жиілігінде 2560 × 1600 дейін жоғары ажыратылатын немесе төменгі ажыратылатын құрылғылар үшін жоғары жаңарту жылдамдығын қамтамасыз етеді.
Бір-біріне үйлесімділік
Аналогты VGA сигналдарын қолданатын дисплейлермен артқа қарай үйлесімділікті қамтамасыз ету үшін DVI ұңғысындағы кейбір контактілер аналогты VGA сигналдарын тасымалдайды. Өзара жұмыс істеудің ең төменгі деңгейін сақтау мақсатында, DVI стандартына сәйкес келетін құрылғылар бір негізгі дисплей режимін, яғни "төмен пикселдік форматты" (640 × 480, 60 Гц жиілікте) қолдауы тиіс.
ДДК
Қазіргі заманғы аналогты VGA қосқыштар сияқты, DVI қосқышында дисплей деректері арнасы (DDC) үшін контактілер бар, бұл графикалық адаптерге монитордың кеңейтілген дисплей идентификациялық деректерін (EDID) оқуға мүмкіндік береді. DDC2 нұсқасын қолданатын көз және дисплей қосылған кезде, көз I²C байланысы арқылы монитордың EDID блогын оқып, дисплейдің мүмкіндіктерін анықтайды. EDID блогында дисплейдің идентификациясы, түс сипаттамалары (мысалы, гамма мәні) және қолдау көрсетілетін бейне режимдерінің тізімі болады. Тізімде басым режим немесе түпкі ажыратымдылық көрсетілуі мүмкін. Әрбір режим – горизонтальдық/вертикальдық синхронизацияның ұзақтығы мен жиілігін, белсенді дисплей аймағының орналасуын, горизонтальдық ажыратымдылықты, вертикальдық ажыратымдылықты және жаңару жылдамдығын анықтайтын уақыт шамаларының жиынтығы.
Кабельдің ұзындығы
DVI кабельдері үшін ұсынылатын ең максималды ұзындығы спецификацияда көрсетілмейді, себебі ол TMDS сағаттық жиілігіне байланысты. Әдетте, 1920 × 1200 дейінгі дисплейлер үшін кабельдің ұзындығы жеткілікті. 1280 × 1024 немесе одан төмен ажыратымдылықтағы дисплейлермен ұзындығы артық кабельдерді де қолдануға болады. Одан да ұзын қашықтықтар үшін сигналдың нашарлауын азайтуға көмектесу үшін DVI күшейткішін – сигналды қайталайтын құрылғыны пайдалану ұсынылады, ол сыртқы қуат көзін қажет етуі мүмкін.
Цифрлық деректерді кодтау
DVI ағынын кодтаудың мақсаттарының бірі – кодтау қателерін азайтатын DC теңгерімді шығыс беруді қамтамасыз ету. Бұл мақсатқа 8 бит немесе одан аз символдар үшін 10 биттік символдарды пайдалану және артық биттерді DC теңгерімдеу үшін қолдану арқылы қол жеткізіледі. Видео берудің басқа әдістері сияқты, екі түрлі аймақ бар: пиксельдік деректер жіберілетін белсенді аймақ және синхрондау сигналдары жіберілетін басқару аймағы. Белсенді аймақ ауысуды азайту принципімен дифференциалдық сигнализация арқылы кодталады, ал басқару аймағы 8b/10b кодтамасымен кодталады. Екі схема әртүрлі 10 биттік символдарды тудыратындықтан, қабылдағыш белсенді және басқару аймақтарын толыққанды ажырата алады. DVI құрылған кезде, көптеген компьютер мониторлары әлі де аналогты бейне синхрондау сигналдарын қажет ететін катодты сәулелі түтіктер болған. Цифрлық синхрондау сигналдарының уақыты эквивалентті аналогтық сигналдармен сәйкес келеді, сондықтан DVI-ны аналогтық сигналға және кері түрлендіру процесіне қосымша (жоғары жылдамдықты) жад қажет болмайды, ол сол кезде қымбатқа түсетін. HDCP – бұл 10 биттік символдарды жіберу алдында өзгертетін қосымша қабат. Тек дұрыс авторизациядан кейін ғана қабылдағыш HDCP шифрлауын жоюға мүмкіндік алады. Бақылау аймақтары шифрланбайды, себебі қабылдағышқа белсенді аймақ қашан басталатынын хабарлау қажет.
Сағат пен деректер қатынасы
DVI бір TMDS сағаттық жұпты және бір байланыс режимінде 3 TMDS дерек жұбын немесе екі байланыс режимінде 6 TMDS дерек жұбын қамтамасыз етеді. TMDS дерек жұптары TMDS сағатының жиілігінен 10 есе жоғары жалпы бит жылдамдығымен жұмыс істейді. Әрбір TMDS сағаттық периодында 8 биттік пиксел түсін көрсететін TMDS дерек жұбына 10 биттік символ беріледі. Бір байланыс режимінде үш 10 биттік символдың әр жиынтығы 24 биттік пикселді білдіреді, ал екі байланыс режимінде алты 10 биттік символдың әр жиынтығы екі 24 биттік пикселді немесе 48 биттік түс тереңдігі бар бір пикселді білдіреді. Техникалық құжат мәліметтер мен сағаттың сәйкес келмеуіне рұқсат береді. Дегенмен, TMDS сағаты мен TMDS жұбының жалпы бит жылдамдығы арасындағы қатынас 1:10 ретінде бекітілгендіктен, белгісіз сәйкестік уақыт өте келе сақталады. Қабылдағыш ағындағы биттерді қалпына келтіруі керек, сағатты/деректерді қалпына келтірудің кез келген әдісін қолдана отырып, дұрыс символ шекарасын табу үшін. DVI спецификациясы TMDS сағатының 25 МГц және 165 МГц аралығында өзгеруіне мүмкіндік береді. Бұл 1:6.6 қатынасы сағатты қалпына келтіруді қиындатады, себебі фазалық құлыпталған тізбектер (егер қолданылса) үлкен жиілік диапазонында жұмыс істеуі керек. DVI-дың басқа интерфейстерге қарағанда бір артықшылығы – ол сағаттық және синхрондау сигналдары да берілетіндіктен, сигналды цифрлық доменнен аналогтық доменге видео DAC арқылы түрлендіруге салыстырмалы түрде оңай. DisplayPort сияқты белгілі бір жиілікті интерфейстер сағатты жіберілген деректерден қайта құруы керек.
Дисплейдің қуаттандыруын басқару
DVI ерекшеліктері қуат тұтынуды азайтуға арналған сигналдаманы қамтиды. VESA дисплейінің қуатты басқару сигналдамасы (DPMS) стандартына ұқсас, қосылған құрылғы өшірілген кезде немесе құрылғының дисплей контроллері қолдайтын болса, мониторды бағдарламалық жолмен сөндіре алады. Мұндай мүмкіндікке ие құрылғылар Energy Star сертификатын алуға құқылы.
Аналогты
DVI спецификациясының аналогтық бөлімі қысқаша ғана сипатталған және электрлік ерекшеліктері үшін VESA VSIS, ал уақыттық ақпарат үшін GTFS сияқты басқа да спецификацияларға сілтеме жасайды. Аналогты қосу себебі – бұрынғы VGA кабельдері мен жалғауыштармен үйлесімділікті сақтау. HSync, Vsync және үш бейне арнасы үшін VGA тіректері DVI I немесе DVI A (бірақ DVI D емес) жалғауыштарында бар және электрлік тұрғыдан үйлесімді, ал DDC (сағат және деректер) және 5 В қуат пен жер үшін тіректері барлық DVI жалғауыштарында сақталады. Осылайша, пассивті адаптер DVI I немесе DVI A (бірақ DVI D емес) және VGA жалғауыштары арасында байланыс орната алады.
DVI және HDMI үйлесімділігі
HDMI – тұтынушы электроника индустриясы әзірлеген және насихаттайтын жаңа цифрлық аудио/бейне интерфейсі. DVI және HDMI TMDS және VESA/DDC бұралған жұптары үшін бірдей электрлік сипаттамаларға ие. Алайда, HDMI мен DVI бірнеше маңызды жағынан ерекшеленеді. HDMI VGA үйлесімділігіне ие емес және аналогты сигналдарды қамтымайды. DVI RGB түс үлгісімен шектеледі, ал HDMI YCbCr 4:4:4 және YCbCr 4:2:2 түс кеңістіктерін қолдайды, олар көбінесе компьютерлік графикада қолданылмайды. Цифрлық бейнеден басқа, HDMI цифрлық аудио үшін қолданылатын пакеттерді тасымалдауға қолдау көрсетеді. HDMI көздері дисплейдің EDID блогын оқып, ескі DVI дисплейлері мен HDMI мүмкіндігі бар дисплейлерді ажыратады. DVI D және HDMI құрылғыларының өзара үйлесімділігін арттыру үшін HDMI бастапқы компоненттері мен дисплейлері DVI D сигналдарын қолдайды. Мысалы, HDMI дисплейін DVI D көзімен басқаруға болады, себебі HDMI және DVI D екеуі де қолдайтын ең төменгі шекті ажыратымдылықтар мен кадр буфері форматтарын анықтайды. Кейбір DVI D көздері аудионы қоса, HDMI сигналдарын шығару үшін стандартты емес кеңейтулерді пайдаланады (мысалы, ATI 3000 сериясы және NVIDIA GTX 200 сериясы). Кейбір мультимедиялық дисплейлер HDMI сигналын аудиомен қабылдау үшін DVI-ден HDMI адаптерін пайдаланады. Нақты мүмкіндіктер бейнекартаның сипаттамаларына байланысты өзгереді. Кері жағдайда, HDCP қолдауын міндетті түрде қамтамаған DVI дисплейі, HDMI көзімен үйлесімді болса да, қорғалған контентті көрсетуге шамасы келмейді. HDMI-ге тән қашықтан басқару, аудио тасымалдау, xvYCC және терең түс сияқты мүмкіндіктер тек DVI сигналдарын қолдайтын құрылғыларда қолданылмайды. HDCP үйлесімділігі бастапқы және мақсатты құрылғылар үшін әрбір құрылғының өндірушісінің техникалық сипаттамаларына байланысты.