平板顯示接口技術(shù)

隨著LCD/PDP等平板顯示器的市場(chǎng)占有率不斷上漲，同時(shí)高清數(shù)字電視和投影儀等數(shù)字視頻設(shè)備的應(yīng)用越來(lái)越普遍。業(yè)界需要擴(kuò)充性更好、對(duì)產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)更開(kāi)放的的數(shù)字接口技術(shù)，并可以把功能升級(jí)。DVI、VGA和LVDS等接口標(biāo)準(zhǔn)雖然已廣泛的應(yīng)用于PC和消費(fèi)電子產(chǎn)品，但是由于現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)無(wú)法適應(yīng)新的產(chǎn)品在帶寬、內(nèi)容保護(hù)、音頻支持等方面的發(fā)展需求，使得UDI(Unified Display Interface，通用顯示接口)HDMI和DisplayPort等新標(biāo)準(zhǔn)顯得更能適應(yīng)市場(chǎng)的需求，在這里我們重點(diǎn)介紹一下HDMI和DisplayPort兩種接口。

當(dāng)前主要的顯示接口技術(shù)

在嵌入式系統(tǒng)中，例如筆記本電腦或電視的液晶顯示器，基本上是利用低壓差分信號(hào)(LVDS)來(lái)連接顯示驅(qū)動(dòng)器。而目前在個(gè)人電腦外接監(jiān)視器方面，則使用傳統(tǒng)的VGA接口與PC連接。有些高級(jí)監(jiān)視器也配備數(shù)字視頻接口(DVI)，以便連接高端PC。對(duì)于連接攝像機(jī)或錄像機(jī)，電視機(jī)使用模擬復(fù)合視頻信號(hào)；而對(duì)于來(lái)自DVD播放器的標(biāo)清逐行掃描內(nèi)容則采用模擬分量視頻信號(hào)。同時(shí)，高清電視也逐漸轉(zhuǎn)為高清多媒體接口(HDMI)，以便增加音頻傳輸以及內(nèi)容保護(hù)的功能。

VGA與LVDS接口

VGA接口的能力有限，無(wú)法支持高分辨率、色度、更缺乏用戶(hù)要求的對(duì)高清內(nèi)容進(jìn)行保護(hù)的功能。LVDS技術(shù)只能用于短距離，且有時(shí)間限制，并需要增加針腳把排線加寬才可以支持高分辨率與色度的傳送。最新的筆記本電腦有內(nèi)建的音頻與多媒體功能，通過(guò)面板的連接線，足以與LVDS的功能相比。

DVI接口

DVI(Digital Visual Interface)接口的傳輸速度高達(dá)8Gbps，最初是應(yīng)用在計(jì)算機(jī)顯示系統(tǒng)，再發(fā)展成適用于傳輸無(wú)壓縮、高清晰度的視頻信號(hào)，近年推出的投影機(jī)、等離子及LCD顯示屏均設(shè)有這個(gè)視頻輸出系統(tǒng)。它的缺點(diǎn)是連線長(zhǎng)度不能超過(guò)8米，否則就會(huì)越影響畫(huà)質(zhì)。DVI的技術(shù)也有限制，DVI 1.0的規(guī)格基本上已經(jīng)不再研發(fā)，不容易更新以支持更快的時(shí)鐘速度、色度、連接類(lèi)型，以及更新的功能。DVI與VGA讓平面顯示器更為復(fù)雜，因?yàn)樾盘?hào)必須在內(nèi)部轉(zhuǎn)換成LVDS，從而就增加了監(jiān)視器的線路與成本。除此之外，DVI目前采用的3.3V工作電壓，也妨礙了下一代PC中低電壓芯片的開(kāi)發(fā)應(yīng)用。

HDMI接口

圖1 HDMI接口及連接電纜

HDMI(High Definition Multimedia Interface，高清晰度多媒體接口)是首個(gè)也是業(yè)界唯一支持的不壓縮全數(shù)字的音頻/視頻接口。HDMI通過(guò)在單線纜中傳輸高清晰、全數(shù)字的音頻和視頻內(nèi)容，極大簡(jiǎn)化了布線，為消費(fèi)者提供最高質(zhì)量的家庭影院體驗(yàn)。

HDMI接口的優(yōu)點(diǎn)：

HDMI規(guī)格的接口在保持高品質(zhì)的情況下能夠以數(shù)碼的形式傳輸未經(jīng)壓縮的高分辨率視頻和多聲道音頻的數(shù)據(jù)。 其卓越性能超越了以往所有的產(chǎn)品。

HDMI規(guī)格的連接器采用單線連接，并且沒(méi)有長(zhǎng)度限制，取代了產(chǎn)品背后的復(fù)雜的線纜。

HDMI規(guī)格可搭配寬帶數(shù)字內(nèi)容保護(hù)(HDCP)，以防止具有著作權(quán)的影音內(nèi)容遭到未經(jīng)授權(quán)的復(fù)制。

HDMI接口的發(fā)展歷史

2002年的4月，日立、松下、飛利浦、Silicon Image、索尼、湯姆遜、東芝共7家公司成立了HDMI組織開(kāi)始制定新的專(zhuān)用于數(shù)字視頻/音頻傳輸標(biāo)準(zhǔn)。Digital Content Protection, LLC (Intel的子公司)為HDMI提供高帶寬數(shù)字內(nèi)容保護(hù)(HDCP)。 另外, 主要的動(dòng)態(tài)圖像制造商比如Fox, Universal, Warner Bros., 和Disney, 系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商DirecTV和EchoStar (Dish Network)以及CableLabs和Samsung等都支持HDMI. 

2002年底，HDMI 1.0標(biāo)準(zhǔn)頒布。HDMI在針腳上和DVI兼容，只是采用了不同的封裝。與DVI相比，HDMI可以傳輸數(shù)字音頻信號(hào)，并增加了對(duì)HDCP的支持，同時(shí)提供了更好的DDC可選功能。HDMI支持5Gbps的數(shù)據(jù)傳輸率，最遠(yuǎn)可傳輸15米，足以應(yīng)付一個(gè)1080p的視頻和一個(gè)8聲道的音頻信號(hào)(一個(gè)1080p的視頻和一個(gè)8聲道的音頻信號(hào)需求少于4GB/s)并有很大余量。這允許它可以用一根電纜分別連接DVD播放器，接收器和PVR。此外HDMI支持EDID，DDC2B，因此具有HDMI的設(shè)備具有“即插即用”的特點(diǎn)，信號(hào)源和顯示設(shè)備之間會(huì)自動(dòng)進(jìn)行“協(xié)商”，自動(dòng)選擇最合適的視頻/音頻格式。

在HDMI LLC公布的HDMI的1.2版能更好地兼容PC系統(tǒng)，它增加了若干條非常重要的改進(jìn)，以方便PC連接和數(shù)字音頻流(SACD等)的傳輸。 

于2006年6月公布的HDMI 1.3標(biāo)準(zhǔn)包括以下的新功能： 

更快的速度： HDMI 1.3 將其單鏈接帶寬由165MHz(4.95Gbps)提高到340MHz(10.2 Gbps)以支持未來(lái)高清晰顯示設(shè)備的需要，例如更高的分辨率、深色和高幀率。

深色： HDMI 1.3 支持 30 位、36 位和 48 位(RGB 或 YCbCr)的色深，之前 HDMI 版本的色深最高為 24 位。 

色空間更寬： HDMI 1.3 去除了所有色彩選擇的限制：下一代"xvYCC"色空間是現(xiàn)有 HDTV信號(hào)色彩的1.8倍；讓HDTV顯示色彩更加精確；使顯示器達(dá)到電影質(zhì)量的自然、逼真的色彩。

新型迷你接口： 隨著小型便攜式設(shè)備，例如HD攝錄一體機(jī)和數(shù)碼相機(jī)需要HDTV的無(wú)縫連通性，HDMI 1.3提供新型、更小的波形因數(shù)接口選項(xiàng)。

唇型同步： 因?yàn)橄M(fèi)性電子設(shè)備正在使用不斷提高復(fù)雜性的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，以增強(qiáng)畫(huà)面內(nèi)容的清晰度及細(xì)致度，要使用戶(hù)設(shè)備中的影音內(nèi)容同步成了一大挑戰(zhàn)，潛在地需要復(fù)雜的終端用戶(hù)調(diào)節(jié)。HDMI 1.3 加入了自動(dòng)視頻/音頻同步的功能，使設(shè)備能完全精確且自動(dòng)地執(zhí)行同步。

新型無(wú)損音頻格式： 除 HDMI 支持高帶寬的未壓縮數(shù)字音頻和所有現(xiàn)有的壓縮格式(例如 Dolby Digital 和 DTS)的現(xiàn)有性能外，HDMI 1.3 還新增了對(duì)新型、無(wú)損壓縮數(shù)字音頻格式 Dolby TrueHD 和 DTS-HD Master Audio的支持。

HDMI技術(shù)細(xì)節(jié)

HDMI視頻格式： HDMI支持RGB信號(hào)、4:4:4采樣的YcbCr信號(hào)及4:2:2采樣的YCbCr.傳輸速率最高的24位/像素。對(duì)于640x480清晰度, R′G′B′通常的采用后數(shù)據(jù)范圍為0-255. 對(duì)于YcbCr及所有其它RGB清晰度，采樣后的數(shù)值范圍為16-235。 

HDMI音頻數(shù)據(jù)格式：基于DVD音頻標(biāo)準(zhǔn)，HDMI支持1~8組非壓縮音頻傳輸，音頻支持48,96 or 192kHz等多種采樣率。根據(jù)視頻格式，HDMI可以傳輸不同數(shù)量的采樣率在192KHZ的壓縮音頻。支持最大8個(gè)音頻通道。

HDMI接口的特性： 

完全的數(shù)字信號(hào)接口，無(wú)壓縮，從信號(hào)源直接輸出的直接數(shù)字圖象及音頻。

一根線纜滿(mǎn)足傳輸視音頻信號(hào)的需要，所有的HD信號(hào)及音頻信號(hào)在同一根線纜內(nèi)傳輸，包括5個(gè)視頻分量及多通道音頻。 

HDMI接口還支持傳輸智能信息如寬高比及信號(hào)格式、控制信息等，為設(shè)備間的智能化控制提供可能。 

支持HDTV 1080P及更高清晰度信號(hào)的傳輸及顯示，適應(yīng)HDTV的應(yīng)用。

HDMI連接器

標(biāo)準(zhǔn)的Type A HDMI連接器有19個(gè)針腳，較高分辨率的版本稱(chēng)為T(mén)ype B，已經(jīng)被定義，雖然還沒(méi)有被廣泛采用。Type B有29個(gè)針腳,允許它去攜帶一個(gè)擴(kuò)展的視頻通道以支持高分辨率的顯示。Type-B被設(shè)計(jì)支持高過(guò)1080p的分辨率。

Type A HDMI向后兼容用在目前的計(jì)算機(jī)監(jiān)視器和圖像卡的單一連接的數(shù)字視頻接口(DVI). 這意味著一個(gè)DVI源通過(guò)一個(gè)合適的接口卡或電纜可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)HDMI監(jiān)視器,反之亦然,但是HDMI的音頻信號(hào)和遙控特性就不能得到支持了. 另外，不支持HDCP, 視頻質(zhì)量以及分辨率可能由信號(hào)源處被人為地降低以阻止最終用戶(hù)觀看尤其是復(fù)制被法律保護(hù)的內(nèi)容。Type B HDMI同樣地向后兼容雙連接的DVI.。

HDMI的應(yīng)用

2004年，消費(fèi)電子行業(yè)開(kāi)始在DVD播放器、有線電視/衛(wèi)星電視機(jī)頂盒上添加HDMI接口，此外，HDMI接口還開(kāi)始逐漸出現(xiàn)在數(shù)字電視及LCD/等離子顯示器上，2004年底，HDMI被廣泛采用在電視和顯示器上。

根據(jù)提供HDMI技術(shù)授權(quán)的HDMI Licensing公司的數(shù)據(jù)，截至2006年6月，全球超過(guò) 400 家消費(fèi)電子和 PC 產(chǎn)品制造商已采用 HDMI接口。市場(chǎng)調(diào)查機(jī)構(gòu)In-Stat 預(yù)計(jì)2006年會(huì)有6000萬(wàn)采用HDMI的設(shè)備上市，包括機(jī)頂盒、DVD播放機(jī)和A/V接收器等。從全球來(lái)看，DVD拷貝控制協(xié)會(huì)已經(jīng)將具有防拷貝功能的HDMI指定用作CSS保護(hù)內(nèi)容的授權(quán)數(shù)字輸出接口。

盡管HDMI標(biāo)準(zhǔn)不斷獲得業(yè)界認(rèn)可，但目前只是將其作為一項(xiàng)產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，還沒(méi)有計(jì)劃將其向ITU或ISO等國(guó)際組織提交使其成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。 采用HDMI接口的新型設(shè)備不斷增多。除了DVD播放器、機(jī)頂盒、A/V接收器及音頻/視頻監(jiān)視器，HDMI接口還將應(yīng)用于個(gè)人電腦、藍(lán)光驅(qū)動(dòng)器、游戲控制器和便攜電子設(shè)備等。

中國(guó)采用HDMI接口的消費(fèi)電子廠商越來(lái)越多，康佳、長(zhǎng)虹、創(chuàng)維、TTE、廈華和海信等家電大廠都已經(jīng)采用HDMI作為接口。 

于2005年11月21日在深圳HDMI授權(quán)測(cè)試中心和PanelLink Cinema測(cè)試中心，將為中國(guó)消費(fèi)電子廠商提供本土化的測(cè)試服務(wù)，極大地簡(jiǎn)化并加速中國(guó)消費(fèi)電子廠商HDMI產(chǎn)品投入市場(chǎng)的進(jìn)程。深圳HDMI測(cè)試中心是全球第四家HDMI授權(quán)測(cè)試認(rèn)證中心，其他三處分別位日本大阪(隸屬于日本松下)、法國(guó)Caen(隸屬于飛利浦)和美國(guó)加州(隸屬于Silicon Image)。此外，Silicon Image將于2006年年中以前在上海新成立一家HDMI測(cè)試中心。 

UDI接口

UDI是用于臺(tái)式和筆記本電腦、工作站、PC顯示器的顯示接口標(biāo)準(zhǔn)。這一標(biāo)準(zhǔn)的推出主要是為了取代VGA模擬接口。UDI不但與DVI標(biāo)準(zhǔn)兼容，也計(jì)劃與HDMI標(biāo)準(zhǔn)兼容。

UDI和HDMI/DVI一樣，使用了高帶寬數(shù)字內(nèi)容保護(hù)(High-bandwidth Digital Content Protection，HDCP)技術(shù)。HDCP是目前針對(duì)播放優(yōu)質(zhì)高清內(nèi)容進(jìn)行內(nèi)容保護(hù)而廣泛采用的技術(shù)。它使得兼容UDI的臺(tái)式和筆記本PC及工作站能夠播放最新的數(shù)字影像。

對(duì)用戶(hù)而言，UDI將為主機(jī)和顯示設(shè)備間提供一個(gè)通用的視頻連接，包括臺(tái)式和筆記本PC顯示器、HDTV和投影儀等。對(duì)于PC和顯示器生產(chǎn)商來(lái)說(shuō)，UDI能方便地集成分立和集成的圖像控制，使生產(chǎn)主機(jī)平臺(tái)和LCD的OEM廠商能夠以更低的成本提供更方便的應(yīng)用和更高的帶寬。

推動(dòng)UDI標(biāo)準(zhǔn)的SIG(Special Interest Group)組織的主要成員包括Apple、Intel、LG Electronics、National Semiconductor、Samsung Electronics和Silicon Image。圖形處理芯片制造商N(yùn)VIDIA、半導(dǎo)體制造商THine Electronics以及線纜和連接器生產(chǎn)商FCI、Foxconn Electronics和JAE Electronics等也支持這一標(biāo)準(zhǔn)。

DisplayPort接口

圖2 DisplayPort接頭

視頻電子標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(VESA)發(fā)布了DisplayPort顯示接口標(biāo)準(zhǔn)的最終版本：DisplayPort 1.0。作為DVI的繼任者，DisplayPort將在傳輸視頻信號(hào)的同時(shí)加入對(duì)高清音頻信號(hào)傳輸?shù)闹С郑瑫r(shí)支持更高的分辨率和刷新率。這種接口可以為PC、監(jiān)視器、顯示面板、投影儀、以及高分辨率內(nèi)容應(yīng)用提供多種不同的連接解決方案。為減少各種設(shè)備的復(fù)雜度，DisplayPort整合了內(nèi)外連接方式，并為交叉領(lǐng)域的應(yīng)用提供了關(guān)鍵的性能支持。此外，還為強(qiáng)化下一代顯示器的特性，如顏色深度、刷新率、分辨率以及其他先進(jìn)應(yīng)用提供了性能上的升級(jí)。

DisplayPort 1.0規(guī)格支持單通道、單向、四線路連接，數(shù)據(jù)傳輸率10.8Gbps，足以傳送未經(jīng)壓縮的視頻和相關(guān)音頻，同時(shí)還支持1Mbps的雙向輔助通道，供設(shè)備控制之用，此外還支持8位和10位顏色。在數(shù)據(jù)傳輸上，DisplayPort使用了“micro-packetised”格式。

與消費(fèi)電子領(lǐng)域內(nèi)的HDCP類(lèi)似，DisplayPort也可以通過(guò)128位AES加密實(shí)現(xiàn)對(duì)HD視頻數(shù)據(jù)的拷貝保護(hù)。

DisplayPort的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

以功能來(lái)說(shuō)，DisplayPort 所提供的是前瞻性的驅(qū)動(dòng)信道，可擴(kuò)充為1~4條連接線路，并使用微型封裝架構(gòu)，支持各種色度、刷新率、以及顯示分辨率。其所定義的雙向回路，能夠讓微型封裝架構(gòu)具有靈活的傳輸控制與狀況信息顯示。這種微型封裝架構(gòu)，對(duì)增加內(nèi)容種類(lèi)與相關(guān)應(yīng)用具有良好的擴(kuò)展能力，而不會(huì)受限于使用光柵掃描的數(shù)據(jù)。DisplayPort的配置當(dāng)中，也含有機(jī)械規(guī)格，用來(lái)規(guī)范一種簡(jiǎn)單易用的微型外接器，上面附有可選擇的卡鎖插頭，與超長(zhǎng)線纜連接更為牢固。這種連接器共有四條前向通道，以最佳方式連接超薄型筆記本電腦，圖形卡上最多可以帶有4個(gè)連接器。此外，在機(jī)械規(guī)格部分，還定義了標(biāo)準(zhǔn)的面板連接器，作為內(nèi)部連接。

DisplayPort其它重要技術(shù)特色包括:

提供高帶寬前向傳輸連接通道，以及雙向輔助通道能力(可達(dá)1 Mbps，最大緩沖為200ms)。

提供應(yīng)用支持功能，最高可達(dá)10Gbps單向連接通道處理能力，從而可滿(mǎn)足計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)的長(zhǎng)期需求，支持大于QXGA 分辨率以及超過(guò)24位的顏色深度。

支持不同色度的傳輸(分別為6、8、10、12、16 位)。

現(xiàn)有VESA以及CEA標(biāo)準(zhǔn)均可適用。

連接DisplayPort器件時(shí)，可兼容以前的傳輸系統(tǒng)(如 DVI、 VGA、以及 LVDS)。

支持熱插拔、插頭拔出顯示以及連接狀態(tài)失敗監(jiān)測(cè)功能。 

通過(guò)3米的線纜，以直接驅(qū)動(dòng)方式支持全帶寬信息傳輸。通過(guò)15米的線纜，以直接驅(qū)動(dòng)方式支持壓縮帶寬傳輸。DisplayPort 通過(guò)15米長(zhǎng)的線纜，在4通道24bpp和50/60 Hz下，可支持1080p的最低分辨率。

DisplayPort與現(xiàn)有設(shè)備的互通性：

DisplayPort 可與現(xiàn)有接口共存，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)彼此互通：

提供數(shù)字音頻與顯示數(shù)據(jù)同時(shí)播放的可選功能。

支持音視頻數(shù)據(jù)同步顯示，時(shí)差約為