- DVI概述及工作原理
- DVI接口在數字電視中的應用
- 數字電視DVI接口的EDID開發
- 數字電視中DVI接口的HDCP研究
數字視頻接口接收的是經過一定處理(壓縮或不壓縮)的數字信號，不論從信號質量還是后處理考慮，都有利于提高整個接收機系統的性能。DVI(DigitalVisualInterface，數字視頻接口)是目前廣泛應用的一種數字視頻接口，起初主要應用于PC行業。DVI支持單像素RGB的24bit數據，傳輸的數字信號沒有經過壓縮，單連接的傳輸速率可達4.9Gbps，對數據傳輸速率是1.78Gbps的1080i數字高清晰電視可達到較好的保真度，特別是在LCD、DLP等顯示設備中，不需要任何D/A轉換和處理，減少了信號損失，可以應用到數字電視、平板電視等產品當中。
DVI概述及工作原理
DVI是由DDWG(DigitalDisplayworkingGroup，數字顯示工作組)發明的一種高速傳輸數字信號的技術，有DVI-D和DVI-I兩種不同的接口形式。DVI-D只有數字接口，DVI-I有數字和模擬接口，目前應用主要以DVI-D為主。
DVI是基于TMDS(TransitionMinimizedDifferentialSignaling，轉換最小差分信號)技術來傳輸數字信號，TMDS運用先進的編碼算法把8bit數據(R、G、B中的每路基色信號)通過最小轉換編碼為10bit數據(包含行場同步信息、時鐘信息、數據DE、糾錯等)，經過DC平衡后，采用差分信號傳輸數據，它和LVDS、TTL相比有較好的電磁兼容性能，可以用低成本的專用電纜實現長距離、高質量的數字信號傳輸。TMDS技術的連接傳輸結構如圖1所示。
圖1TMDS連接傳輸結構
DVI數字信號傳輸有單連接(SingleLink)和雙連接(DualLink)兩種方式，對于單連接，僅用圖1所示的1/2、9/10、17/18腳傳輸，它的傳輸速率可達4.9Gbps，雙連接可達9.9Gbps。
DVI接口在數字電視中的應用
●基本方案論證分析
數字電視機為達到高清晰度顯示要求，掃描一般采用
圖2DVI接口原理框圖
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由原理圖看，數字電視增加DVI接口比較簡單，從硬件電路考慮，一是在接口處增加DVI解碼部分，二是在后端提供一個數據通道，如果電視原有方案中具有A/D轉換和相應的后級數據處理通道，那么DVI接口解碼輸出的數據可以與它共用，因為在數字信號格式一定的情況下，其碼率、行頻、場頻、時鐘是一致的。
在實際研究開發中，需要特別注意DVI解碼輸出數據信號、A/D轉換輸出數據信號的隔離和避免前端通道相互干擾。由于兩組通道的共用，相當于延長了數字輸出引腳的信號線長度，因此對于長距離的數字信號印制線，有必要在其特征阻抗處將其中斷，以避免數字信號的過沖、欠沖和振鈴，通常情況下在數據線上串聯幾十歐姆的電阻。同時對于輸出驅動來說，需要最大限度地減小數字輸出引腳的容性載荷，但是在信號布線階段，一般不能精確計算容性負載，為方便系統調試，應考慮在數據信號線、行場同步信號線、時鐘信號線到地并聯電容，根據PCB材料、信號長度不同，電容值一般在幾十pF即可，這樣就可達到通道負載平衡、數據上升沿、下降沿和相位的一致，減少數字噪聲干擾和抖動。
數字電視DVI接口性能測試時，誤碼率指標應達到10-9，即10億bit允許出現一個誤碼，因此在性能測試時必須保證一定的測試時間
圖3DVI接口系統工作流程
對于DVI接口在數字電視、平板電視上的應用研究，更為關鍵的是EDID(ExtendedDisplayIdentificationDATA，即擴展顯示識別數據)編程，HDCP(High-bandwidthDigitalContentProtection)功能的實現。這些對于數字電視來說都是全新應用，只有EDID和HDCP在數字電視上實現后，DVI接口才是真正的數字電視接口。
●數字電視DVI接口的EDID開發
EDID是為PC顯示器設置的優化顯示格式數據規范，存儲在顯示器中專用的1Kb的EEROM存儲器中(即EDID數據結構是128Byte)，DVI接口應用在數字電視上時，同樣應該遵從此規范。
PC主機和顯示器通過DDC數據線訪問存儲器中數據，以確定顯示器的顯示屬性(如分辨率、縱橫比等)信息，在數字電視上，也應該用DVI接口的DDC數據線訪問EDID存儲器，以確定數字電視的相關顯示屬性，關鍵是128Byte是PC顯示器的標準，已不能滿足數字電視視頻標準的要求，因此需要對數據結構進行擴展，由于EDID標準并沒有相應的規范，研究中按照EIA/CEA-861-B標準規范對EDID數據進行編程。
圖4PC的EDID數據結構示意圖[page]
DVI接口在數字電視中的EDID數據結構，與PC顯示器的最大區別是編程數據可以是128Byte的倍數，它不僅規定數字電視顯示的PC格式，也規定數字視頻信號和數字音頻信號，基本的128Byte以外的數據都是附加數據，在基本數據的第127個字節定義EDID的附加數據塊數量。在EDID數據編程中，根據數字電視的顯示屬性要求，有兩個關鍵環節必須注意：第一，如果數字電視的顯示是固定格式，則在首選TimingMode字節中必須選擇相應的定義；第二，數字電視的標準顯示屬性應在第一段詳細TimingMode字節中完成數據編程。
研究開發中，注意到DDC2B只能適用于DVI1.0標準的EDID讀取，因為它不能讀取附加的128字節的數據。因此，對于應用DVI接口到數字電視中，因為有CEA的數據在附加數據塊里，信號源必須滿足E-DDC標準，才能讀取EDID數據。
●數字電視中DVI接口的HDCP研究
HDCP(High-bandwidthDigitalContentprotection)系統是DVI接口中，在發送設備(即主機)和接收設備間保護數字信號正常合法傳輸，防止非法接收的一種加密系統，在這一系統中最多允許7層視頻轉發器和128臺設備共享同一主DVI接口輸出的數字信號，HDCP系統連接的拓撲結構如圖5所示。
圖5HDCP系統連接拓樸結構圖
HDCP主要有三個組成部分：第一部分是鑒定協議，確認接收者的合法性。發送方與接收方進行信息交換，接收方將KEY傳給發送方，發送方驗證并用此產生公共密鑰，通過公共密鑰作為均衡KEY混入授權證實序列中，用于加密內容的解密，授權確認完成；HDCP密鑰一般有專門的EEPROM存儲，目前多數整機產品可通過處理芯片內部EEPROM中預編程得到HDCP密鑰，通過這種方式密鑰保護可達到HDCP規范要求的高級別，出于保密原因，密鑰不能從IC里讀出。第二，一旦確認，發送方將加密內容以雙方都知道的解密方式傳給接收方；第三，當非授權設備接收時，通過發送方的檢測，將中斷內容傳送。
HDCP具體工作過程：首先由主機發送密鑰選擇導引序列(AKSV)和64bit偽隨機序列(An)到接收方，接收方回傳密鑰選擇導引序列(BKSV)和轉發器位(REPEAT-bit)(如是轉發器用以表示身份)，發送方確認BKSV是否已被廢除和是否包含20個1和20個0；如果雙方的設備密鑰和KSV有效，則計算產生一個56bit的公共密鑰Km和Km`，然后可產生KS、KS`(傳輸密鑰)、M0、MO`(64bit后續驗證用追加初始序列)、RO、R0`(16bit指示驗證成功，它必須在AKSV發送后100ms內傳回發送方；驗證成功后R01和R0相等；每128幀修正一次，每2s回傳一次)。因此當DVI接口中斷傳輸2s以上，或是非授權設備接收時，主機將停止傳輸內容，以達到保護傳輸內容的目的。HDCP鑒定處理過程如圖6所示。
圖6HDCP鑒定處理過程圖
HDCP功能對于數字電視有一定局限性。對于設計完善的功能電路，如果A/D轉換器、TMDS解碼處理器不工作時，一般都具備PowerDown功能，一方面降低系統功耗，另一方面減少高速信號的數字干擾。但由于DVI接口的HDCP功能在連接初期識別正常后，每2秒鐘要進行一次相互認證，以確保連接的始終是合格授權接收設備，這時TMDS解碼處理器就必須一直處于PowerOn狀態，此時將引起上面提到的兩點性能的惡化。如何處理這種矛盾，需要兼顧系統性能和接口標準的適應性。
另外，從接收設備實際使用的角度看，HDCP的上述認證系統有一定的缺陷，使用中從DVI接口模式切換到其他接口模式，TMDS解碼處理器被PowerDown，HDCP識別將終止，中斷信號傳輸，意味著本次連接結束，然后顯示設備重新切換進入DVI接口模式，此時需要HDCP重新識別，則要求發送設備也要重新啟動，增加了使用的復雜性。
在應用研究中，針對HDCP在數字電視中的適應性問題，提出了兩種方案。
修改HDCP規范。一種方法是：取消2秒鐘一次的識別，即初次識別正常即可，為防止將數字信號輸出連接到其他非法設備上，此時可通過檢測HPD(熱插拔檢測)判斷是否為授權設備，一旦檢測到HPD為低電平，認為此時物理連接中斷，可馬上終止信號輸出。第二種是：接收器在PowerDown時，向發送設備隨機傳送一組要求暫時終止傳輸的特殊編碼，當接收器重新PowerOn時，再傳一次此特殊編碼，發送設備驗證后即可重新開始傳輸數字信號。以上作為以后修改規范時的建議提出。
芯片設計時，考慮在芯片內部將HDCP處理系統和TMDS解碼處理系統合理處理，解碼器PowerDown時，HDCP也能正常工作。
DVI應用于數字電視是提高電視清晰度的方法之一，只要方案設計合理，EDID和HDCP按照相應標準規范進行開發擴展，那么DVI接口和數字電視的結合是可行和有效的。
