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全面阐述DVI接口标准


www.nikade.cn 2019年7月8日

    

  DVI 的定义
      DVI全称为Digital Visual Interface,它是1999年由Silicon ImageIntel(英特尔)、Compaq(康柏)、IBMHP(惠普)、NECFujitsu(富士通)等公司共同组成DDWGDigital Display Working Group,数字显示工作组)推出的接口标准。它是以Silicon Image公司的PanalLink接口技术为基础,基于TMDSTransition Minimized Differential Signaling,最小化传输差分信号)电子协议作为基本电气连接。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。显卡产生的数字信号由发送器按照TMDS协议编码后通过TMDS通道发送给接收器,经过解码送给数字显示设备。一个DVI显示系统包括za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,将其解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象。 

 

 DVIDVI1.0DVI2.0两种标准,其中DVI1.0仅用了其中的一组信号传输信道,传输图像的最高像素时钟为165M,信道中的最高信号传输码流为1.65GHzDVI2.0则用了全部的两组信号传输信道,传输图像的最高像素时钟为330M,每组信道中的最高信号传输码流也为1.65GHz。在显示设备中,目前还没有DVI2.0的应用,因此本文所说的DVI都是指DVI1.0标准。 

 
       DVI-A : 就是与 VGA 规范一样的,包括 RGBHV 信号线的模拟接口,RGB 是什么不用赘述了吧, HV 分别是水平 和 垂直 扫描的 行同步 与 场同步信号。 VGA 接口规范同样提供 RGBHV , 所以 DVI-A 就是兼容 VGA 接口的。
       DVI-D : 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)制定。数字信号由Silicon Image的 发送器按照TMDS协议编码后通过TMDS通道发送给接收器(一般也是 Silicon Image 的芯片)再解码。
  注:TMDS即(Transition Minimized Differential Signaling,最小化传输差分信号)。
 

       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。显卡产生的数字信号由发送器按照TMDS协议编码后通过TMDS通道发送给接收器,经过解码送给数字显示设备。

 
    根据DVI标准,一条TMDS通道可以达到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通道,这样其带宽将会高过2Gbps。
      DVI-D  才是 真正的数字信号传输。
      DVI-A  只是换汤不换药的定义而已。其实就是 VGA 接口标准。
      DVI-I   是整合了上述 DVI-A 以及 DVI-D 的接口的总称。
具体在接口插座管脚定义上有明显的区分。也就是说:看看 DVI 的接口管脚就知道个大概了。
  DVI-A ( A= Analog ) 
是模拟信号接口, 只能去接 DVI-A 或者 VGA 接口的信号。
  DVI-D ( D= Digital ) 是数字信号接口, 只能去接 DVI-D 接口的信号。
  DVI-I ( I = A+D = Integrated )含及上述两个接口, 在管脚定义上有明显的区分,
当 DVI-I 接 VGA 时, 就是 起到了 DVI-A 的作用 ;

当 DVI-I 接 DVI-D时, 只起了 DVI-D 的作用。 

DVI-A 的接口图示:

 
 
 

DVI-D 的接口图示 :

 
 
 

DVI-I 的接口图示 :

 
 
这只是参考图示, 是根据线缆制作的实物拍照的样图。 

补充几点:  

       Single Link 可理解为 单通道;      Dual Link   可理解为 双通道。 

  另外 DVI-A 与 DVI-D 不是相互兼容/通用的。 

例如 AE500 投影仪就是 DVI-D 的输入接口, 你只能接驳 DVI-D 的视频源(例如 DVD 影碟机)。这就等于定死了: 你必须得用 DVI-D 的接口。
 或这么说: AE500 可以去接 DVI-I 的视频源, 但只能用 DVI-I 接口中的  DVI-D部分。 
从 DVI-I  以及  DVI-D 的管脚图的差别就可以看出 DVI-A 的信号规范了。
大家可以看看:  DVI-I 与 DVI-D 的差别是这么几个插脚 : 

DVI-D
 

 
 
 
 
 
 

DVI-I  

 
 
 
 
 

 

 DVI接口的阵脚定义 

 DVI-D和DVI-I管脚区别: 

 C1 = Analog Red   模拟视频信号 三基色信号线中的 红
 C2 = Analog Green 模拟视频信号 三基色信号线中的 绿
 C3 = Analog Blue  模拟视频信号 三基色信号线中的 蓝
 C4 = Analog H ( Horizontal  )sync   模拟视频信号 (水平扫描) 行同步信号
 C5 = Analog Ground                  模拟视频信号 地线
 8  = Analog V  ( Vertical ) sync    模拟视频信号 (垂直扫描) 场同步信号
 

(  在 DVI-D 中, 8  是 No  Connect 就是 空脚, 什么也没有连接 )
      除了地线以外, 是不是 DVI-D 的原架构规范基础上,多了 R G B H V  这几个与 VGA 定义一样的信号线插脚?所以,这DVI-D多余出来的管脚就是DVI-A ,  二者结合组成了DVI-I。(其中还有 6 , 7 脚等是 VGA 定义中DDC2B 的规范,虽然DDC2B也是计算机 VGA接口即插即用的补充定义。这里对模拟视频联接 DVI-A 可以忽略。 DVI 数字部分的数据传输还是需要的DDC2B信号的)
 

     (注:DDC2B是主机与显示设备准双向通讯,主机读取显示器扩展显示信息的双向资料交换通道,基于I2C通讯协议。只有主机向显示器发出需求信号,并得到显示器的响应后,显示器才送出EDID 资料。支持PnP。 

     一般我们见到的都是主机向显示器发送数据,但是支持DDD2B的显示器能够向主机发送数据,当然,只有在主机需要的时候显示器才发送。比如OS获取显示器的厂商,具体规格等的时候。) 

    看完管脚规范/定义后, 再看看实际的图例。 VGA的规范中还有即插即用的 DDC2B 的规范以及相应的管脚,接计算机时必用。但是对于DVI 来说,若是接其他模拟视频设备就不需要了。一般的 DVI 接口转VGA 的模拟部分的信号线都是基于RGBHV 的。
 

 

DVI的使用 

1.VGA与DVI之间的互换:对于DVI-I接口的模拟部分到VGA接口的转换不过是一种接口的转换,很容易完成,市面上有这种接口,这里不予讨论。但对于DVI-I接口的数字部分或DVI-D接口与VGA接口之间的转换就必须经过DVI解码和D/A转换,需要专用的芯片处理,能够完成DVI1.0到模拟RGB信号的转换。同理,也能够实现由VGA到DVI-D的转换。通过模拟R.G.B信号的A/D变换、数字R.G.B信号的DVI1.0编码和T.M.D.S.信号的发送,从而完成模拟R.G.B信号到DVI1.0信号的转换。
    2. DVI信号的分配与切换:对DVI信号而言,分配与切换都需要专用芯片来实现,使用规模不大。
      3.DVI信号的传输,由于DVI信号的码流(信号带宽)很高,传输过程中会遇到很大问题,就是传输距离的限制。以正常的1.65GHZ信号而言,目前的DVI传输线的有效传输距离是5米,超过这个距离就必须加中继或驱动,1024x768@60Hz最远不使用中继的距离大约为10米;这种中继不是简单地对信号进行放大,单纯地提高驱动能力,而是要进行串并转换,对并行信号进行整型后再进行并串转换,以消除传输中的波形失真;这给DVI信号的长线传输造成了极大的麻烦。再长距离的传输,只好一级接一级地加中继。从传输原理讲,中继可多级联用,不会造成信号失真,但价格不菲,同时DVI的专用电缆价格也令人不好接受;就其它传输方式而言,目前有两种解决方案,一是通过网线传输,这个想法极具吸引力。目前已有这方面的专业芯片,通过这种器件,把DVI信号进行转换和驱动后,在6类线上的传输距离可以达到50米左右,这个距离可以满足会议室或图形控制器与大屏之间的传输;另外一种方案是利用光纤来传输,在多模传输方式下传输距离可达到公里级,单模方式可传输几十公里。这就为DVI信号的远距离传输提供了可能,且价格与电缆相比,有较大的优势 

   DVI-A 联接图示 

     假设显示终端是 DVI-I (或 DVI-A) 的接口, 信号源是 VGA 接口的, 那就配置这样一根线缆联接即可。
 

     详细如下:一端是接视频源的 VGA 接口,另一端是接终端的  DVI-I (或者  DVI-A)接口。
 

 
    图中还画了音频的连接线, 其实是让大家一看更明白, 不是赘述。 

 DVI-D 联接图示

   假设显示终端是 DVI-D 接口的投影仪, 而信号源是 DVI-D 接口的影碟机,就配备这样一根 DVI-D 线缆即可。
 

 
   其实今后大部分是这种情况。许多视频源都是 DVI-D 的输出接口,而显示终端也大都是 DVI-D 的 ( 例如 AE500 )。

 RGBHV 

       当使用模拟部分 (DVI-A) 联接时,除了 VGA 以外,也可以联接  RGBHV 输出的其他视频设备。这种插座/插头在视频广电设备中常见。
 

 
      大家可以看到,线缆中的插头里: 除了三基色的 R G B (红 绿 蓝 )以外, 还有两个 H V ( 行 场 ) 同步信号线。由于插头的外壳是接地的, 所以从 DVI-I 连接线的这端就只有 R G B H V 五个信号线联接了。不管你接的是模拟的 VGA 插座也好, 别的模拟视频连接插座也好, 其实万变不离其宗: RGBHV  !
  DVI-I 输入端 联接 DVI-D 输出时 :
 

  前面已经说过了, 就是 DVI-I中的  DVI-D  部分起了作用, 实际就是 DVI-D 联接。  

  以下是 DVI 信号线中的TMDS数字信号以及控制信号、模拟信号列表:

      数字信号部分


 
模拟信号部分
 

      大家可以看到:  模拟部分关键的就是  RGBHV (模拟接地信号线除外)。

      AE500是DVI-D接口,可不可以接DVI-I接口呢?一定要接DVI-D吗,DVI-I不是可以兼容-D的么?DVI-I输出的HTPC连接DVI-D的AE500有没有问题?
     DVI-D可以用DVI-I的接口, 电气原理上没什么不适。 打个通俗的比喻吧:DVI-I 是现金加支票两种结算方式 ,比较灵活,选择余地大。DVI-D只是现金结算方式,就一种选择。那么DVI-I是可以与DVI-D做交易的, 因为DVI-I的有两种方式可以选择,其中一种恰好适合DVI-D 。因为DVI-D只做现金交易,那好,DVI-I 就放弃 支票交易模式。单单用DVI-I 中的现金交易模式来与DVI-D沟通,不知比喻适合否。
     例如AE500投影仪就是DVI-D 的输入接口, 你只能接驳 DVI-D 的视频源(例如 DVD 影碟机)。这就等于定死了: 你必须得用 DVI-D 的接口。或这么说: AE500 可以去接 DVI-I 的视频源, 但只能用 DVI-I 接口中的  DVI-D部分。若是非要用 DVI-I 插座去接 DVI-D ,并且机械联接上不吻合的话,就用钳子将多余的 DVI-A 的那几个管脚拔掉。 不就只剩下DVI-D 了嘛。当然先预埋线缆, 后补做插座也不是不好。DVI-I 输出的 HTPC 接 DVI-D 没有问题, 只是  HTPC 本身就有 VGA 接口了,还输出 DVI-I 干嘛?另  ATI 镭系列 AGP 卡是只输出 DVI-D的, 没有多余的 DVI-A 的必要。因为 AGP显卡有模拟的 VGA D SUB 15  接口啊, 就是通用的接普通监视器的VGA 接口,这不就等于是DVI-A嘛。
     DVI的缺点是没有附带Audio音频联接,而且DVI的接口插座是沿袭以前的一些插座模式(例如什么P&D、DFP…),显得有些大。大家都知道如今计算机多媒体常用的IEEE1394以及USB接口吧,都很小、轻灵,但它们的速度也不慢啊。DVI的下一代继承者:HDMI出现了,解决了上述问题。
 本图相片中的插座只有DVI-D,还没有HDMI 插座:
 

 

从下面的图表中可以看到,DVI一共分为5种标准。其中DVI-DDVI-I分为双通道单通道两种类型,我们平时见到的都是单通道版的,双通道版的成本很高,因此只有部分专业设备才具备,普通消费者很难见到。 

 

  

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