平板顯示接口技術(shù)

關(guān)鍵詞： 接口技術(shù) , 平板顯示

隨著LCD/PDP等平板顯示器的市場占有率不斷上漲，同時高清數(shù)字電視和投影儀等數(shù)字視頻設備的應用越來越普遍。業(yè)界需要擴充性更好、對產(chǎn)業(yè)標準更開放的的數(shù)字接口技術(shù)，并可以把功能升級。DVI、VGA和LVDS等接口標準雖然已廣泛的應用于PC和消費電子產(chǎn)品，但是由于現(xiàn)有標準無法適應新的產(chǎn)品在帶寬、內(nèi)容保護、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等新標準顯得更能適應市場的需求，在這里我們重點介紹一下HDMI和DisplayPort兩種接口。  

當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(LVDS)來連接顯示驅(qū)動器。而目前在個人電腦外接監(jiān)視器方面，則使用傳統(tǒng)的VGA接口與PC連接。有些高級監(jiān)視器也配備數(shù)字視頻接口(DVI)，以便連接高端PC。對于連接攝像機或錄像機，電視機使用模擬復合視頻信號；而對于來自DVD播放器的標清逐行掃描內(nèi)容則采用模擬分量視頻信號。同時，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)容保護的功能。  

VGA與LVDS接口

VGA接口的能力有限，無法支持高分辨率、色度、更缺乏用戶要求的對高清內(nèi)容進行保護的功能。LVDS技術(shù)只能用于短距離，且有時間限制，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8Gbps，最初是應用在計算機顯示系統(tǒng)，再發(fā)展成適用于傳輸無壓縮、高清晰度的視頻信號，近年推出的投影機、等離子及LCD顯示屏均設有這個視頻輸出系統(tǒng)。它的缺點是連線長度不能超過8米，否則就會越影響畫質(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鐘速度、色度、連接類型，以及更新的功能。DVI與VGA讓平面顯示器更為復雜，因為信號必須在內(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中低電壓芯片的開發(fā)應用。  

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，極大簡化了布線，為消費者提供最高質(zhì)量的家庭影院體驗。

HDMI接口的優(yōu)點：

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，并且沒有長度限制，取代了產(chǎn)品背后的復雜的線纜。

HDMI規(guī)格可搭配寬帶數(shù)字內(nèi)容保護(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組織開始制定新的專用于數(shù)字視頻/音頻傳輸標準。Digital Content Protection, LLC (Intel的子公司)為HDMI提供高帶寬數(shù)字內(nèi)容保護(HDCP)。 另外, 主要的動態(tài)圖像制造商比如Fox, Universal, Warner Bros., 和Disney, 系統(tǒng)運營商DirecTV和EchoStar (Dish Network)以及CableLabs和Samsung等都支持HDMI.  

2002年底，HDMI 1.0標準頒布。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，并增加了對HDCP的支持，同時提供了更好的DDC可選功能。HDMI支持5Gbps的數(shù)據(jù)傳輸率，最遠可傳輸15米，足以應付一個1080p的視頻和一個8聲道的音頻信號(一個1080p的視頻和一個8聲道的音頻信號需求少于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的設備具有“即插即用”的特點，信號源和顯示設備之間會自動進行“協(xié)商”，自動選擇最合適的視頻/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，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標準包括以下的新功能：  

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)以支持未來高清晰顯示設備的需要，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信號色彩的1.8倍；讓HDTV顯示色彩更加精確；使顯示器達到電影質(zhì)量的自然、逼真的色彩。

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

唇型同步： 因為消費性電子設備正在使用不斷提高復雜性的數(shù)字信號處理技術(shù)，以增強畫面內(nèi)容的清晰度及細致度，要使用戶設備中的影音內(nèi)容同步成了一大挑戰(zhàn)，潛在地需要復雜的終端用戶調(diào)節(jié)。HDMI 1.3 加入了自動視頻/音頻同步的功能，使設備能完全精確且自動地執(zhí)行同步。

新型無損音頻格式： 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 還新增了對新型、無損壓縮數(shù)字音頻格式 Dolby TrueHD 和 DTS-HD Master Audio的支持。

HDMI技術(shù)細節(jié)

HDMI視頻格式： HDMI支持RGB信號、4:4:4采樣的YcbCr信號及4:2:2采樣的YCbCr.傳輸速率最高的24位/像素。對于640x480清晰度, R′G′B′通常的采用后數(shù)據(jù)范圍為0-255. 對于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音頻標準，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個音頻通道。

HDMI接口的特性：

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

一根線纜滿足傳輸視音頻信號的需要，所有的HD信號及音頻信號在同一根線纜內(nèi)傳輸，包括5個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格式、控制信息等，為設備間的智能化控制提供可能。  

支持HDTV 1080P及更高清晰度信號的傳輸及顯示，適應HDTV的應用。  

HDMI連接器

標準的Type A HDMI連接器有19個針腳，較高分辨率的版本稱為Type B，已經(jīng)被定義，雖然還沒有被廣泛采用。Type B有29個針腳,允許它去攜帶一個擴展的視頻通道以支持高分辨率的顯示。Type-B被設計支持高過1080p的分辨率。

Type A HDMI向后兼容用在目前的計算機監(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DVI源通過一個合適的接口卡或電纜可以驅(qū)動一個HDMI監(jiān)視器,反之亦然,但是HDMI的音頻信號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源處被人為地降低以阻止最終用戶觀看尤其是復制被法律保護的內(nèi)容。Type B HDMI同樣地向后兼容雙連接的DVI.。

HDMI的應用

2004年，消費電子行業(yè)開始在DVD播放器、有線電視/衛(wèi)星電視機頂盒上添加HDMI接口，此外，HDMI接口還開始逐漸出現(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 400 家消費電子和 PC 產(chǎn)品制造商已采用 HDMI接口。市場調(diào)查機構(gòu)In-Stat 預計2006年會有6000萬采用HDMI的設備上市，包括機頂盒、DVD播放機和A/V接收器等。從全球來看，DVD拷貝控制協(xié)會已經(jīng)將具有防拷貝功能的HDMI指定用作CSS保護內(nèi)容的授權(quán)數(shù)字輸出接口。

盡管HDMI標準不斷獲得業(yè)界認可，但目前只是將其作為一項產(chǎn)業(yè)標準，還沒有計劃將其向ITU或ISO等國際組織提交使其成為國際標準。 采用HDMI接口的新型設備不斷增多。除了DVD播放器、機頂盒、A/V接收器及音頻/視頻監(jiān)視器，HDMI接口還將應用于個人電腦、藍光驅(qū)動器、游戲控制器和便攜電子設備等。  

中國采用HDMI接口的消費電子廠商越來越多，康佳、長虹、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)測試中心和PanelLink Cinema測試中心，將為中國消費電子廠商提供本土化的測試服務，極大地簡化并加速中國消費電子廠商HDMI產(chǎn)品投入市場的進程。深圳HDMI測試中心是全球第四家HDMI授權(quán)測試認證中心，其他三處分別位日本大阪(隸屬于日本松下)、法國Caen(隸屬于飛利浦)和美國加州(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測試中心。

UDI接口

UDI是用于臺式和筆記本電腦、工作站、PC顯示器的顯示接口標準。這一標準的推出主要是為了取代VGA模擬接口。UDI不但與DVI標準兼容，也計劃與HDMI標準兼容。  

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

對用戶而言，UDI將為主機和顯示設備間提供一個通用的視頻連接，包括臺式和筆記本PC顯示器、HDTV和投影儀等。對于PC和顯示器生產(chǎn)商來說，UDI能方便地集成分立和集成的圖像控制，使生產(chǎn)主機平臺和LCD的OEM廠商能夠以更低的成本提供更方便的應用和更高的帶寬。

推動UDI標準的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NVIDIA、半導體制造商THine Electronics以及線纜和連接器生產(chǎn)商FCI、Foxconn Electronics和JAE Electronics等也支持這一標準。  

DisplayPort接口

圖2 DisplayPort接頭

視頻電子標準協(xié)會(VESA)發(fā)布了DisplayPort顯示接口標準的最終版本：DisplayPort 1.0。作為DVI的繼任者，DisplayPort將在傳輸視頻信號的同時加入對高清音頻信號傳輸?shù)闹С?，同時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)容應用提供多種不同的連接解決方案。為減少各種設備的復雜度，DisplayPort整合了內(nèi)外連接方式，并為交叉領(lǐng)域的應用提供了關(guān)鍵的性能支持。此外，還為強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應用提供了性能上的升級。

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，同時還支持1Mbps的雙向輔助通道，供設備控制之用，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。  

與消費電子領(lǐng)域內(nèi)的HDCP類似，DisplayPort也可以通過128位AES加密實現(xiàn)對HD視頻數(shù)據(jù)的拷貝保護。  

DisplayPort的技術(shù)優(yōu)勢

以功能來說，DisplayPort 所提供的是前瞻性的驅(qū)動信道，可擴充為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)，對增加內(nèi)容種類與相關(guān)應用具有良好的擴展能力，而不會受限于使用光柵掃描的數(shù)據(jù)。DisplayPort的配置當中，也含有機械規(guī)格，用來規(guī)范一種簡單易用的微型外接器，上面附有可選擇的卡鎖插頭，與超長線纜連接更為牢固。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個連接器。此外，在機械規(guī)格部分，還定義了標準的面板連接器，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1 Mbps，最大緩沖為200ms)。  

提供應用支持功能，最高可達10Gbps單向連接通道處理能力，從而可滿足計算機產(chǎn)業(yè)的長期需求，支持大于QXGA 分辨率以及超過24位的顏色深度。

[/table] 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標準均可適用。  
 

 
連接DisplayPort器件時，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)測功能。  
 

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

 
DisplayPort與現(xiàn)有設備的互通性：  
 

 
DisplayPort 可與現(xiàn)有接口共存，進而實現(xiàn)彼此互通：  
 

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

 
支持音視頻數(shù)據(jù)同步顯示，時差約為±1ms。  
 

 
為選擇內(nèi)容保護功能提供架構(gòu)支持。
 

 
支持CEA-861-B高質(zhì)量無壓縮音視頻內(nèi)容，以及CEA-931-B對接收設備和源設備之間的遙控傳輸要求。  
 

 
支持各類音頻格式、音頻編碼、采樣頻率、采樣精度、以及音頻通道組合等?？芍С肿疃噙_八個通道、192 kHz，24位采樣精度的LPCM編碼音頻。
 

 
根據(jù)不同顯示比例與分辨率、支持各種影像格式，同時根據(jù)VESADMT和CVT時序標準支持各種更新組合(refresh combinations)。  
 

 
只要接通電源，即使只有微弱的直流電流，也能支持EDID的顯示。
 

 
如果監(jiān)視器帶有顯示控制器，則可支持DDC/CI 以及MCCS 的傳輸指令。
 

 
支持RGB、YCbCr. 4:2:2和YCbCr 4:4:4等針對消費電子的業(yè)界標準規(guī)范。
 

 
DisplayPort的應用優(yōu)勢
 

 
DisplayPort 通過定義電子協(xié)議規(guī)格，可輕易應用于面板時序控制器、圖形處理器、媒體處理器、以及顯示控制器等，滿足多種領(lǐng)域的不同關(guān)鍵需求。其優(yōu)勢主要包括：  
 

 
不論內(nèi)外顯示連接，都可以使用共同的信號方式，從而簡化了設備的復雜度并可促進量產(chǎn)。大量減少了數(shù)字顯示設備當中的內(nèi)外部連接線。
 

 
通過提供可擴充架構(gòu)，支持選擇性內(nèi)容保護功能，符合內(nèi)容提供商的保護需求，為形成經(jīng)濟效益提供了可能。  
 

 
提升了選擇性高質(zhì)量數(shù)字音頻內(nèi)容的傳送能力。  
 

 
加強了高級芯片的整合與創(chuàng)新設計，使顯示設備化繁為簡，并使數(shù)字接口作為計算機架構(gòu)向低耗電轉(zhuǎn)型的器件得以量產(chǎn)。這種DisplayPort的功能整合，包括了圖形或顯示卡傳輸設備的功能整合、以及面板時序控制器的接收功能整合。  
 

 
針對現(xiàn)有技術(shù)的性能考慮，使用更少的電線提供了更高的頻寬。  
 

 
提供了性能擴充，以支持各類不同的線路和工作頻率的升級。  
 

 
[table]  
適用于嵌入式時鐘架構(gòu)，以減少EMI和物理連線數(shù)量。  

提供小型外接連接器，并允許把四個連接器插入標準的PCI卡插槽。  

DisplayPort接口支持廠商

目前支持DisplayPort技術(shù)的廠商主要有ATI Technologies、Dell、Intel、 LG、Lenovo、National Semiconductor、Genesis Microchip、HP和Molex Incorporated、NVIDIA、Philips Electronics、Samsung Electronics和Tyco Electronics。  

開放的DisplayPort標準可以給消費者帶來不再受應用領(lǐng)域和性能局限的創(chuàng)新產(chǎn)品，Genesis Microchip將推出包含DisplayPort接口的產(chǎn)品以領(lǐng)導市場。Molex也宣布開發(fā)符合DisplayPort 1.0標準所有需求的外部DisplayPort互連系統(tǒng)，以支持更高的音頻和顯示分辨率。0.50mm間距的SMT連接器系統(tǒng)采用金屬屏蔽以提供全面的EMI/RFI保護。這種連接器比DVI連接器小許多，卻能提供更高的性能。和連接器一樣，3m(短)和15m(長)兩種規(guī)格的線纜裝置也將在2006年第三季度上市。