Cuando el monitor está conectado mediante la interfaz DVI, primero apague el monitor y luego vuelva a encenderlo, pero no hay señal (el host siempre está encendido).
Investigación sobre la aplicación de la interfaz DVI en la televisión digital
Autor: Wang Yu, Escuela de Ingeniería de la Información, Universidad de Ciencia y Tecnología del Suroeste
DVI es un interfaz de video digital ampliamente utilizada en PC, mediante el desarrollo del software y hardware correspondiente, se puede aplicar a televisores digitales de alta gama
Introducción
El concepto de TV digital se ha convertido gradualmente Los receptores de TV digital más populares y existentes solo pueden recibir señales analógicas que cumplan con los estándares de señales de video digital a través de la interfaz de componentes. En realidad, sigue siendo una interfaz de señal analógica, pero la señal de video cumple con los estándares de señales de video de TV digital (como ITU-R601). , CEA/CEA-861-A/B y otros estándares Las especificaciones de codificación, cuantificación y muestreo de vídeo digital especificadas cumplen con los requisitos de la televisión digital, como frecuencia de línea, velocidad de cuadro/campo, sincronización y definición. deben procesarse digitalmente en el sistema, deben procesarse en el procesamiento de la señal de video. Agregar circuitos funcionales como conversión A/D, escala, desentrelazado, etc. delante de la interfaz reducirá la calidad de la señal a un cierto Hasta cierto punto, las investigaciones muestran que la definición de tales interfaces es difícil de cumplir verdaderamente con los estándares de visualización de la televisión digital de alta definición (la definición horizontal es superior a 720 líneas).
La interfaz de vídeo digital recibe señales digitales que han sido sometidas a cierto procesamiento (comprimidas o sin comprimir), independientemente de la calidad de la señal o las consideraciones de posprocesamiento, es beneficioso mejorar el rendimiento de todo el sistema receptor. DVI (Digital Visual Interface) es una interfaz de vídeo digital que se utiliza ampliamente en la actualidad. Originalmente se utilizaba principalmente en la industria de las PC. DVI admite datos RGB de 24 bits de un solo píxel. La señal digital transmitida no está comprimida. La velocidad de transmisión de una sola conexión puede alcanzar los 4,9 Gbps. Puede lograr una mejor fidelidad para TV digital de alta definición con una velocidad de transmisión de datos de 1,78. Gbps, especialmente en LCD, DLP y otros dispositivos de visualización, no requiere ninguna conversión ni procesamiento D/A, lo que reduce la pérdida de señal, y se puede aplicar a televisores digitales, televisores de pantalla plana y otros productos.
Descripción general y principio de funcionamiento de DVI
DVI es una tecnología de transmisión de señal digital de alta velocidad inventada por DDWG (Grupo de trabajo de pantalla digital). Hay dos DVI-D y DVI-I. diferentes formas de interfaz. DVI-D sólo tiene interfaces digitales, mientras que DVI-I tiene interfaces digitales y analógicas. Actualmente, DVI-D es la aplicación principal.
DVI se basa en la tecnología TMDS (Transition Minimized Differential Signaling) para transmitir señales digitales. TMDS utiliza algoritmos de codificación avanzados para convertir datos de 8 bits (cada señal de color primario en R, G y B) a través de un mínimo. codificación de conversión en datos de 10 bits (incluida información de sincronización horizontal y de campo, información de reloj, datos DE, corrección de errores, etc.), después del equilibrio de CC, los datos se transmiten mediante señales diferenciales. En comparación con LVDS y TTL, tiene mejor electromagnética. El rendimiento de compatibilidad, la transmisión de señal digital de alta calidad y larga distancia se puede lograr con cables especiales de bajo costo. La estructura de transmisión de conexión de la tecnología TMDS se muestra en la Figura 1.
La transmisión de señal digital DVI tiene dos métodos: enlace único y enlace dual. Para enlace único, solo se utilizan 1/2, 9/10, 17/ que se muestran en la Figura 1, su transmisión. La velocidad puede alcanzar los 4,9 Gbps y la conexión dual puede alcanzar los 9,9 Gbps.
Aplicación de la interfaz DVI en TV digital
● Análisis de demostración de la solución básica
Para cumplir con los requisitos de visualización de alta definición, la TV digital generalmente utiliza 1080i@ para escaneo formato de 60 Hz (es decir, escaneo entrelazado, frecuencia de línea 33,75 kHz, frecuencia de campo 60 Hz, frecuencia de píxeles 74,25 MHz) En aplicaciones prácticas, para reducir la conversión de frecuencia de línea, todos los formatos de vídeo de entrada (como 480P, 576P, 720P,). etc.) se convierten mediante conversión de formato (Escala y Desentrelazado, etc.) se convierten uniformemente a salida de formato 1080i@60Hz, es decir, normalización multifrecuencia. La interfaz DVI analizada en este artículo se basa en los estándares de televisión digital mencionados anteriormente. El diagrama de bloques del principio básico se muestra en la Figura 2.
Según el diagrama esquemático, es relativamente sencillo agregar una interfaz DVI a un televisor digital. Teniendo en cuenta el circuito de hardware, una es agregar una parte de decodificación DVI a la interfaz y la otra es proporcionar una. canal de datos en la parte posterior Si el televisor tiene la solución original, tiene conversión A/D y los correspondientes canales de procesamiento de datos posteriores a la etapa, por lo que los datos decodificados y emitidos por la interfaz DVI se pueden usar con él, porque cuando la señal digital. El formato es cierto, su velocidad de código, frecuencia de línea, frecuencia de campo y los relojes son consistentes.
En la investigación y el desarrollo reales, se debe prestar especial atención al aislamiento de las señales de datos de salida de decodificación DVI, las señales de datos de salida de conversión A/D y a evitar interferencias mutuas de los canales frontales. Debido al uso de dos conjuntos de canales, es equivalente a extender la longitud de la línea de señal del pin de salida digital. Por lo tanto, para líneas impresas de señal digital de larga distancia, es necesario interrumpirlas en su impedancia característica para evitar. Para evitar la pérdida de señales digitales, en caso de sobreimpulso, insuficiente y timbre, generalmente se conecta en serie una resistencia de decenas de ohmios en la línea de datos. Al mismo tiempo, para el controlador de salida, es necesario minimizar la carga capacitiva del pin de salida digital. Sin embargo, en la etapa de cableado de señal, la carga capacitiva no se puede calcular con precisión para facilitar la depuración del sistema. Se debe considerar la línea de señal de datos y el campo de la línea. Los condensadores están conectados en paralelo desde la línea de señal de sincronización y la línea de señal del reloj a tierra. Dependiendo del material de la PCB y la longitud de la señal, el valor de capacitancia es generalmente de decenas de pF. De esta manera, se puede lograr el equilibrio de carga del canal, el flanco ascendente y descendente de los datos y la coherencia de fase, reduciendo la interferencia de ruido digital y la fluctuación.
Al probar el rendimiento de la interfaz DVI de TV digital, el índice de tasa de error de bits debe alcanzar 10-9, es decir, se permite un error de un bit en mil millones de bits. Por lo tanto, se debe aplicar un cierto tiempo de prueba. garantizado durante la prueba de rendimiento, como VGA@ Para una frecuencia de reloj de 60 Hz y 25 MHz, el tiempo de prueba debe ser superior a 40 s. Para una frecuencia de píxeles de 1080i@60 Hz y 74,25 MHz, el tiempo de prueba debe ser superior a 14 s. La calidad del rendimiento de la interfaz se puede juzgar observando subjetivamente la imagen durante más de 1 minuto sin ruido de píxeles evidente.
Hay un voltaje de +5 V en la interfaz DVI. Se requiere que el voltaje de detección de conexión en caliente (HPD) se obtenga de este voltaje. El nivel efectivo de HPD debe ser superior a 2,4 V, por lo que la serie HPD. La resistencia del dispositivo receptor generalmente debe ser inferior a 10 kΩ. El equipo receptor en la aplicación también puede usar este voltaje para el suministro de energía del sistema, pero la corriente de carga no debe ser superior a 50 mA, preferiblemente inferior a 10 mA, para garantizar los requisitos del nivel HPD. Para garantizar el inicio normal de la interfaz, la fuente de alimentación de la memoria EDID también debe generarse con +5 V desde el extremo de envío.
Para garantizar la viabilidad del diseño de circuitos de hardware, también es necesario el soporte de software. El proceso de software optimizado es la clave para garantizar el funcionamiento normal del sistema de interfaz DVI. El flujo de trabajo de la interfaz DVI se muestra en la Figura 3.
Para la investigación de aplicaciones de la interfaz DVI en TV digital y TV de pantalla plana, las más críticas son la programación EDID (Extended Display Identification DATA, es decir, datos de identificación de pantalla extendida) y HDCP (High-bandwidth Digital Content). Protección) Realización funcional. Todas estas son aplicaciones nuevas para TV digital. Sólo después de que EDID y HDCP se implementen en la TV digital, la interfaz DVI será una interfaz de TV digital real.
● Desarrollo EDID de la interfaz DVI de TV digital
EDID es un conjunto de especificaciones de datos de formato de visualización optimizado para monitores de PC. Se almacena en una memoria EEROM dedicada de 1 Kb en el monitor (es decir, EDID). datos La estructura es de 128 Byte). Cuando la interfaz DVI se utiliza en TV digital, también debe cumplir con esta especificación.
El host de la PC y el monitor acceden a los datos de la memoria a través de la línea de datos DDC para determinar la información de los atributos de visualización (como resolución, relación de aspecto, etc.). En televisores digitales, los datos DDC del. También se debe utilizar la interfaz DVI. Memoria EDID de acceso de línea para determinar los atributos de visualización relevantes de la TV digital. La clave es que 128Byte es el estándar para monitores de PC y ya no puede cumplir con los requisitos de los estándares de video de TV digital. necesita ampliarse Dado que el estándar EDID no tiene especificaciones correspondientes, en el estudio, los datos EDID se programaron de acuerdo con la especificación del estándar EIA/CEA-861-B.
La mayor diferencia entre la estructura de datos EDID de la interfaz DVI en la TV digital y la pantalla de la PC es que los datos de programación pueden ser múltiplos de 128 Bytes. No solo estipula el formato de la PC para la pantalla de la TV digital, sino también. También estipula la señal de video digital y digital. Para señales de audio, los datos distintos de los 128 bytes básicos son datos adicionales. El 127.º byte de los datos básicos define el número de bloques de datos adicionales de EDID. En la programación de datos EDID, de acuerdo con los requisitos de atributos de visualización de la TV digital, hay dos enlaces clave a los que se debe prestar atención: primero, si la visualización de la TV digital está en un formato fijo, se debe seleccionar la definición correspondiente en el formato preferido. Byte del modo de sincronización; segundo, los atributos de visualización estándar de la televisión digital deben completar la programación de datos en el primer byte detallado del modo de sincronización.
Durante la investigación y el desarrollo, se observó que DDC2B solo es adecuado para la lectura EDID del estándar DVI 1.0 porque no puede leer los 128 bytes de datos adicionales. Por lo tanto, para aplicar la interfaz DVI a la televisión digital, debido a que hay datos CEA en el bloque de datos adicional, la fuente de señal debe cumplir con el estándar E-DDC para poder leer los datos EDID.
● Investigación sobre HDCP de la interfaz DVI en TV digital
El sistema HDCP (protección de contenido digital de alto ancho de banda) es una interfaz DVI que protege entre el dispositivo emisor (es decir, el host) y el dispositivo receptor Un sistema de cifrado para la transmisión normal y legal de señales digitales para evitar la recepción ilegal. En este sistema, se permite que hasta 7 capas de transpondedores de video y 128 dispositivos compartan las señales digitales emitidas por la misma interfaz DVI principal. Conexión del sistema HDCP Como se muestra en la Figura 5.
HDCP tiene principalmente tres componentes: La primera parte es el protocolo de autenticación, que confirma la legitimidad del destinatario. El remitente y el receptor intercambian información. El receptor pasa la CLAVE al remitente. El remitente la verifica y la utiliza para generar una clave pública. La clave pública se utiliza como una CLAVE equilibrada y se mezcla en la secuencia de confirmación de autorización para el descifrado. se completa la confirmación de contenido y autorización; las claves HDCP generalmente tienen almacenamiento EEPROM dedicado. Actualmente, la mayoría de los productos completos pueden obtener claves HDCP mediante la preprogramación en la EEPROM dentro del chip de procesamiento. Nivel alto, por razones de confidencialidad, la clave no se puede leer desde el IC. En segundo lugar, una vez confirmado, el remitente transmite el contenido cifrado al receptor mediante un método de descifrado conocido por ambas partes; en tercer lugar, cuando un dispositivo no autorizado lo recibe, la transmisión del contenido se interrumpirá mediante la detección por parte del remitente.
El proceso de trabajo específico de HDCP: primero, el host envía la secuencia de guía de selección de clave (AKSV) y la secuencia pseudoaleatoria de 64 bits (An) al receptor, y el receptor devuelve la selección de clave. secuencia de guía (BKSV) y el bit del transpondedor (bit REPEAT) (si el transpondedor se utiliza para indicar identidad), el remitente confirma si el BKSV ha sido revocado y contiene 20 1 y 20 0 si las claves del dispositivo y el KSV de ambos; partes son válidas, el cálculo genera una clave pública de 56 bits Km y Km` puede generar luego KS, KS` (clave de transmisión), M0, MO` (secuencia inicial adicional de 64 bits para verificación posterior), RO, R0` (16 bits indica verificación exitosa, debe transmitirse al remitente dentro de los 100 ms posteriores al envío de AKSV; después de la verificación exitosa, R01 y R0 son iguales, revisados cada 128 cuadros y transmitidos cada 2 segundos; Por lo tanto, cuando la interfaz DVI interrumpe la transmisión durante más de 2 segundos o es recibida por un dispositivo no autorizado, el host dejará de transmitir contenido para proteger el contenido transmitido. El proceso de procesamiento de autenticación HDCP se muestra en la Figura 6.
La función HDCP tiene ciertas limitaciones para la TV digital. Para circuitos funcionales bien diseñados, si el convertidor A/D y el procesador decodificador TMDS no funcionan, generalmente tienen una función de apagado, que por un lado reduce el consumo de energía del sistema y por otro lado reduce la interferencia digital de alta velocidad. señales. Sin embargo, dado que la función HDCP de la interfaz DVI se reconoce normalmente después de la conexión inicial, se debe realizar una autenticación mutua cada 2 segundos para garantizar que la conexión sea siempre un dispositivo receptor autorizado calificado. En este momento, el procesador de decodificación TMDS siempre debe estar. en el estado Encendido Esto provocará los dos puntos de deterioro del rendimiento mencionados anteriormente. Cómo abordar esta contradicción requiere tener en cuenta tanto el rendimiento del sistema como la adaptabilidad de los estándares de interfaz.
Además, desde la perspectiva del uso real del equipo receptor, el sistema de autenticación de HDCP mencionado anteriormente tiene ciertas fallas. Al cambiar del modo de interfaz DVI a otros modos de interfaz durante el uso, el procesador de decodificación TMDS se apagará y el reconocimiento de HDCP. terminará y la transmisión de la señal se interrumpirá. Esto significa que la conexión finaliza y luego el dispositivo de visualización vuelve al modo de interfaz DVI. En este momento, es necesario volver a reconocer HDCP y también se requiere el dispositivo emisor. reiniciarse, lo que aumenta la complejidad de uso.
En la investigación de aplicaciones, se propusieron dos soluciones para abordar la adaptabilidad de HDCP en la televisión digital.
Modificar la especificación HDCP. Un método es cancelar el reconocimiento una vez cada 2 segundos, es decir, el reconocimiento inicial es normal. Para evitar que la salida de señal digital se conecte a otros dispositivos ilegales, puede determinar si es un dispositivo autorizado detectando HPD (. detección de conexión en caliente) en este momento, una vez que se detecta que HPD tiene un nivel bajo, se considera que la conexión física se interrumpe en este momento y la salida de señal se puede terminar inmediatamente. La segunda es: cuando el receptor se apaga, transmite aleatoriamente un conjunto de códigos especiales al dispositivo emisor que requiere la terminación temporal de la transmisión. Cuando el receptor se enciende nuevamente, transmite este código especial nuevamente y el dispositivo emisor puede hacerlo. comenzar de nuevo después de la verificación. Transmitir señales digitales. Lo anterior se presenta como sugerencias para futuras revisiones de la especificación.
Al diseñar el chip, considere procesar correctamente el sistema de procesamiento HDCP y el sistema de procesamiento de decodificación TMDS dentro del chip. HDCP también puede funcionar normalmente cuando el decodificador está apagado.
La aplicación de DVI a la TV digital es uno de los métodos para mejorar la definición de TV siempre que el diseño de la solución sea razonable y EDID y HDCP se desarrollen y amplíen de acuerdo con los estándares y especificaciones correspondientes. Entonces la combinación de interfaz DVI y TV digital es factible y efectiva.