中心議題：

• DVI概述及工作原理
• DVI接口在數字電視中的應用

解決方案：

• 數字電視DVI接口的EDID開發
• 數字電視中DVI接口的HDCP研究

數(shu)字(zi)電(dian)視(shi)概(gai)念(nian)已(yi)逐(zhu)步(bu)深(shen)入(ru)人(ren)心(xin)
，現(xian)有(you)的(de)大(da)多(duo)數(shu)數(shu)字(zi)電(dian)視(shi)接(jie)收(shou)機(ji)隻(zhi)能(neng)通(tong)過(guo)分(fen)量(liang)接(jie)口(kou)接(jie)收(shou)滿(man)足(zu)數(shu)字(zi)視(shi)頻(pin)信(xin)號(hao)標(biao)準(zhun)的(de)模(mo)擬(ni)信(xin)號(hao)

，這(zhe)實(shi)際(ji)上(shang)仍(reng)然(ran)是(shi)一(yi)種(zhong)模(mo)擬(ni)信(xin)號(hao)接(jie)口(kou)，隻(zhi)是(shi)視(shi)頻(pin)信(xin)號(hao)符(fu)合(he)數(shu)字(zi)電(dian)視(shi)視(shi)頻(pin)信(xin)號(hao)標(biao)準(zhun)(如ITU-R601
、CEA/CEA-861-A/B等標準規定的數字視頻抽樣、量化、編碼規範，滿足數字電視的行頻、場/幀頻
、同步
、清晰度等要求)

，所以此類電視如果要在係統中進行數字處理，則需在視頻信號處理前增加A/D轉換、Scale
、De-interlace等功能電路，這會使信號質量有一定程度的降低
，研究表明此類接口的清晰度很難真正達到高清數字電視的顯示標準(水平清晰度大於720線)。

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後處理考慮
，都有利於提高整個接收機係統的性能。DVI(DigitalVisualInterface
，數字視頻接口)是目前廣泛應用的一種數字視頻接口，起初主要應用於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隻有數字接口，DVI-I有數字和模擬接口，目前應用主要以DVI-D為主。

DVI是基於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、時鍾信息、數據DE
、糾錯等)
，經過DC平衡後，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，對於單連接，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
，二是在後端提供一個數據通道，如果電視原有方案中具有A/D轉換和相應的後級數據處理通道，那麼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、時鍾是一致的。

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(zhuan)換(huan)輸(shu)出(chu)數(shu)據(ju)信(xin)號(hao)的(de)隔(ge)離(li)和(he)避(bi)免(mian)前(qian)端(duan)通(tong)道(dao)相(xiang)互(hu)幹(gan)擾(rao)。由(you)於(yu)兩(liang)組(zu)通(tong)道(dao)的(de)共(gong)用(yong)，相(xiang)當(dang)於(yu)延(yan)長(chang)了(le)數(shu)字(zi)輸(shu)出(chu)引(yin)腳(jiao)的(de)信(xin)號(hao)線(xian)長(chang)度(du)，因(yin)此(ci)對(dui)於(yu)長(chang)距(ju)離(li)的(de)數(shu)字(zi)信(xin)號(hao)印(yin)製(zhi)線(xian)，有(you)必(bi)要(yao)在(zai)其(qi)特(te)征(zheng)阻(zu)抗(kang)處(chu)將(jiang)其(qi)中(zhong)斷(duan)
，以(yi)避(bi)免(mian)數(shu)字(zi)信(xin)號(hao)的(de)過(guo)衝(chong)

、欠(qian)衝(chong)和(he)振(zhen)鈴(ling)，通(tong)常(chang)情(qing)況(kuang)下(xia)在(zai)數(shu)據(ju)線(xian)上(shang)串(chuan)聯(lian)幾(ji)十(shi)歐(ou)姆(mu)的(de)電(dian)阻(zu)。同(tong)時(shi)對(dui)於(yu)輸(shu)出(chu)驅(qu)動(dong)來(lai)說(shuo)
，需(xu)要(yao)最(zui)大(da)限(xian)度(du)地(di)減(jian)小(xiao)數(shu)字(zi)輸(shu)出(chu)引(yin)腳(jiao)的(de)容(rong)性(xing)載(zai)荷(he)，但(dan)是(shi)在(zai)信(xin)號(hao)布(bu)線(xian)階(jie)段(duan)，一(yi)般(ban)不(bu)能(neng)精(jing)確(que)計(ji)算(suan)容(rong)性(xing)負(fu)載(zai)，為(wei)方(fang)便(bian)係(xi)統(tong)調(tiao)試(shi)，應(ying)考(kao)慮(lv)在(zai)數(shu)據(ju)信(xin)號(hao)線(xian)
、行場同步信號線、時鍾信號線到地並聯電容
，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，減少數字噪聲幹擾和抖動。

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接口係統工作流程

對於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。這些對於數字電視來說都是全新應用，隻有EDID和HDCP在數字電視上實現後，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範，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



，同樣應該遵從此規範。

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，由於EDID標準並沒有相應的規範

，研究中按照EIA/CEA-861-B標準規範對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隻能適用於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
，對於應用DVI接口到數字電視中，因為有CEA的數據在附加數據塊裏

，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)係統是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係統
，在這一係統中最多允許7層視頻轉發器和128台設備共享同一主DVI接口輸出的數字信號，HDCP係統連接的拓撲結構如圖5所示。


圖5HDCP係統連接拓樸結構圖

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
，發送方驗證並用此產生公共密鑰，通過公共密鑰作為均衡KEY混入授權證實序列中
，用於加密內容的解密

，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規範要求的高級別，出於保密原因
，密鑰不能從IC裏讀出。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`，然後可產生KS、KS`(傳輸密鑰)、M0
、MO`(64bit後續驗證用追加初始序列)
、RO、R0`(16bit指示驗證成功，它必須在AKSV發送後100ms內傳回發送方；驗證成功後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功能對於數字電視有一定局限性。對於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
，一方麵降低係統功耗，另一方麵減少高速信號的數字幹擾。但由於DVI接口的HDCP功能在連接初期識別正常後，每2秒鍾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於PowerOn狀態
，此時將引起上麵提到的兩點性能的惡化。如何處理這種矛盾，需要兼顧係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的上述認證係統有一定的缺陷
，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
，然後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
，增加了使用的複雜性。

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規範。一種方法是：取消2秒鍾一次的識別，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，發送設備驗證後即可重新開始傳輸數字信號。以上作為以後修改規範時的建議提出。

芯片設計時，考慮在芯片內部將HDCP處理係統和TMDS解碼處理係統合理處理，解碼器PowerDown時，HDCP也能正常工作。
DVI應用於數字電視是提高電視清晰度的方法之一，隻要方案設計合理，EDID和HDCP按照相應標準規範進行開發擴展，那麼DVI接口和數字電視的結合是可行和有效的。