Для подключения дисплея (монитора) к графическому адаптеру компьютера используются специализированные/интерфейсы, по которым передается информация о мгновенном значении яркости базисных цветов (RGB) и сигналы строчной и кадровой синхронизации. Способ передачи уже прошел первый виток спирали развития: от дискретного интерфейса первых адаптеров (MDA, CGA, EGA) через аналоговый интерфейс VGA снова возвращаются к цифровому способу (DVI, P&D, DFP). Интерфейсы мониторов в большинстве своем стандартизованы организацией VESA (www.vesa.org).
Видеоинтерфейсы используются для вывода информации на обычные телеприемники и телевизионные мониторы, а также ввода видеоданных в компьютер. Видеоданные в цифровом виде могут передаваться и приниматься по шине Fire Wire, а также по USB версии 2.0.
Многие графические адаптеры имеют внутренний разъем VFC или VAFC — это параллельная шина для обмена пиксельной информацией с дополнительными картами видеообработки.
К системе (процессору и памяти) графический адаптер подключается через какую-либо шину расширения (AGP, PCI, ISA), их интерфейсы описаны в главе 6.
8.4.1. Дискретный интерфейс RGB TTL
Дискретный интерфейс с уровнями ТТЛ — RGB TTL применялся в мониторах для графических адаптеров MDA, HGC (Hercules), CGA и EGA. Для этого интерфейса требуется разъем DB-9 (розетка на адаптере), назначение контактов приведено в табл. 8.5. В монохромных мониторах используются лишь два сигнала —
Video
(включить/выключить луч) и Intens
(повышенная яркость). В цветных мониторах класса CD
(ColorDisplay) для адаптеров CGA используется по одному сигналу для включения каждого луча и общий сигнал повышенной яркости. Таким образом можно было задать 16 цветов. В улучшенном цветном дисплее ECD (Enhanced Color Display) для адаптера EGA требуются два сигнала на каждый базисный цвет: RED
, GREEN
, BLUE
и Red
, Green
, Blue
— соответственно старшие и младшие биты базисных цветов. Таким образом можно задавать 64 цвета.
Таблица 8.5. Дискретный интерфейс монитора (RGB TTL)
Контакт Монитор Mono Color Enhanced Color/Mono 1 GND GND GND 2 GND GND Red 3 – RED RED 4 – GREEN GREEN 5 – BLUE BLUE 6 Intens. Intensiv. Green/Intens. 7 Video Резерв Blue/Video 8 +H.Sync. +H.Sync. +H.Sync. 9 –V.Sync. +V.Sync. –(+)V.Sync.
Строчная и кадровая синхронизация монитора осуществляется сигналами
H.Sync
и V.Sync
. Монохромные адаптеры MDA и HGC, работающие с высоким разрешением (720×350 пикселов), используют высокую частоту развертки. Адаптер CGA работает с низкими частотами (параметры синхронизации близки к телевизионным). Адаптеры и мониторы EGA могут работать с любыми из этих частот. Для облегчения переключения режимов генератора развертки монитора задействуют сигнал V.Sync
: полярность импульсов определяет диапазон частот развертки текущего видеорежима.
8.4.2. Аналоговые интерфейсы RGB
Интерфейс RGB Analog с аналоговой передачей сигналов яркости базисных цветов позволяет передавать формально неограниченное число оттенков. Сигналы базисных цветов в современных адаптерах формируются 8-разрядными ЦАП, что позволяет выводить 16,7 миллионов цветов (True Color). Для уменьшения перекрестных помех эти сигналы передаются по витым парам, с собственными обратными линиями (
Return
). Для согласования с кабелем в мониторе каждая сигнальная пара нагружается резистором. Черному цвету соответствует нулевой потенциал на линиях всех цветов, полной яркости каждого цвета соответствует уровень +0,7 В (не все графические адаптеры обеспечивают полную амплитуду сигнала). Сигналы управления, состояния и синхронизации передаются сигналами ТТЛ. Временные диаграммы интерфейса RGB (они применимы и к интерфейсу RGB TTL) иллюстрирует рис. 8.9. Сигналы R
, G
, В
здесь показаны условно — изображены интервалы, во время которых сигналы отображаются засветкой точек экрана (видимая часть изображения — в областях пересечения отображения по кадру и по строке, в остальное время луч принудительно гасится). На рисунке показаны основные временные параметры сигналов. Стандарт VESA DMT (Discrete Monitor Timing, 1994–1998 гг.) задает дискретный ряд вариантов параметров для различных режимов разрешения. Несколько более поздний стандарт VESA GTF (Generalized Timing Formula Standard) задает формулы для определения всех параметров синхронизации, исходными данными для расчета являются следующие:♦ формат экрана в пикселах (например, 800×600);
♦ необходимость дополнительного видимого обрамления (overscan borders);
♦ тип развертки — построчная (non-interlaced) или чересстрочная (interlaced);
♦ одна из заданных частот: кадров, строк или пикселов.
Рис. 8.9. Временные диаграммы интерфейса RGB: a — общая картина, б — строчная развертка, в — кадровая развертка
Поскольку стандартов много, один и тот же набор этих параметров разными графическими картами и их драйверами может использовать несколько отличающиеся временные параметры сигнала. Эти вариации приходится компенсировать настройками монитора (размер и смещение по вертикали и горизонтали). Примеры параметров синхронизации для построчной развертки приведены в табл. 8.6. Обратим внимание, что для строчной развертки параметры синхронизации задаются в микросекундах, а для кадровой — в числе строк за это время.
Таблица 8.6. Параметры синхронизации
Режим VESA Частота кадров, Гц Частота строк, кГц Частота пикселов, МГц Строчная развертка, мкс Кадровая развертка, строк Fv Fh Fp A b с d e f g h 640×480 VGA (60Hz) 59.9 31.5 25.2 3.8 1.9 25.4 0.6 2 33 480 10 640×480 VGA (72Hz) 72.8 37.9 31.5 1.3 3.8 20.3 1.0 3 28 480 9 640×480 VGA (85Hz) 85.0 43.3 35.9 1.6 2.2 17.8 1.6 3 25 480 1 800×600 SVGA (60Hz) 60.3 37.9 40.0 3.2 2.2 20.0 1.0 4 23 600 1 800×600 SVGA (85Hz) 85.1 53.7 56.3 1.1 2.7 14.2 0.6 3 27 600 1 1024×768 XGA (60Hz) 60.0 48.4 64.8 2.1 2.5 15.8 0.4 6 29 768 3 1024×768 XGA (85Hz) 85.0 68.7 94.8 1.0 2.2 10.8 0.5 3 36 768 1 1152×864 (85Hz) 85.0 77.5 1280×1024 SXGA (60Hz) 60.0 64.0 107.6 1.0 2.3 11.9 0.4 3 38 1024 1 1280×1024 SXGA (75Hz) 75.0 79.9 135 1280×1024 SXGA (85Hz) 85.0 91.1 1600×1024 (60Hz) 60.0 63.6 1600×1024 (85Hz) 85.0 91.4 1600×1200 (85Hz) 85.0 106.3 1920×1200 (60Hz) 60.0 74.5 1920×1200 (85Hz) 85.0 107.1 2048×1536 (75Hz) 75.0 120.2 2304×1440 (80Hz) 80.0 120.6
Впервые аналоговый интерфейс был применен на адаптере PGA фирмы IBM, где для него использовался 9-контактный разъем DB-9S (табл. 8.7). В дальнейшем, начиная с адаптеров VGA, стали применять малогабаритный 15-контактный разъем с таким же внешним размером (табл. 8.8). По назначению сигналов эти интерфейсы в основном совпадают, существуют даже переходные кабели с 15- на 9-контактные разъемы (табл. 8.9). В адаптере PGA используется совмещенная синхронизация (Composite Sync) сигналом
(H+V)Sync.
; этот режим поддерживают и многие современные мониторы.
Таблица 8.7. Аналоговый интерфейс монитора PGA (разъем DB-9S)
Контакт Сигнал 1 Red 2 Green 3 Blue 4 (H+V)Sync 5 Mode Control 6 Red Return 7 Green Return 8 Blue Return 9 GND
Таблица 8.8. Аналоговый интерфейс монитора VGA(RGB Analog)
Контакт DB-15 Видеоадаптер МCGA/VGA/SVGA/XGA Монитор Mono Color 1 Red - Red 2 Green Video Green 3 Blue - Blue 4 ID2 - - 5 GND/DDC Return¹ SelfTest/DDC Return SelfTest/DDC Return 6 Red Return Key Red Return 7 Green Return Video Return Green Return 8 Blue Return - Blue Return 9 Ключ (нет контакта)¹ -¹ _¹ 10 GND (Sync Return) GND (Sync Return) GND (Sync Return) 11 ID0 - GND 12 ID1/SDA¹ -/SDA¹ GND/SDA¹ 13 H.Sync/(H+V)Sync² H.Sync/(H+V)Sync² H.Sync/(H+V)Sync² 14 V.Sync V.Sync V.Sync 15 ID3/SCL¹ ID3/SCL¹ ID3/SCL¹
¹ Сигналы DDC Return, SDA и SCL задействуются только при поддержке DDC. При этом контакт 9 может использоваться для питания логики DDC (+5 В).
² Сигнал (H+V)Sync используется при совмещенной синхронизации (Composite Sync).
Таблица 8.9. Переходник 9-15 аналогового интерфейса монитора
Контакт DB9 Сигнал Контакт DB15 1 Red 1 2 Green 2 3 Blue 3 4 H.Sync 13 5 V.Sync 14 6 Red Return 6 7 Green Return 7 8 Blue Return 8 9 GND 10, 11
Несмотря (в прямом смысле) на наличие ключа — D-образного кожуха, 15-контактные разъемы ухитряются вставлять в перевернутом положении, при этом один из контактов среднего ряда подгибается, а потом и ломается (штырьки этих разъемов тоньше и слабее, чем у 9-контактных). Естественно, монитор, подключенный таким образом, работать не будет.
В компьютерах Macintosh монитор, совместимый по параметрам с VGA, имеет разъем DB-15P (такой же, как и у Game-порта PC). Назначение его выводов приведено в табл. 8.10.
Таблица 8.10. Разъем VGA Macintosh
Контакт Сигнал 1 Red Return 2 Red 3 Comp.Sync 4 ID0 5 Green 6 Green Return 7 ID1 8 He используется 9 Blue 10 ID2 11 Sync.GND 12 V.Sync 13 Blue Return 14 H.SyncGND 15 H.Sync
Кроме передачи изображения, по интерфейсу передают информацию, необходимую для автоматизации согласования параметров и режимов монитора и компьютера. «Интересы» компьютера представляет дисплейный адаптер, к которому и подключается монитор. С его помощью обеспечиваются идентификация монитора, необходимая для поддержки PnP, и управление энергопотреблением монитора.
Для простейшей идентификации в интерфейс ввели четыре логических сигнала
ID0
-ID3
, по которым адаптер мог определить тип подключенного монитора IBM. Со стороны монитора эти линии либо подключались к шине GND
, либо оставлялись неподключенными. Однако из этой системы идентификации использовали лишь сигнал ID1
, по которому определяют факт подключения монохромного монитора. Монохромный монитор может быть опознан адаптером и иначе — по отсутствию нагрузки на линиях Red
и Blue
.Параллельную идентификацию мониторов заменила последовательная по каналу цифрового интерфейса VESA DDC (Display Data Channel). Этот канал построен на интерфейсах I²C (DDC2B) или ACCESS.Bus (DDC2AB), которые требуют всего два ТТЛ-сигнала
SCL
и SDA
. Интерфейс DDC1 является однонаправленным — монитор посылает адаптеру блок своих параметров по линии SDA
(контакт 12), которые синхронизируются сигналом V.Sync
(контакт 14). На время приема блока параметров адаптер может повысить частоту V.Sync
до 25 кГц (генератор кадровой развертки по такой высокой частоте синхронизироваться не будет). Интерфейс DDC2 является двунаправленным; для синхронизации используется выделенный сигнал SCL
(контакт 15). Интерфейс DDC2AB отличается тем, что допускает подключение ПУ, не требующих высокой скорости обмена, к компьютеру по последовательной шине ACCESS.Bus (см. п. 11.1.2).Блок параметров расширенной идентификации дисплея EDID (Extended Display Identification) имеет одну и ту же структуру для любой реализации DDC (табл. 8.11).
Таблица 8.11. Блок расширенной идентификации EDID
Смещение, байт Длина, байт Назначение 0 8 Заголовок (индикатор начала потока EDID) 8 10 Идентификатор изделия (назначается производителем) 18 2 Версия EDID 20 15 Основные параметры и возможности дисплея 35 19 Установленные параметры синхронизации 54 72 Дескрипторы параметров синхронизации (байты 4-18) 126 1 Флаг расширения 127 1 Контрольная сумма
Для управления энергопотреблением монитора в соответствии со стандартом VESA DPMS (Display Power Management Signaling) используются сигналы кадровой и строчной синхронизации V.Sync и H.Sync (табл. 8.12).
Таблица 8.12. Управление энергопотреблением монитора (VESA DPMS)
Режим H.Sync V.Sync On Активен Активен Standby Неактивен Активен Suspend Активен Неактивен Off Неактивен Неактивен
Разъемы, применяемые в современных адаптерах и мониторах SVGA, не предназначены для передачи высокочастотных сигналов. Пределом для них является примерно 150 МГц, что для высокого разрешения и высокой частоты регенерации недостаточно. Поэтому на больших профессиональных мониторах с высокими разрешением и частотами синхронизации и на соответствующих адаптерах имеются BNC-разъемы для соединения с помощью коаксиальных кабелей. Мониторы с коаксиальными входами могут быть подключены и к адаптерам с разъемом DB-15, для чего выпускаются специальные переходные кабели. У этих кабелей может быть 3–5 75-омных коаксиальных разъемов BNC:
♦ 3 разъема — сигналы базисных цветов, смешанная синхронизация (composite sync) передается в канале зеленого цвета;
♦ 4 разъема — смешанная синхронизация передается по отдельному кабелю;
♦ 5 разъемов — вертикальная и горизонтальная синхронизация передается по раздельным кабелям.
С помощью коаксиальных кабелей возможно удаление монитора от компьютера на расстояние до 10–15 м при хорошем изображении.
Для расширения частотного диапазона (и учитывая тенденцию к использованию последовательных шин USB и Fire Wire) для подключения ПУ к системному блоку компьютера VESA в 1995 г. предложила новый тип разъема EVC (Enhanced Video Connector). В 1998 г. была принята новая редакция, и разъем переименован в P&D-A (Plug&Display-Analog) с небольшими изменениями, касающимися резервных контактов и цепей питания зарядного устройства. Кроме обычного аналогового интерфейса RGB и канала DDC2, разъем P&D-A (EVC) имеет контакты для видеовхода, входные и выходные стереоаудиосигналы, шины USB и Fire Wire, а также линии питания постоянного тока для зарядки аккумуляторов портативных ПК. Разъем имеет две секции: высокочастотную для присоединения четырех коаксиальных кабелей и низкочастотную на 30 контактов (рис. 8.10, табл. 8.13). Контакты высокочастотной секции, хотя и не являются коаксиальными, позволяют передавать сигналы с частотами до 2 ГГц. Контактом экранов является крестообразная перегородка. При использовании 75-омных коаксиальных кабелей на частоте 500 МГц гарантируется уровень отражений и перекрестных помех не выше 2%. Высокочастотная секция — контакты C1-С4 и C5 (экран) — требуется для передачи цветовых сигналов
R
, G
, В
и синхросигнала пикселов PX Clock
. Синхросигнал пикселов «интересен» матричным дисплеям (с их цифровой природой), его использование позволяет уменьшить погрешности передачи видеоинформации. Частота этого сигнала равна либо частоте сканирования пикселов, либо ее половине (на высокой частоте нужна двойная синхронизация, по фронту и спаду, что уравнивает требования к полосе пропускания для линий цветовых данных и линии синхронизации пикселов).Рис. 8.10. Разъем EVC и P&D (розетка)
Таблица 8.13. Разъем P&D-A (EVC)
Контакт Цепь Контакт Цепь Контакт Цепь 1 Audio Output, Right 11 Charging power input, + 21 Audio input, left 2 Audio Output, Left 12 Charging power input, - 22 Audio input, right 3 Audio Output, Return 13 Video input, Y или composite in 23 Audio input, return 4 Sync Return 14 Video input, return 24 Stereo sync (TTL) 5 Horizontal Sync (TTL) 15 Video input, С in 25 DDC return 6 Vertical Sync (TTL) 16 USB Data + 26 DDC Data (SDA) 7 Резерв 17 USB Data - 27 DDC Clock (SCL) 8 Резерв 18 USB/1394 common mode shield 28 +5 В 9 1394 TPA- 19 1394 VG 29 1394 TPB+ 10 1394 TPA+ 20 1394 VP 30 1394 TPB- C1 R (аналог.) C3 PX Clock C2 G (аналог.) C5 GND (для R, G, B) C4 В (аналог.)
Разъем поделен на компактные зоны для каждой группы сигналов, правда, шины USB и 1394 используют общий контакт для экрана. Назначение контактов видеовхода (S-Video или композитный, PAL или NTSC) может программироваться по каналу DDC2.
Стандарт определяет три уровня реализации: базовый, мультимедийный и полный. Базовый включает только видеосигналы и DDC, в мультимедийном должны быть аудиосигналы. При использовании коннектора в полном объеме монитор превращается в коммутационный центр, который соединяется с компьютером одним кабелем, а все остальные ПУ (включая клавиатуру, мышь, принтер) подключаются к монитору. Разъем может использоваться для подключения портативного ПК к док-станции. EVC собирает сигналы от разных подсистем — графической, видео, аудио, последовательных шин и питания. Этот общий разъем, устанавливаемый на корпусе системного блока, может соединяться с разными платами внутренними кабелями через промежуточные разъемы. Этот разъем не следует путать с похожим по виду и названию разъемом P&D-A/D, описанным в следующем пункте. Разъемы EVC на компьютерах встречаются нечасто, и это объясняется не только их довольно высокой ценой. Устанавливать EVC на графическую карту неудобно (она «обрастет» лишними интерфейсными шлейфами), а интегрированные системные платы редко имеют графические адаптеры с выдающимися параметрами, для которых он нужен.
8.4.4. Цифровые интерфейсы P&D, DVI и DFP
Повсеместный переход на цифровые технологии коснулся и видеомониторов. Традиционный аналоговый канал передачи видеосигналов стал узким местом видеосистемы. По пути от ЦАП к входам видеоусилителей монитора сигнал проходит через пару разъемов и кабель. Несогласованность элементов, вызывающая отражения сигналов («звон») и неравномерности частотных характеристик, приводит к искажению формы сигналов цветов, что становится особо заметным на режимах с высоким разрешением и высокой частотой регенерации. Повысить качество изображения можно, перенеся устройства ЦАП в монитор, прямо на плату видеоусилителей, и подав на них цифровые сигналы базисных цветов. Плоские дисплеи (матрицы TFT) строятся на основе цифровых технологий, и им приходится входные аналоговые сигналы преобразовывать обратно в цифровую форму. Все эти причины привели к необходимости разработки цифрового интерфейса для передачи информации в монитор. От этого интерфейса требуется огромная пропускная способность: к примеру, при частоте пикселов 150 МГц и кодировании каждого пиксела 24-битным числом (True Color) требуется пропускная способность 3,6 Гбит/с (450 Мбайт/с).
Для подключения плоских дисплеев был разработан специальный интерфейс Panel-Link, в 1996 г. его спецификация (FPDI-2) была утверждена VESA. Схема интерфейса приведена на рис. 8.11. Цифровой интерфейс имеет 3 канала передачи данных (Data[0:3]) и канал синхронизации Clock. В каналах используется дифференциальная передача сигналов с минимизацией переходов — так называемый протокол T.M.D.S. (Transition Minimized Differential Signaling). Каждый канал данных образован кодером, расположенным на видеокарте, линией связи и декодером, расположенным в дисплее. На вход кодера каждого канала поступают 8 бит кода яркости базисного цвета текущего пиксела. Кроме того, на вход кодера канала 0 поступают сигналы строчной и кадровой синхронизации, а на остальные каналы — дополнительные управляющие сигналы CTL[0:3], по паре на каждый канал. Кодеры преобразуют данные в последовательный код, для минимизации переключений 8 входных бит кодируются 10-битным символом, передаваемым по каналу последовательно. В зависимости от входного сигнала разрешения данных DE кодеры передают либо данные цветовых каналов, либо синхросигналы и управляющие биты. На приемной стороне сигналы декодируются и восстанавливаются в том же виде, в котором они поступали на входы кодеров. Частота пикселов может достигать 165 МГц, интерфейс обеспечивает максимальное разрешение 1280×1024 (24 бита на пиксел).
Рис. 8.11. Схема цифрового интерфейса
Физические линии реализованы экранированными витыми парами. Передатчики являются дифференциальными коммутируемыми источниками тока (12 мА), входы дифференциальных приемников подтянуты нагрузочными резисторами 50 Ом к уровню питания +3,3 В, амплитуда сигнала 500 мВ. Выбранный метод кодирования пригоден и для передачи по оптоволоконному кабелю (сигнал не имеет постоянной составляющей), но пока спецификация определяет только электрический интерфейс.
Вышеописанный протокол используется в интерфейсах P&D, DVI и DFP, из которых наибольшее распространение получили DVI (как самый мощный и универсальный) и DFP (как самый дешевый специализированный). Разъемы этих интерфейсов можно встретить на многих графических адаптерах с двумя выходами. Почти не прижившийся дорогой P&D можно рассматривать как комбинацию усеченного EVC с усеченным DVI. Благодаря использованию стандартизованных сигналов (T.M.D.S.) при несовпадении разъема монитора и графической карты возможно применение пассивных переходников-адаптеров.
В интерфейсе VP&D (VESA Plug-and-Display, 1997 г.), он же P&D, используется такой же разъем, как в EVC (см. рис. 8.10). Здесь нет цепей аналоговых аудиосигналов и видеовхода, а контакты, требовавшиеся для них, теперь назначены на цифровые каналы передачи сигналов. Интерфейс существует в двух вариантах: комбинированном и чисто цифровом. На комбинированный разъем P&D-A/D (табл. 8.14) выведены и аналоговые сигналы (RGB и синхронизация), что обеспечивает возможность подключения как цифрового, так и традиционного аналогового монитора. В чисто цифровом варианте P&D контактов аналоговых сигналов нет; монитор с аналоговым входом (с разъемом EVC или P&D-A) с ним работать не может (конструкция разъема и не позволит его подключить). Точно так же не удастся подключить и монитор с чисто цифровым входом P&D к выходу P&D-A (EVC).
Таблица 8.14. Разъем P&D-A/D
Контакт Цепь Контакт Цепь Контакт Цепь 1 Data 2+ 11 Data 1+ 21 Data 0- 2 Data 2- 12 Data 1- 22 Data 0+ 3 Экран 2 13 Экран 1 23 Экран 0 4 Sync Rtn 14 Clock+ 24 Stereo Sync TTL 5 H.Sync TTL 15 Clock- 25 DDC Return 6 V.Sync TTL 16 USB Data+ 26 DDC Data 7 Экран Clock 17 USB Data- 27 DDC Clock 8 CHRG+ 18 1394 Экран/CHRG- 28 +5V 9 1394 TPA- 19 1394 VG 29 1394 TPB+, CLOCK+ 10 1394 TPA+ 20 1394 VP 30 1394 TPB-, CLOCK- C1 R (аналог.) C3 PX Clock C2 G (аналог.) C5 GND (для R, G, B) C4 В (аналог.)
Интерфейс плоских дисплеев DFP (Digital Flat Panel, 1999 г., www.dfp-group.org) использует дешевый разъем типа MDR (mini-D ribbon) с ленточными контактами (рис. 8.12), на который выведены лишь 3 пары сигналов для цифровых каналов данных, пара для цифрового канала синхронизации, питание (+5В), канал DDC2 (табл. 8.15) и сигнал обнаружения «горячего» подключения (HPD). Частота пикселов может достигать 85 МГц (для плоских панелей не требуется слишком высокая частота развертки). Интерфейс пригоден (пока?) для режимов вплоть до 1280×1024 (24 бита на пиксел).
Рис. 8.12. Разъем плоского дисплея DFP
Таблица 8.15. Разъем DFP
Контакт Цепь Контакт Цепь 1 TX1+ 11 TX2+ 2 TX1- 12 TX2- 3 SHLD1 13 SHLD2 4 SHLDC 14 SHLD0 5 TXC+ 15 TX0+ 6 TXC- 16 TX0- 7 GND 17 NC 8 +5V 18 HPD 9 NC 19 DDC_DAT 10 NC 20 DDC_CLK
Интерфейс DVI (Digital Visual Interface) разработан группой DDWG (Digital Display Working Group — рабочая группа по цифровым дисплеям, www.ddwg.org) в 1999 г. и предназначен для подключения дисплеев любого типа (ЭЛТ и матричных) к компьютеру, причем возможны два варианта коннекторов и интерфейса: чисто цифровой и цифровой с традиционными аналоговыми сигналами. Во втором случае к разъему DVI через пассивный переходник может быть подключен монитор с обычным аналоговым VGA-интерфейсом.
Минимальный вариант цифрового интерфейса содержит канал синхронизации и три канала данных (Data0-2). В таком варианте интерфейс почти ничем не отличается от аналогового — меняется только местоположение ЦАП и применяется цифровой способ доставки данных. При этом гамма-коррекция возлагается на дисплей. Однако интерфейс предусматривает способ повышения пропускной способности за счет более эффективного использования времени. Дело в том, что традиционные ЭЛТ-мониторы имеют довольно значительное время обратного хода луча по строке и кадру, в течение которого пикселы на экран, естественно, не выводятся, — в это время интерфейс простаивает. Для матричных дисплеев этих пауз не требуется, поэтому тот же объем информации о пикселах может передаваться за большее время — практически за весь период кадра. Следовательно, можно либо снижать тактовую частоту передачи пикселов (не меняя разрешения и частоты развертки), либо с той же (предельно достижимой) частотой передачи увеличить разрешение или (и) частоту развертки. Спецификация DVI предполагает, что возможность передачи данных в течение всего периода кадра может появиться и у цифровых дисплеев, построенных на обычных ЭЛТ, за счет внутренней буферизации. При наличии буферизации экрана в дисплее можно пойти и дальше — вместо непрерывной регенерации экрана, которой озабочены традиционные видеоадаптеры, передавать данные только при изменениях изображения, но это пока лишь возможные перспективы. В полном варианте добавляются еще 3 цифровых канала (Data3-5), информационная нагрузка должна распределяться поровну между парами каналов. Таким образом, четные пикселы будут передаваться по каналам 0 (R), (G) и 2 (В), а нечетные — соответственно по 3, и 5, и интерфейс позволит передавать пикселы с частотой до 330 МГц (165×2). Предусматривается и иное использование дополнительных каналов: когда 8 бит на кодирование базисного цвета покажется недостаточным (!), каналы 3, и 5 могут дополнить (как младшие биты) данные каналов 0, 1 и 2 (старшие).
Кроме сигналов T.M.D.S. в интерфейс DVI входят сигналы интерфейса VESA DDC2:
DDC Data
и DDC Clock
, а также линия питания +5 В, по которой от видеокарты питаются цепи DDC, позволяя обмениваться конфигурационной информацией даже с выключенным монитором. Конфигурационная информация позволяет системе определить возможности монитора и должным образом сконфигурировать имеющиеся каналы данных, согласуя возможности и видеокарты, и дисплея. Имеется также сигнал HPD (Hot Plug Detect), с помощью которого система может следить за подключением/отключением дисплея. «Горячее» подключение обеспечивается также и механическими особенностями разъемов, поддерживающих требуемую последовательность соединения/рассоединения разных групп контактов. Таким образом, дисплеи с DVI обеспечивают все необходимые функции для реализации принципов PnP. Интерфейс и дисплеи с DVI должны обеспечивать стандартные (VESA) графические режимы, начиная от 640×480/60 Гц (частота пикселов 22,175 МГц). Его предел — 2048×1536 пикселов (частота 330 МГц). Интерфейс поддерживает сигнализацию управления энергопотреблением (DPMS).Вид коннекторов DVI приведен на рис. 8.13, расположение сигнальных контактов дано в табл. 8.16.
Рис. 8.13. Коннекторы DVI (розетки): а — только цифровой, б — цифровой с аналоговым
Таблица 8.16. Коннектор DVI
Контакт Цепь Контакт Цепь Контакт Цепь 1 Data2- 9 Data1- 17 Data0- 2 Data2+ 10 Data1+ 18 Data0+ 3 Экран 2/4 11 Экран 1/3 19 Экран 0/5 4 Data4- 12 Data3- 20 Data5- 5 Data4+ 13 Data3+ 21 Data5+ 6 DDC Clock 14 +5 В 22 Экран Clock 7 DDC Data 15 GND (для +5 В, HSync и VSync) 23 Clock+ 8 VSync (ТТЛ) 16 HPD 24 Clock- C1 R (аналог.) C3 B (аналог.) C2 G (аналог.) C5 GND (для R, G, B) C4 HSync (ТТЛ)
8.4.5. Внутренние цифровые интерфейсы
Для расширения возможностей дисплейного адаптера, главным образом, в сторону обработки видеоизображений, многие графические адаптеры имеют внутренний интерфейс для передачи пиксельной информации синхронно с регенерацией экрана. Этот интерфейс используется для связи графического адаптера с видеооверлейными платами (видеобластерами), декодерами MPEG. Разъем графического адаптера связывается с таким же разъемом видеоплаты плоским кабелем-шлейфом.
На адаптерах VGA присутствовал краевой 26-контактный разъем VGA Auxiliary Video Connector с шагом ламелей 0,1". Впоследствии был стандартизован VESA Feature Connector (VFC) (табл. 8.17), у которого назначение сигналов практически сохранилось, но используется двухрядный штырьковый разъем. Этот разъем графического адаптера VGA и SVGA позволяет получать поток байт данных сканируемых пикселов при работе адаптера в режиме до 640×480 пикселов×256 цветов. Нормально интерфейс работает на вывод и синхронизируется от генератора графического адаптера. Однако, установив низкий уровень сигнала
Data Enable
, видеоплата может заставить графическую карту принимать пикселы; сигнал Sync Enable
переключает графический адаптер на прием сигналов строчной и кадровой синхронизации; сигнал PCLK Enable
переключает графический адаптер на работу от внешнего сигнала синхронизации пикселов.
Таблица 8.17. Разъем VFC
Сигнал Контакт Контакт Сигнал GND 2 1 Data 0 GND 4 3 Data 1 GND 6 5 Data 2 Data enable 8 7 Data 3 Sync. enable 10 9 Data 4 PCLK enable 12 11 Data 5 (Vcc) 14 13 Data 6 GND 16 15 Data 7 GND 18 17 PCLK GND 20 19 BLANK GND 22 21 HSYNC (Vcc) 24 23 VSYNC (GND) 26 25 GND
Для режимов до 1024×768 с глубиной цвета High Color и True Color предназначен разъем VAFC — VESA Advanced Feature Connector (табл. 8.18) — двухрядный, с шагом 0,05" и расстоянием между рядами 0,1". Он имеет разрядность 16/32 бит и при максимальной частоте точек 37,5 МГц обеспечивает скорость потока данных 150 Мбайт/с. 16-битная версия VAFC использует первые 56 контактов, а 32-битная — все 80-контактов разъема. Допустимая длина шлейфа — 7". В этом интерфейсе сигналы
GRDY
и VRDY
означают готовность (способность генерировать данные пикселов) графического адаптера и видеосистемы соответственно, а направлением передачи данных управляет сигнал EVID#
.
Таблица 8.18. Разъем VAFC
Контакт Сигнал Назначение Контакт Сигнал Назначение 1 RSRV0 Резерв 41 GND Ground 2 RSRV1 Резерв 42 GND Ground 3 GENCLK Genclock input 43 GND Ground 4 OFFSET0 Pixel offset 2 44 GND Ground 5 OFFSET1 Pixel offset 1 45 GND Ground 6 FSTAT FIFO buffer status 46 GND Ground 7 VRDY Video ready 47 GND Ground 8 GRDY Graphics ready 48 GND Ground 9 BLANK# Blanking 49 GND Ground 10 VSYNC Vertical sync 50 GND Ground 11 HSYNC Horizontal sync 51 GND Ground 12 EGEN# Enable genclock 52 GND Ground 13 VCLK Graphics data clock 53 GND Ground 14 RSRV2 Резерв 54 GND Ground 15 DCLK (PCLK) Video data (Pixel) clock 55 GND Ground 16 EVIDEO# Video data direction control 56 GND Ground 17 P0 Video data 0 57 P1 Video data 1 18 GND Ground 58 P2 Video data 2 19 P3 Video data 3 59 GND Ground 20 Р4 Video data 4 60 P5 Video data 5 21 GND Ground 61 P6 Video data 6 22 Р7 Video data 7 62 GND Ground 23 Р8 Video data 8 63 P9 Video data 9 24 GND Ground 64 P10 Video data 10 25 Р11 Video data 11 65 GND Ground 26 Р12 Video data 12 66 P13 Video data 13 27 GND Ground 67 P14 Video data 14 28 Р15 Video data 15 68 GND Ground 29 Р16 Video data 16 69 P17 Video data 17 30 GND Ground 70 P18 Video data 18 31 Р19 Video data 19 71 GND Ground 32 Р20 Video data 20 72 P21 Video data 21 33 GND Ground 73 P22 Video data 22 34 Р23 Video data 23 74 GND Ground 35 Р24 Video data 24 75 P25 Video data 25 36 GND Ground 76 P26 Video data 26 37 Р27 Video data 27 77 GND Ground 38 P28 Video data 28 78 P29 Video data 29 39 GND Ground 79 P30 Video data 30 40 P31 Video data 31 80 GND Ground
Кроме этих стандартов существует и специальная внутренняя 32-битная шина для обмена данными между мультимедийными устройствами — VESA Media Channel (VM Channel). Эта шина (канал), в отличие от вышерассмотренных двухточечных интерфейсов, ориентирована на широковещательную передачу данных между несколькими абонентами.
8.4.6. Видеоинтерфейсы
В традиционной технике цветного телевизионного вещания видеосигнал непосредственно несет информацию о мгновенном значении яркости (в нем присутствуют и синхроимпульсы отрицательной полярности), а цветовая информация передается в модулированном виде на дополнительных частотах. Таким образом обеспечивается совместимость черно-белого приемника, игнорирующего цветовую информацию, с цветным передающим каналом. Однако способ кодирования цветовой информации и частоты разверток в системах PAL, SECAM и NTSC различны. В видеотехнике используют различные низкочастотные интерфейсы (радиочастотный тракт здесь не рассматривается).
В интерфейсе Composite Video полный стандартный видеосигнал с размахом около 1,5 В передается по коаксиальному кабелю (75 Ом). Для соединения используются коаксиальные разъемы RCA («колокольчики»). Данный интерфейс характерен для бытовых видеомагнитофонов, аналоговых телекамер, телевизоров. В ПК этот интерфейс используется как дополнительный выходной интерфейс графической карты и как входной интерфейс в устройствах захвата видеосигнала.
Интерфейс S-Video (Separate Video) использует раздельные сигнальные линии: Y для канала яркости и синхронизации (luminance+sync, обычный черно-белый видеосигнал) и С для сигнала цветности. По линии С передается поднесущая частота, модулированная цветоразностными сигналами (burst signal). Сигнал Y имеет размах 1 В, сигнал С в стандарте NTSC имеет размах 0,286 В, в PAL/SECAM — 0,3 В. Обе линии должны нагружаться терминатором 75 Ом. Стандартный 4-контактный разъем S-Video типа mini-DIN (рис. 8.14, а) используется как интерфейс высококачественных видеосистем, его синонимами являются названия S-VHS и Y/C. Этот интерфейс в ПК тоже может использоваться в качестве входного и дополнительного выходного; он обеспечивает более высокое качество передачи видеоизображений. Иногда задействуют и 7-контактные разъемы mini-DIN, у них внешние 4 контакта имеют то же назначение, а 3 внутренних контакта используются для разных целей (там может быть и композитный сигнал). Выход S-Video легко преобразовать в сигнал для композитного входа (рис. 8.14, б); эта схема не обеспечивает должного согласования импедансов, но обеспечивает приемлемое качество изображения. Обратное преобразование этой схемой выполняется гораздо хуже, поскольку на яркостный сигнал будет воздействовать помеха в виде сигнала цветности.
Рис. 8.14. Интерфейс S-Video: a — разъем, б — преобразование в композитный сигнал
Наивысшее качество передачи обеспечивает профессиональный (студийный) интерфейс YUV (professional video), использующий три сигнальные линии: здесь цветоразностные сигналы U и V передаются в немодулированном виде.
8.5. Интерфейсы аудиоустройств