DVI、HDCP與HDMI數字化應用
隨著顯示技術的發展，尤其是數字LCD、DLP及PDP等數字化產品的廣泛應用及數字化信號標準的統一，傳統的VGA模擬信號已不能滿足發展的需要，越來越多的DVI（Digital Visual Interface）信號，HDCP(高帶寬數字內容保護High-bandwidth digital content protection)信號和HDMI (High Definition Multimedia Interface)數字信號等被廣泛應用。 本文擬就數字信號本身特點，目前的應用現狀，當前的技術難點和發展前景做簡單介紹。
A， 數字信號本身特點
DVI信號，HDCP信號和HDMI 信號針對VGA信號而言，如果排除各種協議的話，信號通道本質是一致的，都是DVI信號。因此先介紹DVI信號的特點。
在模擬顯示方式中，將待顯示的數字R.G..B信號（8bit并行信號）在顯卡中經過D/A轉換成模擬信號，傳輸后進入顯示器，經處理后驅動R.G..B電子槍，顯示到熒光屏上，整個過程是模擬的。而數字顯示方式不同，模擬的R.G.B信號到達顯示設備后（LCD 或DLP，PDP等）經過A/D處理，轉換為數字信號，隨后由數字信號控制液晶板透射或反射光線或DMD晶片反射光線或由等離子體發光，達到顯示的效果。在這個過程中明顯地存在一個由數字→模擬→數字的轉換過程，信號損失較大（一次A/D，D/A過程將在頻譜上損失6dB，帶寬最大保留為像素時鐘的1/2），并且會存在諸如拖尾，模糊，重影等傳輸問題。 當前帶有數字接口的計算機顯卡已經相當普遍，甚至筆記本電腦也配備了DVI接口，顯示設備中也是越來越多的設備帶有數字信號接口，因此數字→數字方式的應用環境已經成熟。
DVI原理上是將待顯示的R.G.B數字信號與H.V信號進行組合編碼，每個像素點按10bit的數字信號按最小非歸零編碼方式進行并→串轉換，把編碼后的R.G..B數字串行碼流與像素時鐘等4個信號按照平衡方式進行傳輸，其每路碼流速率為原像素點時鐘的10倍，以1024×768×70的分辨率為例，碼流時鐘為70MHz×10,折合為0.7GHZ。一般DVI1.0的碼流在0.24GHZ到1.65GHZ之間。
DVI的接口定義如下圖：
DVI有DVI1.0和DVI2.0兩種標準，其中DVI1.0僅用了其中的一組信號傳輸信道，傳輸圖像的最高像素時鐘為165M（1600X1200X60，UXGA），信道中的最高信號傳輸碼流為1.65GHz。DVI2.0則用了全部的兩組信號傳輸信道，傳輸圖像的最高像素時鐘為330M，每組信道中的最高信號傳輸碼流也為1.65GHz。在顯示設備中，目前還沒有DVI2.0的應用，因此本文所討論的DVI都是指DVI1.0標準。
DVI定義了DVI-I（Integrated）和DVI-D(Digital)兩種接口，從接口定義上可以看出，DVI-I實際上是在DVI-D的基礎上增加了模擬接口。我們主要介紹DVI-D接口。
HDCP 信號從接口形式，管腳定義，數據格式等都與DVI相同，只是考慮保密的原因，對數據進行了加密，要符合HDCP的協議要求。考慮到這只是協議層面的不同，我們可將此兩者等同考慮。
HDMI的英文全稱是“High Definition Multimedia Interface”，既高清晰度多媒體接口。HDMI接口可以提供高達5Gbps的數據傳輸帶寬，可以傳送無壓縮的數字音頻信號及高分辨率視頻信號。HDMI在針腳上和DVI兼容，只是采用了不同的封裝，可以看作是DVI的強化與延伸，兩者可以兼容。與DVI相比，HDMI可以傳輸數字音頻信號，并增加了對HDCP 的支持。HDMI支持5Gbps的數據傳輸率，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。而一個1080p的視頻和一個8聲道的音頻信號需求少于4GB/s，因此HDMI還有很大余量。此外HDMI支持EDID（擴展顯示識別數據-Extended display identification Data），DDC（顯示數據通道-Data display channel，用以讀出EDID），因此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“協商”，自動選擇最合適的視頻/音頻格式。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。 HDMI音頻數據格式：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 192 kHz等多種采樣率。根據視頻格式，HDMI可以傳輸不同數量的采樣率在192KHZ的壓縮音頻。
HDMI接口的特性：
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。支持DVI1，0標準，分辨率達到UXGA？梢哉J為，HDMI兼容了HDCP和DVI
DVI：僅有數字化VGA信號
HDCP：比DVI信號增加了保密協議
HDMI：VGA方面，兼容DVI，HDCP，分辨率達到UXGA。視頻方面，支持1080P并向下兼容。音頻支持各種不同類型的數字音頻。
2005年，已經有超過250個廠商和470個不同類型的產品采用了HDMI接口。DVD拷貝管制協會(CCA)，美國的FCC（美國聯邦通信委員會），代表歐洲信息通信技術與消費電子產業的組織EICTA等組織都規定了所有高畫質數字電視設備(HD-STBs)必須具備HDMI-HDCP或DVI-HDCP輸出端子，計算機顯卡也將HDMI作為標準接口。所有這些規定更加強化了HDMI在市場上的地位。HDMI已經成為事實上的數字電視和消費電子產品的接口標準。
B，數字信號應用優勢
隨著顯控工程中信號顯示設備的發展，投影機的分辨率及亮度越來越高，對信號的要求也越來越高，而傳統的模擬傳輸與應用系統中對信號的損失很大，造成高品質的投影設備無法顯示高質量的圖象，形成顯示質量的瓶頸。數字化的傳輸與應用系統與模擬的技術系統相比有明顯的優勢：
1.減少了模/數（A/D），數/模（D/A）轉換過程。在VGA信號的顯示過程中，筆記本的圖象質量是最高的，CPU將要顯示的數據交給顯卡，顯卡經過處理形成待顯示的圖形信號（8bit并行數字信號）直接驅動LCD屏，形成筆記本的顯示，這是最“原裝”的信號，未經任何處理和損失。將圖形信號（數字）經過D/A轉換后，形成RGBHV（VGA）信號，此時的信號經過了D/A轉換，造成了如帶寬、信噪比等方面的損失。傳輸到達顯示設備時還需經過A/D過程，重新生成數字信號，驅動LCD等設備，又造成了A/D過程的損失。將圖形信號（數字）經過并/串轉換，形成DVI信號，是未經損失的，通過DVI傳輸到達顯示設備時只需再經串/并轉換，可直接驅動LCD等設備，這個過程中未經過A/D、D/A過程，也未造成信號損失。
2. 減少了信號在傳輸過程中的損失。以前，有拙文分析過,模擬信號在傳輸中，由于傳輸系統的幅頻持性和群延時持性，高低頻干擾，電源地線干擾及反射等影響，信號損失嚴重，工程中解決和處理以上問題的難度很大，有些甚至是無法解決的。但數字信號就不存在這些問題，數字傳輸的最大優點在于抗干擾能力強及可重建再生，簡單地講，就是只要保證傳輸過程中，“0”、“1”沒有發生錯誤，收端的信號就是正確的和無損的，很多在模擬傳輸中難解決的問題在數字化的傳輸過程中不存在這種“概念”，是從根本上解決的方案，可保證到達投影設備的信號與筆記本屏的信號一樣，可完全發揮顯示設備的優點，明顯提高了整個系統的顯示質量。
由于無需在信號傳送前進行數/模或者模/數轉換，可以保證最高質量的影音信號傳送。
3.有利于信號系統的統一。HDMI技術是將數字化的視頻（Video）信號、音頻（Audio）信號和VGA信號三者合并為同一接口,以同一標準覆蓋，以解決原來不同的信號、不同的接口、不同的標準造成的應用不便。以前在工程設計中，存在著視頻，音頻和VGA信號，有時也有DVI信號，信號不統一，傳輸通道不統一，接口不統一， 選用設備不統一，工程中造成很大麻煩。要對三種信號應用情況分別進行設計和考慮，從設備選型、電纜選擇，可能會出現的不同類型干擾，衰減等方面，總之，要考慮三類問題。但應用數字方式后，可將這三類問題合并為一個問題 ，就有可能僅用一種統一的設備解決所有問題 。試想，將來的某一天，在工程應用中不用再考慮視頻有多少路，該選用多大的矩陣，不用再考慮有幾路音頻，如何去選用音頻設備，有多少VGA信號，要傳輸多遠，會出什么樣的干擾，衰減等等。只是單一地考慮有多少路HDMI信號（其傳輸距離是有標準可查的），只需考慮距離有多遠 ，選電纜傳輸還是用網線合算，或是用光纖更好。顯示設備只要將信號接到設備的HDMI接口就OK了。家庭應用要實現這一步較容易，電視（尤其是平板電視）已經具有HDMI接口，只需“傻瓜”的一接就行。但工程應用沒有那么快，還是要逐步走向數字化應用的。
C． 當前的技術和設備水平及主要問題
1. 數字矩陣規模較小。北京利國公司在國際上分別率先推出8X8，16X16的數字矩陣，目前國際上的水平也就如此。有18X18的矩陣的報道。預計今年中，北京利國公司會推出32X32的數字矩陣。但從實際工程需要上講，數字矩陣規模依然較小，大系統應用有問題。
2. 傳輸問題基本解決。除電纜傳輸方式外，網線傳輸和光纖傳輸設備已經成熟，并在實際工程中大量應用。國內主要還是使用電纜方式多一些，光纖設備也有應用，但我們已大量出口網線產品，預計國內的網線數字傳輸也會隨后。
3. 轉換問題。新的媒體出現后，除了本身的應用外，還存在著與傳統媒體之間的轉換問題。目前，DVI與VGA信號之間的轉換設備已很成熟，滿足使用要求。視頻方面，類似SDI到HDMI的轉換都可以完成，但因為HDMI的保密問題，不允許將HDMI信號解成明碼，因此HDMI轉為其它類型的信號有技術壁壘，限制了應用。
4. 目前，HDMI技術入門費用頗高，僅入會年費就為US$15,000，HDCP的年費也為US$15,000，并且在銷售產品時仍需繳納每臺US$0.05到US$0.15的版稅，HDMI兼容性測試費用 從US$11,000起步，到 US$50,000，US$80,000也很正常，且時間很長。真所謂“最黑的是定標準的”，日后是否會出DVD式的專利爭議，不得而知。目前PC機廠商方面出HDMI顯卡的很少，估計與此相關。
依本人拙見，當前數字化，數字高清的現狀應該是：
1. 技術先進，使用方便，應用前景廣闊
2. 目前成本較高，但下降速度很快，甚至比模擬方式要便宜。
3. 工程方面，DVI方式可能更快地被應用，但HDMI會比DVI更靈活。
4. 技術水平，國內不比國外差，有些方面比國外的發展更快，至少是在同一起跑線上。
5. 有一定的技術難度和技術壁壘，入門成本較高。
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