DVI、HDCP与HDMI数字化应用

随着显示技术的发展，尤其是数字LCD、DLP及PDP等数字化产品的广泛应用及数字化信号标准的统一，传统的VGA模拟信号已不能满足发展的需要，越来越多的DVI（Digital Visual Interface）信号，HDCP(高带宽数字内容保护High-bandwidth digital content protection)信号和HDMI (High Definition Multimedia Interface)数字信号等被广泛应用。 本文拟就数字信号本身特点，目前的应用现状，当前的技术难点和发展前景做简单介绍。
A， 数字信号本身特点
DVI信号，HDCP信号和HDMI 信号针对VGA信号而言，如果排除各种协议的话，信号通道本质是一致的，都是DVI信号。因此先介绍DVI信号的特点。

DVI原理上是将待显示的R.G.B数字信号与H.V信号进行组合编码，每个像素点按10bit的数字信号按最小非归零编码方式进行并→串转换，把编码后的R.G..B数字串行码流与像素时钟等4个信号按照平衡方式进行传输，其每路码流速率为原像素点时钟的10倍，以1024×768×70的分辨率为例，码流时钟为70MHz×10,折合为0.7GHZ。一般DVI1.0的码流在0.24GHZ到1.65GHZ之间。
DVI的接口定义如下图：
DVI有DVI1.0和DVI2.0两种标准，其中DVI1.0仅用了其中的一组信号传输信道，传输图像的最高像素时钟为165M（1600X1200X60，UXGA），信道中的最高信号传输码流为1.65GHz。DVI2.0则用了全部的两组信号传输信道，传输图像的最高像素时钟为330M，每组信道中的最高信号传输码流也为1.65GHz。在显示设备中，目前还没有DVI2.0的应用，因此本文所讨论的DVI都是指DVI1.0标准。
DVI定义了DVI-I（Integrated）和DVI-D(Digital)两种接口，从接口定义上可以看出，DVI-I实际上是在DVI-D的基础上增加了模拟接口。我们主要介绍DVI-D接口。
HDCP 信号从接口形式，管脚定义，数据格式等都与DVI相同，只是考虑保密的原因，对数据进行了加密，要符合HDCP的协议要求。考虑到这只是协议层面的不同，我们可将此两者等同考虑。
HDMI的英文全称是“High Definition Multimedia Interface”，既高清晰度多媒体接口。HDMI接口可以提供高达5Gbps的数据传输带宽，可以传送无压缩的数字音频信号及高分辨率视频信号。HDMI在针脚上和DVI兼容，只是采用了不同的封装，可以看作是DVI的强化与延伸，两者可以兼容。与DVI相比，HDMI可以传输数字音频信号，并增加了对HDCP 的支持。HDMI支持5Gbps的数据传输率，最远可传输15米，足以应付一个1080p的视频和一个8声道的音频信号。而一个1080p的视频和一个8声道的音频信号需求少于4GB/s，因此HDMI还有很大余量。此外HDMI支持EDID（扩展显示识别数据-Extended display identification Data），DDC（显示数据通道-Data display channel，用以读出EDID），因此HDMI的设备具有“即插即用”的特点，信号源和显示设备之间会自动进行“协商”，自动选择最合适的视频/音频格式。HDMI支持RGB信号、4:4:4采样的YCbCr信号及4:2:2采样的YCbCr.传输速率最高的24位/像素。 HDMI音频数据格式：基于DVD音频标准,HDMI支持1-8组非压缩音频传输，音频支持48,96 or 192 kHz等多种采样率。根据视频格式，HDMI可以传输不同数量的采样率在192KHZ的压缩音频。

　　HDMI接口的特性：
一根线缆满足传输视音频信号的需要，所有的HD信号及音频信号在同一根线缆内传输，包括5个视频分量及多通道音频。
HDMI接口还支持传输智能信息如宽高比及信号格式、控制信息等，为设备间的智能化控制提供可能。
支持HDTV 1080P及更高清晰度信号的传输及显示，适应HDTV的应用。支持DVI1，0标准，分辨率达到UXGA。可以认为，HDMI兼容了HDCP和DVI
DVI：仅有数字化VGA信号
HDCP：比DVI信号增加了保密协议
HDMI：VGA方面，兼容DVI，HDCP，分辨率达到UXGA。视频方面，支持1080P并向下兼容。音频支持各种不同类型的数字音频。
2005年，已经有超过250个厂商和470个不同类型的产品采用了HDMI接口。DVD拷贝管制协会(CCA)，美国的FCC（美国联邦通信委员会），代表欧洲信息通信技术与消费电子产业的组织EICTA等组织都规定了所有高画质数字电视设备(HD-STBs)必须具备HDMI-HDCP或DVI-HDCP输出端子，计算机显卡也将HDMI作为标准接口。所有这些规定更加强化了HDMI在市场上的地位。HDMI已经成为事实上的数字电视和消费电子产品的接口标准。
B，数字信号应用优势
随着显控工程中信号显示设备的发展，投影机的分辨率及亮度越来越高，对信号的要求也越来越高，而传统的模拟传输与应用系统中对信号的损失很大，造成高品质的投影设备无法显示高质量的图象，形成显示质量的瓶颈。数字化的传输与应用系统与模拟的技术系统相比有明显的优势：
1.减少了模/数（A/D），数/模（D/A）转换过程。在VGA信号的显示过程中，笔记本的图象质量是最高的，CPU将要显示的数据交给显卡，显卡经过处理形成待显示的图形信号（8bit并行数字信号）直接驱动LCD屏，形成笔记本的显示，这是最“原装”的信号，未经任何处理和损失。将图形信号（数字）经过D/A转换后，形成RGBHV（VGA）信号，此时的信号经过了D/A转换，造成了如带宽、信噪比等方面的损失。传输到达显示设备时还需经过A/D过程，重新生成数字信号，驱动LCD等设备，又造成了A/D过程的损失。将图形信号（数字）经过并/串转换，形成DVI信号，是未经损失的，通过DVI传输到达显示设备时只需再经串/并转换，可直接驱动LCD等设备，这个过程中未经过A/D、D/A过程，也未造成信号损失。
2. 减少了信号在传输过程中的损失。以前，有拙文分析过,模拟信号在传输中，由于传输系统的幅频持性和群延时持性，高低频干扰，电源地线干扰及反射等影响，信号损失严重，工程中解决和处理以上问题的难度很大，有些甚至是无法解决的。但数字信号就不存在这些问题，数字传输的最大优点在于抗干扰能力强及可重建再生，简单地讲，就是只要保证传输过程中，“0”、“1”没有发生错误，收端的信号就是正确的和无损的，很多在模拟传输中难解决的问题在数字化的传输过程中不存在这种“概念”，是从根本上解决的方案，可保证到达投影设备的信号与笔记本屏的信号一样，可完全发挥显示设备的优点，明显提高了整个系统的显示质量。
由于无需在信号传送前进行数/模或者模/数转换，可以保证最高质量的影音信号传送。
3.有利于信号系统的统一。HDMI技术是将数字化的视频（Video）信号、音频（Audio）信号和VGA信号三者合并为同一接口,以同一标准覆盖，以解决原来不同的信号、不同的接口、不同的标准造成的应用不便。以前在工程设计中，存在着视频，音频和VGA信号，有时也有DVI信号，信号不统一，传输通道不统一，接口不统一， 选用设备不统一，工程中造成很大麻烦。要对三种信号应用情况分别进行设计和考虑，从设备选型、电缆选择，可能会出现的不同类型干扰，衰减等方面，总之，要考虑三类问题。但应用数字方式后，可将这三类问题合并为一个问题 ，就有可能仅用一种统一的设备解决所有问题 。试想，将来的某一天，在工程应用中不用再考虑视频有多少路，该选用多大的矩阵，不用再考虑有几路音频，如何去选用音频设备，有多少VGA信号，要传输多远，会出什么样的干扰，衰减等等。只是单一地考虑有多少路HDMI信号（其传输距离是有标准可查的），只需考虑距离有多远 ，选电缆传输还是用网线合算，或是用光纤更好。显示设备只要将信号接到设备的HDMI接口就OK了。家庭应用要实现这一步较容易，电视（尤其是平板电视）已经具有HDMI接口，只需“傻瓜”的一接就行。但工程应用没有那么快，还是要逐步走向数字化应用的。

　　C． 当前的技术和设备水平及主要问题
1. 数字矩阵规模较小。北京利国公司在国际上分别率先推出8X8，16X16的数字矩阵，目前国际上的水平也就如此。有18X18的矩阵的报道。预计今年中，北京利国公司会推出32X32的数字矩阵。但从实际工程需要上讲，数字矩阵规模依然较小，大系统应用有问题。
2. 传输问题基本解决。除电缆传输方式外，网线传输和光纤传输设备已经成熟，并在实际工程中大量应用。国内主要还是使用电缆方式多一些，光纤设备也有应用，但我们已大量出口网线产品，预计国内的网线数字传输也会随后。
3. 转换问题。新的媒体出现后，除了本身的应用外，还存在着与传统媒体之间的转换问题。目前，DVI与VGA信号之间的转换设备已很成熟，满足使用要求。视频方面，类似SDI到HDMI的转换都可以完成，但因为HDMI的保密问题，不允许将HDMI信号解成明码，因此HDMI转为其它类型的信号有技术壁垒，限制了应用。
4. 目前，HDMI技术入门费用颇高，仅入会年费就为US$15,000，HDCP的年费也为US$15,000，并且在销售产品时仍需缴纳每台US$0.05到US$0.15的版税，HDMI兼容性测试费用 从US$11,000起步，到 US$50,000，US$80,000也很正常，且时间很长。真所谓“最黑的是定标准的”，日后是否会出DVD式的专利争议，不得而知。目前PC机厂商方面出HDMI显卡的很少，估计与此相关。
依本人拙见，当前数字化，数字高清的现状应该是：
1. 技术先进，使用方便，应用前景广阔
2. 目前成本较高，但下降速度很快，甚至比模拟方式要便宜。
3. 工程方面，DVI方式可能更快地被应用，但HDMI会比DVI更灵活。
4. 技术水平，国内不比国外差，有些方面比国外的发展更快，至少是在同一起跑线上。
5. 有一定的技术难度和技术壁垒，入门成本较高。