數(shù)字電視概念已逐步深入人心,，現(xiàn)有的大多數(shù)數(shù)字電視接收機(jī)只能通過分量接口接收滿足數(shù)字視頻信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)的模擬信號(hào)，這實(shí)際上仍然是一種模擬信號(hào)接口,，只是視頻信號(hào)符合數(shù)字電視視頻信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)(如ITU-R601,、CEA/CEA-861-A/B等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)字視頻抽樣、量化,、編碼規(guī)范,，滿足數(shù)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系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)字處理,，則需在視頻信號(hào)處理前增加A/D轉(zhuǎn)換,、Scale、De-interlace等功能電路,，這會(huì)使信號(hào)質(zhì)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(dá)到高清數(shù)字電視的顯示標(biāo)準(zhǔn)(水平清晰度大于720線)。

    數(shù)字視頻接口接收的是經(jīng)過一定處理(壓縮或不壓縮)的數(shù)字信號(hào)，不論從信號(hào)質(zhì)量還是后處理考慮,，都有利于提高整個(gè)接收機(jī)系統(tǒng)的性能,。DVI(DigitalVisualInterface，數(shù)字視頻接口)是目前廣泛應(yīng)用的一種數(shù)字視頻接口,，起初主要應(yīng)用于PC行業(yè),。DVI支持單像素RGB的24bit數(shù)據(jù)，傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)沒有經(jīng)過壓縮,，單連接的傳輸速率可達(dá)4.9Gbps,，對數(shù)據(jù)傳輸速率是1.78Gbps的1080i數(shù)字高清晰電視可達(dá)到較好的保真度，特別是在LCD,、DLP等顯示設(shè)備中,，不需要任何D/A轉(zhuǎn)換和處理，減少了信號(hào)損失,，可以應(yīng)用到數(shù)字電視,、平板電視等產(chǎn)品當(dāng)中。

DVI概述及工作原理

    DVI是由DDWG(DigitalDisplayworkingGroup,，數(shù)字顯示工作組)發(fā)明的一種高速傳輸數(shù)字信號(hào)的技術(shù),，有DVI-D和DVI-I兩種不同的接口形式。DVI-D只有數(shù)字接口,，DVI-I有數(shù)字和模擬接口,，目前應(yīng)用主要以DVI-D為主。

    DVI是基于TMDS(TransitionMinimizedDifferentialSignaling,，轉(zhuǎn)換最小差分信號(hào))技術(shù)來傳輸數(shù)字信號(hào),，TMDS運(yùn)用先進(jìn)的編碼算法把8bit數(shù)據(jù)(R、G,、B中的每路基色信號(hào))通過最小轉(zhuǎn)換編碼為10bit數(shù)據(jù)(包含行場同步信息,、時(shí)鐘信息、數(shù)據(jù)DE,、糾錯(cuò)等),，經(jīng)過DC平衡后，采用差分信號(hào)傳輸數(shù)據(jù),，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(shí)現(xiàn)長距離,、高質(zhì)量的數(shù)字信號(hào)傳輸,。TMDS技術(shù)的連接傳輸結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1TMDS連接傳輸結(jié)構(gòu)

    DVI數(shù)字信號(hào)傳輸有單連接(SingleLink)和雙連接(DualLink)兩種方式,，對于單連接,，僅用圖1所示的1/2,、9/10、17/18腳傳輸,，它的傳輸速率可達(dá)4.9Gbps,，雙連接可達(dá)9.9Gbps。

DVI接口在數(shù)字電視中的應(yīng)用

●基本方案論證分析
數(shù)字電視機(jī)為達(dá)到高清晰度顯示要求,，掃描一般采用

圖2DVI接口原理框圖

    由原理圖看,，數(shù)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,，二是在后端提供一個(gè)數(shù)據(jù)通道，如果電視原有方案中具有A/D轉(zhuǎn)換和相應(yīng)的后級(jí)數(shù)據(jù)處理通道,，那么DVI接口解碼輸出的數(shù)據(jù)可以與它共用,，因?yàn)樵跀?shù)字信號(hào)格式一定的情況下，其碼率,、行頻,、場頻、時(shí)鐘是一致的,。

    在實(shí)際研究開發(fā)中,，需要特別注意DVI解碼輸出數(shù)據(jù)信號(hào)、A/D轉(zhuǎn)換輸出數(shù)據(jù)信號(hào)的隔離和避免前端通道相互干擾,。由于兩組通道的共用,，相當(dāng)于延長了數(shù)字輸出引腳的信號(hào)線長度，因此對于長距離的數(shù)字信號(hào)印制線,，有必要在其特征阻抗處將其中斷,，以避免數(shù)字信號(hào)的過沖、欠沖和振鈴,，通常情況下在數(shù)據(jù)線上串聯(lián)幾十歐姆的電阻。同時(shí)對于輸出驅(qū)動(dòng)來說,，需要最大限度地減小數(shù)字輸出引腳的容性載荷,，但是在信號(hào)布線階段，一般不能精確計(jì)算容性負(fù)載,，為方便系統(tǒng)調(diào)試,，應(yīng)考慮在數(shù)據(jù)信號(hào)線、行場同步信號(hào)線,、時(shí)鐘信號(hào)線到地并聯(lián)電容,，根據(jù)PCB材料、信號(hào)長度不同,，電容值一般在幾十pF即可,，這樣就可達(dá)到通道負(fù)載平衡、數(shù)據(jù)上升沿、下降沿和相位的一致,，減少數(shù)字噪聲干擾和抖動(dòng),。

    數(shù)字電視DVI接口性能測試時(shí)，誤碼率指標(biāo)應(yīng)達(dá)到10-9,，即10億bit允許出現(xiàn)一個(gè)誤碼,，因此在性能測試時(shí)必須保證一定的測試時(shí)間

圖3DVI接口系統(tǒng)工作流程

    對于DVI接口在數(shù)字電視、平板電視上的應(yīng)用研究,，更為關(guān)鍵的是EDID(ExtendedDisplayIdentificationDATA,，即擴(kuò)展顯示識(shí)別數(shù)據(jù))編程，HDCP(High-bandwidthDigitalContentProtection)功能的實(shí)現(xiàn),。這些對于數(shù)字電視來說都是全新應(yīng)用,，只有EDID和HDCP在數(shù)字電視上實(shí)現(xiàn)后，DVI接口才是真正的數(shù)字電視接口,。

●數(shù)字電視DVI接口的EDID開發(fā)

    EDID是為PC顯示器設(shè)置的優(yōu)化顯示格式數(shù)據(jù)規(guī)范,，存儲(chǔ)在顯示器中專用的1Kb的EEROM存儲(chǔ)器中(即EDID數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是128Byte)，DVI接口應(yīng)用在數(shù)字電視上時(shí),，同樣應(yīng)該遵從此規(guī)范,。

    PC主機(jī)和顯示器通過DDC數(shù)據(jù)線訪問存儲(chǔ)器中數(shù)據(jù)，以確定顯示器的顯示屬性(如分辨率,、縱橫比等)信息,，在數(shù)字電視上，也應(yīng)該用DVI接口的DDC數(shù)據(jù)線訪問EDID存儲(chǔ)器,，以確定數(shù)字電視的相關(guān)顯示屬性,，關(guān)鍵是128Byte是PC顯示器的標(biāo)準(zhǔn)，已不能滿足數(shù)字電視視頻標(biāo)準(zhǔn)的要求,，因此需要對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行擴(kuò)展,，由于EDID標(biāo)準(zhǔn)并沒有相應(yīng)的規(guī)范，研究中按照EIA/CEA-861-B標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對EDID數(shù)據(jù)進(jìn)行編程,。

圖4PC的EDID數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)示意圖

    DVI接口在數(shù)字電視中的EDID數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),，與PC顯示器的最大區(qū)別是編程數(shù)據(jù)可以是128Byte的倍數(shù)，它不僅規(guī)定數(shù)字電視顯示的PC格式,，也規(guī)定數(shù)字視頻信號(hào)和數(shù)字音頻信號(hào),，基本的128Byte以外的數(shù)據(jù)都是附加數(shù)據(jù)，在基本數(shù)據(jù)的第127個(gè)字節(jié)定義EDID的附加數(shù)據(jù)塊數(shù)量,。在EDID數(shù)據(jù)編程中,，根據(jù)數(shù)字電視的顯示屬性要求，有兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)必須注意：第一,，如果數(shù)字電視的顯示是固定格式,，則在首選TimingMode字節(jié)中必須選擇相應(yīng)的定義,；第二，數(shù)字電視的標(biāo)準(zhǔn)顯示屬性應(yīng)在第一段詳細(xì)TimingMode字節(jié)中完成數(shù)據(jù)編程,。

    研究開發(fā)中,，注意到DDC2B只能適用于DVI1.0標(biāo)準(zhǔn)的EDID讀取，因?yàn)樗荒茏x取附加的128字節(jié)的數(shù)據(jù),。因此,，對于應(yīng)用DVI接口到數(shù)字電視中，因?yàn)橛蠧EA的數(shù)據(jù)在附加數(shù)據(jù)塊里,，信號(hào)源必須滿足E-DDC標(biāo)準(zhǔn),，才能讀取EDID數(shù)據(jù)。

●數(shù)字電視中DVI接口的HDCP研究

    HDCP(High-bandwidthDigitalContentprotection)系統(tǒng)是DVI接口中,，在發(fā)送設(shè)備(即主機(jī))和接收設(shè)備間保護(hù)數(shù)字信號(hào)正常合法傳輸,，防止非法接收的一種加密系統(tǒng)，在這一系統(tǒng)中最多允許7層視頻轉(zhuǎn)發(fā)器和128臺(tái)設(shè)備共享同一主DVI接口輸出的數(shù)字信號(hào),，HDCP系統(tǒng)連接的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖5所示,。

圖5HDCP系統(tǒng)連接拓樸結(jié)構(gòu)圖

    HDCP主要有三個(gè)組成部分：第一部分是鑒定協(xié)議，確認(rèn)接收者的合法性,。發(fā)送方與接收方進(jìn)行信息交換,，接收方將KEY傳給發(fā)送方，發(fā)送方驗(yàn)證并用此產(chǎn)生公共密鑰,，通過公共密鑰作為均衡KEY混入授權(quán)證實(shí)序列中,，用于加密內(nèi)容的解密，授權(quán)確認(rèn)完成,；HDCP密鑰一般有專門的EEPROM存儲(chǔ),，目前多數(shù)整機(jī)產(chǎn)品可通過處理芯片內(nèi)部EEPROM中預(yù)編程得到HDCP密鑰，通過這種方式密鑰保護(hù)可達(dá)到HDCP規(guī)范要求的高級(jí)別,，出于保密原因,，密鑰不能IC里讀出。第二,，一旦確認(rèn),，發(fā)送方將加密內(nèi)容以雙方都知道的解密方式傳給接收方；第三,，當(dāng)非授權(quán)設(shè)備接收時(shí),，通過發(fā)送方的檢測,，將中斷內(nèi)容傳送,。

    HDCP具體工作過程：首先由主機(jī)發(fā)送密鑰選擇導(dǎo)引序列(AKSV)和64bit偽隨機(jī)序列(An)到接收方，接收方回傳密鑰選擇導(dǎo)引序列(BKSV)和轉(zhuǎn)發(fā)器位(REPEAT-bit)(如是轉(zhuǎn)發(fā)器用以表示身份),，發(fā)送方確認(rèn)BKSV是否已被廢除和是否包含20個(gè)1和20個(gè)0,；如果雙方的設(shè)備密鑰和KSV有效,，則計(jì)算產(chǎn)生一個(gè)56bit的公共密鑰Km和Km`，然后可產(chǎn)生KS,、KS`(傳輸密鑰),、M0、MO`(64bit后續(xù)驗(yàn)證用追加初始序列),、RO,、R0`(16bit指示驗(yàn)證成功，它必須在AKSV發(fā)送后100ms內(nèi)傳回發(fā)送方,；驗(yàn)證成功后R01和R0相等,；每128幀修正一次，每2s回傳一次),。因此當(dāng)DVI接口中斷傳輸2s以上,，或是非授權(quán)設(shè)備接收時(shí)，主機(jī)將停止傳輸內(nèi)容,，以達(dá)到保護(hù)傳輸內(nèi)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功能對于數(shù)字電視有一定局限性,。對于設(shè)計(jì)完善的功能電路,，如果A/D轉(zhuǎn)換器、TMDS解碼處理器不工作時(shí),，一般都具備PowerDown功能,，一方面降低系統(tǒng)功耗，另一方面減少高速信號(hào)的數(shù)字干擾,。但由于DVI接口的HDCP功能在連接初期識(shí)別正常后,，每2秒鐘要進(jìn)行一次相互認(rèn)證，以確保連接的始終是合格授權(quán)接收設(shè)備,，這時(shí)TMDS解碼處理器就必須一直處于PowerOn狀態(tài),，此時(shí)將引起上面提到的兩點(diǎn)性能的惡化。如何處理這種矛盾,，需要兼顧系統(tǒng)性能和接口標(biāo)準(zhǔn)的適應(yīng)性,。

    另外，從接收設(shè)備實(shí)際使用的角度看,，HDCP的上述認(rèn)證系統(tǒng)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(shí)別將終止,，中斷信號(hào)傳輸，意味著本次連接結(jié)束,，然后顯示設(shè)備重新切換進(jìn)入DVI接口模式,，此時(shí)需要HDCP重新識(shí)別,，則要求發(fā)送設(shè)備也要重新啟動(dòng)，增加了使用的復(fù)雜性,。

    在應(yīng)用研究中,，針對HDCP在數(shù)字電視中的適應(yīng)性問題，提出了兩種方案,。

    修改HDCP規(guī)范,。一種方法是：取消2秒鐘一次的識(shí)別，即初次識(shí)別正常即可,，為防止將數(shù)字信號(hào)輸出連接到其他非法設(shè)備上,，此時(shí)可通過檢測HPD(熱插拔檢測)判斷是否為授權(quán)設(shè)備，一旦檢測到HPD為低電平,，認(rèn)為此時(shí)物理連接中斷,，可馬上終止信號(hào)輸出,。第二種是：接收器在PowerDown時(shí),，向發(fā)送設(shè)備隨機(jī)傳送一組要求暫時(shí)終止傳輸?shù)奶厥饩幋a,，當(dāng)接收器重新PowerOn時(shí)，再傳一次此特殊編碼,，發(fā)送設(shè)備驗(yàn)證后即可重新開始傳輸數(shù)字信號(hào),。以上作為以后修改規(guī)范時(shí)的建議提出。

    芯片設(shè)計(jì)時(shí),，考慮在芯片內(nèi)部將HDCP處理系統(tǒng)和TMDS解碼處理系統(tǒng)合理處理,，解碼器PowerDown時(shí)，HDCP也能正常工作,。

    DVI應(yīng)用于數(shù)字電視是提高電視清晰度的方法之一,，只要方案設(shè)計(jì)合理，EDID和HDCP按照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行開發(fā)擴(kuò)展,，那么DVI接口和數(shù)字電視的結(jié)合是可行和有效的,。