5.3.3. Интерфейсы дисплеев и адаптера
В современных информационных технологиях мониторы имеют многоцелевое назначение: и вывод текста, и вывод графических материалов разного качества, и демонстрация компьютерных фильмов, и демонстрация видео изображений, полученных от телевизионных камер. Кроме того, следует учитывать существование большого количества различных моделей и типов мониторов (в том числе и устаревших). Это определило необходимость множества интерфейсов адаптеров дисплея1:
дискретный RGB TTL (устарел);
аналоговый RGB (RGBAnalog);
комбинированный EVC;
цифровые DVI и HDMI;
цифровой для плоских мониторов с матричной организацией FPMI;
видео.
Дискретный интерфейс RGB TTL использовался старыми адаптерами MDA/HGC, CGA, EGA. В общем виде этот интерфейс имеет следующие сигналы:
RED и Red – старший и младший биты управления красным цветом;
GREEN и Green – старший и младший биты управления зелёным цветом;
BLUE и Blue – старший и младший биты управления синим цветом;
+H.Sync – сигнал строчной синхронизации;
-(+)V.Sinc – сигнал кадровой синхронизации с применением полярности импульсов для управления диапазона частот развёртки текущего видеорежима.
В зависимости от типа монитора используется разная комбинация перечисленных сигналов, обеспечивающая кодирование для режимов MDA/HGC двух цветов, для режима CGA – 16 цветов и для режима EGA – 64 цветов. Интерфейс использует разъём DB-9S.
Аналоговый интерфейс RGB (RGBAnalog) используется адаптерами MCGA, VGA, SVGA и XGA. Интерфейс использует квантованные по уровню аналоговые сигналы для управления цветами, имеет две системы распознавания монитора и управление энергопотреблением монитора.
Применение аналоговых сигналов управления цветностью Red, Green, Blue позволяет получить режим True Color с 16,7 млн. цветов.
Распознавание монитора может осуществляться как в параллельном, так и в последовательном коде. Для осуществления распознавания в параллельном коде предусмотрены три сигнала ID0 – ID2. В настоящее время используется только один сигнал ID1 для распознавания монохромного монитора. Распознавание монитора в последовательном коде осуществляется по каналу цифрового интерфейса VESA DDC, основанного на интерфейсах I2C (DDC2B) и ACCESS.Bus (DDC2AB). Для этого канала используются сигналы DDC Return, SCA и SCL.
Синхронизация осуществляется двумя сигналами H.Sync и V.Sync. Сигнал H.Sync может иметь модификацию (H+V.Sync), при осуществлении совмещённой синхронизации (Composite Sync).
Управление энергопотреблением выполняется сигналами синхронизации и позволяет осуществить четыре режима энергопотребления On (включён), Snandbye (Резервный режим уменьшенного энергопотребления), Suspend (Спящий, Приостановлен) и Off (Отключён).
Стандартными разъёмами для подключения мониторов являются DB-9S и DB-15. Существуют переходные кабели с 15-контактных разъёмов на 9-контактные. Современные стандартные кабели мониторов не рассчитаны на передачу сигналов с частотой выше 150 МГц, что недостаточно для высокого разрешения и высокой частоты смены кадров. Отдельные модели профессиональных мониторов имеют интерфейсные кабели с 3, 4 и 5 коаксиальными кабелями. Для подключения таких мониторов выпускаются специальные переходные кабели.
Комбинированный интерфейс EVC учитывает существующую тенденцию применения шин USB и FireWare для подключения периферийных устройств к системному блоку. Интерфейс EVC, используя новый разъём EVC (рис. 5.11), собирает сигналы от различных подсистем компьютера в единый интерфейсный кабель и позволяет использовать монитор как единый коммуникационный центр, к которому подключаются остальные периферийные устройства.
Рис. 5.11. Схема розетки разъёма EVC |
Трапецеидальный корпус разъёма и крестообразная перегородка являются ключом, обеспечивающим правильное соединение проводников адаптера и кабеля. Контакты собраны в две группы: 30 контактов образуют низкочастотную группу, четыре – высокочастотную. |
Контактам низкочастотной группы присвоены номера 1 – 30, контактам высокочастотной – С1, С2, С3, С4. Крестообразная перегородка является также экраном между высокочастотными проводниками.
Контакты С1, С2, С4 используются для передачи сигналов R, G, B управления цветом, С3 – для передачи синхросигналов пикселов аналогового интерфейса RGB. Контакты низкочастотной группы включают в себя контакты аналогового интерфейса RGB, видеовхода, входов и выходов стереоаудиосигналов, шин USB и FireWare, интерфейса DDC, а также контакты линий питания для зарядки аккумуляторов портативных персональных компьютеров.
Интерфейс может быть реализован на трёх уровнях: базовом, мультимедийном и полном. Базовый уровень включает видеосигналы и интерфейс DDC, мультимедийный добавляет аудиосигналы, полный реализует все возможности интерфейса.
Цифровой интерфейс DVI разработан в связи с повсеместным внедрением цифровых технологий. Обычный аналоговый канал передачи видеосигнала перестал удовлетворять разработчиков и пользователей ни по качеству, ни по производительности. Схема интерфейса показана на рис. 5.12. Интерфейс реализован элементами адаптера, монитора и интерфейсным кабелем. Стрелками показаны сигналы интерфейса. Двойная стрелка символизирует витую пару проводов. В квадратных скобках указаны номера линий сигналов.
Рис. 5.12. Схема цифровой части интерфейса DVI
На стороне адаптера формируются следующие сигналы:
старшие байты управления цветностью R[0:7], G[0:7], B[0:7];
сигналы синхронизации H_Sync и V_Sync;
дополнительные команды CTL[0:9];
младшие байты управления цветностью R[0:7], G[0:7], B[0:7].
Мультиплексоры (кодировщики) собирают сигналы, идущие по 60 линиям в последовательные каналы TDMS. Сборка сигналов осуществляется последовательным во времени подключением входных сигналов к выходам адаптера. При сборке входные сигналы преобразуются в сигналы TDMS. На приёмной стороне демультиплексоры восстанавливают сигналы в исходный вид.
Канал TDMS использует для передачи данных не уровни 1 и 0 сигнала, а переходы с уровня на уровень. Это уменьшает в два раза число переходов сигнала при передаче единиц и нулей. Линии канала TDMS имеют противоположную полярность относительно "земли", поэтому напряжение между проводами пары в канале TDMS выше, чем в обычных линиях связи. Это повышает надёжность передачи информации.
Интерфейс DVI предназначен для подключения мониторов любого типа и реализуется в минимальном (только цифровом) и комбинированном (цифровом и аналоговом) вариантах. При реализации в комбинированном виде адаптер создаёт и обычные аналоговые сигналы управления монитором. Разъёмы для обоих вариантов реализации интерфейса показаны на рис. 5.13.
-
а)
б)Рис. 5.13. Схема розеток разъёма DVI: цифрового (а) и комбинированного (б) вариантов
Контакты интерфейса собраны одну (рис. 5.13,а) или две (рис. 5.13,б) группы. Группа из 24 контактов включает в себя контакты каналов TDMS, а также канала DDC2 и линию питания +5В, питающую цепи идентификации дисплея (DDC2). В зависимости от реализации каналов TDMS контакты этой группы могут частично отсутствовать. Контакты аналогового интерфейса собраны в правую группу и разделены перегородкой.
Существуют разновидности DVI, в которых возможна передача двухканального стерео звука.
Дальнейшим развитием интерфейса DVI является мультимедийный интерфейс высокой четкости HDMI (High Definition Multimedia Interface). По сигналам видеочасть HDMI совместима с DVI, однако разъём HDMI отличен от разъёма DVI. HDMI – дополняет DVI возможностью передачи многоканального звука, а также поддержкой HDCP (технологии защиты цифровых данных с высоким разрешением).
Пропускная способность HDMI достигает 5 Гбит/с. Этого достаточно для видеосигнала 1080p и двух каналов несжатого цифрового звука в формате PCM 48 кГц либо 5.1 каналов в Dolby Digital или DTS. Разъем HDMI более компактен, а сигнал можно передавать на расстояние до 15 м.
Технология защиты HDCP предоставляет возможность в зависимости от конкретного случая установить разные уровни защиты, благодаря чему она не ограничивает свободу обращения с видео данными в соответствии с действующим законодательством. HDCP не является защитой от копирования или средством ухудшения качества копий. Разрешены DVD-рекордеры, отложенный просмотр и многодисплейные системы, в которых имеет место разветвление сигналов. Разрешены также повторители и разветвители сигнала, совместимые по HDCP. Запрещены: копирование программ со снятой защитой, получение незащищенного цифрового потока или аналогового видео сигнала высокого разрешения.