電視和PC顯示器都朝著帶有數(shù)字有線電視接口的平板屏幕發(fā)展。平板電視可以使用高清多媒體接口 （HDMI） 電纜連接到 PC 或高清電視 （HDTV） 機(jī)頂盒。PC 可以通過(guò) VGA 或數(shù)字視頻接口 （DVI） 電纜連接到外部監(jiān)視器。DVI可以被認(rèn)為是VGA接口的數(shù)字等效物。請(qǐng)注意，HDMI的視頻部分與DVI相同。

這是本文的第 1 部分。本應(yīng)用筆記探討了當(dāng)前的電視和PC顯示電纜接口，并介紹了RGBHV、HDMI和VGA的特性。請(qǐng)參考本文第2部分，應(yīng)用筆記4313：“視頻顯示信號(hào)和MAX9406 DP-HDMI/DVI電平轉(zhuǎn)換器——第二部分”，了解DVI的詳細(xì)背景信息以及如何將MAX9406用作合適的數(shù)字顯示電纜驅(qū)動(dòng)器。

格布赫夫

RGBHV 格式是用于高清顯示器的高級(jí)模擬視頻顯示接口。RGBHV 視頻信號(hào)通過(guò)五對(duì)獨(dú)立的電纜傳輸，即 R、G、B、H 和 V。這些電纜中的每一根都由 BNC 或 RCA 插孔端接。電纜 R、G 和 B 分別承載紅色、綠色和藍(lán)色信號(hào);電纜 H 承載水平同步脈沖和 V 垂直同步脈沖。

這些RGBHV電纜的一端也可以通過(guò)VGA插頭端接。R 編碼為紅色，G 編碼為綠色，B 編碼為藍(lán)色，H 編碼為灰色，V 編碼為黑色。所有端接阻抗均為75Ω。

RGBHV是最新的模擬視頻信號(hào)格式，可以承載HDTV節(jié)目，圖像質(zhì)量幾乎沒(méi)有下降。圖2顯示了RGBHV與其他模擬視頻信號(hào)格式之間的關(guān)系。

圖2.不同模擬視頻信號(hào)格式之間的關(guān)系。

圖 2 中的箭頭顯示了該技術(shù)的發(fā)展方向。實(shí)際上，所有不同類(lèi)型的模擬視頻信號(hào)都是使用基本的紅色、綠色、藍(lán)色、水平和垂直同步組件創(chuàng)建的。Y/C 分離器功能塊是將亮度和色度與復(fù)合信號(hào)完全分離的概念。雖然組合很簡(jiǎn)單，但在現(xiàn)實(shí)中很難實(shí)現(xiàn)完全分離。載波可以從色繡中恢復(fù)，色度的I和Q分量可以通過(guò)解調(diào)過(guò)程恢復(fù)。然而，在一些重組之前，I和Q并不等同于Pr和Pb。此外，復(fù)合信號(hào)的同步脈沖不僅僅是水平和垂直分量的相加。相反，在垂直同步脈沖之前和之后添加均衡前和后均衡脈沖，以實(shí)現(xiàn)鎖相環(huán)（PLL）的連續(xù)操作，以實(shí)現(xiàn)水平同步恢復(fù)。

隨著HDTV的引入，視頻信息在RF（射頻）載波解調(diào)后在數(shù)字域中處理。但是，平板顯示器是數(shù)字原生代。使用數(shù)字視頻信號(hào)電纜可以避免HDTV側(cè)的數(shù)模轉(zhuǎn)換（DAC）和平面屏幕顯示側(cè)的模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC）的額外步驟，同時(shí)消除轉(zhuǎn)換過(guò)程可能帶來(lái)的性能下降。

高清

HDMI由四個(gè)低壓差分信號(hào)（LVDS）對(duì)組成。紅色、綠色和藍(lán)色信號(hào)分別由通道 2 到 0（LVDS 對(duì)）傳輸。專(zhuān)用時(shí)鐘（與通道 0 至 2 上的數(shù)據(jù)位同步）LVDS 對(duì)用于在 HDTV 和平面屏幕之間提供可靠的傳輸。每個(gè)顏色像素的幅度通過(guò)ADC功能數(shù)字化為8位分辨率。顏色信息通過(guò)所謂的最小化轉(zhuǎn)換差分信號(hào)（TMDS?）編碼器擴(kuò)展到10位分辨率，以實(shí)現(xiàn)帶寬最小化和直流平衡。編碼的顏色位被序列化并發(fā)送到LVDS驅(qū)動(dòng)器電路。參見(jiàn)圖 3。

圖3.RGBHV 到 HDMI 的轉(zhuǎn)換。

每個(gè)LVDS通道的數(shù)據(jù)速率可能很高。對(duì)于 1920 × 1080 的 HDTV 屏幕分辨率和 60Hz 的刷新率，像素率為 124.416MHz。各自的像素速率為130MHz或143MHz，同步和消隱開(kāi)銷(xiāo)為5%或15%。每個(gè)LVDS通道的數(shù)據(jù)速率為每像素10位，其數(shù)據(jù)速率范圍為1.3Gbps和1.43Gbps，具體取決于所需開(kāi)銷(xiāo)的數(shù)量。對(duì)于平板顯示器，不需要消隱以使電子束回?cái)[。因此，只要可以正確恢復(fù)同步時(shí)序，開(kāi)銷(xiāo)通常很小。

模擬視頻信號(hào)的時(shí)序完全遵循數(shù)字視頻信號(hào)格式。在HDMI格式中，像素從左到右發(fā)送，每行之間都有水平同步代碼;行從上到下發(fā)送，每個(gè)屏幕之間都有垂直同步代碼。在對(duì)應(yīng)于每條線路之間和每個(gè)屏幕之間的模擬視頻信號(hào)消隱期間，水平和垂直同步脈沖在通道0中編碼。四個(gè) 10 位碼字（1101010100、0010101011、0101010100 和 1010101011 分別表示 （H = 0， V = 0）、（H = 1， V = 0）、（H = 0， V = 1） 和 （H = 1， V = 1）。使用這些代碼，水平和垂直同步脈沖可以在時(shí)域中以像素時(shí)鐘的精度表示。

由于只有同步脈沖的起點(diǎn)是最重要的，因此沒(méi)有必要按照模擬格式的定義，在整個(gè)持續(xù)時(shí)間內(nèi)對(duì)這些脈沖進(jìn)行編碼。在HDMI格式中，在定義同步脈沖開(kāi)始之后，消隱時(shí)間的一部分專(zhuān)用于發(fā)送音頻信號(hào)。模擬格式消隱周期對(duì)應(yīng)的周期分為同步的控制周期和發(fā)送音頻信息位的數(shù)據(jù)孤島周期。

圖4顯示了水平空白周期內(nèi)同步和音頻數(shù)據(jù)包位的時(shí)序，由模擬視頻格式定義。水平同步位緊跟在視頻信息位之后的通道0上傳輸。此僅同步信息周期可以在 138 像素的典型消隱周期中持續(xù) 62 個(gè)像素時(shí)鐘周期。之后，64像素專(zhuān)用于傳輸音頻數(shù)據(jù)包。然后，音頻數(shù)據(jù)包的標(biāo)頭以及同步信息在通道 0 上傳輸，音頻數(shù)據(jù)包位在通道 1 和 2 上傳輸。在每個(gè)通道的數(shù)據(jù)孤島期間，每組四個(gè)信息位使用TMDS減錯(cuò)編碼（TERC4）編碼為10位。在同一時(shí)間段內(nèi)，兩個(gè)音頻標(biāo)頭位和兩個(gè)水平同步位組合為通道 0 的 TERC4 編碼器的輸入。消隱期以少量水平同步像素 （12） 結(jié)束。

圖4.HDMI 視頻數(shù)據(jù)、控制和數(shù)據(jù)孤島周期。

對(duì)于 HDTV 信號(hào)的屏幕刷新率為 60Hz、每屏幕 1080 行、每行 64 像素和每像素 8 位，則可以使用以下公式計(jì)算最大音頻信息比特率：

R音頻= 60 × 1080 × 64 × 8 = 33.1776Mbps

該數(shù)據(jù)速率足以承載任何多通道高質(zhì)量音頻信號(hào)。

每個(gè)像素的信息也可以用HDMI中每種顏色超過(guò)8位來(lái)表示。對(duì)于這些顏色分辨率較高的格式，每像素顏色的位數(shù)分布到多個(gè) 8 位 8B10B 編碼單元中。例如，為了每種顏色有 10 位，將 4 個(gè)像素的數(shù)據(jù)位分散到五個(gè) 8B10B 編碼單元，從而使時(shí)鐘速率提高 20%。同樣，每種顏色 12 位會(huì)將兩個(gè)像素分散到三個(gè) 8B10B 編碼單元，時(shí)鐘速率提高 50%。平板顯示器中更高顏色分辨率的能力由其擴(kuò)展顯示器識(shí)別數(shù)據(jù) （EDID） 的內(nèi)容指示。

圖 5 和表 1 顯示了 HDMI A 型插頭的引腳分配。SCL和SDA用于獲取使用I2C協(xié)議的HDTV機(jī)的平板顯示信息。平板顯示信息（EDID）全部存儲(chǔ)在典型值為128字節(jié)的EEPROM中，I2C器件地址為0×A0。熱插拔檢測(cè)引腳對(duì)于 HDTV 設(shè)備檢測(cè)平面顯示器的存在非常有用。打開(kāi)的平板顯示器將熱插拔引腳設(shè)置為2.4V至5.3V之間。CEC 表示消費(fèi)電子控制，用于將用戶控制傳遞給所有互連的電子設(shè)備。

圖5.HDMI A 型插頭引腳數(shù)。

表 1.HDMI A 型插頭引腳分配

HDMI信號(hào)與DVI的信號(hào)直接兼容。

顯示了一根HDMI-DVI轉(zhuǎn)換電纜。具有DVI輸出的PC可以使用這種轉(zhuǎn)換電纜連接到具有HDMI輸入的平面顯示器。

VGA

圖7顯示了VGA插件卡的功能框圖。為了避免 CPU 因像素寫(xiě)入任務(wù)（例如移動(dòng)圖形）而負(fù)擔(dān)，使用了專(zhuān)用的圖形處理單元 （GPU）。CPU 可以只發(fā)送部分或全屏特定顯示器的屬性，GPU 將使用適當(dāng)?shù)南袼貎?nèi)容填充視頻 RAM。顯示時(shí)序生成功能可以是 GPU 的一部分。為了自動(dòng)檢測(cè)監(jiān)視器的功能，每個(gè)VGA插頭上都有一個(gè)名為顯示數(shù)據(jù)通道（DDC）的I2C通道。監(jiān)視器的EDID信息（128字節(jié)，地址為0×A0）通常存儲(chǔ)在EEPROM中。

圖7.VGA 插件卡的功能。

VGA 電纜端接 15 針插頭。圖8和表2顯示了VGA信號(hào)的引腳分配。紅色、綠色、藍(lán)色、水平和垂直同步引腳上的信號(hào)電平為 0.7VP-P.這些視頻信號(hào)引腳的終端阻抗為75Ω。相同的 15 針 VGA 插頭已用于其增強(qiáng)版本，例如具有更高屏幕像素分辨率的 SVGA（800 × 600）、XGA （1024 × 768）、SXGA （1280 × 1024）、UXGA（1600 × 1200）、WXGA（1366 × 768）、WSXGA（1680 × 1050）和 WUXGA （1920 × 1200） 信號(hào)格式。

圖8.VGA 插頭引腳排列。

表 2.VGA 插頭引腳分配

總結(jié)

回顧過(guò)去，我們看到電視顯示信號(hào)從復(fù)合，S視頻，分量，RGBHV演變，最終到HDMI，HDMI是高清RGBHV信號(hào)的數(shù)字版本。電視顯示信號(hào)已經(jīng)從模擬發(fā)展到數(shù)字，每一步后都有更好的分辨率。仍然流行的PC VGA監(jiān)視器顯示信號(hào)是模擬格式。VGA是從早期的CGA（彩色圖形適配器）和EGA（增強(qiáng)型圖形適配器）格式演變而來(lái)的，這兩種格式實(shí)際上都是數(shù)字格式，但沒(méi)有帶寬高效的位編碼方案。如果不使用DAC，VGA的分辨率將需要電纜插頭上的引腳過(guò)多。VGA的數(shù)字版本（將在本文第二部分中介紹）是DVI，它用帶寬高效的位編碼器取代DAC。

審核編輯：郭婷