Обсудить на форуме

DVI. Подробности

DVI. Подробности

Семь лет назад Intel, Compaq, Fujitsu, Hewlett Packard, IBM, NEC и Silicon Image сформировали совместное подразделение под названием Digital Display Working Group (DDWG). Как видно из названия этого подразделения, в ряды которого вошли лучшие разработчики, а тематикой исследований были цифровые дисплеи. Однако если быть точным, целью DDWG являлось создание цифрового интерфейса между персональным компьютером и VGA-монитором, первая версия которого – DVI 1.0 –появилась уже в 1999 году.


Несомненно, взор создателей DDWG простирался намного дальше цифрового соединения компьютера с монитором. Конец 90-х – даже не начало, а продолжение бурного расцвета видео технологий. Давно уже был известен такой полностью цифровой дисплей, как DLP-проектор. Прочие же, от LCD до традиционных CRT, если и оставались аналоговыми в части модуляции светопроницаемости ЖК-ячеек или тока катода электронно-лучевой пушки, тем не менее, имели полностью цифровые схемы предварительной обработки сигнала, осуществлявшие масштабирование, преобразование развертки, необходимую для корректного умножения строк, пикселей и полей, интерполяцию, коррекцию движений. Традиционные функции регулировки цветности, яркости, контрастности и других параметров видео также перешли в цифровую часть. На горизонте маячили плоские LCD-дисплеи, которые через пару лет начали активно завоевывать рынок. Начавшийся плазменный бум, вызванный началом продажи лицензий технологии Fujitsu другим производителям, обещал, что в скором времени плазменная технология будет полностью обуздана и выбросит на рынок еще один высококачественный цифровой дисплей, что и произошло в скором времени.

Много хорошего было на тот момент в области видео, и еще больше должно было появиться с началом широкого внедрения телевидения высокой четкости. Размеры экранов росли, увеличивалось разрешение. Не было только одного – отвечающего текущим и перспективным запросам рынка цифрового видео интерфейса, из-за отсутствия которого на пути видеосигнала вставала как минимум одна пара цифро-аналогового и аналого-цифрового преобразователей. И, несмотря на массовый переход от композитного и S-Video к компонентному и RGB-трактам, позволивший резко увеличить качество изображения, лишние преобразования «съедали» ощутимую долю этого качества, что было особенно обидно из-за абсолютной ненужности АЦП и ЦАП в тракте, состоящем из цифрового источника (DVD, компьютер), цифрового дисплея и цифрового же процессора между ними. Получалось, что АЦП и ЦАП работали только на «провода» между источником и монитором. На самом деле, обладатели прав на кинопродукцию долго сопротивлялись появлению цифрового видео выхода на бытовых и DVD-проигрывателях, пытаясь победить пиратов (последние, похоже, этого даже не заметили).

В общем, необходимость создания цифрового интерфейса, отвечающего запросам HDTV и имеющего солидный запас на перспективу, а также допускающего реализацию более эффективных методов защиты контента, нежели те, что практиковались до сих пор, стала совершенно очевидной. Поэтому интерфейс SDI, предполагавший передачу в цифровой форме полного телевизионного сигнала (по сути, «композитно-цифровой» формат), дальше «точечных» применений не продвинулся.

Как устроен DVI

Этот интерфейс, полное имя которого легко угадывается в аббревиатуре – Digital Video Interface – в отличие от SDI можно было бы назвать «цифровым RGB-интерфейсом». Правда, с определенными допусками. Здесь, если речь идет о модификации формата Single Link DVI, присутствует четыре канала передачи данных: три из них соответствуют информации об основных цветах B (Channel 0), G (Channel 1) и R (Channel 2), четвертый же несет в себе сигнал тактовой частоты «Clock» (Channel С). Физически кабель DVI состоит из соответствующего количества витых пар. При этом достигается максимальная скорость потока данных, равная 1,65 Гбит / с, или 165 Мегапикселей в секунду при 10-битном кодировании, что соответствует разрешению 1600 х 1200 пикселей (UXGA) при частоте обновления полей 60 Гц. Что на данный момент с запасом покрывает потребности современных форматов HDTV. При этом обеспечивается определенная гибкость: возможна передача сигналов меньшего разрешения при больших значениях кадровой развертки (например, 80 кГц).

Сразу вопрос: сегодня покрывает, а как насчет завтра? Ответ на него уже есть: это Dual Link DVI. Здесь все то же самое, но в двойном размере (кроме, естественно, канала C, передающего тактовую частоту, который в дубликатах не нуждается). Dual Link DVI способен передавать сигналы QXGA (2048 х 1536 пикселей) при частоте смены полей 60 Гц, как и любые другие, рангом пониже.

Несмотря на явную избыточность Dual Link DVI в отношении современных дисплеев, содержащие его устройства уже производятся. Столь невероятные скоростные возможности DVI достигнуты за счет алгоритма кодирования сигналов, специально разработанного для этой цели. Называется данный алгоритм T.M.D.S – Transition Minimized Differential Signaling, или дифференциальная передача сигналов с минимизацией перепадов уровней, что можно было бы еще назвать «сверх-плотным архивированием данных без потерь». При этом дифференциальный, или балансный, способ передачи, когда по каждому проводнику витой пары проходит один и тот же прямой и инвертированный сигнал, обеспечивает эффективную защиту данных от синфазных помех.

На передающей стороне интерфейса DVI находится T.M.D.S-трансмиттер, в котором производится соответствующее преобразование оцифрованного RGB-сигнала и формирование последовательного потока данных в каждом из каналов. На приемной стороне, наоборот, происходит полное восстановление цифровых потоков по каналам R, G, B, а также сигнала Clock.

Разновидности DVI

То, что говорилось выше, на самом деле относится к разновидности DVI-D, т.е Digital. Казалось бы, зачем включать сюда вторую «D», заниматься тавтологией? Однако никуда от этого не деться, поскольку наряду с DVI-D существует еще и… DVI-A, т.е. «Цифровой видео интерфейс аналоговый»! Абсурд? Все дело в том, что для обеспечения более широкой совместимости в разъеме DVI, помимо трех рядов «цифровых» контактов, предусмотрены еще и аналоговые, на которые подается обычный аналоговый RGB-сигнал. Находится эта группа контактов на отшибе, справа. В тех редких случаях, когда цифровые контакты не использованы (если такие случаи на сегодня вообще имеют место), мы имеем дело с DVI-A. Когда же все подключено, то это – DVI-I (Integrated). Т.е. совмещенный. По этой же логике получается, что в разновидности DVI-D «вакантными» остаются аналоговые контакты. Наверняка это приведет, если уже не привело, к определенной терминологической путанице, а то и к комическим ситуациям, когда невнимательный пользователь, подключивший свой проектор к DVD-плейеру по DVI, на самом деле будет смотреть аналоговый RGB! Впрочем, современная аппаратура оборудована дисплеями и экранными меню, на которых отображается каждый «чих», так что подобное вряд ли возможно. Интерфейсы DVI-D и DVI-I, помимо описанных выше цифровых каналов, содержат еще два, предназначенных для обмена информацией между оснащенным видеопроцессором источником (например, PC с видеокартой) и дисплеем. Канал DDC (Display Data Channel) предназначен для передачи подробного «досье» дисплея процессору, который, ознакомившись с ним, выдает оптимальный для данного дисплея сигнал с нужным разрешением и экранными пропорциями. Такое досье, называемое EDID (Extended Display Identification Data, или подробные идентификационные данные дисплея), представляет собой блок данных со следующими разделами: бренд-нейм, идентификационный номер модели, серийный номер, дата выпуска, размер экрана, поддерживаемые разрешения и собственное разрешение экрана. В случае, если монитор отказывается выдать информацию о себе (отсутствие DVI-совместимости), канал T.M.D.S блокируется.

При запуске DVI-совместимого источника активизируется процесс HPD (Hot Plug Detect, или опознание активного соединения). В отдельных случаях (например, с видео платами Nvidia) для инициализации HPD приходится обновлять конфигурацию системы.

Защита HDCP

Мы говорим «DVI», подразумеваем «HDCP», и наоборот. «Интеллектуальная защита» контента высокого разрешения являлось непременным условием появления на свет интерфейса DVI (она же принята и для совместимого с DVI формата HDMI, или High Definition Multimedia Interface, по которому, кроме цифрового видео, можно передавать еще и два канала несжатого цифрового звука в PCM 48 кГц либо 5.1 каналов в Dolby Digital или DTS).

Разработанная Intel защита HDCP – это High-bandwidth Digital Content Protection, или защита широкополосных цифровых данных (дословный перевод получается слегка корявым, но если под «широкополосностью» понимать высокое разрешение, все становится на свои места). Интеллектуальность HDCP состоит не только в хитроумном способе ее реализации, но и в возможности в зависимости от конкретного случая установить разные уровни защиты, благодаря чему она не ограничивает свободу обращения с видео данными в пределах одобренных действующим законодательством рамок. Так, например, HDCP не является защитой от копирования или средством ухудшения качества копий. Как же тогда быть с DVD-рекордерами, отложенным просмотром и многодисплейными системами, в которых имеет место разветвление сигналов? Все это в общем случае разрешено. Под жесткий запрет подпадают следующие действия: копирование программ со снятой защитой, получение незащищенного цифрового потока или аналогового видео сигнала высокого разрешения. Разрешены повторители и разветвители сигнала, но при этом они должны «обменяться паролями» друг с другом и получить взаимное одобрение, что возможно только в том случае, если все устройства обладают HDCP-совместимостью.

Необходимо особо отметить, что HDCP работает не только на правообладателей киноматериалов, но и защищает права потребителя, ограждая его от потока низкосортной видеопродукции, качество которой несовместимо с современными форматами телевидения высокого разрешения. Особую актуальность данный аспект приобретает с учетом того все более широко задействования локальных и глобальной (Интернет) информационных сетей в качестве среды распространения видеопродукции.

Работает HDCP по сложной схеме, предусматривающей прежде всего наличие своих «секретных» кодовых комбинаций в каждом трансмиттере и ресивере DVI. В единой системе допускается наличие до 127 трансмиттеров с ресиверами и до 7 уровней разветвления (или ретрансляции). Для того чтобы активизировать канал DVI, должен успешно пройти процесс взаимной аутентификации каждого трансмиттера и ресивера, находящихся на разных полюсах DVI-интерфейса (и так – по каждой паре). Первый этап процесса аутентификации – обмен кодовыми комбинациями, которые «зашиты» в «железе» и ни при каких обстоятельствах не могут выводиться на монитор. Кодовые комбинации должны обладать правдоподобностью, для проверки которой производится вычисление математической суммы R0. В трансмиттере вырабатывается псевдо-случайная последовательность AN, которая вместе с т. н. «вектором выбора кода» (KSV) отсылается на ресивер. Аналогично, с ресивера поступает подобное послание на трансмиттер. В случае положительного результата проверки KSV (в их структуре, помимо всего прочего, обязательно должны присутствовать 20 нулей и 20 единиц) на обеих сторонах запускаются генераторы кодов, вырабатывающие 24-разрядные шифровальные коды, соответствующие определенным значениям «секретного» параметра Ks. Синтезированные в трансмиттере и ресивере значения R0 и Ks подвергаются тщательному анализу ответной стороны и сравниваются.

Значения KSV являются индивидуальными для каждого отдельного устройства. Существует также «черный список» взломанных кодов, который хранится в памяти устройства и пополняется при проигрывании новых DVD-релизов (один из способов). При совпадении индивидуальных данных конкретного аппарата с данными из этого списка процесс инициализации интерфейса DVI немедленно блокируется. Таким образом, единожды замеченный в попытке обойти запреты DVD-плейер станет персона нон-грата в любой системе. При условии, впрочем, что кто-то данную попытку заметит и сообщит куда надо. Что без подключения к какой-либо единой информационной сети маловероятно. Вообще говоря, все эти ухищрения сильно ассоциируются с установкой купленного в переходе метро «софта», производимой с помощью приложенной программки взлома – там тоже запускается генератор псевдо-случайной последовательности. Не подойдет один шифр, пробуйте второй, и так далее, пока ни сработает. Обычно на второй-третий раз все срабатывает.

Надеемся, однако, что HDCP – более крепкий орешек, чем программное обеспечение. Впрочем, борьба с пиратством посредством шифровок давно показала свою неэффективность (тут лишь экономические методы следует признать действенными), но наличие HDCP, однако, не умаляет достоинств DVI. Лишь бы не мешала, и ладно!

Дальше 5м – реклокинг

У интерфейса DVI имеется лишь одно серьезное ограничение: длина кабеля не должна превышать пяти метров. При более длинных дистанциях не гарантируется стопроцентная достоверность передачи данных (лимит HDMI больше – 15 м). Происходит это из-за джиттера («дрожание» фазы, увеличивающееся по мере потери крутизны фронтов импульсов из-за реактивных составляющих кабеля). Надежное средство против джиттера – реклокинг, т.е. перенос данных на новую тактовую частоту (точнее, ту же самую, но сгенерированную заново с высокой стабильностью). При этом пораженные джиттером входные данные загоняются в буфер, откуда их извлекают вновь «помолодевшими». Если реклокинг производится до того, как сигнал приобрел фатальные изменения, потерь информации не происходит. Поэтому самые лучшие цифровые устройства обязательно включают входной буфер и кварцованный генератор тактовой частоты.

Поговаривают, что в недалеком будущем входной реклокинг станет не желательной, а обязательной процедурой для любых цифровых устройств. Однако, если длина кабеля в той или иной инсталляции значительно превышает 5 м, реклокинг на входе дисплея может оказаться бессильным. Поэтому в подобных случаях применяют повторители, устанавливаемые в разрыв кабеля на нужной дистанции.

Выражаем благодарность за предоставленную информацию Kramer AV Academy.




Оставить комментарий

Имя
Комментарий




||