隨著衛(wèi)星、地面數(shù)字電視廣播、家庭DVD的普及以及高清晰度薄型大畫(huà)面液晶電視機(jī)以及等離子電視進(jìn)入市場(chǎng)，真正意義上可以享受數(shù)字家庭影院的音響以及高清晰度、高質(zhì)量圖像視頻的時(shí)代開(kāi)始到來(lái)。本文闡述了面向被公認(rèn)為是數(shù)字家庭影院的高速數(shù)字接口技術(shù)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格數(shù)字視頻接口(DVI)以及高清晰度多媒體接口(HDMI)的構(gòu)成和技術(shù)動(dòng)向。


　　迄今為止，用于電腦主機(jī)和顯示器之間的信號(hào)接口方式仍以傳統(tǒng)的模擬方式為主流。液晶顯示器通過(guò)視頻接口接收由視頻電纜傳來(lái)的模擬信號(hào)，然后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。因此，信號(hào)轉(zhuǎn)換的損耗很大，傳輸距離也只停留在2-3米。此外，因?yàn)樾枰蓴?shù)字信號(hào)變換為模擬信號(hào)，所以花費(fèi)了更多的成本。DVI是由Intel公司等7家公司組成的DDWG(Digital Display Working Group)所提議的數(shù)字顯示器用標(biāo)準(zhǔn)接口。DVI使用的是小振幅差動(dòng)傳輸技術(shù)，通過(guò)將圖像信號(hào)保持為數(shù)字信號(hào)的狀態(tài)傳送到顯示器一側(cè)，就可以得到極高的圖像質(zhì)量，傳輸距離也可以延伸到10-20米。

圖1：采用HDMI技術(shù)的家庭影院。 


但是，DVI由于其接頭的體積偏大并且不兼容音頻信號(hào)，故現(xiàn)在主要只被用于電腦和顯示器之間的圖像數(shù)據(jù)傳送。


　　HDMI是以DVI為基礎(chǔ)，可以傳輸數(shù)字音頻信號(hào)，并增加了對(duì)高帶寬數(shù)字內(nèi)容保護(hù)(HDCP)的支持，被認(rèn)定為下一代家庭影院的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字接口。與DVI相比，HDMI接頭更加小型化，并且只需要用一根電纜，就可以在原來(lái)的視頻信號(hào)中加入音頻及設(shè)備間的控制信號(hào)進(jìn)行傳送。另外，還可以支持傳統(tǒng)的電視機(jī)亮度色差信號(hào)(YPbPr)制式，這樣可以完全利用以往的視頻色彩處理技術(shù)。該接口也按標(biāo)準(zhǔn)加載了數(shù)字內(nèi)容保護(hù)技術(shù)HDCP，可防止數(shù)字信號(hào)、圖像數(shù)據(jù)的非法復(fù)制。


圖2：各種形式圖像所需的數(shù)據(jù)傳輸速
度及各種數(shù)字接口的數(shù)據(jù)傳輸能力。
 
圖1顯示了采用HDMI的數(shù)字家庭影院組成。DVD播放機(jī)及機(jī)頂盒等數(shù)字圖像、聲音輸出設(shè)備與數(shù)字液晶電視、等離子電視等大畫(huà)面高清晰度顯示設(shè)備之間通過(guò)HDMI連接，可構(gòu)建具有高清晰度電視圖像和多聲道DVD音頻的下一代家庭影院。
　　伴隨著電腦及數(shù)字家電的普及，i.Link(IEEE1394)及USB等數(shù)字接口針對(duì)高速數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸應(yīng)運(yùn)而生，現(xiàn)在已被廣泛應(yīng)用于數(shù)字設(shè)備之間的連接。但是，為了保持以無(wú)壓縮的狀態(tài)傳輸高清晰度、高圖像質(zhì)量的視頻數(shù)據(jù)，i.Link及USB的傳輸帶寬(能力)仍不夠。圖2比較了各種形式圖像的數(shù)據(jù)傳輸所需要的速度以及各種數(shù)字接口的數(shù)據(jù)傳輸能力。DVI/HDMI在數(shù)據(jù)傳輸能力方面具有極大優(yōu)勢(shì)，是適合于高圖像質(zhì)量和高音質(zhì)聲音信號(hào)傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)接口。

數(shù)字接口的優(yōu)點(diǎn)

圖3：DVI/HDMI發(fā)送、接收系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)
 
　　另外，DVI/HDMI在內(nèi)容保護(hù)、防電磁干擾、適應(yīng)半導(dǎo)體工藝微細(xì)化進(jìn)程等方面同樣顯示了它的優(yōu)越性能。表1列出了DVI/HDMI的主要優(yōu)點(diǎn)。

DVI/HDMI發(fā)送、接收接口結(jié)構(gòu)

　　DVI采用了美國(guó)Silicon Image公司開(kāi)發(fā)的化傳輸差分信令(TMDS)編碼方式。TMDS具備了包括RGB/ YPbPr色彩數(shù)據(jù)和給時(shí)鐘頻道在內(nèi)的共計(jì)４個(gè)通道(稱(chēng)為１個(gè)連接)的系列傳輸回路。各通道采用50歐姆端接阻抗、0.15V電壓差的低振幅差分方式。每個(gè)通道擁有1.65Gbps的傳輸速度，確保了１個(gè)連接擁有5Gbps左右的傳輸速度。顯示數(shù)據(jù)信道(DDC)是用于讀取表示接收側(cè)清晰度等顯示能力的擴(kuò)展顯示標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)(EDID)的信號(hào)線(xiàn)。搭載HDCP的發(fā)送接收設(shè)備之間也利用DDC線(xiàn)進(jìn)行密碼鍵的。這是一個(gè)使用了硬件ID的加密系統(tǒng)，發(fā)送側(cè)和接收側(cè)以一定間隔相互確認(rèn)(稱(chēng)為)進(jìn)行傳輸。HDMI搭載了不成立或者是中途不成立時(shí)圖像和音頻信號(hào)傳輸立即被中斷的強(qiáng)大內(nèi)容保護(hù)技術(shù)。 

  　　所示的是HDMI發(fā)送接收系統(tǒng)。發(fā)送器首先分別將圖像、聲音信號(hào)變換并合成為可以在接收器側(cè)接收的信號(hào)形式。然后，進(jìn)行HDCP加密處理以及T.M.D.S.編碼，將并行圖像像素?cái)?shù)據(jù)以及聲音數(shù)據(jù)進(jìn)行串行化處理。，以小振幅差分信號(hào)形式進(jìn)行傳輸。在接收側(cè)進(jìn)行的處理與發(fā)送側(cè)順序相反。

動(dòng)態(tài)高速采樣技術(shù)

　　ROHM擁有專(zhuān)有的動(dòng)態(tài)高速采樣(Dynamic Over Sampling)技術(shù)，并使用先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、編解碼技術(shù)、數(shù)字糾錯(cuò)技術(shù)、高速色彩空間變換技術(shù)，在DVI發(fā)送接收的芯片開(kāi)發(fā)的研究開(kāi)發(fā)中已取得顯著成果。

　　所示的是面向大型電視、電腦顯示器的DVI接收芯片BU6854EKV架構(gòu)，它搭載了上述ROHM的技術(shù)。首先由發(fā)送器發(fā)送出來(lái)的串行差分信號(hào)通過(guò)動(dòng)態(tài)高速采樣回路，被高速采樣。因?yàn)樾盘?hào)按原來(lái)的振幅被采樣，所以電路功耗可以大幅降低。其次是在數(shù)據(jù)再生和同步回路中，從被高速采樣的信號(hào)中選出正確的數(shù)據(jù)組進(jìn)行同步處理，使其成為像素?cái)?shù)據(jù)。接著，被加密的像素?cái)?shù)據(jù)在HDCP解碼回路中被解碼(因?yàn)門(mén)MDS解碼之后的數(shù)據(jù)是被HDCP加密的)。，包含同步信號(hào)在內(nèi)的圖像數(shù)據(jù)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)由芯片輸出接口輸出。

　　BU6854EKV是符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格DVI1.0和HDCP1.0的接收芯片。這一芯片采用0.25um CMOS工藝，其特點(diǎn)如下：
1．除了電腦的VGA～SXGA解析度外，還可以廣泛適應(yīng)用于數(shù)字電視的480i、480p、720p、1080i等動(dòng)畫(huà)制式；
2．內(nèi)置數(shù)字內(nèi)容保護(hù)HDCP部分，同時(shí)也內(nèi)置了兼具使用方便和安全的ROHM專(zhuān)有密碼保護(hù)回路；
3．內(nèi)置與ITU-R BT.601及ITU-R BT.709兼容的色彩空間變換回路、可以將8位RGB像素信號(hào)變換為10位YPbPr色差信號(hào)進(jìn)行輸出；
4．通過(guò)各種用途相對(duì)應(yīng)的外部EEPROM芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)本芯片操作模式的控制，因此，不需要更改芯片的引腳；
5．內(nèi)置去時(shí)鐘抖動(dòng)的PLL，即使使用20米的電纜也可以保證穩(wěn)定的接收；
6．通過(guò)內(nèi)部部分的化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了低功耗、高速度；
7．內(nèi)置可以與VESA的DDC線(xiàn)直接連接的5V輸入輸出單元，不需要任何的外部變壓元器件。
8．因?yàn)閮?nèi)置具有良好線(xiàn)性度的無(wú)源終端電阻，所以不需要任何外部電阻。

表1：各種數(shù)字接口標(biāo)準(zhǔn)的比較。 
 
　所示為HDMI發(fā)送、接收信號(hào)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)板。該系統(tǒng)是為了HDMI發(fā)送、接收信號(hào)的開(kāi)發(fā)及系統(tǒng)設(shè)計(jì)而制作，可對(duì)應(yīng)1080i、720p等多種圖像信號(hào)形式以及可達(dá)8個(gè)192KHz數(shù)字聲道。

未來(lái)展望

　　事實(shí)上，DVI/HDMI正如在壓縮信號(hào)網(wǎng)絡(luò)中所用的i.Link(IEEE1394)那樣，將成為圖像和聲音數(shù)字視頻傳輸?shù)母咚俅薪涌跇?biāo)準(zhǔn)規(guī)格。距離普及化還有眾多課題有待家電廠商和半導(dǎo)體廠商來(lái)研究和解決。主要的課題包括：
1．使用費(fèi)及開(kāi)發(fā)方面的成本和市場(chǎng)期望價(jià)格的差距；
2．與圖像處理等高性能/多功能要求和低功耗的差距；
3．伴隨著半導(dǎo)體工藝微細(xì)化的發(fā)展而帶來(lái)的模擬電路物理層性能的劣化；
4．因電纜長(zhǎng)度而帶來(lái)的連接性能劣化的對(duì)策；
5．與電腦產(chǎn)品的融合所帶來(lái)對(duì)系統(tǒng)安全的損害。