深入淺出接觸DVI接口技術(shù)

就目前的市場銷售情況來說，液晶顯示器(LCD)的銷售額已經(jīng)超過了傳統(tǒng)的CRT顯示器(不過由于液晶顯示器的單價較高，具體的銷售數(shù)量（臺）還沒有超過CRT)。目前人們選擇液晶顯示器一方面是看重該產(chǎn)品的節(jié)能性，一方面看重其體積小、占地少。目前銷售的液晶顯示器普遍都具有兩種接口，DVI（數(shù)字視頻接口）和模擬接口（D型15針）。

由于液晶采用的是一種純數(shù)字的設(shè)備，那么直接通過DVI接口輸入數(shù)字信號當(dāng)然會更好，而通過D型15針接口就顯得有些不明智了（RAMDAC將數(shù)字信號轉(zhuǎn)為模擬信號，再將模擬信號傳入液晶顯示器，最后通過液晶顯示器內(nèi)部再次轉(zhuǎn)為數(shù)字信號）。在CRT占據(jù)天下時模擬接口自然沒有什么問題，不過在液晶大行其道的今天就顯得有些不合時宜了。

實(shí)際上，筆記本電腦在很久以前就開始通過LVDS（低電壓微分信號）傳送器、接收器實(shí)現(xiàn)全數(shù)字顯示了。而目前使用越來越多的數(shù)字接口（DVI）是由DDWG(Digital Display Working Group)開發(fā)的。

對于模擬接口的顯示器，我們都知道它和PC連接時需要進(jìn)行手動調(diào)節(jié)才能得到好的圖象；而對于采用DVI接口的顯示器，盡管其承諾無需調(diào)節(jié)就可以達(dá)到有效的顯示效果，不過這種情況只能在傳送器和接收器都兼容DVI標(biāo)準(zhǔn)的前提下，同時還需要轉(zhuǎn)換的信號符合標(biāo)準(zhǔn)，這個要求目前還很少有產(chǎn)品可以達(dá)到。數(shù)碼接口芯片的供應(yīng)商Silicon Image在購進(jìn)7塊GeForceFX 5200顯卡進(jìn)行測試后，發(fā)現(xiàn)其中沒有一塊符合DVI標(biāo)準(zhǔn)。僅僅擁有DVI接口并不意味著可以實(shí)現(xiàn)純數(shù)字顯示。

DVI標(biāo)準(zhǔn)

DVI是一種連接顯卡系統(tǒng)和顯示設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)，特別是純數(shù)碼顯示設(shè)備，比如LCD等。一個DVI顯示系統(tǒng)包括一個傳送器和一個接收器。傳送器是信號的來源，可以內(nèi)建在顯卡芯片中，也可以以附加芯片的形式出現(xiàn)在顯卡PCB上；而接收器則是顯示器上的一塊電路，它可以接受數(shù)字信號，將其解碼并傳遞到數(shù)字顯示電路中，通過這兩者，顯卡發(fā)出的信號成為顯示器上的圖象。如果用戶希望得到一個完美顯示的畫面，那么傳送器就需要將干凈的信號傳給接收器，而接收器自己也需要將信號解碼并干凈的傳給顯示器。

為了實(shí)現(xiàn)符合DVI標(biāo)準(zhǔn)，顯卡在硬件上必須支持最低25.175MHz的帶寬，這是實(shí)現(xiàn)最低的640×480@60Hz分辨率畫面的條件。目前的DVI">為了實(shí)現(xiàn)符合DVI標(biāo)準(zhǔn)，顯卡在硬件上必須支持最低25.175MHz的帶寬，這是實(shí)現(xiàn)最低的640×480@60Hz分辨率畫面的條件。目前的DVI 1.0標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最大單通道帶寬為165MHz，也就是在大多數(shù)情況下實(shí)現(xiàn)1600×1200的分辨率。

消隱期是指顯示器準(zhǔn)備開始顯示另一幅畫面或區(qū)域所需要的時間。CRT因?yàn)樾枰獙㈦娮訕屩匦露ㄎ坏狡聊坏囊唤牵孕枰南[期相當(dāng)?shù)母?；而LCD所需要的消隱期則相對短的多，不過并不是所有的產(chǎn)品都是這樣。DVI標(biāo)準(zhǔn)要求LCD顯示器的消隱期小于5％，如果消隱期大于這個標(biāo)準(zhǔn)，那么就需要顯示器具有更大的帶寬。舉個例子：從理論上來講，1600×1200分辨率下需要142MHz的帶寬，如果計算上5％的消隱期，那么142MHz的帶寬就顯得有些緊張了。

DVI是基于TMDS(transition minimized differential signaling) 電子協(xié)議設(shè)立的。TMDS是一種微分信號機(jī)制，可以將象素數(shù)據(jù)編碼，并通過串行連接傳遞，傳遞的信號具有3-6個數(shù)據(jù)通道對以及一個頻率信號對。在兩個DVI通道的情況下，標(biāo)準(zhǔn)則允許更大的帶寬。雙連接的DVI顯卡可以支持最大330MHz的帶寬，這樣可以輕松實(shí)現(xiàn)每個象素8bit數(shù)據(jù)，2048×1536分辨率。一塊帶有兩個DVI通道的顯卡具有2個TMDS傳送器和2個DVI接口，這兩個接口可以用來驅(qū)動兩個不同的數(shù)字顯示器。當(dāng)然，用戶也可以選擇只驅(qū)動一個顯示器，這樣就可以獲得更高的單通道帶寬驅(qū)動高分辨率的畫面（比如優(yōu)派的VP2290b）。

測試DVI

上面我們提到，顯示一個高分辨率畫面需要一個高帶寬信號，不過將數(shù)據(jù)以高帶寬傳輸并不是一個簡單的工作，需要用心設(shè)計傳送器和接收器，甚至是顯卡的PCB線路（這也是成功的關(guān)鍵）。一個高質(zhì)量的傳送器必須可以產(chǎn)生干凈的信號，不過信號可以因?yàn)殡娐钒逶O(shè)計的拙劣而“變形”和“扭曲”。為了實(shí)現(xiàn)高分辨率畫面，我們就需要對傳送器進(jìn)行測試，來確保它可以產(chǎn)生干凈的信號；同時也需要對顯示器的接收器做測試，來保證它可以干凈的對信號解碼并顯示出盡可能完美的畫面。

通常對顯卡的測試方法是將液晶顯示器、投影儀等DVI接受設(shè)備也顯卡連接，測試人員查看不同設(shè)備上顯示出的圖案是否準(zhǔn)確；對于接收器的測試則是將將其和不同的DVI傳送器（通常是顯卡）連接，查看測試圖案是否符合原圖。實(shí)際上，這兩項(xiàng)測試均依賴與測試人員的觀察，這可以相當(dāng)主觀而不易掌握的技巧。

科學(xué)的測試應(yīng)該是在示波器下查看、分析傳送器發(fā)送出的信號，通過觀察示波器屏幕上的圖案可以得到更客觀、準(zhǔn)確的判斷。信號會在示波器上形成一個眼型的圖案（Data Eye）。

在162MHz通過的眼型圖案

這里是一個標(biāo)準(zhǔn)的眼型圖案測試畫面，我們給出的是在162MHz帶寬上的圖樣。示波器通過自身的軟件增加了一個黑色覆蓋區(qū)，符合要求的數(shù)據(jù)區(qū)（橙、黃色區(qū)域）不會和藍(lán)色區(qū)域混合，也就是說如果眼型圖案保持在黑色區(qū)域內(nèi)部，那么我們就可以認(rèn)為信號是合格的。不過這種方法需要測試人員自行計算圖象的抖動、上沖、下行值，并判斷信號圖象是否符合。

不過Silicon Image和Tektronix合作為Tek TDS 7404示波器開發(fā)了一款軟件來自動進(jìn)行計算，為測試人員提供了一種更好的方式。TDS 7404的結(jié)構(gòu)類似與PC，采用的也是Windows操作系統(tǒng)，編寫軟件自然不是什么太困難的事。該軟件在上面的圖表上自動生成黑色和藍(lán)色的區(qū)域，并會對信號的正確性發(fā)出“Pass”（通過）或是“Fail”（失敗）的信息。不過這款產(chǎn)品可不便宜，一臺全配置的TDS 7404，售價70000美元，上面提到的軟件售價為2000美元。

TekTDS 7404

測試DVI接收器要相對麻煩一些，因?yàn)樵谶@里測試人員必須自行生成測試圖案，在其中還要包括足夠的干擾和抖動來測試接收器的極限。對接收器的測試是為了讓數(shù)字顯示設(shè)備可以呈現(xiàn)出盡可能干凈的畫面。

有干擾的DVI畫面

提醒大家注意實(shí)際的顯示質(zhì)量和DVI是無關(guān)的。

實(shí)際測試

目前越來越多的顯卡芯片都設(shè)計了內(nèi)建的TMDS傳送器。這對于顯卡設(shè)計而言是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，它意味這模擬和數(shù)字混合信號電路需要通過制造技術(shù)來滿足純數(shù)字信號的需要。集成TMDS傳送器的質(zhì)量需要最好的，目前大約有7家顯卡廠商采用了Silicon Image的傳送器芯片。實(shí)際上，我們選擇了一款帶有兩個DVI接口的顯卡來進(jìn)行測試，該顯卡內(nèi)建了一個TMDS傳送器，同時也采用的Silcon Image的SiI164芯片提供另一個DVI接口。

下面的圖樣為Sil164芯片對應(yīng)的接口：

Eye Diagram - 使用SiI 164芯片

大家可以發(fā)現(xiàn)，這款芯片沒有通過測試。軟件繪制的藍(lán)色區(qū)域超過了信號的邊界。

根據(jù)Silicon Image的Mark Williams的說法，在PCB上更合理的設(shè)計SiI164芯片可以解決這個問題；同時在實(shí)際使用中，一般用戶也不會察覺到這個問題。

當(dāng)我們切換到顯卡內(nèi)建的TMDS傳送器接口時，情況變得更糟糕了。首先，我們將一個使用邊際DVI接收器的液晶顯示器與其連接，產(chǎn)生的畫面可以用“糟糕”來形容，Tek示波器甚至無法生成眼型圖案。

出現(xiàn)這樣的情況主要時因?yàn)榧傻腡MDS傳送器只有142MHz的工作頻率，為了提供1600×1200的畫面而不得不減少了信號消隱期。這種做法在一些顯示器上不會出現(xiàn)什么問題，不過在更多其他產(chǎn)品上則會引起圖象抖動、象素點(diǎn)偏移等情況。

不過在我們的測試中，即使使用了減少了消隱期（142MHz）還是無法得到正確的畫面（如上圖所示）。

對于DVI展望

顯卡集成的TMDS傳送器出現(xiàn)的問題并不是不能克服的，我們相信已經(jīng)有一些顯卡芯片廠商可以拿出合適的產(chǎn)品，不過一切都需要在測試過后才可以下結(jié)論。

通常的畫質(zhì)研究集中在顯卡如何通過特殊的渲染功能產(chǎn)生漂亮的畫面，不過現(xiàn)在我們應(yīng)該加入一項(xiàng)新的測試內(nèi)容：DVI信號一致性。我們會在今后對DVI信號的質(zhì)量做更深入的探討，并希望它成為今后顯卡測試的一部分。