數字電視概念已逐步深入人心，現有的大多數數字電視接收機只能通過分量接口接收滿足數字視頻信號標準的模擬信號，這實際上仍然是一種模擬信號接口，只是視頻信號符合數字電視視頻信號標準(如ITU-R601、CEA/CEA-861-A/B等標準規定的數字視頻抽樣、量化、編碼規范，滿足數字電視的行頻、場/幀頻、同步、清晰度等要求)，所以此類電視如果要在系統中進行數字處理，則需在視頻信號處理前增加A/D轉換、Scale、De-interlace等功能電路，這會使信號質量有一定程度的降低，研究表明此類接口的清晰度很難真正達到高清數字電視的顯示標準(水平清晰度大于720線)。

    數字視頻接口接收的是經過一定處理(壓縮或不壓縮)的數字信號，不論從信號質量還是后處理考慮，都有利于提高整個接收機系統的性能。DVI(DigitalVisualInterface，數字視頻接口)是目前廣泛應用的一種數字視頻接口，起初主要應用于PC行業。DVI支持單像素RGB的24bit數據，傳輸的數字信號沒有經過壓縮，單連接的傳輸速率可達4.9Gbps，對數據傳輸速率是1.78Gbps的1080i數字高清晰電視可達到較好的保真度，特別是在LCD、DLP等顯示設備中，不需要任何D/A轉換和處理，減少了信號損失，可以應用到數字電視、平板電視等產品當中。

DVI概述及工作原理

    DVI是由DDWG(DigitalDisplayworkingGroup，數字顯示工作組)發明的一種高速傳輸數字信號的技術，有DVI-D和DVI-I兩種不同的接口形式。DVI-D只有數字接口，DVI-I有數字和模擬接口，目前應用主要以DVI-D為主。

    DVI是基于TMDS(TransitionMinimizedDifferentialSignaling，轉換最小差分信號)技術來傳輸數字信號，TMDS運用先進的編碼算法把8bit數據(R、G、B中的每路基色信號)通過最小轉換編碼為10bit數據(包含行場同步信息、時鐘信息、數據DE、糾錯等)，經過DC平衡后，采用差分信號傳輸數據，它和LVDS、TTL相比有較好的電磁兼容性能，可以用低成本的專用電纜實現長距離、高質量的數字信號傳輸。TMDS技術的連接傳輸結構如圖1所示。

圖1TMDS連接傳輸結構

    DVI數字信號傳輸有單連接(SingleLink)和雙連接(DualLink)兩種方式，對于單連接，僅用圖1所示的1/2、9/10、17/18腳傳輸，它的傳輸速率可達4.9Gbps，雙連接可達9.9Gbps。

DVI接口在數字電視中的應用

●基本方案論證分析
數字電視機為達到高清晰度顯示要求，掃描一般采用

圖2DVI接口原理框圖

    由原理圖看，數字電視增加DVI接口比較簡單，從硬件電路考慮，一是在接口處增加DVI解碼部分，二是在后端提供一個數據通道，如果電視原有方案中具有A/D轉換和相應的后級數據處理通道，那么DVI接口解碼輸出的數據可以與它共用，因為在數字信號格式一定的情況下，其碼率、行頻、場頻、時鐘是一致的。

    在實際研究開發中，需要特別注意DVI解碼輸出數據信號、A/D轉換輸出數據信號的隔離和避免前端通道相互干擾。由于兩組通道的共用，相當于延長了數字輸出引腳的信號線長度，因此對于長距離的數字信號印制線，有必要在其特征阻抗處將其中斷，以避免數字信號的過沖、欠沖和振鈴，通常情況下在數據線上串聯幾十歐姆的電阻。同時對于輸出驅動來說，需要最大限度地減小數字輸出引腳的容性載荷，但是在信號布線階段，一般不能精確計算容性負載，為方便系統調試，應考慮在數據信號線、行場同步信號線、時鐘信號線到地并聯電容，根據PCB材料、信號長度不同，電容值一般在幾十pF即可，這樣就可達到通道負載平衡、數據上升沿、下降沿和相位的一致，減少數字噪聲干擾和抖動。

    數字電視DVI接口性能測試時，誤碼率指標應達到10-9，即10億bit允許出現一個誤碼，因此在性能測試時必須保證一定的測試時間

圖3DVI接口系統工作流程

    對于DVI接口在數字電視、平板電視上的應用研究，更為關鍵的是EDID(ExtendedDisplayIdentificationDATA，即擴展顯示識別數據)編程，HDCP(High-bandwidthDigitalContentProtection)功能的實現。這些對于數字電視來說都是全新應用，只有EDID和HDCP在數字電視上實現后，DVI接口才是真正的數字電視接口。

●數字電視DVI接口的EDID開發

    EDID是為PC顯示器設置的優化顯示格式數據規范，存儲在顯示器中專用的1Kb的EEROM存儲器中(即EDID數據結構是128Byte)，DVI接口應用在數字電視上時，同樣應該遵從此規范。

    PC主機和顯示器通過DDC數據線訪問存儲器中數據，以確定顯示器的顯示屬性(如分辨率、縱橫比等)信息，在數字電視上，也應該用DVI接口的DDC數據線訪問EDID存儲器，以確定數字電視的相關顯示屬性，關鍵是128Byte是PC顯示器的標準，已不能滿足數字電視視頻標準的要求，因此需要對數據結構進行擴展，由于EDID標準并沒有相應的規范，研究中按照EIA/CEA-861-B標準規范對EDID數據進行編程。

圖4PC的EDID數據結構示意圖

    DVI接口在數字電視中的EDID數據結構，與PC顯示器的最大區別是編程數據可以是128Byte的倍數，它不僅規定數字電視顯示的PC格式，也規定數字視頻信號和數字音頻信號，基本的128Byte以外的數據都是附加數據，在基本數據的第127個字節定義EDID的附加數據塊數量。在EDID數據編程中，根據數字電視的顯示屬性要求，有兩個關鍵環節必須注意：第一，如果數字電視的顯示是固定格式，則在首選TimingMode字節中必須選擇相應的定義；第二，數字電視的標準顯示屬性應在第一段詳細TimingMode字節中完成數據編程。

    研究開發中，注意到DDC2B只能適用于DVI1.0標準的EDID讀取，因為它不能讀取附加的128字節的數據。因此，對于應用DVI接口到數字電視中，因為有CEA的數據在附加數據塊里，信號源必須滿足E-DDC標準，才能讀取EDID數據。

●數字電視中DVI接口的HDCP研究

    HDCP(High-bandwidthDigitalContentprotection)系統是DVI接口中，在發送設備(即主機)和接收設備間保護數字信號正常合法傳輸，防止非法接收的一種加密系統，在這一系統中最多允許7層視頻轉發器和128臺設備共享同一主DVI接口輸出的數字信號，HDCP系統連接的拓撲結構如圖5所示。

圖5HDCP系統連接拓樸結構圖

    HDCP主要有三個組成部分：第一部分是鑒定協議，確認接收者的合法性。發送方與接收方進行信息交換，接收方將KEY傳給發送方，發送方驗證并用此產生公共密鑰，通過公共密鑰作為均衡KEY混入授權證實序列中，用于加密內容的解密，授權確認完成；HDCP密鑰一般有專門的EEPROM存儲，目前多數整機產品可通過處理芯片內部EEPROM中預編程得到HDCP密鑰，通過這種方式密鑰保護可達到HDCP規范要求的高級別，出于保密原因，密鑰不能IC里讀出。第二，一旦確認，發送方將加密內容以雙方都知道的解密方式傳給接收方；第三，當非授權設備接收時，通過發送方的檢測，將中斷內容傳送。

    HDCP具體工作過程：首先由主機發送密鑰選擇導引序列(AKSV)和64bit偽隨機序列(An)到接收方，接收方回傳密鑰選擇導引序列(BKSV)和轉發器位(REPEAT-bit)(如是轉發器用以表示身份)，發送方確認BKSV是否已被廢除和是否包含20個1和20個0；如果雙方的設備密鑰和KSV有效，則計算產生一個56bit的公共密鑰Km和Km`，然后可產生KS、KS`(傳輸密鑰)、M0、MO`(64bit后續驗證用追加初始序列)、RO、R0`(16bit指示驗證成功，它必須在AKSV發送后100ms內傳回發送方；驗證成功后R01和R0相等；每128幀修正一次，每2s回傳一次)。因此當DVI接口中斷傳輸2s以上，或是非授權設備接收時，主機將停止傳輸內容，以達到保護傳輸內容的目的。HDCP鑒定處理過程如圖6所示。

    圖6HDCP鑒定處理過程圖

    HDCP功能對于數字電視有一定局限性。對于設計完善的功能電路，如果A/D轉換器、TMDS解碼處理器不工作時，一般都具備PowerDown功能，一方面降低系統功耗，另一方面減少高速信號的數字干擾。但由于DVI接口的HDCP功能在連接初期識別正常后，每2秒鐘要進行一次相互認證，以確保連接的始終是合格授權接收設備，這時TMDS解碼處理器就必須一直處于PowerOn狀態，此時將引起上面提到的兩點性能的惡化。如何處理這種矛盾，需要兼顧系統性能和接口標準的適應性。

    另外，從接收設備實際使用的角度看，HDCP的上述認證系統有一定的缺陷，使用中從DVI接口模式切換到其他接口模式，TMDS解碼處理器被PowerDown，HDCP識別將終止，中斷信號傳輸，意味著本次連接結束，然后顯示設備重新切換進入DVI接口模式，此時需要HDCP重新識別，則要求發送設備也要重新啟動，增加了使用的復雜性。

    在應用研究中，針對HDCP在數字電視中的適應性問題，提出了兩種方案。

    修改HDCP規范。一種方法是：取消2秒鐘一次的識別，即初次識別正常即可，為防止將數字信號輸出連接到其他非法設備上，此時可通過檢測HPD(熱插拔檢測)判斷是否為授權設備，一旦檢測到HPD為低電平，認為此時物理連接中斷，可馬上終止信號輸出。第二種是：接收器在PowerDown時，向發送設備隨機傳送一組要求暫時終止傳輸的特殊編碼，當接收器重新PowerOn時，再傳一次此特殊編碼，發送設備驗證后即可重新開始傳輸數字信號。以上作為以后修改規范時的建議提出。

    芯片設計時，考慮在芯片內部將HDCP處理系統和TMDS解碼處理系統合理處理，解碼器PowerDown時，HDCP也能正常工作。

    DVI應用于數字電視是提高電視清晰度的方法之一，只要方案設計合理，EDID和HDCP按照相應標準規范進行開發擴展，那么DVI接口和數字電視的結合是可行和有效的。