利用DVI實(shí)現雙屏幕超寬圖像顯示

在飛機座艙顯示系統中，需要超寬式屏幕的大圖像顯示，這樣可以靈活地實(shí)現圖像的融合與分配，并且可以自由地實(shí)現分窗、鑲嵌的功能；可以將全部?jì)x表板融合到顯示屏幕上，同時(shí)自然地進(jìn)行人機交互，實(shí)現住處最大化。DVI圖像接口是Intel等公司聯(lián)合推出的數字式顯示器接口，如果能實(shí)現無(wú)縫地驅動(dòng)雙屏幕顯示器的話(huà)，就可以很自然地實(shí)現超寬屏幕顯示。一般的飛機座艙可以方便地實(shí)現大圖像整體概念，具有很好的應用價(jià)值。

目前市場(chǎng)上普遍缺少高分辨率的超寬式顯示器。對于液晶顯示器來(lái)說(shuō)，一般只有24英寸的16：10的寬屏幕顯示器，其顯示分辨率最高為1920×1200，對于多窗口分窗顯示就顯得力不從心；而對于長(cháng)度比16:9的寬屏幕等離子顯示器來(lái)說(shuō)，其尺寸一般都比較大（42英寸以上)，觀(guān)看距離要求較遠，一般為3倍顯示器高度，空間分辨率(注：空間分辨率指每英寸象素數量，象素解板力指通常的分辨率，比如640×480等)不是很高，不適合作為儀表的近距離顯示，因此不具有裝機潛力。并且以上兩種寬屏幕顯示的價(jià)格都不菲，不具備通用化設計特點(diǎn)和成本控制可支付的新軍用設計目標。

若能以雙屏幕改裝代替，其價(jià)格為原來(lái)的1/5，而且就雙連接實(shí)現來(lái)說(shuō)，可以達到2048×768的分辨率，可以實(shí)現8:3的超寬圖像。就大小而言，用兩個(gè)最流行的15英寸顯示器就可以實(shí)現24英寸的顯示器。而且還可以把兩個(gè)顯示器升級成兩個(gè)分辨率為1024×768的背投顯示器，實(shí)現無(wú)縫連接顯示。

在雙屏幕顯示時(shí)，由于兩種視頻在時(shí)間上相關(guān)，必須嚴格保持時(shí)間上的同步（精確到幀）。采用本文介紹的連接方案，可以在傳輸通道中實(shí)現完全同步，且不會(huì )因為傳輸造成損失。為未來(lái)的視頻重放設備升級成數字視頻做準備工作，因此決定做這方面的研究。

1 DVI接口

DVI標準是由Silicon Image、Intel、Compaq、IBM、HP、NEC、Fujitsu等公司共同組成的數字顯示工作組DDWG于1994年正式推出。它的基礎是Silicon Image公司的Panallink接口技術(shù)，是一種與顯示工藝無(wú)關(guān)的高速顯示數字接口，采用最小化傳輸差分信號TMDS作為基本電氣連接。

DVI標準一經(jīng)推出就立即得到了響應，各圖形芯片廠(chǎng)商紛紛推出了支持DVI標準的芯片組，ViewSonic、Samsung公司也相繼推出了采用DVI標準接口的CRT顯示器和LCD顯示器。在新近上市的一些LCD和DLP標準中對接口的物理方式、電氣指標、時(shí)鐘方式、編碼方式、傳輸方式、數據格式等都做了嚴格的定義和規范。

其主要特點(diǎn)包括：從產(chǎn)生到顯示的無(wú)損失數字連接；與顯示工藝無(wú)關(guān)；通過(guò)EDID和DDC2B熱插檢測的即插即用；兼容數字、模擬接口等。

2 DVI圖像傳輸協(xié)議

DVI接口傳送的數據信號包括了一些象素信息、同步信息以及控制信息。信息分3個(gè)通道輸出，同時(shí)還有一個(gè)通道用來(lái)傳送使發(fā)送和發(fā)送端同步的時(shí)鐘信號。每個(gè)通道中數據以差分信號方式傳輸，因此每一個(gè)通道需要2根傳輸線(xiàn)。具體連接方式如圖1所示。

數據信號和控制信號通過(guò)DE信號來(lái)控制。DE為高時(shí)，傳輸象素數據，為低時(shí)傳輸控制信號，要求DE為低至少128個(gè)時(shí)鐘周期，為高最大不超過(guò)8191個(gè)時(shí)鐘周期。在DE為高期間，控制信號將保持；而DE為低時(shí)，角素數據被忽略。

在TMDS每線(xiàn)對傳輸的串行信號格式為每個(gè)時(shí)鐘周期傳送10bit，其中有效數據荷載為8bit，剩下兩位分別為編碼模式位和直流均衡位。

DVI規范規定的數字圖像分辨率范圍如圖2。對于75Hz的CRT來(lái)說(shuō)，單連接最大為SXGA 1280×1024，雙連接最大為QXGA 2048×1536。所以單連接選擇1024×768比較合適。但是單連接對于60Hz的LCD顯示來(lái)說(shuō)，最大上限為UXGA1600×1200、時(shí)鐘最大上限為165MHz。色彩深度限制：因為DVI的圖像傳輸默認為24bit，要得到更豐富的色彩，必須使用另一通道來(lái)擴展。因此在雙通道應用色彩深度自然限制在24bit，控制數據為6bit。

3 圖像拼接

無(wú)論是對單連接或雙連接，象素的顯示次序都只考慮逐行顯示的計算機通用顯示器，按奇偶象素進(jìn)行間隔發(fā)送。奇偶按每行內的相鄰角素來(lái)分。對雙連接為link#0發(fā)送奇象素，link#1發(fā)送偶象素；對單連接主要是收發(fā)芯片上采用兩套象不比數據接口，即：ODD RGB、EVEN RGB。

要驅動(dòng)兩個(gè)顯示器，必須實(shí)現兩對HSYNC、VSYNC控制信號，對雙連接和單連接均有這個(gè)總是。雖然DVI標準中控制信號CTL1以后的信號現在都是保留的，乍一看，似乎可以符合應用，將一對控制信號CTLn和CTLn+1復用到HSYNC、VSYNC兩個(gè)控制信號上就可以了。但實(shí)際上，這樣必須拆解DVI標準的口收發(fā)芯片，而且其時(shí)鐘很高，很難用可編程器件來(lái)實(shí)現。

因此在復用HSYNC、VSYNC兩個(gè)控制信號的復用選擇級別上，如果選擇在TMDS傳輸線(xiàn)對上，雖然有硬件實(shí)現邏輯簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，但卻既找不到現在的芯片，又無(wú)法實(shí)現熱拔識別功能。經(jīng)過(guò)比較選擇在信號接收后做兩路驅動(dòng)處理。如此頻率也不是很高，而且全部是數字信號，可以靈活地用EPLD實(shí)現，同時(shí)還可以實(shí)現熱插拔識別總是，繞過(guò)雙連接時(shí)單連接禁止功能（雙連接系統雖然可以在單、雙連接中靈活切換。但是如果其驅動(dòng)的是單連接監視器，另外一個(gè)連接被禁止）；實(shí)現雙連接驅動(dòng)時(shí)，單連接和雙連接之間自由切換。

4 連接方案

4.1 發(fā)送和接受OEM芯片硬件

Silicon Image公司是DVI的發(fā)起人之一，有種類(lèi)齊全的DVI接口芯片，其中發(fā)送芯片為SiI160CT100，接收芯片為SiI16BCT100。所有的發(fā)送和接收芯片都有兩套象素端口，這樣不僅可以在TMDS通道級實(shí)現雙屏幕顯示，同時(shí)還可以在象素級實(shí)現雙屏幕顯示。大致的芯片功能模塊組成如圖3所示。

輸入信號包括象素輸入信號DIE[23:0]和DIO[23:0]、時(shí)鐘信號IDCK、數據選擇信號DE、同步信號HSYNC、VSYNC。此外還有兩個(gè)配置信號，EDGE為時(shí)鐘沿選擇信號，PIXS為每時(shí)鐘單象素、雙象素選擇信號。一個(gè)電壓擺率調節信號控制端，遠端顯示應用推薦用510Ω的電阻連到AVCC。在實(shí)際應用中，注意PIXS信號必須拉高，用于實(shí)現每個(gè)時(shí)鐘周期兩個(gè)象素應用。

4.2 分辨率限制

目前只有單連接的DVI收發(fā)芯片，可以實(shí)現的復用分辨率為800×660。因為單通道對于60Hz的LCD顯示器來(lái)說(shuō)，最大分辨率為1600×1200，就通道傳輸率而言可以做得更高，達到1024×768?？紤]到實(shí)際應用中的簡(jiǎn)便性和通用性，犧牲一半的顯示分辨率是值得的。

4.2 兩種連接方式

對于實(shí)際的連接方式存在兩種方案：?jiǎn)芜B接和雙連接。兩種方案的實(shí)現上有相近實(shí)現結構，區別在于收發(fā)芯片不同，同時(shí)造成顯示分辨率也存在區別。目前雙連接僅僅是協(xié)議支持，還沒(méi)有貨架產(chǎn)品可以直接應用。具體如圖4、圖5所示。

在中間處理加入處可以作為固態(tài)錄像機等終端設備(輸出不需要)的功能實(shí)現，也可以作其他處理。

5 熱插拔識別等問(wèn)題

DVI接口具有即插即用的熱插拔功能。假定圖像控制器最小功率為VGA，在BIOS通電自檢和操作系統都通過(guò)DDC2B查詢(xún)監視器，看其支持什么象素格式和接口。而DVI通過(guò)EDID數據結構識別監視器類(lèi)型和兼容性。

接口的DDC2B規范要求：5V電壓，系統提供55mA的拉電流，監視器關(guān)機狀態(tài)承受50mA的灌電流，開(kāi)機狀態(tài)承受10mA的灌電流。關(guān)于熱插拔的系統響應問(wèn)題是在應用級，也就是說(shuō)與操作系統相關(guān)，因此需要操作系統支持。就本文的硬件實(shí)現來(lái)說(shuō)，因其不屬于物理級和鏈接級考慮的范疇，可以跨越這一功能。同樣可以利用EPLD實(shí)現這種即插即用和識別利用，但必須依賴(lài)系統軟件來(lái)實(shí)現，同時(shí)必須實(shí)現EDID數據結構和DDC2B傳輸協(xié)議。

DVI使用最小躍遷差分信號TMDS進(jìn)行傳輸，在此基礎上設計者可以自己實(shí)現光纖傳輸應用。

6 其它應用

在飛機上要求對兩路同步視頻信號進(jìn)行傳輸、存儲、播放功能，原有設備采用模擬視頻制式PAL制。為了達到實(shí)時(shí)監控的目的，在產(chǎn)生、傳輸、存儲、播放等各個(gè)級上，都必須保持嚴格意義上的同步，對兩路視頻采用分幀整合處理、單電纜傳輸、單視頻記錄存儲，在播放時(shí)采用分幀復用處理。但是由于采用模擬視頻，分辨率受到限制，而且由于采用分幀處理，大大降低了畫(huà)面的時(shí)間分解力，對運行圖像的表現力有明顯的缺陷。要實(shí)現高分辨率的視頻記錄、重放設備，必須采用全數字式的DVI驅動(dòng)方案，并結合MPEG壓縮算法實(shí)現。這樣就可以采用本連接方案實(shí)現，單連接的分辨率為800×660，雙連接的分辨率為1024×768。