УЧЕБНЫЙ ЦЕНТР  |  КУРСЫ  |  ЗАЯВКА НА ОБУЧЕНИЕ  |  СТАТЬИ   ГОСТИНИЦА  ДИСТАНЦИОННОЕ ОБУЧЕНИЕ  В НАЧАЛО

  

 
 
 

Технология T.M.D.S. в  LCD мониторах

Спецификация DVI была представлена в апреле 1999 года, и была разработана группой - Digital Display Working Group (DDWG).  Группа  была создана по инициативе компании Intel, и в нее на первом этапе входили такие  известные компании как:  Compaq, Fujitsu, Hewlett-Packard, IBM, NEC и Silicon Image и т.д. Основной задачей этой группы было создание стандарта передачи данных между компьютером и устройством визуализации с помощью цифровых сигналов. В основе спецификации Digital Visual Interface (DVI) лежит технология SiliconImage PanelLink передачи минимизированных дифференциальных сигналов (T.M.D.S.). Главная идея, которая стоит за этой технологией, заключается в том, что электромагнитные возмущения всегда воздействуют на оба провода витой пары, по которой передаётся сигнал, и поэтому эффективно отфильтровываются. Эта технология является практически нечувствительной к внешним помехам. Полная спецификация интерфейса DVI подразумевает его работу, как с цифровыми, так и с аналоговыми видеосигналами для этой спецификации были разработаны два типа соединений -  цифровое и комбинированное аналого-цифровое.

Передача цифровых данных осуществляется по технологии TMDS. Для этого в DVI предусмотрена

 

Рис. 2

 

Рис. 1

 возможность использования не одного, а двух каналов TMDS. Максимальная предельная частота обмена данными по одному каналу равна 165 МГц. В случае передачи по двум каналам допускается увеличение  предельного значения частоты передачи данных на каждом канале свыше 165 МГц. Это дает возможность обеспечить работу в высоких разрешениях. Максимальная глубина цвета при передаче цифровых видеоданных — 24 бита.  Для новой спецификации были разработаны и новые разъемы: цифровой (DVI-D) и комбинированный (DVI-I). Разъем  DVI-D  имеет 24 вывода (три ряда по 8 контактов), по которым передаются цифровые сигналы цветности (см. рис.1,а). На каждый цвет  отводится две дифференциальные пары – по одной для каждого канала, т.е.  на разъеме  DVI присутствует семь дифференциальных пар - шесть пар для передачи данных и одна общая  дифференциальная пара для передачи сигна­лов синхронизации. На рис. 2  представлена схема передачи цифровых данных по одному каналу.

В разъеме (DVI-I) помимо трех рядов цифровых контактов, также предусмотрены еще и аналоговые, на которые подается обычный аналоговый RGB-сигнал ( контакты С1-С5), поэтому количество выводов увеличилось с 24 до 29 (см. рис.1,б).  По контактам С1-С5 передаются аналоговые сигналы R,G,B. Ножевой заземляющий контакт ана­логовой части (контакт С5) может быть как кре­стообразной формы, так и пластинчатой формы.

                Аналоговая часть DVI  удовлетворяет спецификациям VESA Video Signal Standard версии 1.6, VESA Industry Standards and Guidelines for Computer Display Monitor Timings, VESA Generalized Timing Formula и VESA DPMS,  т.е. и система, и монитор  обеспечивают раздельную поддержку вертикальной и горизонтальной синхронизации. В таблице 1 показаны нумерация, наименование сигналов, а также назначение для разъемов DVI-D и DVI-I.  

Наименование

Назначение

1

T.M.D.S. DATA 2 -

"-" второй дифференциальной пары данных TMDS красного цвета

2

T.M.D.S. DATA2+

"+" второй дифференциальной пары данных TMDS красного цвета

3

T.M.D.S. DATA 2/4 RTN

Общий для дифференциальных пар 2 и 4

4

T.M.D.S. DATA 4-

"-" четвертой дифференциаль­ной пары данных TMDS зеленого цвета

5

T.M.D.S. DATA 4 +

"+" четвертой дифференциаль­ной пары данных TMDS зеленого цвета

6

DDC CLOCK

Линия синхронизации DDC

7

DDC DATA

Линия данных DDC

8

Analog VSYNC

Кадровый синхросигнал для аналоговой части интерфейса

9

T.M.D.S. DATA 1 -

"-" первой дифференциальной пары данных TMDS зеленого цвета

10

T.M.D.S. DATA 1 +

"+" первой дифференциальной пары данных TMDS зеленого цвета

11

T.M.D.S. DATA 1/3 RTN

Общий для дифференциальных пар 1 и 3

12

T.M.D.S. DATA 3-

"-" третьей дифференциальной пары данных TMDS синего цвета

13

T.M.D.S. DATA 3+-

"+" третьей дифференциальной пары данных TMDS синего цвета

14

+5VDC

Напряжение +5В

15

GND

Земля. Общий для +5B/HSYNC/ VSYNC

16

HPD

Детектор подключения

17

T.M.D.S. DATA 0 -

"-" нулевой дифференциальной пары данных TMDS синего цвета

18

T.M.D.S. DATA 0 +

"+" нулевой дифференциальной пары данных TMDS синего цвета

19

T.M.D.S. DATA 0/5 RTN

Общий для дифференциальных  пар 0 и 5

20

T.M.D.S. DATA 5 -

"-" пятой дифференциальной пары данных TMDS красного цвета

21

T.M.D.S. DATA 5 +

"+" пятой дифференциальной пары данных TMDS красного цвета

22

T.M.D.S. CLK RTN

Общий для дифференциальной пары синхронизации TMDS

23

T.M.D.S. CLOCK+

"+" дифференциальной пары для синхросигналов TMDS

24

T.M.D.S. CLOCK-

"-" дифференциальной пары для синхросигналов TMDS

C1

Analog RED (R)

Аналоговый красный сигнал

C2

Analog GREEN (G)

Аналоговый зелёный сигнал

C3

Analog HSYNC

Аналоговый синий сигнал

C4

Analog Blue (B)

Строчный синхросигнал для аналоговой части интерфейса

C5

Analog Return

Общий аналоговых сигналов

 Интерфейсы DVI-D и DVI-I, помимо описанных выше цифровых каналов, содержат еще два, предназначенных для обмена информацией между видеоадаптером компьютера  и дисплеем. Канал DDC (Display Data Channel) предназначен для передачи информации о  мониторе процессору ПК, который анализирует ее и  выдает оптимальный для данного дисплея сигнал с нужным разрешением и экранными пропорциями. Передаваемая информация  называется EDID (Extended Display Identification Data — подробные идентификационные данные дисплея), представляет собой блок данных со следующими разделами: производитель и модель (brand name), 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.

В мониторах с DVI поддерживается спецификации DDC2B и не поддерживаются транзакции DDC1. Передача информации EDID в DVI-совместимой системе начинается с формирования сигнала DDC +5 В, в течение 250 мс с момента поступление сигнала DDC +5 В, монитор должен передать по каналу DDC2B данные в формате EDID. Питающий контакт +5 В должен обеспечивать  как минимум 55 мА, при выключенном  мониторе канал  выдает не более 50 мА, если включен — не может выдать более 10 мА.

  

Технология T.M.D.S.

Высокие скоростные характеристики интерфейса DVI достигнуты за счет использования специально разработанного для него алгоритма кодирования сигналов, который называется Transition Minimized Differential Signaling (T.M.D.S) — дифференциальная передача сигналов с минимизацией перепадов уровней.

Эта технология  основана на передаче сигнала посредством дифференциальных сигналов с уменьшенным числом переходов сигнала (из состояния 0 в состояние 1 или обратно). Данные кодируются с целью получения наиболее электрически сбалансированной последовательности бит, что позволяет достигать высоких частот.

Дифференциальный, или симметричный, способ передачи, когда по каждому проводнику витой пары проходит один и тот же прямой и инвертированный сигнал, обеспечивает эффективную защиту данных от синфазных помех, т. е.  внешние электромагнитные возмущения всегда  будут воздействовать на оба провода дифференциальной пары, по которой и будет  передаваться полезный сигнал.  По это же причине эта технология является практически нечувствительной к внешним электромагнитным помехам и может обеспечивать большую пропускную способность, тем самим интерфейс DVI в основе которого и лежит технология T. M. D. S может обеспечивать работу монитора на больших разрешениях, т.е. обеспечивать большую ширину полосы пропускания.   Как мы уже и освещали в спецификации DVI  присутствует два канала  T.M.D.S,  у каждого  пропускная способность  T.M.D.S. канала - 165МГц, соответственно пропускная способность двух T.M.D.S. каналов - 330МГц  так как они оба работают на одной частоте, т.е.  при разрешении и частоте регенерации, требующей полосы пропускания 200МГц, каждый канал будет работать на 100МГц. Следует отметить, что ширина полосы пропускания зависит от количества пикселей по вертикали и горизонтали, а также от частоты регенерации экрана.  Приблизительно ширину полосы  пропускания  ЭЛТ  мониторов можно высчитать по формуле:

 

Полоса пропускания = Y *  X * R*1,05

Где :

X - разрешение по горизонтали,

Y - разрешение по вертикали,

R - частота обновления,

1.05 -коэффициент, характеризующий соотношение времен обратного и прямого хода и измеряется в процентах (1+ интервал синхронизации / 100), для LCD мониторов приблизительно равен 5%, а ЭЛТ 20%. 

                Полученные значения  для большинства режимов поддерживаемых мониторами сведены в таблицу 2.  

Для большинства LCD мониторов фирмы производители рекомендуют на максимально возможном разрешении, поддерживаемом мониторов, выставлять рабочую частоты кадровой синхронизации 60 Гц. И как видно из таблицы  LCD монитор будет переводиться в режим двухканальной передачи, на заданной частоте, только  в режиме QXGA. В официальных публикациях группы DDWG можно наблюдать рисунок (см. рис. 3) на котором показана зависимость полосы пропускания видеосигналов от  выбранного режима работы и частоты кадровой развертки. На рисунке показан порог полосы пропускания  в 350 МГц, это ограничение связано физическими свойствами медных проводников, так называемым «медным барьером», по этой причине максимальная полоса пропускания каждого канала ограничена 165 МГц, более того, на высоких частотах необходимо применять  качественные высокочастотные усилители, высокочастотные аналого-цифровые преобразователи, а это неизменно приводит к удорожанию монитора.

 

Рис. 3.

 

Для режимов с узкой полосой пропускания (до 165 МГц), т.е. для режимов с низким разрешением или низкой кадровой частотой, разработчики, как мониторов, так и видеокарт должны задействовать только три дифференциальные пары (линии), по которым передается цвет. По каждой паре передаются данные об одном цвете (R, G или В). Однако в режимах с широкой полосой пропускания (свыше 165 МГц) необ­ходимо увеличить пропускную способность интерфейса, и поэтому разработчики должны использовать полностью все доступные дифференциальные пары интерфейса TMDS, а именно 6 пар (линий). В этом случае поток данных каждого цвета расщепляется на два потока: данные о цвете четных точек экрана и данные о цвете нечетных точек экрана. Таким образом, каждому цвету соответствует две дифференциальные пары, а всего получается шесть. Кроме того, в стандарт  DVI заложена возможность использования второго канала как дополнения для передачи большой глубины цвета (до 48 бит): по первому каналу передаются старшие 24 разряда, а по второму - младшие. 

Таблица 2

Частота / Разрешение

VGA

640x480

SVGA

800x600

XGA

1024x768

SXGA

1280x1024

UXGA

1600x1200

HDTV

1920х1080

QXGA

2048x1536

LCD

60 Гц

19.4

30.2

49.5

82.6

120.7

130.6

 

ЭЛТ

60 Гц

25МГц

39.3 МГц

64.4 МГц

107.3 МГц

157.3 МГц

169,8

257.6 МГц

75 Гц

31.5МГц

49.2 МГц

80.5 МГц

134.2 МГц

196.5 МГц

212,3

322 МГц

85 Гц

35.6МГц

55.7 МГц

91.25 МГц

152 МГц

222.7 МГц

240,6

-

100 Гц

42 МГц

65.5 МГц

107.3 МГц

179 МГц

262 МГц

283

-

120 Гц

50.3 МГц

78.6 МГц

128.8 МГц

214.7 МГц

314.5 МГц

-

-

150 Гц

63 МГц

98.3 МГц

161 МГц

268.4 МГц

-

-

-

160 Гц

67.1 МГц

105 МГц

171.7 МГц

286.3 МГц

-

-

-

 

Аппаратная часть стандарта DVI реализована  с помощью передатчика T. M. D. S., в котором производится преобразование оцифрованного RGB-сигнала и формирование последовательного потока данных в каждом из каналов, и приемника в котором  происходит полное восстановление цифровых потоков по каналам R, G, B, а также сигнала Clock.

Входной поток содержит и служебные данные (control data, данные управления), и данные изображения (pixel data). На каждом такте передатчик кодирует данные изображения, или служебные данные в зависимости от значения флага передачи данных DE. Активный уровень сигнала DE показывает необходимость передачи данных изображения.  При этом каждый пиксел передается за один период тактовой частоты. Пассивное состояние  сигнала DE соответствует передаче управляющих сигналов. На их формат, как и на формат представления данных, никаких ограничений не накладывается, что позволяет с помощью технологии TMDS передавать любой параллельный информационный поток.

Рис. 4. Передача по одному каналу T.M.D.S.

 

В случае одноканальной передачи данных передатчик содержит три одинаковых шифратора (рис. 4), каждый из которых работает с одним каналом TMDS. На вход шифратора поступают по 8 бит данных и 2 управляющих сигнала. В зависимости от состояния сигнала DE шифратор генерирует 10-битовое слово (символ) либо из данных, либо из управляющих сигналов.

Выход блока кодирования — непрерывный поток упорядоченных символов TMDS. При передаче служебных данных используются четыре различных символа TMDS, однозначно определяющих все возможные состояния двух служебных сигналов.

Процесс кодирования данных изображения состоит из двух стадий. На первой стадии формируется 9-битный код с минимизированным числом переходов. Сначала блок кодирования минимизирует в 8-битной последовательности число переходов, а потом добавляет старший бит, в котором указывается тип кодирования. Кодирование осуществляется посредством применения функций XOR или XNOR к текущему биту входа и предыдущему биту выхода. Выбор функции осуществляется с целью минимизации числа переходов. Функция XOR выбирается, если число единиц меньше, или число нуле и единиц равно, но младший бит байта — единице, иначе применяется XNOR. Младший бит сохраняется неизменным, что позволяет приемнику восстановить исходную последовательность, просто повторив преобразование. При декодировании младший бит также не изменяется.

На второй стадии 10-битный код, конечный TMDS-символ, формируется с целью уравновешивания общего электрического баланса передаваемого потока. На этой стадии в случае необходимости выполняется инвентирование последовательности. Десятый бит указывает на наличие обращения. Обращение бит выполняется в случае значительного рассогласования потока данных, т.е. превышения одного значения бит (например, 1) над другим т.е. поток балансируется. Декодирование выполняется обращением 9-битной последовательности, если установлен 10-й бит. Блок схемы алгоритмов кодирования и декодирования данных  приведены на рис. 5 и рис. 6.

 

Рис. 5. Блок схема алгоритма кодирования технологии T.M.D.S.

  

Рис. 6. Блок схема алгоритма декодирования технологии T.M.D.S.

 

Таблица 3

Сигнал

Назначение

D, C0, C1, DE

Входные данные:

D — байт данных изображения;

С0 и С1 — служебные сигналы;

DE — флаг данных изображения.

cnt

Регистр, хранящий показатель рассогла-сования потока данных. Положительные значения показывают превышение "1", отрицательные — "0". Выражение cnt{t-1} возвращает показатель рассогласования предыдущего набора входных данных. Выражение cnt(t) используется для установки нового значения показателя рассогласования

q_out

Выходной символ TMDS

N1{x}

Этот оператор возвращает число "1" в x

N0{x}

Этот оператор возвращает число "0" в x

 В варианте двойного соединения (dual link) (см. рис. 7), применяемом в стандарте DVI  как мы уже отмечали используются 6 дифференциальных пар (линий) передачи данных вместо трех и одна пара для передачи тактового сигнала. По первому соединению за один период  тактовой частоты  передаются 24 разряда  нечетного пиксела, по второму - четного. Таким образом, пара пикселов передается за один такт TMDS.

  

Рис. 7. Передача по двум каналам T.M.D.S.

Для правильного извлечения символов в общем потоке данных на TMDS,  приемник должен синхронизироваться относительно этого потока. И такая синхронизация выполняется в моменты времени, когда осуществляется передача сигналов управления и сигналов  кадровой и строчной синхронизации.  Происходит это следующим образом: приемник принимает данные и анализирует их, если принятая последовательность содержит не более 5 переходов, то они идентифицируются как данные, а если 7 и более, то это сигналы управления. Последовательность сигналов  с большим числом переходов и будет формировать базис для синхронизации приемника.       

Рис.8. Временные соотношения  обработки символов T.M.D.S.

 На рис. 8. показаны временные соотношения  обработки символов TMDS во время формирования, передачи и приема.

 Таблица 4

Обозна-чение

Описание

Значение

Единица

tB

Минимальная продолжительность периода синхронизации приемника и канала данных. Период этой продолжительности должен возникать, как минимум, каждые 50 мс (20 Гц)

128

Tpixel

tE

Максимальная задержка кодирования/сериализации

64

Tpixel

tR

Максимальная задержка извлечения данных/ десериализациии

64

Tpixel

 

 
 
 

Copyright © 2000-2016гг.   Учебный Центр "Алгоритм"  тел./факс: (8412) 52-23-62, 52-23-47, 21-84-24  E-mail: nto@bk.ru

 

Вверх