利用DVI實(shí)現(xiàn)雙屏幕超寬圖像顯示

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

目前市場上普遍缺少高分辨率的超寬式顯示器。對(duì)于液晶顯示器來說，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(duì)于多窗口分窗顯示就顯得力不從心；而對(duì)于長度比16:9的寬屏幕等離子顯示器來說，其尺寸一般都比較大（42英寸以上)，觀看距離要求較遠(yuǎn)，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?cái)?shù)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(jī)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(shè)計(jì)特點(diǎn)和成本控制可支付的新軍用設(shè)計(jì)目標(biāo)。

若能以雙屏幕改裝代替，其價(jià)格為原來的1/5，而且就雙連接實(shí)現(xiàn)來說，可以達(dá)到2048×768的分辨率，可以實(shí)現(xiàn)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(xiàn)24英寸的顯示器。而且還可以把兩個(gè)顯示器升級(jí)成兩個(gè)分辨率為1024×768的背投顯示器，實(shí)現(xiàn)無縫連接顯示。

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(yán)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(xiàn)完全同步，且不會(huì)因?yàn)閭鬏斣斐蓳p失。為未來的視頻重放設(shè)備升級(jí)成數(shù)字視頻做準(zhǔn)備工作，因此決定做這方面的研究。

1 DVI接口

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

DVI標(biāo)準(zhǔn)一經(jīng)推出就立即得到了響應(yīng)，各圖形芯片廠商紛紛推出了支持DVI標(biāo)準(zhǔn)的芯片組，ViewSonic、Samsung公司也相繼推出了采用DVI標(biāo)準(zhǔn)接口的CRT顯示器和LCD顯示器。在新近上市的一些LCD和DLP標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)接口的物理方式、電氣指標(biāo)、時(shí)鐘方式、編碼方式、傳輸方式、數(shù)據(jù)格式等都做了嚴(yán)格的定義和規(guī)范。

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

2 DVI圖像傳輸協(xié)議

DVI接口傳送的數(shù)據(jù)信號(hào)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)通道用來傳送使發(fā)送和發(fā)送端同步的時(shí)鐘信號(hào)。每個(gè)通道中數(shù)據(jù)以差分信號(hào)方式傳輸，因此每一個(gè)通道需要2根傳輸線。具體連接方式如圖1所示。

數(shù)據(jù)信號(hào)和控制信號(hào)通過DE信號(hào)來控制。DE為高時(shí)，傳輸象素?cái)?shù)據(jù)，為低時(shí)傳輸控制信號(hào)，要求DE為低至少128個(gè)時(shí)鐘周期，為高最大不超過8191個(gè)時(shí)鐘周期。在DE為高期間，控制信號(hào)將保持；而DE為低時(shí)，角素?cái)?shù)據(jù)被忽略。

在TMDS每線對(duì)傳輸?shù)拇行盘?hào)格式為每個(gè)時(shí)鐘周期傳送10bit，其中有效數(shù)據(jù)荷載為8bit，剩下兩位分別為編碼模式位和直流均衡位。

DVI規(guī)范規(guī)定的數(shù)字圖像分辨率范圍如圖2。對(duì)于75Hz的CRT來說，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(duì)于60Hz的LCD顯示來說，最大上限為UXGA1600×1200、時(shí)鐘最大上限為165MHz。色彩深度限制：因?yàn)镈VI的圖像傳輸默認(rèn)為24bit，要得到更豐富的色彩，必須使用另一通道來擴(kuò)展。因此在雙通道應(yīng)用色彩深度自然限制在24bit，控制數(shù)據(jù)為6bit。

3 圖像拼接

無論是對(duì)單連接或雙連接，象素的顯示次序都只考慮逐行顯示的計(jì)算機(jī)通用顯示器，按奇偶象素進(jìn)行間隔發(fā)送。奇偶按每行內(nèi)的相鄰角素來分。對(duì)雙連接為link#0發(fā)送奇象素，link#1發(fā)送偶象素；對(duì)單連接主要是收發(fā)芯片上采用兩套象不比數(shù)據(jù)接口，即：ODD RGB、EVEN RGB。

要驅(qū)動(dòng)兩個(gè)顯示器，必須實(shí)現(xiàn)兩對(duì)HSYNC、VSYNC控制信號(hào)，對(duì)雙連接和單連接均有這個(gè)總是。雖然DVI標(biāo)準(zhǔn)中控制信號(hào)CTL1以后的信號(hào)現(xiàn)在都是保留的，乍一看，似乎可以符合應(yīng)用，將一對(duì)控制信號(hào)CTLn和CTLn+1復(fù)用到HSYNC、VSYNC兩個(gè)控制信號(hào)上就可以了。但實(shí)際上，這樣必須拆解DVI標(biāo)準(zhǔn)的口收發(fā)芯片，而且其時(shí)鐘很高，很難用可編程器件來實(shí)現(xiàn)。

因此在復(fù)用HSYNC、VSYNC兩個(gè)控制信號(hào)的復(fù)用選擇級(jí)別上，如果選擇在TMDS傳輸線對(duì)上，雖然有硬件實(shí)現(xiàn)邏輯簡單的優(yōu)點(diǎn)，但卻既找不到現(xiàn)在的芯片，又無法實(shí)現(xiàn)熱拔識(shí)別功能。經(jīng)過比較選擇在信號(hào)接收后做兩路驅(qū)動(dòng)處理。如此頻率也不是很高，而且全部是數(shù)字信號(hào)，可以靈活地用EPLD實(shí)現(xiàn)，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)熱插拔識(shí)別總是，繞過雙連接時(shí)單連接禁止功能（雙連接系統(tǒng)雖然可以在單、雙連接中靈活切換。但是如果其驅(qū)動(dòng)的是單連接監(jiān)視器，另外一個(gè)連接被禁止）；實(shí)現(xiàn)雙連接驅(qū)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(jí)實(shí)現(xiàn)雙屏幕顯示，同時(shí)還可以在象素級(jí)實(shí)現(xiàn)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(hào)包括象素輸入信號(hào)DIE[23:0]和DIO[23:0]、時(shí)鐘信號(hào)IDCK、數(shù)據(jù)選擇信號(hào)DE、同步信號(hào)HSYNC、VSYNC。此外還有兩個(gè)配置信號(hào)，EDGE為時(shí)鐘沿選擇信號(hào)，PIXS為每時(shí)鐘單象素、雙象素選擇信號(hào)。一個(gè)電壓擺率調(diào)節(jié)信號(hào)控制端，遠(yuǎn)端顯示應(yīng)用推薦用510Ω的電阻連到AVCC。在實(shí)際應(yīng)用中，注意PIXS信號(hào)必須拉高，用于實(shí)現(xiàn)每個(gè)時(shí)鐘周期兩個(gè)象素應(yīng)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(xiàn)的復(fù)用分辨率為800×660。因?yàn)閱瓮ǖ缹?duì)于60Hz的LCD顯示器來說，最大分辨率為1600×1200，就通道傳輸率而言可以做得更高，達(dá)到1024×768。考慮到實(shí)際應(yīng)用中的簡便性和通用性，犧牲一半的顯示分辨率是值得的。

4.2 兩種連接方式

對(duì)于實(shí)際的連接方式存在兩種方案：單連接和雙連接。兩種方案的實(shí)現(xiàn)上有相近實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，區(qū)別在于收發(fā)芯片不同，同時(shí)造成顯示分辨率也存在區(qū)別。目前雙連接僅僅是協(xié)議支持，還沒有貨架產(chǎn)品可以直接應(yīng)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(jī)等終端設(shè)備(輸出不需要)的功能實(shí)現(xiàn)，也可以作其他處理。

5 熱插拔識(shí)別等問題

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(tǒng)都通過DDC2B查詢監(jiān)視器，看其支持什么象素格式和接口。而DVI通過EDID數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)識(shí)別監(jiān)視器類型和兼容性。

接口的DDC2B規(guī)范要求：5V電壓，系統(tǒng)提供55mA的拉電流，監(jiān)視器關(guān)機(jī)狀態(tài)承受50mA的灌電流，開機(jī)狀態(tài)承受10mA的灌電流。關(guān)于熱插拔的系統(tǒng)響應(yīng)問題是在應(yīng)用級(jí)，也就是說與操作系統(tǒng)相關(guān)，因此需要操作系統(tǒng)支持。就本文的硬件實(shí)現(xiàn)來說，因其不屬于物理級(jí)和鏈接級(jí)考慮的范疇，可以跨越這一功能。同樣可以利用EPLD實(shí)現(xiàn)這種即插即用和識(shí)別利用，但必須依賴系統(tǒng)軟件來實(shí)現(xiàn)，同時(shí)必須實(shí)現(xiàn)EDID數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和DDC2B傳輸協(xié)議。

DVI使用最小躍遷差分信號(hào)TMDS進(jìn)行傳輸，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)者可以自己實(shí)現(xiàn)光纖傳輸應(yīng)用。

6 其它應(yīng)用

在飛機(jī)上要求對(duì)兩路同步視頻信號(hào)進(jìn)行傳輸、存儲(chǔ)、播放功能，原有設(shè)備采用模擬視頻制式PAL制。為了達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的，在產(chǎn)生、傳輸、存儲(chǔ)、播放等各個(gè)級(jí)上，都必須保持嚴(yán)格意義上的同步，對(duì)兩路視頻采用分幀整合處理、單電纜傳輸、單視頻記錄存儲(chǔ)，在播放時(shí)采用分幀復(fù)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，大大降低了畫面的時(shí)間分解力，對(duì)運(yùn)行圖像的表現(xiàn)力有明顯的缺陷。要實(shí)現(xiàn)高分辨率的視頻記錄、重放設(shè)備，必須采用全數(shù)字式的DVI驅(qū)動(dòng)方案，并結(jié)合MPEG壓縮算法實(shí)現(xiàn)。這樣就可以采用本連接方案實(shí)現(xiàn)，單連接的分辨率為800×660，雙連接的分辨率為1024×768。