Интерфейсы HDMI и Display Port.

Интерфейсы  HDMI и Display Port.

Интерфейс HDMI.

 Интерфейс HDMI служит для передачи несжатого видеосигнала в формате HD и несжатого многоканального звука по одному кабелю (рис. 1).

 Рис. 1. Интерфейс HDMI

Форм-фактор DVI-разъема уже отвечал требованиям компьютерных устройств, но поставщикам бытовой техники нужны более дружественные пользователю соединители меньших размеров. В результате крупные производители бытовой электроники (Silicon Image, Hitachi, Philips, Sony, Toshiba и др.)  уже в декабре 2002 года выпустили первую версию стандарта мультимедийного интерфейса высокого разрешения (High-Definition Multimedia Interface, HDMI). Он стал первым полностью цифровым интерфейсом для передачи несжатых потоков как видео-, так и аудиоданных. HDMI обратно совместим с DVI и обеспечивает передачу по цифровому кабелю видеоданных и до восьми каналов звукового сопровождения (с сжатием или без сжатия, с качеством 24 бит/192 кГц).

 В первых версиях HDMI-проекта аудиосигнал модулировал тактовый сигнал, сейчас перенос аудиоданных выполняется в интервалах "островков данных", т.е. в периоды гашения обратного хода строчной и кадровой разверток. Чтобы интерфейс HDMI-стандарта мог использоваться не только ПК, предусмотрена поддержка как RGB-формата, так и формата компонентного видео 4:4:4 (8 бит, 8 бит, 8 бит) и 4:2:2 (12 бит, 6 бит, 6 бит). HDMI поддерживает три протокола кодирования – 8В/10В для видео, допускающего случайно потерянный разряд; 4В/10В для аудиосигнала и 2В/10В для наиболее важных данных управления. Интерфейс обеспечивает автоматическую настройку телевизора на воспроизведение широкоформатной и стандартной картинки, а также возможность отличать данные DVD-диска и диска Blu-Ray. Стандарт допускает передачу данных без потерь по кабелю длиной до 20 м (максимальная длина кабеля для стандарта DVI – 15 м).

 HDMI постоянно развивается. Сегодня насчитывается уже несколько его версий. Каждая версия использует одни и те же аппаратные спецификации и кабель, но отличается пропускной способностью и видом информации, которую можно передавать через HDMI. Так, версия V1.2a уже поддерживала стандарты централизованного управления устройствами – Consumer Electronics Сontrol (CEC), что позволяет обмениваться командами и управляющими сигналами между всеми участниками связи, поддерживающими HDMI CEC.

   В версии HDMI v.1.3  были улучшены основные характеристики интерфейса, предусмотрена поддержка пока еще не представленных на рынке устройств. Например, HDMI 1.3 поддерживал передачу видеосигналов с глубиной цвета 48 бит, что позволяет выводить на экран более 69 млн. оттенков. Большинство же современных телевизоров отображает только 24-бит, а то и 16-бит цвет (т.е. в лучшем случае 16,7 млн. оттенков цвета). Если HDMI 1.0 поддерживает максимальную скорость 4,95 Гбит/с, то HDMI 1.3 – уже 10,2 Гбит/с. Такая пропускная способность выше современных требований к цифровому интерфейсу: 4,9 Гбит/с, что достаточно для передачи видеоинформации с разрешением 1080 линий с прогрессивной разверткой (1080p) На тот день это было самое высокое разрешение для видео высокой четкости. Обеспечиваемая HDMI 1.3 пропускная способность, а также возможность обнаружения ошибок и кодирования поправок позволяли увеличить разрешение изображения и получать так называемый глубокий цвет (до 30, 36 и 48 бит, или 10, 12 и 16 бит/составляющую цвета в RGB- или YCbCr-форматах), повышается и скорость передачи кадра. К достоинствам версии HDMI 1.3 относятся:

 - расширение цветового диапазона экрана благодаря поддержке цветового стандарта следующего поколения xvYCC (eXtended Video YCC, расширенного видеоформата YCbCr);

 - поддержка автоматической синхронизации звука;

 - поддержка форматов цифрового звука Dolby TrueHD и DTS-HD (форматы, используемые в дисках HD-DVD и Blu-ray). Возможна и передача несжатого аудиопотока, предусмотренного в ранних версиях HDMI;

 - система автоматической синхронизации звука и видео Lip Synch*, позволяющая компенсировать в домашнем кинотеатре задержки между аудио- и видеосигналами;

  - наличие нового мини-разъема Type C для цифровых фотоаппаратов и видеокамер.

Стандарт HDMI 1.3 со столь высокими характеристиками нужен для камер, компьютеров, игровых консолей. То значение, которое любители консольных и компьютерных игр придают высокой скорости передачи кадра, неоспоримо. Современные видеокамеры легко записывают изображение с высокими разрешением и динамическим диапазоном, а компьютеры легко формируют и выводят такое изображение на монитор. Дисплеи также постоянно совершенствуются, обеспечивая воспроизведение все более высококачественного изображения. Они уже работают не только с традиционными источниками видеосигнала. С реализацией спецификации HDMI 1.3 канал между источником и дисплеем не ограничивает возможности системы.

Рассмотрение стандарта HDMI не будет полным без упоминания возможности управления правами доступа к цифровым данным (Digital Rights Management, DRM). Один из вариантов системы DRM –протокол защиты высококачественного цифрового контента (High-Bandwidth Digital Content Protection, HDCP). Основная функция HDCP – защита несжатых данных от копирования. Протокол позволяет в зависимости от конкретного случая устанавливать разные уровни защиты и не ограничивает свободу обращения с видеоданными в пределах одобренных действующим законодательством рамок. Под жесткий запрет подпадают такие действия, как копирование программ со снятой защитой, получение незащищенного цифрового потока или аналогового видеосигнала высокого разрешения. Разрешены повторители и разветвители сигнала, но при этом они должны "обменяться паролями" друг с другом и получать взаимное разрешение на взаимодействие, что возможно только в том случае, если все устройства HDCP-совместимы. Хотя протокол HDCP и предусмотрен в HDMI (как и в DVI), он все же является опцией. Его реализация требует дополнительных лицензионных отчислений.

Наиболее распространенные претензии, предъявляемые к протоколу HDCP, – невозможность соединения HDMI трансивера (компьютера, DVD-плеера, телевизионной приставки set-top box и т.п.) с цифровым дисплеем (ЖКИ, плазменной панелью, проектором и т.п.) через промежуточное устройство. В то же время, они отлично работают при непосредственном соединении. Вызывают нарекания и возможность нестабильной работы при переключении на другой трансивер и затем возврате к прежнему. Основная причина этих проблем – нарушение предполагаемого постоянного "рукопожатия" между источником и приемником сигнала, которое источник видеосигнала рассматривает как нарушение системы DRM и соответствующим образом реагирует на него. Для восстановления нормальной работы системы используются такие "уродливые" меры, как отсоединение и повторное соединение разъемов.

Display Port.

При поддержке ряда компаний ассоциация VESA разработала быстрый компактный интерфейс, названный DisplayPort. Новый интерфейс предусматривает объединение аудио-, видео- и управляющих данных в пакеты, подобные пакетам в сетях передачи данных. Каждый канал связи интерфейса рассчитан на одну, две или четыре линии передачи дифференциальных сигналов. При этом отдельной линии передачи тактового сигнала нет (см. рис. 2). Тактовый сигнал включен в поток данных с 8В/10В кодированием. Это облегчает синхронизацию данных, поскольку на высоких частотах раздельно передаваемых данных и сигналов синхронизации возникают фазовые смещения, которые зависят от типа и длины интерфейсного кабеля.

                Скорость передачи одной дифференциальной пары составляет 1,62 или 2,7 Гбит/с. Глубина цвета – от 6 до 16 бит. При этом допускается независимое масштабирование глубины цвета, разрешения, частоты кадра, объема дополнительных данных (например, аудиоданных и DRM). Так, при пропускной способности одной линии 2,7 Гбит/с можно реализовать глубину цвета 30 бит/пиксел для YCrCb формата 4:4:4 с разрешением 1080p и скоростью 60 кадров/с или 18 бит/пиксел – для RGB-формата с разрешением 1060p и скоростью 18 кадров/с. Предусмотрен и вспомогательный полудуплексный двунаправленный канал с пропускной способностью 1 Мбит/с и максимальной задержкой 500 мс. Он предназначен для выполнения операций квитирования связи и обмена соответствующими данными между источником и приемником.
Максимальная скорость передачи данных интерфейса DisplayPort по кабелю, внешне мало отличающемуся от обычного USB-кабеля, составляет 10,8 Гбит/с, что соответствует разрешению 2560×1600 пикселов (WQXGA). Правда, при этом не рекомендуется использовать кабель длиной более 3 м. Но если достаточно разрешения 1080p, вход и выход можно разносить на 15 м.

 Рис. 2. Display Port

                 Версия DisplayPort v.1.0 уже поддерживала технологию защиты данных компании AMD – DPCP (DisplayPort Content Protection), в основе которой лежит 128-бит AES-шифрование. Предусмотрены также полная аутентификация и установление ключа для каждого сеанса связи. Существует и независимая система отмены сеанса. Эта часть стандарта лицензируется. Она помогает устанавливать расстояние между приемником и передатчиком с тем, чтобы не допустить пересылку данных дальним несанкционированным пользователям. Версия DisplayPort 1.1, выпущенная еще в апреле 2007 года, поддерживала протокол HDCP, а также позволяла применять волоконно-оптический кабель вместо медного и тем самым увеличить расстояние между источником и воспроизводящим устройством без ухудшения качества изображения. Версия DisplayPort 2.0 - с повышенной пропускной способностью и дополнительными функциями.

Интерфейсы DisplayPort предназначены для графических контроллеров ПК, мониторов и панелей ноутбуков. DisplayPort можно использовать и для подключения плазменных панелей, ЖК- и ЭЛТ-мониторов, а также проекционных дисплеев к источникам видеосигнала (например, компьютерам или DVD-плеерам). Дисплей Порт состоит из главной  линии связи (Main Link), вспомогательного канала (Aux Chennel), и «горячего» канала (Hot Plug Detect). Главная связь - однонаправленный, с высокой пропускной способностью и низким временем ожидания, канал используемый для транспорта изохронных потоков данных, типа несжатого видео и аудио. Вспомогательный Канал (AUX CH) - полудуплексный двунаправленный канал, используемый для связи по управлению и для управления устройством (для того, чтобы передать управление и принять информацию о состоянии). Сигналы «горячего» канала (HPD) служат запросами на прерывание от устройств.