1、西安电子科技大学出版社XIDIAN UNIVERSITY PRESS第第10章章 数字电视的显示数字电视的显示 第第10章章 数字电视的显数字电视的显示示10.1 概述概述10.2 平板显示常用平板显示常用接口接口10.3 液晶显示液晶显示10.4 OLED显示显示10.5 3D显示显示思考题和习题思考题和习题西安电子科技大学出版社XIDIAN UNIVERSITY PRESS第第10章章 数字电视的显示数字电视的显示 10.1 概概 述述 数字电视最终要在显示屏将电信号转换成光信号由观众欣赏,目前常用的是FPD(Flat Panel Display,平板显示器)。FPD 是指显示屏对角线的长
2、度与整机厚度之比大于41的显示器。除了CRT显示器之外,各种显示器都是平板显示器。10.1.1 显示器显示器的组成的组成 图10-1所示是显示器组成方框图,图中显示器件是将电信号转变为光信号的电光效应器件,也称为显示屏(Panel)。显示器件、驱动电路和辅助光学系统往往制作成一个整体,西安电子科技大学出版社XIDIAN UNIVERSITY PRESS第第10章章 数字电视的显示数字电视的显示 称为显示组件。信号处理控制电路将去隔行处理、帧频变换、图像缩放、彩色空间变换和OSD(On Screen Display,屏幕显示)等信号处理功能都集成在一起,成为一种单片式控制芯片,这类芯片和LCD组
3、件可构成一个显示器。显示器外接一个电视盒,就成为一台电视机;外接一个机顶盒,就成为一台数字电视机。本节只介绍显示器,电视机与显示器的主要区别就是多了电视盒中的那些电路,即高频头、中频解调和视频解码电路。西安电子科技大学出版社XIDIAN UNIVERSITY PRESS第第10章章 数字电视的显示数字电视的显示 图10-1 显示器组成方框图西安电子科技大学出版社XIDIAN UNIVERSITY PRESS第第10章章 数字电视的显示数字电视的显示 最普通的显示器只有VGA 接口,可以接收计算机显示卡发出的信号,作为计算机的显示终端;也可以接电视盒作电视机用,电视盒一般有VGA 接口,可接计算
4、机,由遥控器选择显示器的用途。档次高的显示器还带有DVI(Digital Visual Interface,数字显示接口)、HDMI(High Definition Multimedia Interface,高清晰度多媒体接口)等数字接口,用来显示各种数字音、视频源。多媒体显示器则具有多种模拟和数字接口,以适应各种视频源。西安电子科技大学出版社XIDIAN UNIVERSITY PRESS第第10章章 数字电视的显示数字电视的显示 10.1.2 显示器显示器的分类的分类 显示器按光学显示方式可分为以下几类:(1)直观式:图像直接显示在显示屏上的方式。CRT(Cathode Ray Tube,阴
5、极射线管)显示器、LCD(Liquid Crystal Display,液晶显示器)、PDP(Plasma Display Panel,等离子体显示屏)、LED(Light Emitting Diode,发光二极管)显示器、OLED(Organic Light Emitting Display,有机发光显示器)、SED(Surface-conduction Electron Emitter Display,表面传导电子发射显示器)等属于直观式显示器。西安电子科技大学出版社XIDIAN UNIVERSITY PRESS第第10章章 数字电视的显示数字电视的显示 (2)投影式:把显示器件生成的较小
6、图像源通过透镜等光学系统放大投影于屏幕上的方式。投影式又分正投式与背投式两种。观看者与图像源在屏幕的同一侧叫正投式,其优点是光损耗少、较亮,但是使用、安装不方便,如LCD 投影机;图像源在屏幕之后,观看者观看屏幕的透射图像叫背投式,如CRT或LCD家用投影电视机。投影式显示器的主要优点是屏幕尺寸可以较大,但屏幕尺寸越大,全屏亮度会降低,全屏亮度、色度不均匀性也会增大,同时由投影系统造成的图像几何失真、失聚等也会增大。西安电子科技大学出版社XIDIAN UNIVERSITY PRESS第第10章章 数字电视的显示数字电视的显示 (3)虚拟成像式:利用光学系统把来自图像源的像形成于空间的方式。在这
7、种情况下,人眼看到的是一个放大的虚像,与平时通过放大镜观物类似。属于虚拟成像式显示器的是头盔显示器(Head Mounted Display,HMD)。西安电子科技大学出版社XIDIAN UNIVERSITY PRESS第第10章章 数字电视的显示数字电视的显示 10.1.3 显示器显示器的主要参数的主要参数 1.图像分辨力 图像分辨力是显示器分辨图像细节的能力,以水平和垂直方向有效像素数(即点阵数)衡量。我国的SDTV 图像分辨力为720(水平)576(垂直)点阵,HDTV 图像分辨力为1920(水平)1080(垂直)点阵。4K分辩力常指3840(水平)2160(垂直)点阵,8K 分辩力常指
8、7680(水平)4320(垂直)点阵。西安电子科技大学出版社XIDIAN UNIVERSITY PRESS第第10章章 数字电视的显示数字电视的显示 显示器用得最多的是计算机的显示终端,按照计算机显示终端的分辨力标准,分为SVGA、XGA、SXGA、UXGA 等几种规格。(1)SVGA(Super Video Graphics Array):超级视频图形阵列,其最小分辨力为800600像素,最大分辨力可以达到1024768像素,比较适用于15英寸的显示屏。随着屏幕尺寸的加大,必须要求增多扫描线,扩展每条线上的像素才能保证高质量的图像。西安电子科技大学出版社XIDIAN UNIVERSITY P
9、RESS第第10章章 数字电视的显示数字电视的显示 (2)XGA(Extended Graphics Array):扩展图形阵列,其分辨力为1024768像素,特别适用于17英寸和19英寸的显示屏。(3)SXGA(Super Extended Graphics Array):超级扩展图形阵列,其分辨力为12801024像素,适用于21英寸和25英寸的显示屏,也达到了高清晰度电视的要求。(4)UXGA(Ultra Extended Graphics Array):特级扩展图形阵列,其分辨力为16001200像素,是目前PC显示终端最新和最高的标准,通常用于高级工程设计和艺术制图,一般适用于30英
10、寸或以上的显示屏。前缀W(Wide)常用来表示加宽格式,如WUXGA 是加宽UXGA 格式。西安电子科技大学出版社XIDIAN UNIVERSITY PRESS第第10章章 数字电视的显示数字电视的显示 2.图像清晰度图像清晰度 图像清晰度是人眼能察觉到的电视图像细节的清晰程度,用电视线表示。一般从水平和垂直两个方向描述图像清晰度,1电视线与垂直方向上1个有效扫描行的高度相对应。我国SDTV 规定水平和垂直图像清晰度值大于等于450电视线,HDTV 规定水平和垂直图像清晰度值大于等于720电视线。我国SDTV 画面的有效扫描行数为576,HDTV 画面的有效扫描行数为1080。观看SDTV 和
11、HDTV 电视图像时,距电视屏的距离分别约为屏幕高度的5倍和3倍时,能看清电视图像在垂直方向上的细节,这样的距离也是观看SDTV 和HDTV 图像的最佳距离。西安电子科技大学出版社XIDIAN UNIVERSITY PRESS第第10章章 数字电视的显示数字电视的显示 人眼在水平方向上分辨图像细节的能力与在垂直方向上相当。我国SDTV 系统有效扫描行数为576,如果显示器的宽高比分别为43和169,为在垂直与水平方向上同时都能看到最清晰的图像细节,则水平方向有效像素数应分别为5764/3=768和57616/9=1024。可见目前SDTV 在水平方向上只有720个有效像素的数量偏低,对于越来越
12、多的169屏,更是偏低,而HDTV 则不存在这个问题。这是因为HDTV 显示器的宽高比为169,与1080有效扫描行相当的水平方向有效像素数为1920,HDTV 标准与此相符。西安电子科技大学出版社XIDIAN UNIVERSITY PRESS第第10章章 数字电视的显示数字电视的显示 图像垂直清晰度的理论上限值为1帧图像的有效扫描行数,水平方向有效像素数需乘以3/4才能换算成电视线数。我国SDTV 和HDTV 系统水平方向有效像素数分别为720和1920,若分别显示43和169的图像,则分别对应于540和1080行像素,因而水平清晰度的理论上限值分别为540和1080电视线。若把图像宽高比为
13、43的SDTV 信号拉扁显示成169的图像,则水平清晰度只有7209/16=405电视线。西安电子科技大学出版社XIDIAN UNIVERSITY PRESS第第10章章 数字电视的显示数字电视的显示 3.对比度对比度 对比度是表征在一定的环境光照射下,物体最亮部分的亮度与最暗部分的亮度之比。显示器的对比度是指在同一幅图像中,显示图像最亮部分的亮度和最暗部分的亮度之比。对比度越高,重显图像的层次越多,图像越清晰。通常对比度为1000115001。4.亮度亮度 亮度是指发光物体的明亮程度,是人眼对发光器件的主观感受。在显示器中亮度是表征图像亮暗的程度,是指在正常显示图像质量的条件下,重显大面积明
14、亮图像的能力。亮度的单位为坎德拉每平方米(cd/m2)。通常亮度为250 500 cd/m2。西安电子科技大学出版社XIDIAN UNIVERSITY PRESS第第10章章 数字电视的显示数字电视的显示 5.可视角可视角 在观看LCD、PDP、DLP、LCoS显示器时,可发现观看位置不同,看到的电视图像的亮度、对比度、图像的层次感及图像颜色也会发生变化,偏离屏幕中心位置越大,则图像变化越严重,甚至看不清楚图像,颜色发生严重畸形。因此对这些显示器而言,在观看图像时,有一个适宜观看的角度范围,该角度范围称为可视角。为了方便,可视角是指水平和垂直方向上的可视角。在国际电工委员会公布的IEC 601
15、07-1中规定了可视角的定义,即在屏幕中心的亮度减小到最大亮度的1/3时(也可以是1/2或1/10时)的水平和垂直方向的视角。西安电子科技大学出版社XIDIAN UNIVERSITY PRESS第第10章章 数字电视的显示数字电视的显示 6.响应时间响应时间 响应时间是用来描述显示器件的字段或像素亮度变化相对于激励信号变化反应快慢的一组参数,它包括开启时间(turn-on time)、关断时间(turn-off time)、上升时间(rise time)和下降时间(fall time)。通常响应时间为520ms。西安电子科技大学出版社XIDIAN UNIVERSITY PRESS 7.像素缺陷
16、像素缺陷 现在市场上销售的平板显示器,包括LCD显示器、PDP显示器、LCD背投影显示器、DLP背投影显示器和LCoS背投影显示器,都是以像素显示图像,它们的像素数都是相对固定的。例如,720576、1280720、1366768、19201080像素等,每个像素点都是以R、G、B三个基色点构成的,可以显示全部的颜色,并以寻址方式显示图像,而不像CRT型电视机那样,采用可变扫描方式显示图像。因此,这种以像素成像的显示器称为固有分辨力显示器。这些以像素显示图像的显示器在数百万个像素点中,可能出现像素缺陷(又称为坏点)。西安电子科技大学出版社XIDIAN UNIVERSITY PRESS第第10章
17、章 数字电视的显示数字电视的显示 像素缺陷是指显示器在正常工作状态时,其屏幕上不能正常显示图像的像素点,一般分为亮点和暗点。亮点又称为不熄灭点,是指屏幕无论在黑色背景下,还是在白色背景下,永不熄灭的白亮点、闪亮点和带颜色的亮点,包括绿亮点、红亮点、蓝亮点、黄亮点、青亮点、品红亮点等,特别是白亮点、绿亮点、黄亮点在黑色或灰色背景下,人眼对其比较敏感。暗点又称为不发光点,是指在白色或灰色背景下,显示出黑色点、灰色点等。西安电子科技大学出版社XIDIAN UNIVERSITY PRESS第第10章章 数字电视的显示数字电视的显示 像素缺陷规定中将显示屏分为A 区和B区,如图10-2所示。图中W 是显
18、示屏宽度,H 是显示屏高度。图10-2 显示屏的A区和B区示意图西安电子科技大学出版社XIDIAN UNIVERSITY PRESS第第10章章 数字电视的显示数字电视的显示 LCD显示器像素缺陷要求:A 区内不发光点缺陷小于等于2个,A+B区内不发光点缺陷小于等于8个,在1/9屏高1/9屏宽的面积内不能出现2个绿或白不发光点;A 区内没有白发光点或绿发光点,红、蓝或其它色发光点小于等于1个,A+B区内不熄灭点小于等于2个,在1/9屏高1/9屏宽的面积内不能出现2个绿或白发光点。计算机用显示器与数字电视用显示器的要求是有差异的,计算机用显示器对图像清晰度和像素缺陷的要求降低。西安电子科技大学出
19、版社XIDIAN UNIVERSITY PRESS第第10章章 数字电视的显示数字电视的显示 10.2 平板显示常用接口平板显示常用接口10.2.1 模拟信号模拟信号接口接口 1.A/V 接口接口 A/V 接口常称A/V 端子。它是由3个独立的RCA 插头(RCA jack,又叫莲花插头)组成的。RCA 连接器如图10-3所示。RCA 连接器的V 接口连接复合视频信号CVBS(Composite Video Burst Sync),为黄色插口;L接口连接左声道声音信号,为白色插口;R接口连接右声道声音信号,为红色插口。西安电子科技大学出版社XIDIAN UNIVERSITY PRESS第第10
20、章章 数字电视的显示数字电视的显示 图10-3 RCA连接器西安电子科技大学出版社XIDIAN UNIVERSITY PRESS第第10章章 数字电视的显示数字电视的显示 2.S端信号接口端信号接口 S端信号接口常称为亮色分离接口、超级视频端子(Super Video)、S Video 或S-VHS。S端子使用专用的五芯连接线、结构独特的四针插头MINI DIN(1,Y 回线;2,C 回线;3,Y;4,C),如图10-4所示。由于S端子传输的视频信号保真度比V 端子的更高,用S端子连接到的视频设备,其水平清晰度最高可达400480线。西安电子科技大学出版社XIDIAN UNIVERSITY P
21、RESS第第10章章 数字电视的显示数字电视的显示 图10-4 MINI DIN西安电子科技大学出版社XIDIAN UNIVERSITY PRESS第第10章章 数字电视的显示数字电视的显示 3.分量信号接口分量信号接口 分量信号接口常称为Y、PB、PR 分量色差端子。分量色差端子使用三条电缆,亮度信号Y、色差信号R Y和B Y采用RCA 连接器(Y,绿色;PR,红色;PB,蓝色)。通过分量色差端子还原的图像水平清晰度比S端子更高。西安电子科技大学出版社XIDIAN UNIVERSITY PRESS 4.基色基色信号接口信号接口 基色信号接口常称为R、G、B三基色端子。R、G、B三基色端子比分
22、量色差端子效果更好。在视频播放机中将图像信号转化为独立的R、G、B三种基色,直接通过R、G、B端子输入电视机或显示器中作为显像管的激励信号。由于省去了许多转换、处理电路直接连接,可以得到比分量色差端子更高的保真度。接口采用RCA 连接器(R,红色;G,绿色;B,蓝色)。西安电子科技大学出版社XIDIAN UNIVERSITY PRESS第第10章章 数字电视的显示数字电视的显示 5.VGA 接口接口 VGA 接口常称为VGA 端子或SVGA 端子。VGA 是计算机系统中显示器的一种常用显示类型,其分辨力为640 480,SVGA 端子的分辨力可以达到1024768。二者都使用标准的15针专用插
23、口D Sub 15(1,R;2,G;3,B;5,DDC地;6,R地;7,G地;8,B地;10,逻辑地;12,SDA;13,行同步;14,场同步;15,SCL),如图10 5所示,只是传输的信号规格不一样。具有VGA 输入端子的平板显示器,可用作计算机的显示器。西安电子科技大学出版社XIDIAN UNIVERSITY PRESS第第10章章 数字电视的显示数字电视的显示 图10-5 D-Sub-15西安电子科技大学出版社XIDIAN UNIVERSITY PRESS第第10章章 数字电视的显示数字电视的显示 10.2.2 低低摆幅差分信号摆幅差分信号LVDS接口接口 LVDS(Low Volta
24、ge Differential Signaling,低电压差分信号)是一种低摆幅差分信号技术,驱动器有一个差分对管驱动的输出为3.5mA 的电流源。接收端直流输入阻抗很高,驱动电流通过100接电阻在接收器输入端产生约350mV 的电压。当驱动部分切换时,通过电阻的电流方向改变,从而改变逻辑状态。图10-6是LVDS驱动和接收器示意图。西安电子科技大学出版社XIDIAN UNIVERSITY PRESS第第10章章 数字电视的显示数字电视的显示 图10-6 LVDS驱动和接收器示意图西安电子科技大学出版社XIDIAN UNIVERSITY PRESS第第10章章 数字电视的显示数字电视的显示 线
25、驱动器的电源电压为3.3V,最大输出阻抗为100,输出共模电压为1.1251.375V,输出差分信号幅度为250 450 mV。当驱动器具有100 负载且在20%80%峰值间测量时,上升和下降时间小于T/7,上升与下降时间差不超过T/20,T 为时钟周期。线接收器输入阻抗为90132,最大输入信号的峰峰电压为2.0V,最小输入信号的峰峰电压为100mV。差分传输有共模抑制功能,电流驱动不易产生振铃现象和切换尖峰信号,进一步降低了噪声,能用低的信号电压摆幅,可以提高数据传输率和降低功耗。LVDS允许数据以每秒数百兆位的速率传输,DVB的SPI(Synchronous Parallel Inter
26、face,同步并行接口)也采用LVDS。西安电子科技大学出版社XIDIAN UNIVERSITY PRESS第第10章章 数字电视的显示数字电视的显示 美国国家半导体公司(National Semiconductor,NS)推出的Open LDI(LVDS Display Interface,LVDS显示接口)标准在笔记本电脑中得到了广泛的应用。绝大多数笔记本电脑的LCD显示屏与主机板之间的连接接口都采用了Open LDI标准。Open LDI标准具有高效率、低功耗、高速、低成本、低噪波干扰、可支持较高分辨力等优点。LCD组件接口也采用Open LDI标准。西安电子科技大学出版社XIDIAN
27、UNIVERSITY PRESS第第10章章 数字电视的显示数字电视的显示 LCD组件接口第1通道有四对数据A0、A1、A2、A3 和一对时钟CLK1,第2通道有四对数据A4、A5、A6、A7 和一对时钟CLK2。图10 7是LDI LVDS信号与显示数据的映射关系,第1通道传送的RGB数据的第1个下标为1,为奇像素数据;第2通道传送的RGB数据的第1个下标为2,为偶像素数据。HS 为水平同步,VS 为垂直同步,DE为数据允许,RES(Reserved)为保留。西安电子科技大学出版社XIDIAN UNIVERSITY PRESS第第10章章 数字电视的显示数字电视的显示 图10-7 LDI L
28、VDS信号与显示数据的映射关系西安电子科技大学出版社XIDIAN UNIVERSITY PRESS第第10章章 数字电视的显示数字电视的显示 10.2.3 数字显示数字显示接口接口(DVI)和和HDCP 1.DVI DVI是由Silicon Image、Intel、Compaq、IBM、HP、NEC、Fujitsu等公司共同组成的DDWG(Digital Display Working Group,数字显示工作组)推出的标准,采用TMDS(Transition Minimized Differential Signaling,瞬变最少化差分信号)作为基本电气连接,这里瞬变是指信号从“0”变成“
29、1”或从“1”变成“0”。瞬变最少使得电磁干扰最少。西安电子科技大学出版社XIDIAN UNIVERSITY PRESS第第10章章 数字电视的显示数字电视的显示 DVI常用在信源管理主机与显示器之间传送显示信息,是显示器的主要输入接口。DVI中显示信息通过3个数据信道(DATA0DATA2)输出,同时还有一个信道用来传送同步时钟信号。每一个信道中数据以差分信号方式传输,电源电压UDD=3.3V,输出差分电压为1501560mV,输出共模电压为UDD-0.3VUDD-0.037V,输出电压的上升和下降时间为1.9ns。由于数据接收中识别的都是差分信号,传输电缆长度对信号影响较小,可以实现较远距
30、离的数据传输。在DVI标准中对接口的物理方式、电气指标、时钟方式、编码方式、传输方式、数据格式等进行了严格的定义和规范。西安电子科技大学出版社XIDIAN UNIVERSITY PRESS第第10章章 数字电视的显示数字电视的显示 DVI标准采用D 型24针连接器,引脚定义如下:1,TMDS DATA2-;2,TMDS DATA2+;3、11、15、19、22,地;4、5、8、12、13、16、20、21,未定义;6,DDC CLOCK;7,DDC DATA;9,TMDS DATA1-;10,TMDS DATA1+;14,+5VDC;17,TMDS DATA0-;18,TMDS DATA0+;
31、23,TMDS CLOCK-;24,TMDS CLOCK+。其中DDC(Display Data Channel,显示数据通道)是VESA(Video Electronics Standards Association,视频电子标准协会)定义的显示器与图形主机通信的通道,主机可以利用DDC通道从液晶显示器只读存储器中获取显示器分辨力参数,根据参数调整其输出信号。DDC通道所使用的通信协议遵循VESA 制定的EDID(Extended Display Identification Data,扩展显示识别数西安电子科技大学出版社XIDIAN UNIVERSITY PRESS第第10章章 数字电视的
32、显示数字电视的显示 据)规范,DDC通道是低速双向通信I2C总线,这个I2C总线接口称为I2C从接口;还有一个I2C主接口,是芯片与存储密码的EEPROM 之间的通信接口。表10-1是TMDS通道传送的像素数据映射表,在DE=1的有效显示时间内3个通道传送像素数据;在DE=0的消隐期间3个通道传送HS、VS 和自定义信号CTL(03)。西安电子科技大学出版社XIDIAN UNIVERSITY PRESS第第10章章 数字电视的显示数字电视的显示 表10-1 TMDS通道传送的像素数据映射表西安电子科技大学出版社XIDIAN UNIVERSITY PRESS第第10章章 数字电视的显示数字电视的
33、显示 当像素显示数据超过38位或最高像素频率超过单通道DVI传输能力(165MHz)时可采用双通道DVI。双通道DVI增加3个数据信道(DATA3DATA5),仍采用D 型24针连接器,引脚定义如下:1,TMDS DATA2-;2,TMDS DATA2+;3,信道2/4屏蔽;4,TMDS DATA4-;5,TMDS DATA4+;6,DDC CLOCK;7,DDC DATA;8,模拟VS;9,TMDS DATA1-;10,TMDS DATA1+;11,信道1/3屏蔽;12,TMDS DATA3-;13,TMDS DATA3+;14,+5V DC;15,地;16,热插拔检测;17,TMDS DA
34、TA0-;18,TMDS DATA0+;19,信道0/5屏蔽;20,TMDS DATA5-;21,TMDS DATA5+;22,CLOCK屏蔽;23,TMDS CLOCK-;24,TMDS CLOCK+。西安电子科技大学出版社XIDIAN UNIVERSITY PRESS第第10章章 数字电视的显示数字电视的显示 DVI规范不仅允许传送同步信号和数字视频信号,还可传送模拟RGB信号,在某些情况下可以省去需要准备的另一条连接线。这时,DVI连接器除了平时的24针连接之外,还要增加一个接地端C5,其四周还有C1C4针脚,如图10 8所示。配有C1C5针脚(C1,R;C2,G;C3,B;C4,HS;
35、C5,地)的DVI称为DVI-I,没有这些连接的则称为DVI-D。图10-8 DVI-I连接器示意图西安电子科技大学出版社XIDIAN UNIVERSITY PRESS第第10章章 数字电视的显示数字电视的显示 DVI具有分辨力自动识别和缩放功能。由于平板电视机大多采用数字寻址,数字输入信号激励,逐行、逐点显示方式,不同分辨力的图像信号都需要先将其变换到与平板电视机物理分辨力相同的状态,才能正常显示。例如,一台物理分辨力为1366768的液晶电视机显示格式,当输入图像格式为19201080时,必须先将其变换为1366768的信号格式再进行显示;如果输入信号格式为852480,则需要先将其信号格
36、式变换到1366768显示格式,才能进行显示。DVI规范能对图像信号的分辨力进行识别和准确的缩放,以满足平板显示器的显示格式。只要该平板电视机兼容DVI规范,就可以不用担心信号分辨力与显示器分辨力之间的差西安电子科技大学出版社XIDIAN UNIVERSITY PRESS第第10章章 数字电视的显示数字电视的显示 别。DVI能以缩放方法来进行输入信号的缩放处理,使最终显示的图像能恰到好处地布满整个屏幕,并具有本显示屏最佳清晰度。DVI的主要缺点有:体积大,不适用于便携式设备;只能传输数字R、G、B基色信号,不支持分量信号Y、PR、PB 传输;不能传输数字音频信号。西安电子科技大学出版社XIDI
37、AN UNIVERSITY PRESS第第10章章 数字电视的显示数字电视的显示 2.HDCP DVI支持HDCP(High-bandwidth Digital Content Protection,宽带数字内容保护)。HDCP对DVI传送的内容进行加密,防止DVI传送的内容被复制或非法使用。数据的加密在DVI发送的输入端进行,数据的解密在DVI接收的输出端进行,如图10-9所示。所以DVI链路的带宽不受HDCP影响。西安电子科技大学出版社XIDIAN UNIVERSITY PRESS第第10章章 数字电视的显示数字电视的显示 图10-9 HDCP与DVI链路西安电子科技大学出版社XIDIAN
38、 UNIVERSITY PRESS第第10章章 数字电视的显示数字电视的显示 HDCP能保护知识产权,得到好莱坞演播室、卫星电视节目供应商、有线电视节目供应商的广泛支持。HDCP的基本原理是首先给接收设备授权,并提供一个密钥,用来打开传送来的保密盒,盒内装有需要保护的数字信号内容。如果接收设备没有被授权,就无法打开装有需要保护的数字信号内容。这样一来,不支持HDCP协议的显示器无法正常播放有版权保护的高清晰度电视节目,有版权保护的高清晰度电视节目只能在被授权的、支持HDCP协议的设备上正常播放。未被授权的、不支持HDCP协议的设备上,只能看到黑屏显示或低画质显示,清晰度只有正常显示的1/4,失
39、去了高清晰度电视节目的价值。西安电子科技大学出版社XIDIAN UNIVERSITY PRESS第第10章章 数字电视的显示数字电视的显示 在计算机平台上受到HDCP技术保护的数据内容输出时,先由操作系统中的COPP驱动(认证输出保护协议)首先验证显卡,只有合法的显卡才能实现内容输出,随后要认证显示设备的密钥,只有符合HDCP要求的设备才可以最终显示显卡传送来的内容。HDCP传输过程中,发送端和接收端都存储一个可用密钥集,这些密钥都是秘密存储的,发送端和接收端都根据密钥进行加密解密运算,这样的运算中还要加入一个特别值KSV(Key Selection Vector,密钥选择矢量)。同时HDCP
40、的每个设备会有一个唯一的KSV 序列号,发送端和接收端的密码处理单元会核对对方的KSV 值,以确保连接是合法的。西安电子科技大学出版社XIDIAN UNIVERSITY PRESS第第10章章 数字电视的显示数字电视的显示 HDCP的加密过程会对每个像素进行处理,使得画面变得毫无规律、无法识别,只有确认同步后的发送端和接收端才可能进行逆向处理,完成数据的还原。在解密过程中,HDCP系统会每2s进行一次连接确认,同时每128帧画面进行一次发送端和接收端同步识别,确保连接的同步。为了应对密钥泄漏的情况,HDCP特别建立了“撤销密钥”机制。每个设备的密钥集KSV 值都是唯一的,HDCP系统会在收到K
41、SV 值后在撤销列表中进行比较和查找,出现在撤销列表中的KSV 将被认作非法,导致认证过程的失败。这里的撤销密钥列表将包含在HDCP对应的多媒体数据中,并将自动更新。西安电子科技大学出版社XIDIAN UNIVERSITY PRESS第第10章章 数字电视的显示数字电视的显示 可见,要想在计算机和数字电视接收机上播放有版权保护的高清节目,不论是高清晰度电视(HDTV)节目、蓝光DVD,还是HDDVD 碟片,都要求显示器和显卡支持HDCP协议。由于高清晰度电视节目会逐渐普及,为防止盗版,保护节目制作者的合法利益,HDCP的大量应用已成定局,因此支持HDCP 协议的显示设备也会越来越多。当然,HD
42、CP不是开放标准,必须交纳版权费及专利费才可使用,即嵌入HDCP并通过认证都是要花成本的。西安电子科技大学出版社XIDIAN UNIVERSITY PRESS第第10章章 数字电视的显示数字电视的显示 要支持HDCP协议,必须使用DVI、HDMI等数字视频接口,传统的VGA、RGB等模拟信号接口无法支持HDCP协议。当使用VGA、RGB等模拟信号接口时,画面就会下降为低画质,或者提示无法播放,从而也会失去高清晰度电视节目的意义。通常在HDMI内都嵌入了HDCP协议,即有HDMI的显示器都支持HDCP协议。但并不是带DVI的显示器都支持HDCP协议,必须经过相应的硬件芯片,通过认证的带DVI的显
43、示器才支持HDCP协议。西安电子科技大学出版社XIDIAN UNIVERSITY PRESS第第10章章 数字电视的显示数字电视的显示 当我们用DVI连接主机和平板显示器时,通常传送24位RGB数据,用DVI连接高分辨力的消费类产品时,常常要传送数字分量数据YUV,这种DVI通常称为DVI-HDTV,DVI-HDTV 也支持HDCP。西安电子科技大学出版社XIDIAN UNIVERSITY PRESS第第10章章 数字电视的显示数字电视的显示 10.2.4 高高清晰度多媒体接口清晰度多媒体接口(HDMI)HDMI是在DVI基础上发展起来的用于消费类产品的新的数字显示接口,得到Silicon I
44、mage、日立、英特尔、松下、飞利浦、索尼、汤姆逊、东芝等厂商支持,也得到20世纪福克斯、华纳兄弟等影片公司的支持。DVI只传送图像信息(视频信号与同步信号),HDMI增加了传送多声道压缩或未压缩的数字音频信号的能力,增加了传送基本的控制数据。HDMI可以传输杜比数码等经过压缩的多声道数字音频信号,也可以传输未经压缩的数字音频信号。HDMI支持8个未经压缩的数字音频声道,量化精度可达24位,采样频率高达192kHz。西安电子科技大学出版社XIDIAN UNIVERSITY PRESS第第10章章 数字电视的显示数字电视的显示 这些性能指标在进行高清晰度视频节目传送时也能达到。HDMI是利用视频
45、信号的消隐期间进行音频数据传输的,因此不会占用可用视频传输带宽。HDMI可支持的计算机显示格式有SXGA1280 1024/85Hz和UXGA16001200/60Hz。HDMI可支持的数字电视显示格式有480i、480p、576i、576p 和720p、1080i、1080p。HDMI可支持的数字音频格式有CD:16位32kHz、44.1kHz、48kHz和DVD:8声道数字音频。对于控制数据的传输,HDMI利用一条双向数据总线,将处在一条通路上的所有符合HDMI规范的设备连接起来,遵循消费电子产品控制协议(Consumer Electronics Control,CEC)。西安电子科技大学
46、出版社XIDIAN UNIVERSITY PRESS第第10章章 数字电视的显示数字电视的显示 作为一个消费类产品接口,HDMI采用比DVI更小的连接器,图10-10是HDMI连接器的外形与尺寸。HDMI连接器的引脚定义如下:1,TMDSDATA2+;2,TMDSDATA2屏蔽层;3,TMDS DATA2-;4,TMDS DATA1+;5,TMDS DATA1屏蔽层;6,TMDSDATA1-;7,TMDS DATA0+;8,TMDS DATA0 屏蔽层;9,TMDS DATA0-;10,TMDS时钟+;11,TMDS 时钟屏蔽层;12,TMDS 时钟-;13,CEC;14,保留;15,SCL;
47、16,SDA;17,DDC/CEC地;18,+5V 电源;19,HotPlug Detect。除了支持DVI HDTV 外,HDMI还支持高分辨力数字分量格式,支持HDCP。DVI推荐的最大传送距离为8m,HDMI因为改进了芯片和连接器,最大传送距离超过15m。西安电子科技大学出版社XIDIAN UNIVERSITY PRESS第第10章章 数字电视的显示数字电视的显示 图10-10 HDMI连接器(a)外形;(b)尺寸西安电子科技大学出版社XIDIAN UNIVERSITY PRESS第第10章章 数字电视的显示数字电视的显示 HDMI与DVI后向兼容,HDMI产品与DVI产品能够用简单的无
48、源适配器连接在一起,当然也会失去HDMI产品传送多声道音频和控制数据的新功能。Silicon Image公司有专用的HDMI发送芯片Sil9030 和HDMI接收芯片Sil9031、Sil9021。飞利浦公司有HDMI接收芯片TDA9975A。HDMI1.3版将其单连接带宽提高到340MHz(10.2Gb/s),支持30位、36位、48位的R、G、B基色信号和Y、PR、PB 色差信号的量化精度,用于数字电视中心节目的交换;新增了对“xvYCC”彩色标准的支持;加入了自动音、视频同步功能。西安电子科技大学出版社XIDIAN UNIVERSITY PRESS第第10章章 数字电视的显示数字电视的显
49、示 HDMI1.4版数据线将增加一条数据通道,支持高速双向通信,允许两个HDMI设备之间共享数据;音频回传通道(Audio Return Channel)能让高清电视通过HDMI线把音频直接传送到A/V 功放机上;3D支持双通道1080p分辨力的视频流;支持MicroHDMI微型接口,外形足足小了一半,但其功能特性与标准大小的HDMI无异。西安电子科技大学出版社XIDIAN UNIVERSITY PRESS第第10章章 数字电视的显示数字电视的显示 2010年3月发行的HDMI1.4a版本又规定了多种3D视频格式,不降低分辨力的格式有帧包装(Frame Packing)、场交替(Field A
50、lternative)、行交替(Line Alternative)、全分辨力的左右格式(Side by Side Full)等,进行下转换(下取样)的半分辨力的格式有半分辨力的左右格式(Side by Side Half)、上下(Topand Bottom)格式等。其下取样方式也增加了梅花形下取样(Quincunx Sub-sampling)的取样方法。HDMI1.4a支持左视加深度(L+depth)、左视加深度加图形加图形深度(L+depth+Graphics+Graphics-depth)的数据形式。西安电子科技大学出版社XIDIAN UNIVERSITY PRESS第第10章章 数字电视
