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利用DVI实现双屏幕超宽图像显示

我爱方案网| DVI,双屏幕,超宽,图像,显示| 2010-11-25
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在飞机座舱显示系统中,需要超宽式屏幕的大图像显示,这样可以灵活地实现图像的融合与分配,并且可以自由地实现分窗、镶嵌的功能;可以将全部仪表板融合到显示屏幕上,同时自然地进行人机交互,实现住处最大化。DVI图像接口是Intel等公司联合推出的数字式显示器接口,如果能实现无缝地驱动双屏幕显示器的话,就可以很自然地实现超宽屏幕显示。一般的飞机座舱可以方便地实现大图像"整体"概念,具有很好的应用价值。
目前市场上普遍缺少高分辨率的超宽式显示器。对于液晶显示器来说,一般只有24英寸的16:10的宽屏幕显示器,其显示分辨率最高为1920×1200,对于多窗口分窗显示就显得力不从心;而对于长度比16:9的宽屏幕等离子显示器来说,其尺寸一般都比较大(42英寸以上),观看距离要求较远,一般为3倍显示器高度,空间分辨率(注:空间分辨率指每英寸象素数量,象素解板力指通常的分辨率,比如640×480等)不是很高,不适合作为仪表的近距离显示,因此不具有装机潜力。并且以上两种宽屏幕显示的价格都不菲,不具备通用化设计特点和成本控制可支付的新军用设计目标。

若能以双屏幕改装代替,其价格为原来的1/5,而且就双连接实现来说,可以达到2048×768的分辨率,可以实现8:3的超宽图像。就大小而言,用两个最流行的15英寸显示器就可以实现24英寸的显示器。而且还可以把两个显示器升级成两个分辨率为1024×768的背投显示器,实现无缝连接显示。
在双屏幕显示时,由于两种视频在时间上相关,必须严格保持时间上的同步(精确到帧)。采用本文介绍的连接方案,可以在传输通道中实现完全同步,且不会因为传输造成损失。为未来的视频重放设备升级成数字视频做准备工作,因此决定做这方面的研究。

1 DVI接口
DVI标准是由Silicon Image、Intel、Compaq、IBM、HP、NEC、Fujitsu等公司共同组成的数字显示工作组DDWG于1994年正式推出。它的基础是Silicon Image公司的Panallink接口技术,是一种与显示工艺无关的高速显示数字接口,采用最小化传输差分信号TMDS作为基本电气连接。
DVI标准一经推出就立即得到了响应,各图形芯片厂商纷纷推出了支持DVI标准的芯片组,ViewSonic、Samsung公司也相继推出了采用DVI标准接口的CRT显示器和LCD显示器。在新近上市的一些LCD和DLP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、数据格式等都做了严格的定义和规范。
其主要特点包括:从产生到显示的无损失数字连接;与显示工艺无关;通过EDID和DDC2B热插检测的即插即用;兼容数字、模拟接口等。

2 DVI图像传输协议
DVI接口传送的数据信号包括了一些象素信息、同步信息以及控制信息。信息分3个通道输出,同时还有一个通道用来传送使发送和发送端同步的时钟信号。每个通道中数据以差分信号方式传输,因此每一个通道需要2根传输线。具体连接方式如图1所示。
数据信号和控制信号通过DE信号来控制。DE为高时,传输象素数据,为低时传输控制信号,要求DE为低至少128个时钟周期,为高最大不超过8191个时钟周期。在DE为高期间,控制信号将保持;而DE为低时,角素数据被忽略。
在TMDS每线对传输的串行信号格式为每个时钟周期传送10bit,其中有效数据荷载为8bit,剩下两位分别为编码模式位和直流均衡位。
DVI规范规定的数字图像分辨率范围如图2。对于75Hz的CRT来说,单连接最大为SXGA 1280×1024,双连接最大为QXGA 2048×1536。所以单连接选择1024×768比较合适。但是单连接对于60Hz的LCD显示来说,最大上限为UXGA1600×1200、时钟最大上限为165MHz。色彩深度限制:因为DVI的图像传输默认为24bit,要得到更丰富的色彩,必须使用另一通道来扩展。因此在双通道应用色彩深度自然限制在24bit,控制数据为6bit。

3 图像拼接
无论是对单连接或双连接,象素的显示次序都只考虑逐行显示的计算机通用显示器,按奇偶象素进行间隔发送。奇偶按每行内的相邻角素来分。对双连接为link#0发送"奇象素",link#1发送"偶象素";对单连接主要是收发芯片上采用两套象不比数据接口,即:ODD RGB、EVEN RGB。
要驱动两个显示器,必须实现两对HSYNC、VSYNC控制信号,对双连接和单连接均有这个总是。虽然DVI标准中控制信号CTL1以后的信号现在都是保留的,乍一看,似乎可以符合应用,将一对控制信号CTLn和CTLn+1复用到HSYNC、VSYNC两个控制信号上就可以了。但实际上,这样必须拆解DVI标准的口收发芯片,而且其时钟很高,很难用可编程器件来实现。
因此在复用HSYNC、VSYNC两个控制信号的复用选择级别上,如果选择在TMDS传输线对上,虽然有硬件实现逻辑简单的优点,但却既找不到现在的芯片,又无法实现热拔识别功能。经过比较选择在信号接收后做两路驱动处理。如此频率也不是很高,而且全部是数字信号,可以灵活地用EPLD实现,同时还可以实现热插拔识别总是,绕过双连接时单连接禁止功能(双连接系统虽然可以在单、双连接中灵活切换。但是如果其驱动的是单连接监视器,另外一个连接被禁止);实现双连接驱动时,单连接和双连接之间自由切换。

4 连接方案
4.1 发送和接受OEM芯片硬件
Silicon Image公司是DVI的发起人之一,有种类齐全的DVI接口芯片,其中发送芯片为SiI160CT100,接收芯片为SiI16BCT100。所有的发送和接收芯片都有两套象素端口,这样不仅可以在TMDS通道级实现双屏幕显示,同时还可以在象素级实现双屏幕显示。大致的芯片功能模块组成如图3所示。
输入信号包括象素输入信号DIE[23:0]和DIO[23:0]、时钟信号IDCK、数据选择信号DE、同步信号HSYNC、VSYNC。此外还有两个配置信号,EDGE为时钟沿选择信号,PIXS为每时钟单象素、双象素选择信号。一个电压摆率调节信号控制端,远端显示应用推荐用510Ω的电阻连到AVCC。在实际应用中,注意PIXS信号必须拉高,用于实现每个时钟周期两个象素应用。

4.2 分辨率限制
目前只有单连接的DVI收发芯片,可以实现的复用分辨率为800×660。因为单通道对于60Hz的LCD显示器来说,最大分辨率为1600×1200,就通道传输率而言可以做得更高,达到1024×768。考虑到实际应用中的简便性和通用性,牺牲一半的显示分辨率是值得的。

4.3 两种连接方式
对于实际的连接方式存在两种方案:单连接和双连接。两种方案的实现上有相近实现结构,区别在于收发芯片不同,同时造成显示分辨率也存在区别。目前双连接仅仅是协议支持,还没有货架产品可以直接应用。具体如图4、图5所示。
在"中间处理加入"处可以作为固态录像机等终端设备(输出不需要)的功能实现,也可以作其他处理。

5 热插拔识别等问题
DVI接口具有即插即用的热插拔功能。假定图像控制器最小功率为VGA,在BIOS通电自检和操作系统都通过DDC2B查询监视器,看其支持什么象素格式和接口。而DVI通过EDID数据结构识别监视器类型和兼容性。
接口的DDC2B规范要求:5V电压,系统提供55mA的拉电流,监视器关机状态承受50mA的灌电流,开机状态承受10mA的灌电流。关于热插拔的系统响应问题是在应用级,也就是说与操作系统相关,因此需要操作系统支持。就本文的硬件实现来说,因其不属于物理级和链接级考虑的范畴,可以跨越这一功能。同样可以利用EPLD实现这种即插即用和识别利用,但必须依赖系统软件来实现,同时必须实现EDID数据结构和DDC2B传输协议。
DVI使用最小跃迁差分信号TMDS进行传输,在此基础上设计者可以自己实现光纤传输应用。

6 其它应用
在飞机上要求对两路同步视频信号进行传输、存储、播放功能,原有设备采用模拟视频制式PAL制。为了达到实时监控的目的,在产生、传输、存储、播放等各个级上,都必须保持严格意义上的同步,对两路视频采用分帧整合处理、单电缆传输、单视频记录存储,在播放时采用分帧复用处理。但是由于采用模拟视频,分辨率受到限制,而且由于采用分帧处理,大大降低了画面的时间分解力,对运行图像的表现力有明显的缺陷。要实现高分辨率的视频记录、重放设备,必须采用全数字式的DVI驱动方案,并结合MPEG压缩算法实现。这样就可以采用本连接方案实现,单连接的分辨率为800×660,双连接的分辨率为1024×768。
 

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