电视和PC显示电缆接口、RGBHV，HDMI™和VGA的功能

电视和PC显示器都朝着带有数字有线电视接口的平板屏幕发展。平板电视可以使用高清多媒体接口 （HDMI） 电缆连接到 PC 或高清电视 （HDTV） 机顶盒。PC 可以通过 VGA 或数字视频接口 （DVI） 电缆连接到外部监视器。DVI可以被认为是VGA接口的数字等效物。请注意，HDMI的视频部分与DVI相同。

这是本文的第 1 部分。本应用笔记探讨了当前的电视和PC显示电缆接口，并介绍了RGBHV、HDMI和VGA的特性。请参考本文第2部分，应用笔记4313：“视频显示信号和MAX9406 DP-HDMI/DVI电平转换器——第二部分”，了解DVI的详细背景信息以及如何将MAX9406用作合适的数字显示电缆驱动器。

格布赫夫

RGBHV 格式是用于高清显示器的高级模拟视频显示接口。RGBHV 视频信号通过五对独立的电缆传输，即 R、G、B、H 和 V。这些电缆中的每一根都由 BNC 或 RCA 插孔端接。电缆 R、G 和 B 分别承载红色、绿色和蓝色信号;电缆 H 承载水平同步脉冲和 V 垂直同步脉冲。

这些RGBHV电缆的一端也可以通过VGA插头端接。R 编码为红色，G 编码为绿色，B 编码为蓝色，H 编码为灰色，V 编码为黑色。所有端接阻抗均为75Ω。

RGBHV是最新的模拟视频信号格式，可以承载HDTV节目，图像质量几乎没有下降。图2显示了RGBHV与其他模拟视频信号格式之间的关系。

图2.不同模拟视频信号格式之间的关系。

图 2 中的箭头显示了该技术的发展方向。实际上，所有不同类型的模拟视频信号都是使用基本的红色、绿色、蓝色、水平和垂直同步组件创建的。Y/C 分离器功能块是将亮度和色度与复合信号完全分离的概念。虽然组合很简单，但在现实中很难实现完全分离。载波可以从色绣中恢复，色度的I和Q分量可以通过解调过程恢复。然而，在一些重组之前，I和Q并不等同于Pr和Pb。此外，复合信号的同步脉冲不仅仅是水平和垂直分量的相加。相反，在垂直同步脉冲之前和之后添加均衡前和后均衡脉冲，以实现锁相环（PLL）的连续操作，以实现水平同步恢复。

随着HDTV的引入，视频信息在RF（射频）载波解调后在数字域中处理。但是，平板显示器是数字原生代。使用数字视频信号电缆可以避免HDTV侧的数模转换（DAC）和平面屏幕显示侧的模数转换（ADC）的额外步骤，同时消除转换过程可能带来的性能下降。

高清

HDMI由四个低压差分信号（LVDS）对组成。红色、绿色和蓝色信号分别由通道 2 到 0（LVDS 对）传输。专用时钟（与通道 0 至 2 上的数据位同步）LVDS 对用于在 HDTV 和平面屏幕之间提供可靠的传输。每个颜色像素的幅度通过ADC功能数字化为8位分辨率。颜色信息通过所谓的最小化转换差分信号（TMDS®）编码器扩展到10位分辨率，以实现带宽最小化和直流平衡。编码的颜色位被序列化并发送到LVDS驱动器电路。参见图 3。

图3.RGBHV 到 HDMI 的转换。

每个LVDS通道的数据速率可能很高。对于 1920 × 1080 的 HDTV 屏幕分辨率和 60Hz 的刷新率，像素率为 124.416MHz。各自的像素速率为130MHz或143MHz，同步和消隐开销为5%或15%。每个LVDS通道的数据速率为每像素10位，其数据速率范围为1.3Gbps和1.43Gbps，具体取决于所需开销的数量。对于平板显示器，不需要消隐以使电子束回摆。因此，只要可以正确恢复同步时序，开销通常很小。

模拟视频信号的时序完全遵循数字视频信号格式。在HDMI格式中，像素从左到右发送，每行之间都有水平同步代码;行从上到下发送，每个屏幕之间都有垂直同步代码。在对应于每条线路之间和每个屏幕之间的模拟视频信号消隐期间，水平和垂直同步脉冲在通道0中编码。四个 10 位码字（1101010100、0010101011、0101010100 和 1010101011 分别表示 （H = 0， V = 0）、（H = 1， V = 0）、（H = 0， V = 1） 和 （H = 1， V = 1）。使用这些代码，水平和垂直同步脉冲可以在时域中以像素时钟的精度表示。

由于只有同步脉冲的起点是最重要的，因此没有必要按照模拟格式的定义，在整个持续时间内对这些脉冲进行编码。在HDMI格式中，在定义同步脉冲开始之后，消隐时间的一部分专用于发送音频信号。模拟格式消隐周期对应的周期分为同步的控制周期和发送音频信息位的数据孤岛周期。

图4显示了水平空白周期内同步和音频数据包位的时序，由模拟视频格式定义。水平同步位紧跟在视频信息位之后的通道0上传输。此仅同步信息周期可以在 138 像素的典型消隐周期中持续 62 个像素时钟周期。之后，64像素专用于传输音频数据包。然后，音频数据包的标头以及同步信息在通道 0 上传输，音频数据包位在通道 1 和 2 上传输。在每个通道的数据孤岛期间，每组四个信息位使用TMDS减错编码（TERC4）编码为10位。在同一时间段内，两个音频标头位和两个水平同步位组合为通道 0 的 TERC4 编码器的输入。消隐期以少量水平同步像素 （12） 结束。

图4.HDMI 视频数据、控制和数据孤岛周期。

对于 HDTV 信号的屏幕刷新率为 60Hz、每屏幕 1080 行、每行 64 像素和每像素 8 位，则可以使用以下公式计算最大音频信息比特率：

R音频= 60 × 1080 × 64 × 8 = 33.1776Mbps

该数据速率足以承载任何多通道高质量音频信号。

每个像素的信息也可以用HDMI中每种颜色超过8位来表示。对于这些颜色分辨率较高的格式，每像素颜色的位数分布到多个 8 位 8B10B 编码单元中。例如，为了每种颜色有 10 位，将 4 个像素的数据位分散到五个 8B10B 编码单元，从而使时钟速率提高 20%。同样，每种颜色 12 位会将两个像素分散到三个 8B10B 编码单元，时钟速率提高 50%。平板显示器中更高颜色分辨率的能力由其扩展显示器识别数据 （EDID） 的内容指示。

图 5 和表 1 显示了 HDMI A 型插头的引脚分配。SCL和SDA用于获取使用I²C协议的HDTV机的平板显示信息。平板显示信息（EDID）全部存储在典型值为128字节的EEPROM中，I²C器件地址为0×A0。热插拔检测引脚对于 HDTV 设备检测平面显示器的存在非常有用。打开的平板显示器将热插拔引脚设置为2.4V至5.3V之间。CEC 表示消费电子控制，用于将用户控制传递给所有互连的电子设备。

图5.HDMI A 型插头引脚数。

表 1.HDMI A 型插头引脚分配

 

引脚编号	分配
1	数据2+
2	数据2屏蔽
3	数据2-
4	数据1+
5	数据1屏蔽
6	数据1-
7	数据0+
8	数据0屏蔽
9	数据0-
10	时钟+
11	时钟屏蔽
12	时钟-
13	中电
14	未连接
15	标准及校正实验所
16	自主权评估
17	地
18	(55
19	热插拔检测

 

HDMI信号与DVI的信号直接兼容。

显示了一根HDMI-DVI转换电缆。具有DVI输出的PC可以使用这种转换电缆连接到具有HDMI输入的平面显示器。

VGA

图7显示了VGA插件卡的功能框图。为了避免 CPU 因像素写入任务（例如移动图形）而负担，使用了专用的图形处理单元 （GPU）。CPU 可以只发送部分或全屏特定显示器的属性，GPU 将使用适当的像素内容填充视频 RAM。显示时序生成功能可以是 GPU 的一部分。为了自动检测监视器的功能，每个VGA插头上都有一个名为显示数据通道（DDC）的I²C通道。监视器的EDID信息（128字节，地址为0×A0）通常存储在EEPROM中。

图7.VGA 插件卡的功能。

VGA 电缆端接 15 针插头。图8和表2显示了VGA信号的引脚分配。红色、绿色、蓝色、水平和垂直同步引脚上的信号电平为 0.7VP-P.这些视频信号引脚的终端阻抗为75Ω。相同的 15 针 VGA 插头已用于其增强版本，例如具有更高屏幕像素分辨率的 SVGA（800 × 600）、XGA （1024 × 768）、SXGA （1280 × 1024）、UXGA（1600 × 1200）、WXGA（1366 × 768）、WSXGA（1680 × 1050）和 WUXGA （1920 × 1200） 信号格式。

图8.VGA 插头引脚排列。

表 2.VGA 插头引脚分配

 

引脚编号	分配
1	红
2	绿
3	蓝
4
5	地
6	地面（红色）
7	地面（绿色）
8	地面（蓝色）
9	(5
10	接地（屏蔽）
11
12	自主权评估
13	H
14	V
15	标准及校正实验所

 

总结

回顾过去，我们看到电视显示信号从复合，S视频，分量，RGBHV演变，最终到HDMI，HDMI是高清RGBHV信号的数字版本。电视显示信号已经从模拟发展到数字，每一步后都有更好的分辨率。仍然流行的PC VGA监视器显示信号是模拟格式。VGA是从早期的CGA（彩色图形适配器）和EGA（增强型图形适配器）格式演变而来的，这两种格式实际上都是数字格式，但没有带宽高效的位编码方案。如果不使用DAC，VGA的分辨率将需要电缆插头上的引脚过多。VGA的数字版本（将在本文第二部分中介绍）是DVI，它用带宽高效的位编码器取代DAC。

审核编辑：郭婷