利用DVI实现双屏幕超宽图像显示

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摘要：介绍一种利用DVI接口驱动两个显示器的方法，不仅可以实现智能图像仪表的超宽显示，还可以实现两路同步视频的监控显示，具有较高的工程应用价值。

    关键词：数字显示接口（DVI） 最小化传输差分信号（TMDS） 两路同步视频 双屏幕超宽显示

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。
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    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。
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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。
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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。

4.2 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。
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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。