DVIインターフェース、DVIコネクタ、DVIケーブルの種類について
DVI (Digital Visual Interface) は、デジタル ビデオ インターフェイスです。1998 年 9 月に Intel Developer Forum で制定され、Silicon Image、Intel、Compaq、IBM、HP、NEC、富士通などの企業で構成される DDWG (Digital Display Working Group) によって開始されました。
DVIは、TMDS（Transition Minimized Differential Signaling）テクノロジーに基づいてデジタル信号を送信します。TMDSは、高度なコーディングアルゴリズムを使用して、最小限の変換により、8-ビットデータ（R、G、Bの各原色信号）を10-ビットデータ（ラインフィールド同期情報、クロック情報、データDE、エラー訂正などを含む）に変換します。DCバランス調整後、差動信号を使用してデータを送信します。LVDSやTTLと比較して、電磁両立性性能が優れており、低コストの専用ケーブルを使用して長距離の高品質のデジタル信号伝送を実現できます。デジタルビデオインターフェイス（DVI）は、PC、DVD、高精細テレビ（HDTV）、高精細プロジェクターなどのデバイスで広く使用されている国際的なオープンインターフェイス標準です。
DVIインターフェースのサイズ
DVIインターフェースには3種類5仕様があり、DVIコネクタサイズは39.5mm×15.13mmです。
DVI コネクタには、DVI アナログ (DVI-A) インターフェイス、DVI デジタル (DVI-D) インターフェイス、および DVI 統合 (DVI-I) インターフェイスの 3 つの主要なタイプがあります。
5 つの仕様には、DVI-A (12+5)、シングルリンク DVI-D (18+1)、デュアルリンク DVI-D (24+1)、シングルリンク DVI-I (18+5)、デュアルリンク DVI-I (24+5) が含まれます。
DVI-アナログ（DVI-A）インターフェース（12+5）はアナログ信号のみを送信し、本質的にはVGAアナログ伝送インターフェース仕様です。アナログ信号D-SubコネクタをグラフィックカードのDVI-Iソケットに接続する場合は、変換コネクタを使用する必要があります。変換コネクタは、DVI-Aインターフェースであるグラフィックカードのプラグに接続されます。このプラグは、初期の大画面プロフェッショナルCRTにも見られます。
DVI-Digital (DVI-D) インターフェイス (18+1 および 24+1) は、デジタル信号のみを送信でき、アナログ信号とは互換性のない純粋なデジタル インターフェイスです。したがって、DVI-D ソケットには 18 または 24 のデジタル ピン + 1 フラット ジャックがあります。
DVI統合（DVI-I）インターフェース（18+5と24+5）は、デジタル信号とアナログ信号インターフェースと互換性があるため、DVI-Iソケットには18または24のデジタルピンと+ 5のアナログピンがあります。 DVI-Dと比較して4本多いのは、従来のVGAアナログ信号と互換性を持たせるためです。 この構造に基づいて、DVI-IソケットにはDVI-IプラグとDVI-Dプラグを差し込むことができますが、DVI-DソケットにはDVI-Dプラグしか差し込むことができません。 DVI-Iがアナログインターフェースと互換性があるということは、アナログ信号インターフェースのD-SubプラグをDVI-Iソケットに直接接続できるということではありません。 変換コネクタを介して接続する必要があります。 通常、このインターフェースを使用するグラフィックカードには、関連する変換コネクタが付属しています。 互換性の問題を考慮すると、現在のグラフィックカードでは一般的にDVI-Iインターフェースが使用され、変換コネクタを介して通常のVGAインターフェースに接続できます。 2つのDVIインターフェースを備えたモニターでは、一般的にDVI-Dインターフェースが使用されます。 DVI インターフェイス 1 つと VGA インターフェイス 1 つを備えたモニターの場合、DVI インターフェイスは通常、アナログ信号を使用する DVI-I インターフェイスを使用します。
DVI インターフェースは、デジタル信号を送信するときに、シングルリンクとデュアルリンクの 2 つのモードに分かれています。シングルリンク DVI インターフェースの伝送速度は、デュアル接続の半分の 165MHz/s です。最大解像度とリフレッシュ レートは、1920x1200、60Hz のみサポートされます。デュアルリンク DVI インターフェースは、2560x1600、60Hz モードをサポートし、1920x1080、120Hz モードをサポートします。LCD モニターは、3D 効果を実現するために 120Hz のリフレッシュ レートを備えている必要があるため、3D ソリューションで DVI インターフェースを使用する場合は、デュアルリンク DVI コネクタ付きの DVI ケーブルを使用する必要があります。一般に、解像度が 1920x1200 以内であれば、シングルリンク DVI インターフェースとデュアルリンク DVI インターフェースの出力品質は同じです。
DVI-I インターフェースは、デジタル/アナログ変換をサポートするインターフェース タイプです。モニターに DVI インターフェースが 1 つしかない場合は、デジタル/アナログ モードの両方をサポートする DVI-I インターフェースが搭載されます。モニターに DVI インターフェースと VGA インターフェースの両方がある場合は、DVI-D インターフェースが搭載されます。
DVIケーブルの分類
DVI-A (12+5) ケーブル
12+5 ピン DVI-A ケーブルは、市場で最も一般的な DVI ケーブルです。DVI-A から DVI-A へのアナログ/アナログ ケーブルは、解像度が 1920x1200 以下のモニターで使用されます。この解像度内では、DVI シングル チャネルとデュアル チャネル出力の画質は同じであるため、メーカーはデュアル チャネル ケーブルを提供するために余分な費用をかける必要はありません。
DVI-D インターフェースは、デジタル信号のみを送信でき、アナログ信号とは互換性のない純粋なデジタル インターフェースです。アナログ信号を送信しないため、DVI インターフェースを VGA インターフェースに変換することはできません。
アップアングル DVI-D 18+1 シングルリンク デジタル ビデオ ケーブル
144HZ DVI-D 24+1 デュアルリンク モニター ケーブル
デュアルリンク DVI-I(24+5/18+5) ケーブル
DVI-I インターフェースは、デジタルおよびアナログ インターフェースと互換性があります。従来の VGA アナログ信号と互換性を持たせるために、アナログ信号を送信するための信号ピンが DVI-D より 4 本多くなっています。
デュアルリンク DVI-D 245 オス - メス延長ケーブル
DVIインターフェースの応用
高解像度の表示要件を満たすために、スキャンは一般的に 1080i@60Hz 形式 (つまり、インターレース スキャン、ライン周波数 33.75kHz、フィールド周波数 60Hz、ピクセル周波数 74.25MHz) を採用します。実際のアプリケーションでは、ライン周波数変換を減らすために、すべてのビデオ入力形式 (480P、576P、720P など) は、形式変換 (スケールとデインターレースなど)、つまりマルチ周波数正規化によって 1080i@60Hz 形式の出力に均一に変換されます。この記事で説明する DVI インターフェイスは、上記のデジタル TV 標準に基づいて検討されています。
デジタルテレビに DVI インターフェースを追加するのは比較的簡単です。ハードウェア回路の観点から見ると、1 つはインターフェースに DVI デコード部分を追加すること、もう 1 つはバックエンドにデータ チャネルを提供することです。元のテレビ ソリューションに A/D 変換と対応する後段データ処理チャネルがある場合は、DVI インターフェース デコードによって出力されるデータをそれと共有できます。デジタル信号形式が一定であれば、ビット レート、ライン周波数、フィールド周波数、クロックが一貫しているためです。
実際の研究開発では、DVI デコード出力データ信号と A/D 変換出力データ信号の分離と、フロントエンド チャネル間の相互干渉の回避に特に注意する必要があります。2 組のチャネルを共有することは、デジタル出力ピンの信号線の長さを延長することに相当するため、長距離のデジタル信号プリント線をその特性インピーダンスで遮断して、デジタル信号のオーバーシュート、アンダーシュート、リンギングを回避する必要があります。通常、データ ラインには数十オームの抵抗が直列に接続されます。同時に、出力ドライバの場合、デジタル出力ピンの容量性負荷を最小限に抑える必要がありますが、信号配線段階では、容量性負荷を正確に計算することはできません。システムのデバッグを容易にするために、データ信号線、ライン フィールド同期信号線、およびクロック信号線を並列にグランドに接続することを検討する必要があります。容量値は、PCB の材質と信号長によって異なりますが、一般的に数十 pF です。 このようにして、チャネルの負荷バランス、データの立ち上がりエッジ、立ち下がりエッジ、位相の一貫性を実現し、デジタルノイズ干渉とジッターを低減できます。
デジタルテレビのDVIインターフェースの性能をテストする場合、ビットエラー率指数は10-9に達する必要があります。つまり、10億ビットごとに1ビットのエラーが許容されます。したがって、性能テスト中に一定のテスト時間を保証する必要があります。たとえば、VGA@60Hz、クロック周波数25MHzの場合、テスト時間は40秒以上である必要があります。1080i@60Hz、ピクセル周波数74.25MHzの場合、テスト時間は14秒以上である必要があります。同時に、インターフェースの性能は、画像を1分以上主観的に観察し、明らかなピクセルノイズがないことで判断できます。
DVI インターフェースには +5V の電圧があり、この電圧からホットプラグ検出 (HPD) 電圧を取得する必要があります。HPD 有効レベルは 2.4V より大きくなければならないため、受信デバイスの HPD 直列抵抗は一般に 10kΩ 未満にする必要があります。受信デバイスは、この電圧をシステム電源のアプリケーションで使用することもできますが、HPD レベル要件を確保するために、負荷電流は 50mA を超えてはならず、10mA 未満が望ましいです。インターフェースの正常な起動を確保するために、EDID メモリ電源も送信側の +5V によって生成されることが望ましいです。
ハードウェア回路設計の実現可能性を確保するには、ソフトウェアのサポートも必要です。最適化されたソフトウェア フローは、DVI インターフェイス システムの正常な動作を確保するための鍵となります。
デジタルテレビやフラットパネルテレビにおけるDVIインターフェースの応用研究において、鍵となるのはEDID（Extended Display Identification DATA）プログラミングとHDCP（High-bandwidth Digital Content Protection）機能です。これらはすべてデジタルテレビの新しい応用です。EDIDとHDCPがデジタルテレビに実装されて初めて、DVIインターフェースは真のデジタルテレビインターフェースになります。放送信号と信号の間にはまだ違いがあります。DVIインターフェースによって出力されるビデオ信号を正しい方法でテストして正確な放送レベル指標を得るには、現時点では完璧な方法はありません。
DVIインターフェースの選択方法とDVIインターフェースの利点
DVI インターフェースの利点は、主に次の 2 つの側面に反映されます。
1. 高速: DVI はデジタル信号を送信します。デジタル画像情報は変換する必要がなく、直接ディスプレイ デバイスに送信されます。そのため、デジタルからアナログ、さらにデジタルへの面倒な変換プロセスが削減され、時間が大幅に節約されます。そのため、より高速で、ゴースト現象を効果的に排除します。さらに、データ送信に DVI を使用すると、信号が減衰せず、色がより純粋でリアルになります。
2. 鮮明な画像: コンピューターは内部でバイナリデジタル信号を送信します。VGA インターフェイスを使用して LCD モニターを接続する場合、信号は最初にグラフィックカードの D/A (デジタル/アナログ) コンバーターを介して R、G、B の 3 つの原色信号とラインおよびフィールド同期信号に変換される必要があります。これらの信号は、アナログ信号ラインを介して LCD に送信されます。画像を LCD に表示する前に、対応する A/D (アナログ/デジタル) コンバーターもアナログ信号をデジタル信号に再度変換する必要があります。上記の D/A、A/D 変換および信号送信プロセスでは、信号損失と干渉が必然的に発生し、画像が歪んだり、表示エラーが発生したりします。DVI インターフェイスではこれらの変換を実行する必要がないため、信号損失が回避され、画像の鮮明度と詳細表現が大幅に向上します。
エッジフュージョンシステムでは、基本的にデュアルチャネルVGA信号またはデュアルチャネルDVI信号用のキャプチャカードが使用されます。次に、DVIデュアルチャネルキャプチャカードを選択する際に注意すべき関連する問題を次の側面から説明します。①DVIは真のデジタル信号アーキテクチャですか？VGAキャプチャカードと比較して、DVIデジタル信号アーキテクチャキャプチャカードの開発難易度ははるかに高いため、選択したカードに、真のDVIアーキテクチャの純粋なデジタルキャプチャカードではなく、カード上に単純なVGAからDVIへのインターフェイスモジュールがあるかどうかに注意する必要があります。 ②開発技術の制限により、VGAキャプチャカードを含むDVIキャプチャカードが独立したグラフィックカードの出力と非独立したグラフィックカードの出力をキャプチャするための技術的なしきい値は非常に高くなります。このような製品を選択するときは、サポートされているかどうかに注意する必要があります。 ③オンボードキャッシュがあるかどうか、これは非常に重要です。キャプチャカードの多くの主要なパフォーマンスを向上させるには、オンボードキャッシュが必要です。
④DVIデュアルチャンネルキャプチャカードは、2枚のカードを単純にコピーしたものではありません。実際には、2枚のDVIキャプチャカードを1枚に組み合わせ、1つのスロットに2枚のカードを入れて、2つのDVI信号を同時にキャプチャする必要があります。パラメータは独立して調整可能で、互いに影響を及ぼさない必要があります。2枚のカードを完全に同じに設定する必要はなく、一方が他方に影響を与えるように設定することもできません。選択する際には、区別にも注意する必要があります。
⑤DVIデュアルチャンネルキャプチャカードは非標準の画像信号をキャプチャするために使用され、多くのパラメータをデバッグする必要があるため、ソフトウェアの適用は比較的シンプルである必要があります。そのため、ソフトウェアの設計は、初心者によるスムーズなデバッグに役立ち、最良の結果を迅速に達成できるものでなければなりません。
DVIインターフェースに関する誤解
1. 誤解: DVI インターフェースと HDMI インターフェースの画質は大きく異なります。
現状では、同じ解像度では、DVI インターフェイスと HDMI インターフェイスの画質に明らかな違いはありませんが、HDMI インターフェイスの発展により、DVI インターフェイスよりも多くの機能を提供できるようになりました。
2. 誤解: HDMI インターフェースはオーディオ信号を送信できますが、DVI は送信できません。
DVI と HDMI の両方のインターフェースは TMDS 信号を送信します。TMDS は実際には 4 組のワイヤのみを必要とし、他のピンは補助です。違いは、DVI 信号はエンコード時にオーディオを含まないのに対し、HDMI 信号はオーディオを含むことです。メーカーがオーディオ信号とビデオ信号を TDMS 形式にエンコードすると、DVI インターフェースはオーディオ信号も送信できます。
特殊なDVIモニターケーブル
90 度上向き角度デュアルリンク DVI 24+1 オス - DVI 24+5 メス延長ケーブル
左角 DVI 24+1 オス - DVI 24+5 メス延長ケーブル
ダウンアングル DVI 24+1 からライトアングル DVI 24+1 ケーブル