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Digital Visual Interface - PDF
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Lorenzo Castro Rico
1 González Duarte Daniel Computación Gráfica Fecha de Entrega: 20.Feb.2008 Tarea 3: DVI y HDMI Digital Visual Interface La interfaz de vídeo digital o interfaz visual digital (en inglés DVI, "digital visual interface" o "digital video interface") es un interfaz de vídeo diseñado para obtener la máxima calidad de visualización posible en pantallas digitales tales como los monitores de cristal líquido de pantalla plana y los proyectores digitales. Fue desarrollada por el consorcio industrial DDWG ("Digital Display Working Group", Grupo de Trabajo para la Pantalla Digital). Por extensión del lenguaje, al conector de dicho interfaz se le llama conector tipo DVI. Características técnicas El formato de datos de DVI está basado en el formato de serie PanelLink, desarrollado por el fabricante de semiconductores Silicon Image Inc. Emplea TMDS ("Transition Minimized Differential Signaling", Señal Diferencial con Transición Minimizada). Un enlace DVI consiste en un cable de cuatro pares trenzados: uno para cada color primario (rojo, verde, y azul) y otro para el "reloj" (que sincroniza la transmisión). La sincronización de la señal es casi igual que la de una señal analógica de vídeo. La imagen se transmite línea por línea con intervalos de borrado entre cada línea y entre cada fotograma. No se usa compresión ni transmisión por paquetes y no admite que sólo se transmitan las zonas cambiadas de la imagen. Esto significa que la pantalla entera se transmite constantemente. Con un solo enlace DVI (o Single Link), la máxima resolución posible a 60 Hz es de 2,6 megapíxeles. Por esto, el conector DVI admite un segundo enlace (Dual Link), con otro conjunto de pares trenzados para el rojo, el verde y el azul. Cuando se requiere un ancho de banda mayor que el que permite un solo enlace, el segundo se activa, y los dos pueden emitir píxeles alternos. El estándar DVI especifica un límite máximo de 165 MHz para los enlaces únicos, de forma que los modos de pantalla que requieran una frecuencia inferior deben usar el modo de enlace único, y los que requieran más deben establecer el modo de enlace doble. Cuando se usan los dos enlaces, cada uno puede sobrepasar los 165 MHz. El segundo enlace también se puede usar cuando se necesiten más de 24 bits por píxel, en cuyo caso transmite los bits menos significativos. Al igual que los conectores analógicos VGA modernos, el conector DVI tiene pins para el canal de datos de pantalla, versión 2 (DDC 2) que permite al adaptador gráfico leer los datos de identificación de pantalla extendidos (EDID, "Extended Display Identification Data").
2 Conector El conector DVI normalmente posee pins para transmitir las señales digitales nativas de DVI. En los sistemas de doble enlace, se proporcionan pins adicionales para la segunda señal. También puede tener pins para transmitir las señales analógicas del estándar VGA. Esta característica se incluyó para dar un carácter universal a DVI: los conectores que la implementan admiten monitores de ambos tipos (analógico o digital). Los conectores DVI se clasifican en tres tipos en función de qué señales admiten: DVI-D (sólo digital) DVI-A (sólo analógica) DVI-I (digital y analógica) A veces se denomina DVI-DL a los conectores que admiten dos enlaces. DVI es el único estándar de uso extendido que proporciona opciones de transmisión digital y analógica en el mismo conector. Los estándares que compiten con él son exclusivamente digitales: entre ellos están el sistema de señal diferencial de bajo voltaje (LVDS, "Low-Voltage Differential Signalling") conocido por sus marcas FPD ("Flat-Panel Display", monitor de pantalla plana) Link y FLATLINK, así como sus sucesores, el LDI ("LVDS Display Interface", interfaz de pantalla LVDS) y OpenLDI. Las señales USB no se incorporaron al conector DVI. Este descuido se ha resuelto en el conector VESA M1-DA usado por InFocus en sus proyectores, y en el conector Apple Display Connector de Apple Computer, que ya no se produce. El conector VESA M1 es básicamente el conector VESA Plug & Display (P&D), cuyo nombre original es EVC ("Enhanced Video Connector", conector de vídeo mejorado). El conector de Apple es eléctricamente compatible con el VESA P&D/M1 y la estructura de los pins es la misma, pero la forma física del conector es distinta. Los reproductores de DVD modernos, televisores (equipos HDTV entre ellos) y proyectores de vídeo tienen conectores HDMI. Los ordenadores con conectores DVI pueden usar equipos HDTV como pantallas pero se necesita un cable DVI a HDMI. Especificaciones Digital Frecuencia mínima de reloj: 21,76 MHz Frecuencia máxima de reloj para enlace único: 165 MHz Frecuencia máxima de reloj para doble enlace: limitada sólo por el cable Píxeles por ciclo de reloj: 1(enlace único) o 2 (doble enlace) Bits por píxel: 24 Ejemplos de modos de pantalla (enlace único): o HDTV ( ) a 60 Hz con 5% de borrado LCD (131 MHz) o 1920 x 1200 a 60 Hz (154 Mhz)
3 o UXGA ( ) a 60 Hz con borrado GTF (161 MHz) o SXGA ( ) a 85 Hz con borrado GTF (159 MHz) Ejemplos de modos de pantalla (doble enlace): o QXGA ( ) a 75 Hz con borrado GTF (2 170 MHz) o HDTV ( ) a 85 Hz con borrado GTF (2 126 MHz) o (en pantallas LCD de 30 pulgadas) GTF ("Generalized Timing Formula", Fórmula de Sincronización Generalizada) es un estándar VESA. Analógico Ancho de banda RGB: 400 MHz a 3 db Conector Funciones de los pins Pin Nombre Números de pin (vista del enchufe hembra) C1 C C C3 C4 Función 1 Datos TMDS 2- Rojo digital - (Link 1) 2 Datos TMDS 2+ Rojo digital + (Link 1) 3 Protección datos TMDS 2/4 4 Datos TMDS 4 Verde digital (Enlace 2) 5 Datos TMDS 4+ Verde digital + (Enlace 2) 6 Reloj DDC 7 Datos DDC 8 Sincronización vertical analógica 9 Datos TMDS 1 Verde digital (Enlace 1) 10 Datos TMDS 1+ Verde digital + (Enlace 1) 11 Protección datos TMDS 1/3 12 Datos TMDS 3 Azul digital (Enlace 2) 13 Datos TMDS 3+ Azul digital + (Enlace 2) 14 +5V Energía para el monitor en espera 15 Masa Retorno para pin 14 y sincronización analógica 16 Detección Hot Plug 17 Datos TMDS 0 Azul digital (Enlace 1) y sincronización digital 18 Datos TMDS 0+ Azul digital + (Enlace 1) y sincronización digital 19 Protección datos TMDS 0/5 20 Datos TMDS 5 Rojo digital (Enlace 2) 21 Datos TMDS 5+ Rojo digital + (Enlace 2) 22 Protección reloj TMDS 23 Reloj TMDS+ Reloj digital + (Enlaces 1 y 2) 24 Reloj TMDS Reloj digital (Enlaces 1 y 2) C1 Rojo analógico C2 Verde analógico C3 Azul analógico C4 Sincronización horizontal analógica C5 Masa (analógico) Retorno para señales de Rojo, Verde y Azul
4 High-Definition Multimedia Interface Conector HDMI High-Definition Multi-media Interface (HDMI) -Interfaz multimedia de alta definición- es una norma de audio y vídeo digital cifrado sin compresión apoyada por la industria para que sea el sustituto DRM del euroconector. HDMI provee un interfaz entre cualquier fuente DRM de audio y vídeo digital como podría ser un sintonizador TDT, un reproductor de Blu-ray, un ordenador (con Windows, Linux, etc) o un receptor A/V, y monitor de audio/vídeo digital compatible, como un televisor digital (DTV). HDMI permite el uso de vídeo estándar, mejorado o de alta definición, así como audio digital multicanal en un único cable. Es independiente de los varios estándares DTV como ATSC, DVB (-T,-S,-C), que no son más que encapsulaciones de datos MPEG. Tras ser enviados a un descodificador, se obtienen los datos de vídeo sin comprimir, pudiendo ser de alta definición. Estos datos se codifican en TMDS para ser transmitidos digitalmente por medio de HDMI. HDMI incluye también 8 canales de audio digital sin compresión. A partir de la versión 1.2, HDMI puede utilizar hasta 8 canales de audio de un bit. El audio de un bit es el usado en los Super audio CDs. Entre los creadores de HDMI se incluyen los fabricantes líderes de electrónica de consumo Hitachi, Matsushita Electric Industrial (Panasonic), Philips, Sony, Thomson (RCA), Toshiba y Silicon Image. Digital Content Protection, LLC (una subsidiaria de Intel) provee la Highbandwidth Digital Content Protection (HDCP) -Protección de contenido digital de gran ancho de banda- para HDMI. HDMI tiene también el apoyo de las grandes productoras de cine: Fox, Universal, Warner Bros. y Disney; operadoras de sistemas: DirecTV y EchoStar (Dish Network), así como de CableLabs y Samsung. Conectores El conector estándar de HDMI tipo A tiene 19 pines. Se ha definido también una versión de mayor resolución -tipo B-, pero su uso aún no se ha generalizado. El tipo B tiene 29 pines, permitiendo llevar un canal de vídeo expandido para pantallas de alta resolución. El tipo B fue diseñado para resoluciones más altas que las del formato 1080p. Conector HDMI de tipo A El HDMI tipo A es compatible hacia atrás con un enlace simple DVI, usado por los monitores de ordenador y tarjetas gráficas modernas. Esto quiere decir que una fuente DVI puede conectarse a un monitor HDMI, o viceversa, por medio de un adaptador o cable adecuado, pero el audio y las características de control remoto HDMI no estarán disponibles. Además, sin el uso de HDCP, la calidad de vídeo y la resolución podrían ser degradadas artificialmente por la fuente de la señal para evitar al usuario final ver o, mayormente, copiar contenido protegido. El HDMI tipo B es, de forma similar, compatible hacia atrás con un enlace dual DVI.
5 Detalles del conector Conector ejemplo: Molex Asignación de pines de un conector tipo A Pin Asignación de señal Pin Asignación de señal 1 TMDS Data2+ 2 TMDS Data2 Shield 3 TMDS Data2 4 TMDS Data1+ 5 TMDS Data1 Shield 6 TMDS Data1 7 TMDS Data0+ 8 TMDS Data0 Shield 9 TMDS Data0 10 TMDS Clock+ 11 TMDS Clock Shield 12 TMDS Clock 13 CEC 14 Reservado 15 SCL 16 SDA 17 Tierra DDC/CEC 18 +5V Power 19 Detección de conexión "en caliente" (Hot Plug) Especificaciones técnicas Canal TMDS Lleva audio, video y datos auxiliares. Método de señalización: de acuerdo a las especificaciones DVI 1.0, enlace simple (HDMI tipo A) o enlace doble (HDMI tipo B). Frecuencia de píxels de vídeo: de 25 MHz a 165 MHz (tipo A) o a 330 MHz (tipo B). Formatos de vídeo por debajo de 25MHz (ej.: 13.5MHz para el 480i/NTSC) son transmitidos usando un esquema de repetición de píxels. Se pueden transmitir hasta 24 bits por pixel, independientemente de la frecuencia. Codificación de los píxels: RGB 4:4:4, YCbCr 4:2:2, YCbCr 4:4:4. Frecuencias de muestreo del audio: 32 khz, 44.1 khz, 48 khz, 88.2 khz, 96kHz, khz, 192 khz. Canales de audio: hasta 8. Canal CEC (Consumer Electronics Control) (opcional) Usa el protocolo estándar AV Link Usado para funciones de control remoto. Bus serie bidireccional de cable único. Definido en la especificación HDMI 1.0. Protección de contenidos De acuerdo a las especificaciones HDCP 1.10.
6 HDMI 1.0 Diciembre Cable único de conexión digital audio/video con bitrate máximo de 4.9 Gbit/s. Soporte hasta 165Mpixels/s en modo video (1080p60 Hz o UXGA) y 8-canales/192 khz/24-bit audio. HDMI 1.2 Agosto Añadido soporte para One Bit Audio, usado en Super Audio CDs, hasta 8 canales. Disponibilidad HDMI Tipo A para conectores de PC. Y algunas otras caracteristicas (ver articulo en inglés). HDMI Junio Incrementado el ancho de banda a 340 MHz (10.2 Gbit/s) Añadido soporte para Dolby TrueHD y DTS-HD. TrueHD y DTS-HD son formatos de audio de bajas pérdidas usados en HD-DVD y Blu-ray Disc. Disponibilidad de un nuevo formato de miniconector para videocámaras. Y algunas otras características (ver artículo en inglés). HDMI 1.3b Longitud del cable La especificación HDMI no define una longitud máxima del cable. Al igual que con todos los cables, la atenuación de la señal se hace demasiado alta, a partir de una determinada longitud. En lugar de ello, HDMI especifica un mínimo nivel de potencia. Diferentes materiales y calidades de construcción permitirán cables de diferentes longitudes. Además, el mayor rendimiento de los requisitos debe cumplirse para soportar los formatos de vídeo de mayor resolución y/o el marco de las tasas de los formatos del estándar HDTV formatos. La atenuación de la señal y la interferencia causada por la interferencia de los cables pueden ser compensadas mediante la utilización de un Ecualizador Adaptativo. HDMI 1.3 define dos categorías de los cables: Categoría 1 (estándar o de la HDTV) y la categoría 2 (de alta velocidad o superior que la HDTV) para reducir la confusión acerca de cuales son los cables que dan soporte a que formatos de vídeo. Usando 28 AWG, un cable de unos 5 metros (~ 16 pies) se puede fabricar de manera fácil y poco costosa para las especificaciones de la categoría 1. Una mayor calidad de la construcción (24 AWG, de construcción más estrictas en cuanto a tolerancias, etc) pueden alcanzar longitudes de 12 a 15 metros (~ 39 a 49 pies). Además, activa los cables (fibra óptica o de doble cable Cat-5 en vez del estándar de cobre) que se pueden utilizar para ampliar HDMI a 100 metros o más. Algunas compañías también ofrecen amplificadores, ecualizadores y repetidores que pueden encadenar varios estándar de cable HDMI, no activar. HDMI de alta definición y los reproductores ópticos multimedia Ambos se introdujeron en el 2006, Blu-ray Disc y HD DVD ofrecen nuevas características de alta fidelidad de audio que HDMI necesita para obtener los mejores resultados. Dolby Digital Plus (DD +), Dolby TrueHD y DTS-HD Master Audio usan tasas de bit superiores que sobrepasan la capacidad de TOSLINK. HDMI 1.3 puede transportar los flujos de bit DD +, TrueHD y DTS-HD en formato comprimido. Esta capacidad permitiría un preprocesado o una recepción de audio/vídeo con el necesario decodificador para descifrar los datos, pero teniendo limitada la utilidad para HD DVD y Blu-ray.
7 HD DVD y Blu-ray permiten el "audio interactivo", donde el contenido del disco le dice al reproductor la combinación de múltiples fuentes de audio juntas, antes de la salida. En consecuencia, la mayoría de los reproductores se encargarán de la decodificación de audio interno, y simplemente de la salida de audio LPCM. El Multicanal LPCM puede ser transportado a través de una conexión HDMI 1.1 (o superior). Mientras el receptor de audio/vídeo (o preprocesador) soporta múltiples canales de audio LPCM sobre HDMI, y soporta HDCP, la reproducción de audio es igual en la resolución HDMI 1.3. Sin embargo, muchos de los más baratos receptores AV no dan soporte de audio HDMI y con frecuencia son etiquetados como "HDMI passthrough" dispositivos. Tener en cuenta que no todas las características de una versión HDMI pueden aplicarse en productos adheridos a esa versión ya que ciertas características de HDMI, como Deep Color y soporte xvycc, son opcionales. revisión HDMI /1.2a 1.3/1.3a/1.3b Máximo Ancho de Banda de señal(mhz) Máximo Ancho de Banda TMDS (Gbit/s) Máximo Ancho de Banda de vídeo (Gbit/s) Máximo Ancho de Banda de audio (Mbit/s) Resoluciones posibles sobre una señal simple HDMI 1920x1080p x1080p x1080p60 a 24 bits por pixel 2560x1600p60 RGB Si Si Si Si YCbCr Si Si Si Si xvycc No No No Si Deep Color No No No Si Máxima Profundidad de Color (bits por pixel) * Consumer Electronic Control (CEC)** Si Si Si Si Lista de modificaciones de los comandos CEC*** No No No No {1.3a-si) Auto sincronización labial No No No Si 8 canales/192 khz/capacidad de 24-bit de audio Si Si Si Si soporte para [[DVD-Audio DVD-A] No Si Si Si soporte para SACD (DSD)**** No No Si Si Flujo de bits de TrueHD No No No Si Flujo de bits de Master Audio DTS-HD No No No Si Resolución total de [Blu-ray]]/HD DVD de video y de audio***** Si Si Si Si * = 36 bits de profundidad es obligatorio para los dispositivos Deep Color compatibles con CE con 48 bits es optativo. ** = CEC ha estado en la especificación HDMI desde la versión 1,0, pero sólo ha empezado a ser utilizado en los productos "CE" con HDMI versión 1,3. *** = Gran número de adiciones y aclaraciones de los comandos de CEC. Un comando CEC añadido es el que permite el control de volumen de un receptor AV. **** = Reproducción de SACD puede ser posible para viejas revisiones si la señal de fuente (como la Oppo 970) se convierte a LPCM. Para aquellos receptores que sólo tienen convertidores PCM DAC y no DSD, esto significa que no se produce pérdida de resolución adicional. ***** = Incluso en el caso de los formatos de audio de flujo de bits que vienen con una determinada revisión HDMI no pueden transportarse, esto puede ser posible descifrando el flujo de bit en el reproductor y transmitiendo el audio como LPCM.
8 Crítica Otra de las críticas de HDMI es que los conectores no son tan sólidos como los conectores previos de pantalla. Actualmente la mayoría de los dispositivos con capacidad HDMI están utilizando conectores de montaje en superficie y no a través de agujeros o reforzando conectores, lo que las hace más susceptibles a los daños de las fuerzas exteriores. Tropezar con un cable conectado a un puerto HDMI puede fácilmente causar daño a ese puerto. Además, HDMI es criticado, especialmente por los sistemas de instaladores, por su falta de cualquier mecanismo de bloqueo o garantía incorporada en sus conectores (como los incorporados a DVI y conectores BNC). Como estos, los conectores HDMI son fácilmente desconectados inadvertidamente y, lo que es peor, el enchufe y el conector son más propensos a los daños físicos y/o eléctricos. Con la participación de terceros en HDMI se puede disponer de los mecanismos de bloqueo, pero estos son escasos y caros. Referencias
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