Digital Visual Interface

Digital Visual Interface（デジタル ビジュアル インターフェース、DVI：ディー ブイ アイ）は、液晶ディスプレイやデジタルプロジェクタのような、デジタルディスプレイ装置の映像品質を最大限活かすよう設計された映像出力インタフェースの標準規格である。これはDigital Display Working Group(DDWG)という、産業界のコンソーシアムによって開発された。この規格はまず第一にディスプレイに無圧縮のデジタルビデオデータを送るように設計されている。また、派生規格であるHDMIは、DVIと部分的に互換性がある。 DVIインタフェースは各ピクセルの輝度をバイナリデータとして送信するのにデジタルプロトコルを用いている。ディスプレイをデバイスの持つ解像度で動作させると、ディスプレイはそれぞれの値を読み取って、適切なピクセルに輝度を適用する。この方法だと、ソースのデバイスの出力バッファ（代表的にはビデオカード上のVRAM）にあるそれぞれのピクセルとディスプレイデバイス内の1つのピクセルが直接対応する。ところが、アナログ信号ではそれぞれのピクセルの表示は電気的ノイズやアナログ信号のひずみなどにより隣接するピクセルの影響を受けてしまう。 アナログVGA（VGA端子）のような以前の規格はCRTベースのデバイスに対して設計されていたため、離散的な時間で伝送していなかった。アナログソースは画像の水平線それぞれを送信する際、望みの明るさを表現するために出力電圧を変化させている。CRTデバイス内で、この信号は走査ビームがスクリーンを横切って動く際にその輝度を変えるために使っている。 しかし、VGAのようなアナログ信号をLCDのようなデジタルディスプレイに入力すると、個々のピクセルに対して似通った明るさの値が選ばれてしまう可能性がある。これはディスプレイでのデコードサンプリングが（アナログ水平掃引における）それぞれのピクセルのちょうど真ん中のタイミングで行われるとは限らないからである。デコーダは特定の間隔で入力信号の電圧をサンプリングする、つまりある瞬間の値を採用するので、このようなことが起きてしまう。コンピュータのようなデジタルデバイスのソースで、VRAMなどからのエンコードサンプリングはアナログ水平掃引を模したうえでピクセルのちょうど真ん中のタイミングで行わないと、ひずみを引き起こし、クロストークの原因となる。 DVIで用いられているデータフォーマットは、半導体製品メーカーであるSillicon Image社が提唱したPanelLinkというシリアル通信フォーマットを元にしている。PanelLinkを元にTransition Minimized Differential Signaling (TMDS) として標準化された規格が既にあり、これがDVI規格に内包された。伝送路は4つのツイストペアケーブル（赤、緑、青、クロック）で構成され、1ピクセル当たり24ビット（フルカラー）を伝送する。この伝送路をTMDSリンクと言う。 信号タイミングはアナログ映像信号の垂直同期および水平同期とほとんど正確に合うようになっている。デジタル映像データは、アナログ映像信号の同期タイミングを模して、ライン間やフレーム間の帰線消去期間を含めてラインごとに送信され、パケット化は行われない。DVIはデータ圧縮（例えば変更された画像の部分のみを送るなど）をせず、フレームを構成するデータは常に全量送信される。このTMDSリンクを単一で用いる方式をシングルリンクという。 DVI仕様では、シングルリンクにおけるピクセルクロック周波数の最大値は165メガヘルツである。この制限から、垂直同期周波数60ヘルツの場合の最大解像度は2.6メガピクセルとなる。WUXGAの解像度はこの制限に収まるので伝送できるが、QXGAの解像度やWUXGAでも垂直同期周波数を60ヘルツより上げた場合には制限を超え伝送できない。それゆえ、広大な高解像度表示と多様な垂直同期周波数に対応するためにDVIコネクタは、2つ目のTMDSリンクを用意している。シングルリンクよりも伝送帯域が必要なときは、2番目のTMDSリンクを有効にする。そしてそれぞれのTMDSリンクで交互にピクセルデータを送信する。これをデュアルリンクモードという。デュアルリンクモードを使う場合、シングルリンク時のピクセルクロック周波数制限は取り払われ、それぞれのTMDSリンクのピクセルクロック周波数は165メガヘルツを超えてもよい。そのためデュアルリンクモードでの総合的なピクセルクロック周波数は、シングルリンクのピクセルクロック周波数最大値165メガヘルツを2倍した330メガヘルツよりも、高くすることができる。 DVI仕様は「ピクセルクロック周波数が165メガヘルツに達しないディスプレイモードはすべてシングルリンクモードを使い、それ以上のディスプレイモードはデュアルリンクモードを使わなければならない」とも規定しており、ピクセルクロック周波数165メガヘルツ未満（リンクあたり82.5メガヘルツ未満）でデュアルリンクモードを使うことを禁じている。 2番目のリンクは、上述した高解像度表示のほか、1ピクセルあたり24ビット以上（48ビットディープカラーなど）を必要とする場合にも使われる。この場合、LSBからピクセルデータが転送される。 最終期のアナログVGAコネクタと同様に、DVIコネクタにはDisplay Data Channel バージョン2 (DDC 2) のピンがあり、これによりグラフィックアダプタがディスプレイのExtended Display Identification Data (EDID) を読み取ることができる。 DVIコネクタは普通DVI専用のデジタル映像信号を通すためのピンが含まれている。デュアルリンクシステムの場合は、データ信号線の2番目のセットに追加のピンを用いる。 DVIコネクタはVGA標準で使用されている古いアナログ信号も通すピンも併せ持っている。この特長は、DVIを普及させるための互換機能として規格に含まれた。ディスプレイタイプの変遷過程においてアナログ方式かデジタル方式かにかかわらず、同じコネクタ経由で映像信号を扱うことができた。 デバイスにあるDVIコネクタは実装されている信号線によって3つの名前がある。 DVI-D（デジタル専用） DVI-A（アナログ専用） DVI-I（Integrated, デジタルおよびアナログ兼用） 規格ではコネクタに広帯域伝送のための2番目のデータリンクを規定しているが、その性能に満たないすなわち2番目のデータリンクを要さないデバイスのほとんどは、コストダウンのためにこれを実装はしていない。ただしコネクタの接続互換性を上げる目的で、内部結線はされていないもののコネクタ自体は2番目のデータリンクピンを持つものを採用する機器が存在し外観上の区別を難しくしている。そのためそれら機器とを区別するために、2番目のリンクを正しく実装しているコネクタは、しばしばDVI-DL（デュアルリンク）と通称されている。なおこの通称はアナログ信号路の並装有無を表してはいない。同様に、DVIケーブルの多くも2番目のリンク（伝送路すなわち内部結線）を実装していないが、これを実装しているケーブルは、そうではないシングルリンクケーブルと区別するためにデュアルリンクケーブルと呼ばれることがある。 DVI-Iコネクタにある長くて平たいピンは、ピン番号はC5、Analog Ground に用いられる。このピンはDVI-Dコネクタにある同じピンよりも幅広い。そのため、仮にDVI-Iオスコネクタから4つのアナログピンを取り除いてもDVI-Dメスコネクタに接続することはできない。 DVI/HDCP いくつかの新しいDVDプレーヤーやTVシステム（HDTVを含む）、ビデオプロジェクターはDVI/HDCPコネクタを持っている。これらはDVIコネクタと物理的には同じであるが、著作権保護のためにHDCPプロトコルを用いて信号を暗号化して伝送している。DVIビデオコネクタを持つコンピュータはディスプレイとして多くのDVI付HDTVを使うことができる。 Mini-DVI （ラップトップコンピュータのように）サイズに制限がある場合は、フルサイズDVI端子の代わりにMini-DVI端子が時々見受けられる。 ケーブル長: 最大5m シングルリンクモード時の最小ピクセルクロック周波数: 21.76MHz シングルリンクモード時の最大ピクセルクロック周波数: 165MHz (3.7Gbit/s) デュアルリンクモード時の最小ピクセルクロック周波数: 165MHz超 (3.7Gbit/s超) デュアルリンクモード時の最大ピクセルクロック周波数: 規定なし（高速伝送の品質は、ケーブル伝送特性を含む各機器の性能に依存する） 1クロック当たりのピクセル数: 1 (シングルリンク)、2 (デュアルリンク) 1ピクセル当たりのビット数: 24 (シングルリンク、デュアルリンク)、48 (デュアルリンク) ディスプレイモードの例（シングルリンク） HDTV (1920 × 1080) @ 60Hz + 5% LCD blanking(131MHz) UXGA (1600 × 1200) @ 60Hz + 5% GTF blanking(161MHz) WUXGA (1920 × 1200) @ 60Hz(154MHz) SXGA (1280 × 1024) @ 85Hz + 5% GTF blanking(159MHz) ディスプレイモードの例（デュアルリンク） QXGA (2048 × 1536) @ 75Hz + GTF blanking(2 × 170MHz = 340MHz) HDTV (1920 × 1080) @ 85Hz + GTF blanking(2 × 126MHz = 252MHz) WQXGA (2560 × 1600) @ 60Hz + GTF blanking(2 × 174MHz = 348MHz) - 市販ディスプレイの例として 30" LCD Dell、Apple、Samsung WQUXGA (3840 × 2400) @ 33Hz + GTF blanking(2 × 159MHz = 318MHz) GTF (Generalized Timing Formula) はVESA標準であり、Linuxのgtfユーティリティツールで簡単に計算できる。 4K解像度である2160p (3840 × 2160) @ 60Hzにはデュアルリンクでも帯域不足で対応しておらず、初期の4KディスプレイにはDVI-DLを複数本接続することで必要帯域を確保しているものもあったが、その後はDisplayPort（1.2以上）やHDMI（2.0以上）などでの接続が一般的である。 RGB帯域上限: -3dBまで減衰を許容した場合に400MHzまで確保 ピン番号(ソケットを見た側から) HDMIはDVIを基にしたデジタル映像・音声用の新しい規格で、AV機器用に機能が付加されている。基本的なデジタル映像信号については共通であり、DVI-HDMI変換ケーブルなどで相互に接続可能であるが、いくつかの違いもある。 HDMIはアナログRGBをサポートしない。信号線もなくなっている。 フルHDを超える高解像度への対応は、DVIが信号線を増やしたデュアルリンク、HDMIはシングルリンクのままでの規格のアップデートによる高速化と、方向性が分かれたため互換性はなくなった。 HDMIはタイプBコネクタ（2015年現在商品化されていない）を除き、デュアルリンクをサポートしない。 一部商品にHDMI（一般的なAコネクタ） - DVI デュアルリンク変換ケーブルがあるが、実際の結線はシングルリンクのみであるので注意を要する。デュアルリンクの結線には必ずHDMI Bコネクタを要する。 DVIのシングルリンクはHDMI 1.3以降（340MHz・10.2Gbps）および2.0以降の高速伝送（600MHz・18Gbps）に未対応。 DVIはデジタル音声重畳に未対応。 HDMIのみで規格化されているデジタル音声重畳などは、DVI信号を扱う機器ではサポートされない。なお規格外製品の中には、DVI端子からHDMI信号を出力してデジタル音声を内包させているものや、DVI入力コネクタではあるがHDMI規格のデジタル音声信号を受け入れる機器もある。 DVIは同じコネクタでアナログとデジタル伝送を選択できる規格としては唯一、広く普及した標準である。競合する標準はもっぱらデジタルのみである。これらのシステムはLow voltage differential signaling (LVDS) を使用していて、FPD (for Flat-Panel Display) LinkやFLATLINKと独自に呼ばれるものとして知られていた。その後継が、LVDS Display Interface (LDI) やOpenLDIである。 USB信号はコネクタの中に入っていないので、InFocus社が彼らのプロジェクタシステムに搭載したVESA M1-DAコネクタの中に入れた。そして、アップルコンピュータによって2005年までApple Display Connectorとして使われた。VESA M1コネクタは本質的にVESA Plug & Display (P&D) である。それ自身は元々Enhanced Video Connector (EVC) と呼ばれていた。Apple Display Connectorは電気的にVESA P&D/M1と互換性があるが、物理的にはコネクタのカバーの形が異なる。 Mini-DVI Micro-DVI VGA端子 HDMI DisplayPort DFP The DVI specification at the Digital Display Working Group DVI video pinout Silicon Image understanding DVI