DVI

DVI (lühend ingliskeelsest nimetusest Digital Visual Interface, digitaalvideoliides) on 1999. aastal loodud liikuva pildi kõrge kvaliteediga edastamiseks mõeldud standard.

DVI töötati välja DDWG konsortsiumis asendamaks analoogsignaalide VGA-pistikühendust. DVI võimaldab edastada digitaalsignaali pakkimata kujul kuvarini. See on HDMI standardiga ühilduv osaliselt digitaalrežiimis ning tagasiühilduv VGA-ga analoogrežiimis.

Ajalugu
1998. aastal moodustati DDWG (Digital Display Working Group) universaalse standardi väljatöötamiseks, mis võimaldaks edastada digitaalsignaali arvuti videokaardilt kuvarile. 
Algselt kuulusid DDWG-sse Compaq, Fujitsu, Hewlett-Packard, IBM, Intel, NEC ja Silicon Image. 
DVI spetsifikatsiooni versioon 1.0 avalikustati aprillis 1999. DVI võeti kiirelt kasutusse ja novembriks 2001 oli üle 25 miljoni DVI standardile vastavat saatjat ja vastuvõtjat arvuti- ja kuvaritootjate käsutuses.

DVI ei olnud ainus digitaalvideostandard. Selle konkurentideks olid näiteks VESA (Video Electronics Standards Association) oma liidesega DFP (Digital Flat Panel). Lisaks olid konkurentideks ka Apple'i ADC (Apple Display Connector), mis edastas ka USB signaale ning toitevoolu, ja National Semiconductor oma OpenLDI-ga (Open LVDS Display Interface).

Otsustavaks sai siiski Inteli toetus ja teised standardid (mis olid mõnes aspektis DVI-st üle) kadusid silmapiirilt. Kuigi P&D oli DVI-ga sarnase ülesehitusega, toetas ta lisaks analoog- ja digitaalvideole ka USBd ja IEEE 1394d (FireWire), mida kasutatakse näiteks hiirtes, klaviatuurides, printerites ja heliseadmetes. DDWG otsustas kasutada lisakontakte hoopis suurema eraldusvõime jaoks, kuigi lisakontaktidega loodud kahekordse ühenduse poolt pakutavat eraldust 2560×1600 tollal enamjaolt tarvis ei läinud.).

DVI-konnektor oli piisav tööstuses kasutamiseks, kuid tavatarbijad vajasid midagi kasutajasõbralikumat (nt kruvideta). Seetõttu on viimastel aastatel hakanud DVId asendama kompaktsemad konnektorid HDMI ja DisplayPort, mis pealegi on võimelised edastama ka heli.

Ülevaade
DVI standardi kohaselt edastatakse videosignaali kahendkujul põhiliselt videokaartidelt kuvarisse, samuti videosignaali digitaalsesse projektorisse ja telerisse.

Kui kuvar töötab loomuliku eraldusega, siis loeb kuvar iga piksli heleduse, värvi ja seab kuvapiksli samale heledusele ning värvile. Sel juhul vastab igale pikslile väljundpuhvris üks piksel kuvas.

Edastustehnika
DVI andmeedastusformaat põhineb PanelLink jadaühenduse vormingul, mis töötati välja pooljuhtide tootja Silicon Image korporatsiooni poolt. Digitaalvideoliides põhineb videosignaali jadaedastuse standardil TMDS). Ühekordne DVI ühendus (single link) koosneb neljast keerdpaarist (punase, rohelise ja sinise värvisignaali ning taktsignaali jaoks), et edastada 24 bitti piksli kohta. Signaali ajastus on peaaegu identne analoogsignaaliga. Kuva edastatakse pakettidesse paigutamata rida-realt, iga rea ja kaadri vahel on ooteaeg. Seetõttu tuleb terve kaader pidevalt uuesti saata. Siiski sisaldab spetsifikatsioon peatükki "Üleminek valikulisele värskendusele", mis viitab võimalikule toetusele tulevastes seadmetes.

Ühekordse DVI ühenduse puhul on suurim eraldus 60 Hz juures 2,75 megapikslit (koos ooteajaga). Reaalselt kasutamiseks (60 Hz juures) jääb ekraani eraldusvõimeks maksimaalselt 1915×1436 (standardformaat 4:3), 1854×1483 (5:4) või 2098×1311 (laiformaat 16:10) pikslit. Eraldusvõimet suurendab teine ühendus (dual link), mis sisaldab samuti neli keerdpaari. Teist ühendust võib kasutada ka värvi kohta lisainfo edastamiseks, kui kasutatakse rohkem kui 24 bitti piksli kohta. Sel juhul edastab teine ühendus vähima kaaluga bitte. Andmejuhtmepaar edastab ühekordse DVI-ühenduse puhul andmeid kiirusega 1,65 Gbit/s.

Nagu VGA pistikul, nii on ka DVI-pistikul kontaktid kuvariandmete kanali jaoks (ingl Display Data Channel, lühend DDC). DDC2 (DDC uuem versioon) lubab kuvaadapteril lugeda kuvari laiendatud identifitseerimisandmeid EDID (Extended Display Identification Data). Kui kuvar toetab nii analoog- kui ka digitaalsignaale samas sisendsignaalis, siis saab igal seadmel olla eraldi EDID. Kui mõlemad vastuvõtjad on aktiivsed, siis kasutatakse analoog-EDID-i.

DVI-kaabli maksimaalne pikkus pole spetsifikatsioonis 1.0 määratletud, sest see sõltub ribalaiuse nõuetest (saadetava pildi eraldusvõimest). Üldiselt tagavad kaablid kuni 4,5 meetrini eraldusvõime 1920×1200, kuid erikaablite tarvitamisel on võimalik kasutada ka kuni 10-meetriseid kaableid. Madalal eraldusvõimel (kuni 1280×1024) saab kasutada kaableid pikkusega kuni 15 m. Suuremate vahemaade jaoks on soovitatav kasutada DVI võimendit, et kompenseerida signaalikadu.

Konnektor

DVI-konnektor (pistik, pesa) võimaldab edastada videosignaali ka analoogkujul võrdväärselt VGA-konnektoriga. See võimaldab VGA-kuvari ühendada lihtsa üleminekuga (või eriotstarbelise DVI-A, DVI-I <--> VGA-kaabliga). Selline võimalus lisati, et muuta DVI universaalsemaks, kuna mõlemat tüüpi kuvari (analoogse või digitaalse) saab siis ühendada sama konnektoriga.

Sõltuvalt sellest, milliseid signaale DVI konnektor kasutab, eristatakse kolme tüüpi:
DVI-D (ainult digitaalne)
DVI-A (ainult analoogne)
DVI-I (digitaalne ja analoogne)

Paljudel LCD-kuvaritel on ainult DVI-D-ühendus, mis on piisav, et ühendada kuvar DVI-D <--> DVI-D-kaabli abil arvuti DVI-I-konnektoriga.

DVI on ainus laialt levinud videostandard, mis pakub nii analoog- kui ka digitaalühendust samas konnektoris. DVI-ga võistlevad standardid on eranditult digitaalsed. Seetõttu on ta ka n-ö üleminekustandard analoogselt signaalilt digitaalsele.

Mõnedel uuematel DVD-mängijatel, teleritel ja videoprojektoritel on DVI/HDCP-konnektorid. Need on füüsiliselt samasugused kui DVI-konnektorid, kuid edastavad HDCP-protokolliga autoriõigustega kaitstud krüpteeritud signaali. DVI-konnektoriga arvutid saavad kuvarina kasutada mitut HDTV-seadet. Ainult need arvutid, mis toetavad HDCP-d, saavad DRM-iga kaitstud sisu mängida.

DMS-59 konnektori abil on võimalik kaks analoog- ja kaks digitaalsignaali ühendada ühte konnektorisse. Tavaliselt kasutatakse seda juhul, kui videokaardil on kaks väljundit.

M1-DA-konnektoreid (mõnikord nimetatud ka DVI-M1) kasutatakse VESA Enhanced Video Connector ja VESA Plug and Display ühendustes.

Spetsifikatsioonid
Minimaalne taktsagedus: 25,175 MHz
Maksimaalne andmevahetuskiirus ühekordse ühendusega: 4,95 Gbit/s @ 165 MHz
Kahekordse ühenduse andmevahetuskiirus on piiratud vaid DVI-s kasutatava vaskkaabli ühenduskiirusega
Piksleid takti kohta: 1 (ühekordse ühenduse korral värvisügavusega 24 bit/px või kahekordse ühenduse korral värvisügavusega 48 bit/px) või 2 (kahekordne ühendus värvisügavusega 24 bit/px)
Bitte piksli kohta: 24 (ühekordse ja kahekordse ühenduse korral) või 48 (ainult kahekordse ühenduse korral)
 Võimalike kuvarežiimide näiteid ühekordse ühenduse puhul:
 HDTV (1920×1080) @ 60 Hz CVT-RB ooteajaga (139 MHz)
 UXGA (1600×1200) @ 60 Hz GTF ooteajaga (161 MHz)
 WUXGA (1920×1200) @ 60 Hz CVT-RB ooteajaga (154 MHz)
 SXGA (1280×1024) @ 85 Hz GTF ooteajaga (159 MHz)
 WXGA+ (1440×900) @ 60 Hz (107 MHz)
 Kuvarežiimide näited kahekordse ühenduse puhul:
 QXGA (2048×1536) @ 75 Hz GTF ooteajaga (2 × 170 MHz)
 HDTV (1920×1080) @ 85 Hz GTF ooteajaga (2 × 126 MHz)
 WUXGA (1920×1200) @ 120 Hz CVT-RB ooteajaga (2 x 154 MHz)
 WQXGA (2560×1600) @ 60 Hz GTF ooteajaga (2 × 174 MHz) (76,2 cm Apple'i, Delli, Gateway, HP, NECi, Quinuxi, ja Samsungi LCDdel)
 WQXGA (2560×1600) @ 60 Hz CVT-RB ooteajaga (2 × 135 MHz) (76,2 cm Apple'i, Delli, Gateway, HP, NECi, Quinuxi, ja Samsungi LCDdel)

GTF (ingl Generalized Timing Formula) on VESA standard, mille arvulisi näitajaid saab Linuxi gtf utiliidiga kergesti arvutada.

CVT-RB (ingl Coordinated Video Timings – Reduced Blanking) on samuti VESA standard, mis vähendab horisontaalset ja vertikaalset ooteaega mitte-CRT põhistel kuvaritel.

Takti ja andmete vaheline suhe
DVI andmekanal töötab kümnekordsel taktsageduskiirusel, teisisõnu edastatakse iga DVI takti puhul 10 bitti iga andmekanali kohta.

Piksliandmed on TMDSi 8b/10b kodeeringus. Kümnes bitt määrab ära, kas esimesed 8 bitti on pööratud (iga biti loogiline eitus (NOT)) dünaamilise kontrastsuse DC (ingl dynamic contrast) jaoks. Sealjuures tähistab 1 pööratud ja 0 õigepidist bitti. Üheksas bitt määrab ära, kuidas esimesed 8 bitti kodeeriti enne võimalikku loogilise eituse tehet. Kui üheksas bitt on 1, siis on iga bitt esimesest kaheksandani kodeeritud XOR-i (välistava või) abil eelmisega. Kui üheksas bitt on 0, siis kasutatakse teise kuni kaheksanda biti kodeerimiseks XNOR-i (pööratud välistav või). Spetsifikatsiooni 1.0 kohaselt on taktsagedus võrdne piksliedastussagedusega. Iga piksli kohta toimub kõige rohkem viis üleminekut. Edastav seade valib kahe skeemi vahel, et piksli kohta võimalikult vähe üleminekuid edastada.

Kontrollandmeid arvutatakse väärtuste järgi, mis on järgmises tabelis. Kontrollandmete sümbolid on valitud nii, et neis oleks vähemalt seitse üleminekut, et aidata sünkroonida vastuvõtva ja saatva seadme takte.

Kuna andmeid edastatakse 10-kordsel taktsageduskiirusel, siis peab vastuvõttev seade olema võimeline taastama andmetest kiirema takti. Selleks võib ta kasutada näiteks PLL-i (ingl phase-locked loop) või DLL-i (delay-locked loop). DVI taktsagedus on efektiivselt 1/10 taktsagedusviidast (ingl reference clock), mis on kasulik takti ja andmete ühenduse taastamiseks bitijadaga. DVI kasutab taktsagedusviita (teised jadaühendused nagu PCI Express ja SATA ei kasuta), kuna DVI edastatav andmekiirus (bitikiirus) võib suurel määral varieeruda (sõltuvalt kasutatavast videoformaadist). Jadaühendused, mis taktsagedusviita otseselt ei edasta, töötavad enamasti kindla sagedusega või mitme sagedusega, mis on täisarvkordsed (nt 2,5 Gbit/s ja 5,0 Gbit/s PCI Express erinevate versioonide jaoks ja 1,5 Gbit/s ja 3,0 Gbit/s SATA erinevate versioonide jaoks). Sel puhul arvutab vastuvõttev seade enamasti taktsagedusviida kohapeal, et taastada takti või andmeid.

Andmeid võimaldav signaal (ingl. data enable) annab vastuvõtvale seadmele märku sellest, kas oodata pikslit või kontrollsõnet: kui signaalitase on kõrge, siis ootab vastuvõttev seade pikslit, vastasel juhul kontrollsõnet.

Kuvari toitehaldus
DVI spetsifikatsioon võimaldab sarnaselt analoogsignaali standardiga VESA display power management signaling kuvarit välja lülitada koos ühendatud seadmega. Lisaks võib see toimuda ka programmi abil, kui kuva kontroller (videokaart) seda võimaldab. Sellise omadusega seadmetele antakse Energy Stari sertifikaat.

DVI-HDMI
DVI on pildiandmete osas HDMI-ga ühilduv. Peamine erinevus seisneb selles, et DVI-signaal ei sisalda üldjuhul TDMS-kanalis (Transition Minimized Differential Signaling, minimaalse üleminekuprotsessiga diferentsiaalses signaaliedastuskanalis) heliandmeid. Kuna elektriliselt on DVI ja HDMI samasugused, siis on uuemad PC-videokaardid võimelised heli ka DVI-pordist edastama, mis aga ei vasta DVI standardile.(NVIDIA ja ATI) See lubab personaalarvutil saata video- ja heliandmeid HDMI-sisendiga seadmetele DVI-pordi kaudu, kui videokaart toetab HDMI-heli. Kui videokaart HDMI heli ei toeta, siis tuleb kasutada adapterit, et kombineerida DVI-videosignaal analoog- või digitaalheliga. Kuna HDMI-signaalis on heli ning video vahelduvate plokkidena, siis on taolised adapterid üpris kallid (nt Gefen DVI adapter heliga).

Pakutud asendajad
IEEE 1394 (FireWire) pakuti välja High-Definition Audio-Video Network Alliance poolt, et asendada kõiki kaableid.
High-Definition Multimedia Interface (HDMI) – arenguvõimeline standard, mis võimaldab ka audiosignaali digitaalset edastust.
Unified Display Interface (UDI) pakuti Inteli poolt, et asendada DVI ja HDMI, kuid sellele hakati eelistama DisplayPorti.
DisplayPort on litsentsivaba standard, mis pakuti VESA poolt DVI edasiarenduseks ja millel on ka DRM-i võimekus.

Viited

Audio-videopistikühendused
Arvutisiinid