1.2 高速串行口的發(fā)展

由于高速串行口主要應(yīng)用于高數(shù)據(jù)傳輸及存儲(chǔ)設(shè)備接口，而視頻接口的高速數(shù)據(jù)傳輸也發(fā)展了專門的高速串行接口技術(shù)。

1.2.1 存儲(chǔ)設(shè)備的高速串行接口技術(shù)

移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備常用的通用串行總線（USB）接口技術(shù)從20世紀(jì)90年代至今得到了普遍的應(yīng)用和發(fā)展。在硬盤上常使用的并行轉(zhuǎn)串行的方法主要為以下兩種：一種是PATA接口（即并行ATA）轉(zhuǎn)向SATA接口（即串行ATA）；另一種是SCSI接口（即并行SCSI）轉(zhuǎn)向SAS接口（即串行SCSI）。目前ATA的傳輸速度已經(jīng)提升到了133Mb/s，ULTRA320 SCSI則達(dá)到了320Mb/s。串行后的SATA和SAS在連接器和電氣接口方面則是一致的。

串行接口的一個(gè)主要不同，是在命令和數(shù)據(jù)的封包方面，兩者皆以串行的方式傳送。SAS端口分為四層：物理層（PHY）、鏈路層（Link）、端口層（Port）和傳輸層（Transport）。封包發(fā)生在端口層，在端口層，接口的設(shè)計(jì)是透明的，這樣軟件就可以直接識(shí)別出ATA或SCSI設(shè)備。

存儲(chǔ)接口要從并行轉(zhuǎn)向串行的原因是因?yàn)楝F(xiàn)有的接口面臨性能瓶頸、信號(hào)扭曲和傳輸率不足等問題，特別是ATA接口本身的電氣特性，使其受到的應(yīng)用限制尤為明顯。線纜復(fù)雜度和可服務(wù)性方面的問題也在驅(qū)動(dòng)向串行的轉(zhuǎn)變，如轉(zhuǎn)向串行后可以支持熱插拔。

并行轉(zhuǎn)串行的原因在于深藏在數(shù)據(jù)背后的時(shí)鐘（Clock）。數(shù)據(jù)（Data）和時(shí)鐘（Clock）信息是通過8B/10B的編碼規(guī)范結(jié)合在一起的。接口串行化，可以在增加數(shù)據(jù)傳輸速率的同時(shí)消除信號(hào)扭曲問題，如SATA最開始的數(shù)據(jù)傳輸速率就高達(dá)1.5Gb/s，即與設(shè)備連接的最高速率為150Mb/s。目前，SATA-II已經(jīng)達(dá)到了3Gb/s的速率。SAS允許雙向傳輸，速率為3Gb/s，如果使用雙端口就是6Gb/s。

1.2.2 高速視頻串行平板連接技術(shù)

平板連接方式在不同的區(qū)域和國(guó)家出現(xiàn)了不同的標(biāo)準(zhǔn)，在一些公司開發(fā)的接口芯片上作了部分不同接口間的兼容，在應(yīng)用產(chǎn)品的開發(fā)中就要參照不同標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)信號(hào)的連接，接插頭的引腳分布都要進(jìn)行充分的考慮。

1.VESA電視平板標(biāo)準(zhǔn)

要定義接口的電氣要求和電視面板23英寸、26英寸、32英寸和37英寸（1英寸=2.54cm）接口機(jī)械性能兼容。目標(biāo)像素格式是1 366×768和1 920×1 080。要求面板接口包括兩個(gè)不同的物理接口：用于數(shù)據(jù)的LVDS和背光逆變器的接口，并對(duì)以下幾方面做了標(biāo)準(zhǔn)定義。

● 像素格式；

● LVDS信號(hào)接口；

● LVDS數(shù)據(jù)/顏色映射；

● 電源排序；

● 光電氣接口。

2. OpenLDI標(biāo)準(zhǔn)

OpenLDI（Open LVDS Display Interface）規(guī)范的成熟是伴隨著半導(dǎo)體公司、顯示器、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、連接器和電纜行業(yè)共同發(fā)展的，它是一個(gè)顯示源和顯示設(shè)備之間的數(shù)字連接的開放標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是一種進(jìn)化，在實(shí)際的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)過程中，它連接顯示控制器和筆記本電腦中液晶面板。OpenLDI標(biāo)準(zhǔn)廣泛借鑒了過去使用的其他標(biāo)準(zhǔn)，特別是視頻電子標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（VESA）和美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)（ANSI）的標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)提供了一個(gè)完全數(shù)字化、即插即用、提供最大接口、最清晰的視頻圖像數(shù)字顯示設(shè)備索取。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)過去沒有材料說明許可證必須支付的費(fèi)用，也沒有為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)而建立一個(gè)特定的組織。

OpenLDI規(guī)范描述了顯示源和數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備之間的連接邏輯、電氣和機(jī)械接口，包括在接口處顯示識(shí)別（DDC/CI）和連接（USB）外圍設(shè)備的通信渠道。使用這種接口的好處在于兩個(gè)單個(gè)的顯示源可以集成在一個(gè)顯示設(shè)備上（如筆記本電腦和高清晰度電視），也可連接到遠(yuǎn)程顯示設(shè)備上。OpenLDI在連接視頻控制器和液晶面板的實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)上不斷地發(fā)展。

OpenLDI標(biāo)準(zhǔn)的目的是提供顯示源和顯示設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)霓D(zhuǎn)換，避免在顯示器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬形式時(shí)，造成信息的損失。此外，該標(biāo)準(zhǔn)描述了一個(gè)發(fā)信號(hào)的機(jī)制，必須把用于連接顯示源和顯示設(shè)備的電線數(shù)量盡量減少，以此減少電磁輻射。這個(gè)接口在描述顯示格式范圍的廣泛性、刷新速度和像素的深度時(shí)更靈活。

3. DISM標(biāo)準(zhǔn)

DISM標(biāo)準(zhǔn)（Digital Interface Standards for Monitor）是對(duì)個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）的視頻接口的定義，對(duì)工作站和其他電子顯示設(shè)備提供一個(gè)數(shù)字視頻接口。

DISM標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸是非常有效的，因?yàn)樗苊饬藬?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬而導(dǎo)致的質(zhì)量退化的問題。采用數(shù)字格式可降低系統(tǒng)成本，簡(jiǎn)化監(jiān)控體系，還沒有其他的標(biāo)準(zhǔn)可以達(dá)到DISM個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)。因此，DISM中的所有標(biāo)準(zhǔn)有理由成為工業(yè)中的一個(gè)能被廣泛接受的新標(biāo)準(zhǔn)。

DISM標(biāo)準(zhǔn)定義了信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)、電氣特性、連接器、引腳分配以及PC、交換機(jī)、顯示設(shè)備的數(shù)字視頻接口的詳細(xì)說明和其他電子設(shè)備軟件規(guī)范。

該技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的主要特點(diǎn)：

● 高品質(zhì)的視頻輸出；

● 可即插即用；

● 能夠使用現(xiàn)有的技術(shù)；

● 能夠通過10m的電纜工作；

● 低EMI；

● 相對(duì)于并行接口減少了引腳數(shù)。

1.2.3 HDMI接口技術(shù)

HDMI是由日立、松下、飛利浦、索尼、湯姆遜、東芝和Silicon Image共7家公司共同發(fā)起的，該組織于2002年12月發(fā)布了HDMI 1.0技術(shù)規(guī)范，并于2005年8月將它升級(jí)至最新版本HDMI 1.2，現(xiàn)已有公司按HDMI 1.3的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行芯片的開發(fā)。

1. HDMI能同時(shí)傳輸視頻和音頻信號(hào)

HDMI在傳輸1080P視頻信號(hào)的同時(shí)，以192kHz的采樣頻率傳送8聲道的音頻信號(hào)。一條HDMI連線可以取代10～20條模擬傳輸線，將高清媒體音視頻數(shù)據(jù)同時(shí)傳送。設(shè)備制造商在產(chǎn)品設(shè)計(jì)完畢后，會(huì)預(yù)先將樣機(jī)提交給ATC測(cè)試中心，測(cè)試內(nèi)容包括HDMI發(fā)送器、接收器以及傳輸連線。

2. HDMI標(biāo)準(zhǔn)連線長(zhǎng)度增加

在數(shù)字影音環(huán)境中，互連的影音設(shè)備距離較遠(yuǎn)，連線長(zhǎng)度有可能要達(dá)到十幾米甚至二十多米，標(biāo)準(zhǔn)HDMI可滿足此要求；可將連線長(zhǎng)度限制增加至25m，而且A型接口規(guī)范采用的是19針接口，這種小型接口可以使連線更加方便地穿過電纜導(dǎo)管和墻壁，使家庭影院系統(tǒng)的組建變得更加簡(jiǎn)便。這也是相對(duì)于DVI接口的優(yōu)勢(shì)。

3. HDMI的工作原理

HDMI源于DVI接口技術(shù)，它們都以Silicon Image公司的TMDS（Transition Minimized Differential Signal）信號(hào)傳輸技術(shù)為核心，即最小變換差分信號(hào)，它通過一定的編/解碼算法，使傳輸?shù)臄?shù)據(jù)趨于直流平衡，減少對(duì)傳輸線的電磁干擾，傳輸?shù)目煽啃缘玫斤@著增強(qiáng)，傳輸速度得以提高。HDMI接口的3組TMDS通道以最高165MHz的頻率，傳送以R、G、B或Y、Cb、Cr格式編碼的24位像素視頻數(shù)據(jù)，最高帶寬可達(dá)4.95Gb/s。

4. HDMI的信號(hào)傳輸過程

HDMI支持在單連線上傳輸不經(jīng)壓縮的全數(shù)字高清晰度視頻、多聲道音頻和智能格式與控制命令的數(shù)字接口。HDMI的信號(hào)傳輸過程包括三個(gè)部分：視頻數(shù)據(jù)傳輸期、數(shù)據(jù)島傳輸期和控制數(shù)據(jù)傳輸期。視頻像素信號(hào)在視頻數(shù)據(jù)傳輸期傳送，通過對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行編碼，生成3路共24位的視頻數(shù)據(jù)流，HDMI發(fā)送器再將它調(diào)制成TMDS信號(hào)傳送出去；數(shù)據(jù)島傳輸期則傳送音頻數(shù)據(jù)和輔助信息幀，有效數(shù)據(jù)被分為每4位一組，構(gòu)成一個(gè)數(shù)據(jù)包后被調(diào)制為10位一組的TMDS信號(hào)傳送；任意兩個(gè)數(shù)據(jù)周期之間是控制數(shù)據(jù)傳輸期，這個(gè)期間傳送的6位數(shù)據(jù)分別為HSYNC（行同步）、VSYNC（場(chǎng)同步）、CTL0、CTL1、CTL2、CTL3，其中后4位數(shù)據(jù)組成文件頭，用來判斷接下來的數(shù)據(jù)是視頻類型還是數(shù)據(jù)島類型。

5. HDMI的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

HDMI技術(shù)中的HDCP（High-bandwidth Digital Content Protection，高帶寬數(shù)字內(nèi)容保護(hù)技術(shù)）的應(yīng)用可以給影音內(nèi)容提供有效的版權(quán)保護(hù)。雖然HDMI接口規(guī)范并沒有強(qiáng)制搭配HDCP系統(tǒng)，但DVD復(fù)制管制協(xié)會(huì)、美國(guó)通信委員會(huì)、歐洲信息通信技術(shù)與消費(fèi)性電子產(chǎn)業(yè)等組織，均對(duì)HDCP作了硬性規(guī)定，這些舉措為HDMI的發(fā)展掃除了版權(quán)上的障礙，從而得到了內(nèi)容制造商的大力支持。

由于在規(guī)格上全面領(lǐng)先DVI接口技術(shù)，影音設(shè)備最新設(shè)計(jì)都已經(jīng)改用了HDMI接口。在即將到來的數(shù)字家電時(shí)代，PC與家電的結(jié)合將更加緊密，這為HDMI在PC上的使用提供了更廣闊的空間。目前HDMI規(guī)范已經(jīng)確定B型接口（29針）專供PC使用，它與目前普遍使用的A型接口（19針）相比，形狀和電氣性能基本上沒變化。隨著支持HDMI的設(shè)備逐漸增多，它的普及速度將會(huì)越來越快。

1.2.4 DVI接口技術(shù)

DVI是數(shù)字顯示工作組（Digital Display Working Group，DDWG）于20世紀(jì)90年代末提出的，最初目的是為了解決PC與顯示器之間的無壓縮數(shù)據(jù)傳輸問題，但因其視頻傳輸能力強(qiáng)，它被眾多數(shù)字影音設(shè)備所采用。

DVI連接通道的最大傳輸帶寬可以達(dá)到4.95Gb/s，除去輔助編碼等信息后，實(shí)際可用帶寬為3.96Gb/s。目前最高規(guī)格的高清視頻制式1080P也僅需2.2Gb/s的帶寬，由于DVI設(shè)計(jì)的最初目的是用于計(jì)算機(jī)顯示器，它并沒有過多地考慮數(shù)字影音發(fā)展及內(nèi)容保護(hù)、連接設(shè)備的識(shí)別、接口的電氣安全等，所以應(yīng)用在數(shù)字影音設(shè)備時(shí)，不足之處也很明顯，而HDMI接口技術(shù)正是在此基礎(chǔ)上得到迅速發(fā)展的。