Interfaz visual digital

Interfaz visual digital (DVI) es una interfaz de visualización de video desarrollada por el Grupo de trabajo de visualización digital (DDWG). La interfaz digital se utiliza para conectar una fuente de video, como un controlador de visualización de video, a un dispositivo de visualización, como un monitor de computadora. Fue desarrollado con la intención de crear un estándar de la industria para la transferencia de contenido de video digital sin comprimir.

Con soporte para conexiones analógicas, los dispositivos DVI fabricados como DVI-I son compatibles con la interfaz VGA analógica al incluir pines VGA, mientras que los dispositivos DVI-D son solo digitales. Esta compatibilidad, junto con otras ventajas, condujo a su aceptación generalizada sobre los estándares de visualización digital de la competencia Plug and Display (P&D) y Digital Flat Panel (DFP). Aunque DVI se asocia predominantemente con computadoras, a veces se usa en otros productos electrónicos de consumo, como televisores y reproductores de DVD.

Resumen técnico

El formato de transmisión de video digital DVI se basa en panelLink, un formato en serie desarrollado por Silicon Image que utiliza un enlace en serie de alta velocidad denominado señalización diferencial minimizada de transición (TMDS).

TMDS

Los datos de píxeles de video digital se transportan mediante varios pares trenzados de TMDS. A nivel eléctrico, estos pares son altamente resistentes al ruido eléctrico y otras formas de distorsión analógica.

Enlace único

Una conexión DVI de enlace único tiene cuatro pares TMDS. Tres pares de datos transportan su componente RGB de 8 bits designado (rojo, verde o azul) de la señal de video para un total de 24 bits por píxel. El cuarto par lleva el reloj TMDS. Los datos binarios se codifican utilizando la codificación 8b/10b. DVI no utiliza paquetes, sino que transmite los datos de los píxeles como si fuera una señal de video analógica rasterizada. Como tal, el cuadro completo se dibuja durante cada período de actualización vertical. El área activa completa de cada cuadro siempre se transmite sin compresión. Los modos de video generalmente usan tiempos de actualización horizontal y vertical que son compatibles con las pantallas de tubo de rayos catódicos (CRT), aunque esto no es un requisito. En el modo de enlace único, la frecuencia de reloj TMDS máxima es de 165 MHz, lo que admite una resolución máxima de 2,75 megapíxeles (incluido el intervalo de borrado) con una actualización de 60 Hz. A efectos prácticos, esto permite una resolución de pantalla máxima de 16:10 de 1920 × 1200 a 60 Hz.

Doble enlace

Para admitir dispositivos de visualización de mayor resolución, la especificación DVI contiene una disposición para doble enlace. El DVI de doble enlace duplica la cantidad de pares de datos TMDS, duplicando efectivamente el ancho de banda de video, lo que permite resoluciones más altas de hasta 2560 × 1600 a 60 Hz o frecuencias de actualización más altas para resoluciones más bajas.

Compatibilidad

Para la compatibilidad con versiones anteriores de pantallas que utilizan señales VGA analógicas, algunos de los contactos del conector DVI transmiten señales VGA analógicas.

Para garantizar un nivel básico de interoperabilidad, los dispositivos compatibles con DVI deben admitir un modo de visualización de referencia, "formato de píxel bajo" (640 × 480 a 60 Hz).

DDC

Al igual que los conectores VGA analógicos modernos, el conector DVI incluye pines para el canal de datos de pantalla (DDC), lo que permite que el adaptador de gráficos lea los datos de identificación de pantalla extendidos (EDID) del monitor. Cuando se conectan una fuente y una pantalla que utilizan la revisión DDC2, la fuente primero consulta las capacidades de la pantalla leyendo el bloque EDID del monitor a través de un enlace I²C. El bloque EDID contiene la identificación de la pantalla, las características de color (como el valor gamma) y la tabla de modos de video admitidos. La tabla puede designar un modo preferido o una resolución nativa. Cada modo es un conjunto de valores de temporización que definen la duración y la frecuencia de la sincronización horizontal/vertical, el posicionamiento del área de visualización activa, la resolución horizontal, la resolución vertical y la frecuencia de actualización.

Longitud del cable

La longitud máxima recomendada para los cables DVI no está incluida en la especificación, ya que depende de la frecuencia del reloj TMDS. En general, las longitudes de cable de hasta 4,5 metros (15 pies) funcionarán para resoluciones de pantalla de hasta 1920 × 1200. Se pueden usar cables más largos de hasta 15 metros (49 pies) de longitud con resoluciones de pantalla de 1280 × 1024 o inferiores. Para distancias mayores, se recomienda el uso de un amplificador DVI (un repetidor de señal que puede usar una fuente de alimentación externa) para ayudar a mitigar la degradación de la señal.

Conector

Pintores de conector DVI femenino (vista de enchufe)

Pintores de conector M1-DA femenino (vista de plug)

puerto DVI en un Sony HD CRT TV que cumple con EIA-861

Conector de salida DVI en un ordenador

El conector DVI de un dispositivo recibe uno de tres nombres, según las señales que implemente:

• DVI-I (integrado, combina digital y analógico en el mismo conector; digital puede ser único o doble enlace)
• DVI-D (sólo digital, enlace único o doble enlace)
• DVI-A (análogo solamente)

La mayoría de los tipos de conectores DVI (la excepción es DVI-A) tienen clavijas que transmiten señales de video digital. Estos vienen en dos variedades: enlace simple y enlace doble. Single link DVI emplea un solo transmisor con un reloj TMDS de hasta 165 MHz que admite resoluciones de hasta 1920 × 1200 a 60 Hz. El DVI de doble enlace agrega seis pines, en el centro del conector, para un segundo transmisor que aumenta el ancho de banda y admite resoluciones de hasta 2560 × 1600 a 60 Hz. Un conector con estos pines adicionales a veces se denomina DVI-DL (doble enlace). El enlace dual no debe confundirse con pantalla dual (también conocida como cabezal dual), que es una configuración que consiste en una sola computadora conectada a dos monitores, a veces usando un DMS- Conector 59 para dos conexiones DVI de enlace único.

Además de los digitales, algunos conectores DVI también tienen pines que transmiten una señal analógica, que se puede usar para conectar un monitor analógico. Los pines analógicos son los cuatro que rodean la hoja plana en un conector DVI-I o DVI-A. Un monitor VGA, por ejemplo, se puede conectar a una fuente de video con DVI-I mediante el uso de un adaptador pasivo. Dado que los pines analógicos son directamente compatibles con la señalización VGA, los adaptadores pasivos son simples y económicos de producir, lo que brinda una solución rentable para admitir VGA en DVI. El pin largo y plano de un conector DVI-I es más ancho que el mismo pin de un conector DVI-D, por lo que incluso si los cuatro pines analógicos se quitaran manualmente, no sería posible conectar un DVI-I macho. a un DVI-D hembra. Sin embargo, es posible unir un conector DVI-D macho con un conector DVI-I hembra.

DVI es el único estándar de video generalizado que incluye transmisión analógica y digital en el mismo conector. Los estándares de la competencia son exclusivamente digitales: estos incluyen un sistema que utiliza señalización diferencial de bajo voltaje (LVDS), conocido por sus nombres patentados FPD-Link (pantalla plana) y FLATLINK; y sus sucesores, la interfaz de pantalla LVDS (LDI) y OpenLDI.

Algunos reproductores de DVD, televisores de alta definición y proyectores de video tienen conectores DVI que transmiten una señal cifrada para protección contra copia mediante el protocolo de protección de contenido digital de ancho de banda alto (HDCP). Las computadoras se pueden conectar a televisores HDTV a través de DVI, pero la tarjeta gráfica debe ser compatible con HDCP para reproducir contenido protegido por administración de derechos digitales (DRM).

Especificaciones

Un adaptador DVI-to-VGA pasivo. Este adaptador no trabajar con una salida DVI-D. Requiere una salida DVI-I o DVI-A para obtener la señal analógica a una entrada VGA (incluso si el adaptador parece un DVI-D). Se requiere un adaptador activo más caro (o convertidor) para conectar DVI-D a VGA.

Digital

• Frecuencia mínima del reloj TMDS: 25.175 MHz
  • Se utiliza para el modo de visualización de "formato de píxeles bajo" obligatorio: VGA (640x480) @ 60 Hz
• Frecuencia máxima del reloj TMDS: 165 MHz
  • La velocidad máxima de bits brutos de un solo enlace incluyendo 8b/10b es 4,95 Gbit/s. Con la sobrecarga de 8b/10b restringida, la velocidad máxima neta es de 3,96 Gbit/s.
  • Las tasas de bits máximas de doble enlace son dos veces la de un solo enlace. Incluyendo 8b/10b, la tasa máxima de bits brutos es 9.90 Gbit/s. Con la sobrecarga de 8b/10b restringida, la velocidad máxima neta es de 7,92 Gbit/s.
• Bits por pixel:
  • 24 bits por pixel support es obligatorio en todas las resoluciones soportadas.
  • Menos de 24 bits por pixel es opcional.
  • El doble enlace opcionalmente soporta hasta 48 bits por pixel.
    • Si se desea una profundidad superior a 24 bits por pixel, se envían los bits menos significativos en el segundo enlace.
• Píxeles por ciclo de reloj TMDS:
  • 1 (single link at 24 bits or less per pixel, and dual link for 25 to 48 bits per pixel) or
  • 2 (enlace dual a 24 bits o menos por pixel)
• Modos de visualización de ejemplo (enlace único):
  • SXGA (SXGA)1280 × 1024) @ 85 Hz con en blanco GTF (159 MHz TMDS reloj)
  • FHD1920 × 1080) @ 60 Hz con en blanco CVT-RB (139 MHz TMDS reloj)
  • UXGA (UXGA)1600 × 1200) @ 60 Hz con GTF en blanco (161 MHz TMDS reloj)
  • WUXGA1920 × 1200) @ 60 Hz con en blanco CVT-RB (154 MHz TMDS reloj)
  • WQXGA (WQXGA)2560 × 1600) @ 30 Hz con CVT-RB en blanco (132 MHz TMDS reloj)
• Modos de visualización de ejemplo (enlace dual):
  • QXGA (QXGA)2048 × 1536) @ 72 Hz con hoja de CVT (2 píxeles por 163 MHz TMDS reloj)
  • FHD1920 × 1080) @ 144 Hz
  • WUXGA1920 × 1200) @ 120 Hz con Hojas CVT-RB (2 píxeles por 154 MHz TMDS reloj)
  • WQXGA (WQXGA)2560 × 1600) @ 60 Hz con el en blanco CVT-RB (2 píxeles por 135 MHz TMDS reloj)
  • WQUXGA (WQUXGA)3840 × 2400) @ 30 Hz con el en blanco CVT-RB (2 píxeles por 146 MHz TMDS reloj)

La fórmula de sincronización generalizada (GTF) es un estándar VESA que se puede calcular fácilmente con la utilidad gtf de Linux. Coordinated Video Timings-Reduced Blanking (CVT-RB) es un estándar VESA que ofrece reducción de supresión horizontal y vertical para pantallas no basadas en CRT.

Codificación de datos digitales

Uno de los propósitos de la codificación de transmisión DVI es proporcionar una salida balanceada de CC que reduzca los errores de decodificación. Este objetivo se logra mediante el uso de símbolos de 10 bits para caracteres de 8 bits o menos y el uso de bits adicionales para el equilibrio de CC.

Al igual que otras formas de transmitir video, existen dos regiones diferentes: la región activa, donde se envían los datos de píxeles, y la región de control, donde se envían las señales de sincronización. La región activa se codifica utilizando señalización diferencial con transición minimizada, donde la región de control se codifica con una codificación fija 8b/10b. Como los dos esquemas generan diferentes símbolos de 10 bits, un receptor puede diferenciar completamente entre regiones activas y de control.

Cuando se diseñó DVI, la mayoría de los monitores de computadora todavía eran del tipo de tubo de rayos catódicos que requieren señales de sincronización de video analógicas. La temporización de las señales de sincronización digital coincide con las analógicas equivalentes, por lo que el proceso de transformación de DVI hacia y desde una señal analógica no requiere memoria adicional (de alta velocidad), costosa en ese momento.

HDCP es una capa adicional que transforma los símbolos de 10 bits antes de transmitir. Solo después de la autorización correcta, el receptor puede deshacer el cifrado HDCP. Las regiones de control no están cifradas para que el receptor sepa cuándo comienza la región activa.

Relación entre reloj y datos

DVI proporciona un par de reloj TMDS y 3 pares de datos TMDS en modo de enlace único o 6 pares de datos TMDS en modo de enlace dual. Los pares de datos TMDS operan a una tasa de bits bruta que es 10 veces la frecuencia del reloj TMDS. En cada período de reloj TMDS hay un símbolo de 10 bits por par de datos TMDS que representa 8 bits de color de píxel. En el modo de enlace único, cada conjunto de tres símbolos de 10 bits representa un píxel de 24 bits, mientras que en el modo de enlace doble, cada conjunto de seis símbolos de 10 bits representa dos píxeles de 24 bits o un píxel con una profundidad de color de hasta 48 bits..

El documento de especificaciones permite que los datos y el reloj no estén alineados. Sin embargo, como la relación entre el reloj TMDS y la tasa de bits bruta por par TMDS se fija en 1:10, la alineación desconocida se mantiene a lo largo del tiempo. El receptor debe recuperar los bits en el flujo utilizando cualquiera de las técnicas de recuperación de reloj/datos para encontrar el límite de símbolo correcto. La especificación DVI permite que el reloj TMDS varíe entre 25 MHz y 165 MHz. Esta relación de 1:6,6 puede dificultar la recuperación del reloj, ya que los bucles de bloqueo de fase, si se utilizan, deben funcionar en un amplio rango de frecuencias. Una ventaja de DVI sobre otras interfaces es que es relativamente sencillo transformar la señal del dominio digital al dominio analógico usando un DAC de video, ya que se transmiten señales de reloj y sincronización. Las interfaces de frecuencia fija, como DisplayPort, necesitan reconstruir el reloj a partir de los datos transmitidos.

Administración de energía de la pantalla

La especificación DVI incluye señalización para reducir el consumo de energía. De manera similar al estándar de señalización de administración de energía de pantalla VESA (DPMS) analógica, un dispositivo conectado puede apagar un monitor cuando el dispositivo conectado está apagado o mediante programación si el controlador de pantalla del dispositivo lo admite. Los dispositivos con esta capacidad también pueden obtener la certificación Energy Star.

Analógico

La sección analógica del documento de especificación DVI es breve y apunta a otras especificaciones como VESA VSIS para características eléctricas y GTFS para información de tiempo. La motivación para incluir analógico es mantener la compatibilidad con los cables y conectores VGA anteriores. Los pines VGA para HSync, Vsync y tres canales de video están disponibles en conectores DVI-I o DVI-A (pero no DVI-D) y son eléctricamente compatibles, mientras que los pines para DDC (reloj y datos) y alimentación y tierra de 5 V son compatibles. guardado en todos los conectores DVI. Por lo tanto, un adaptador pasivo puede interactuar entre conectores DVI-I o DVI-A (pero no DVI-D) y VGA.

Compatibilidad con DVI y HDMI

HDMI es una nueva interfaz de audio/video digital desarrollada y promovida por la industria de la electrónica de consumo. DVI y HDMI tienen las mismas especificaciones eléctricas para sus pares trenzados TMDS y VESA/DDC. Sin embargo, HDMI y DVI difieren en varios aspectos clave.

• HDMI carece de compatibilidad con VGA y no incluye señales analógicas.
• DVI se limita al modelo de color RGB mientras que HDMI también admite YCbCr 4:4:4 y YCbCr 4:2:2 espacios de color, que generalmente no se utilizan para gráficos de computadora.
• Además de vídeo digital, HDMI admite el transporte de paquetes utilizados para audio digital.
• Las fuentes HDMI diferencian entre las pantallas DVI heredadas y las pantallas compatibles con HDMI leyendo el bloque EDID de la pantalla.

Para promover la interoperabilidad entre los dispositivos DVI-D y HDMI, los componentes de fuente HDMI y las pantallas admiten la señalización DVI-D. Por ejemplo, una pantalla HDMI puede ser impulsada por una fuente DVI-D porque tanto HDMI como DVI-D definen un conjunto mínimo superpuesto de resoluciones admitidas y formatos de búfer de cuadro.

Algunas fuentes DVI-D utilizan extensiones no estándar para emitir señales HDMI, incluido el audio (por ejemplo, la serie 3000 de ATI y la serie GTX 200 de NVIDIA). Algunas pantallas multimedia usan un adaptador DVI a HDMI para ingresar la señal HDMI con audio. Las capacidades exactas varían según las especificaciones de la tarjeta de video.

En el escenario inverso, es posible que una pantalla DVI que carezca de soporte opcional para HDCP no pueda mostrar contenido protegido aunque sea compatible con la fuente HDMI. Las funciones específicas de HDMI, como control remoto, transporte de audio, xvYCC y color profundo, no se pueden usar en dispositivos que solo admiten señales DVI. La compatibilidad HDCP entre los dispositivos de origen y destino está sujeta a las especificaciones del fabricante de cada dispositivo.

Sucesoras propuestas

• IEEE 1394 fue propuesta por High-Definition Audio-Video Network Alliance (HANA Alliance) para todas las necesidades de cableado, incluyendo vídeo, sobre coax o cable 1394 como un flujo de datos combinado. Sin embargo, esta interfaz no tiene suficiente rendimiento para manejar el vídeo HD no comprimido, por lo que no es adecuado para aplicaciones como videojuegos y guías de programas interactivos.
• Interfaz multimedia de alta definición (HDMI), un estándar compatible con el futuro que también incluye transmisión de audio digital
• Interfaz de visualización unificada (UDI) fue propuesta por Intel para reemplazar tanto DVI como HDMI, pero fue deprecatado a favor de DisplayPort.
• DisplayPort (un estándar sin licencia propuesto por VESA para tener éxito DVI que tiene mecanismos opcionales de DRM) / Mini DisplayPort
• Thunderbolt: una interfaz que tiene el mismo factor de forma que Mini DisplayPort (en la versión 1 y 2) o USB-C (en la versión 3 y 4), pero combina PCI Express (PCIe) y DisplayPort (DP) en una señal de serie, permitiendo la conexión de dispositivos PCIe además de pantallas de vídeo. También proporciona energía DC.

En diciembre de 2010, Intel, AMD y varios fabricantes de computadoras y pantallas anunciaron que dejarían de admitir las tecnologías DVI-I, VGA y LVDS a partir de 2013/2015 y, en su lugar, acelerarían la adopción de DisplayPort y HDMI. También declararon: "Las interfaces heredadas como VGA, DVI y LVDS no han seguido el ritmo, y los estándares más nuevos como DisplayPort y HDMI claramente brindan las mejores opciones de conectividad en el futuro. En nuestra opinión, DisplayPort 1.2 es la futura interfaz para monitores de PC, junto con HDMI 1.4a para conectividad de TV.