Digitale Bildübertragung und EDID Management

Transkript

1 Grundlagen Medientechnik Kommunikation zwischen Quelle und Projektor/Display im Zeitalter von HDMI und HDCP, Informationen zum EDID Management Digitale Bildübertragung und EDID Management 1

2 Videosignale Folgende Videosignale sind zur Zeit gebräuchlich: RGBHV ( VGA) (analoges Videosignal) Consumer HDMI (digitales Videosignal) DVI (digitales Videosignal) Display Port (digitales Videosignal) HDBaseT (digitales Videosignal) Thunderbold (Digitale Schnittstelle für Video geeignet) Pro SDI AVB (digitales Videosignal) IP basierende Videoübertragung 2

3 VGA (RGBHV) DDC1 verwendet Pin 14 (V-Sync) als SCL, allerdings geht nur ein vereinfachtes Datensignal vom Monitor zum PC, DDC2 verwendet dafür Pin 15, unterstützt aber Signale in beide Richtungen und hat mehr Funktionen. Ende 2010 gaben Intel und AMD bekannt, ab dem Jahr 2015 kein VGA mehr in ihren Produkten zu unterstützen. In Zukunft wird man sich auf die Schnittstellen HDMI und DisplayPort konzentrieren 3

4 DVI Für die digitale Datenübertragung benutzt DVI den Standard TMDS. Dabei werden die üblichen 8 Datenbits eines RGB-Signals seriell übertragen. Beim Aufbau einer Verbindung wird ausgehandelt, ob eine Single-Link- Verbindung (max. 3,72 GBit/s über 3 Adernpaare) oder eine Dual-Link- Verbindung (max. 7,44 GBit/s über 6 Adernpaare) verwendet wird. Außerdem werden Auflösung, Bittiefe, Bildfrequenz und Verschlüsselung ausgehandelt. Pixelfrequenzen oberhalb 165 MHz oder Bittiefen von mehr als 8 bit (pro Pixel und Farbe) erfordern immer eine Dual-Link-Verbindung. 4

5 Transition-Minimized Differential Signaling (TMDS) Transition-Minimized Differential Signaling (TMDS) ist ein von Silicon Image entwickelter Standard zur digitalen Übertragung von Multimediadaten an ein Ausgabegerät. Dieser Standard wurde entwickelt, um elektromagnetische Störungen, wie sie bei der analogen Übertragung auftreten, im Normalfall vollständig zu eliminieren. Bei DVI- oder HDMI-Übertragungen wird TMDS dazu benutzt, sehr hochauflösende Bildschirme anzusteuern. Wegen der Kabeldämpfung können bei den vorgesehenen Leitungslängen bis 15 m zurzeit max. 165 Megapixel pro Sekunde übertragen werden, was bei 60 Hz Bildwiederholfrequenz einer maximalen Auflösung von Pixel (UXGA) bzw (WUXGA) entspricht. Physikalisch stehen dazu drei differenzielle TMDS-Leitungen mit je max. 1,650 Gbit/s für die Daten und eine differenzielle Taktleitung mit der Taktfrequenz von 1/10 der Datenrate (max. 165 MHz) zur Verfügung. In einer erweiterten Version mit einem breiteren DVI-Stecker werden sechs differenzielle TMDS-Leitungen genutzt, um max. 330 Megapixel pro Sekunde zu transportieren, was eine Auflösung von z. B Pixel (QXGA) bei 60 Hz Bildwiederholfrequenz ermöglicht. Die maximale Auflösung, die derzeit von DVI unterstützt wird, ist Pixel bei 60 Hz. 5

6 HDMI 6

7 HDMI 7

8 Displayport DisplayPort unterstützt einen Zusatzkanal, der bei geringen Latenzen und konstanter Bandbreite eine bidirektionale Verbindung erlaubt, um unter anderem eine Gerätesteuerung nach den VESA-Standards E-DDC, E-EDID, DDC/CI und MCCS zu ermöglichen. Dadurch wird echtes Plug and Play möglich. Dieser Kanal wird AUX- Channel genannt. 8

9 Videoschnittstellen Vergleich 9

10 High-bandwidth Digital Content Protection (HDCP) HDCP ist ein von Intel im Jahre 2003 entwickeltes Verschlüsselungssystem, das für die Schnittstellen DVI, HDMI und Display Port zur geschützten Übertragung von Audio- und Video-Daten vorgesehen ist. HDCP soll in Europa für HDTV Standard werden. Auch bei Blu-ray Disc bzw. HD DVD kommt HDCP zum Einsatz. Mit HDCP soll das Abgreifen des meist AACS verschlüsselten Video- und Audiomaterials innerhalb der Verbindung zwischen Sender und Empfänger verhindert werden. Außerdem sollen die Abspielgeräte in Zukunft über Widerrufslisten (engl. Revocation List) verfügen, mit denen unzulässige Decoder-IDs abgelehnt werden sollen. Neben einer gegenüber Störungen sehr unanfälligen, aber nur in einer Richtung (Bilddaten) laufenden Kommunikation per TMDS erfolgt ein weiterer Teil der Kommunikation, bidirektional (Handshakes) per I²C, Dieser Weg ist dabei aber weder durch differentielle Leitungen noch durch Prüfzeichen gesichert und Störanfällig 10

11 Low Voltage Differential Signaling LVDS Bei dem englischen Begriff Low Voltage Differential Signaling (LVDS) handelt es sich um einen Schnittstellen-Standard für Hochgeschwindigkeits Datenübertragung. Diese Schnittstelle wird zur direkten Ansteuerung von LCD/TFT Anzeigemedien verwendet LVDS ist standardisiert nach ANSI/TIA/EIA Wichtige Merkmale sind: differenzielle Spannungspegel relativ geringe Spannungspegel (engl. low voltage) die Signale werden mit einer Konstantstromquelle erzeugt 11

12 HDBaseT Die HDBaseT Alliance wurde 2009 von LG, Samsung, Sony und Valens Semiconductor gegründet. Die Daten-Übertragung erfolgt unkomprimiert und kopiergeschützt über CAT5e/6-Ethernet-Kabel mit gewöhnlichen RJ-45-Steckern. Die Kabellänge darf dabei bis zu 100 m betragen. Eine PoE-Stromversorgung über das CAT5e/6-Kabel ist möglich Übertragungen Full-HD Video Audio Multikanal Steuerung (IR, RS-232 bidirektikonal) USB ( 2.0) Netzwerk (10/100) PoE Speisung möglich Der HDBaseT Standard wird bei vielen Produkten eingesetzt. Die Technik wird oft mit kleinen markenspezifischen Anpassungen unter anderen Namen vermarktet. 12

13 Extended Display Identification Data (EDID) Extended Display Identification Data (EDID) ist eine 128-Byte-Datenstruktur, mit der eine Anzeige ihre Fähigkeiten beschreibt. Enthalten sind Informationen wie der Hersteller, Fertigungsdatum, Displaygröße, Pixel Mapping Data usw. Für die Übertragung der Datenstruktur vom Monitor zur Grafikkarte wird üblicherweise der I²C-Bus verwendet. Die Kombination von EDID und I²C nennt sich Display Data Channel Der Display Data Channel (DDC) ist eine serielle Kommunikationsschnittstelle zwischen Bildschirm und PC, die einen Datenaustausch über das Bildschirmkabel ermöglicht und es dem Betriebssystem erlaubt, den Bildschirmtreiber automatisch zu konfigurieren Die Video Electronics Standards Association (VESA) hat folgende Versionen dieses Industriestandards herausgegeben: DDC1 (Version 1): Ständig wiederholte Übertragung der Extended Display Identification Data (EDID) vom Monitor zur Grafikkarte. In den 128 Bytes der EDID-Datenstruktur sind Informationen zur VESA-Standard-Kompatibilität enthalten. DDC2B (Version 2 Level B): Ermöglicht nun auch die bidirektionale Übertragung des VESA Display Identification File (VDIF). Der Monitor kann damit auf spezielle Anfragen der Grafikkarte antworten. DDC2AB: Wie DDC2B, aber Übertragung noch weiterer Daten zur Ansteuerung des Monitors Um Informationen austauschen zu können, müssen sowohl Grafikkarte, Kabel als auch Monitor diesen Datenkanal unterstützen. 13

14 Beispiel 1 14

15 Beispiel 2 15

16 Beispiel 3 16