DVI接口概述及其在数字电视中的应用研究

数字电视DVI接口的EDID开发

EDID是为PC显示器设置的优化显示格式数据规范，存储在显示器中专用的1Kb的EEROM存储器中(即EDID数据结构是128Byte)，DVI接口应用在数字电视上时，同样应该遵从此规范。

PC主机和显示器通过DDC数据线访问存储器中数据，以确定显示器的显示属性(如分辨率、纵横比等)信息，在数字电视上，也应该用DVI接口的DDC数据线访问EDID存储器，以确定数字电视的相关显示属性，关键是128Byte是PC显示器的标准，已不能满足数字电视视频标准的要求，因此需要对数据结构进行扩展，由于EDID标准并没有相应的规范，研究中按照EIA/CEA-861-B标准规范对EDID数据进行编程。

图4 PC的EDID数据结构示意图

DVI接口在数字电视中的EDID数据结构，与PC显示器的最大区别是编程数据可以是128Byte的倍数，它不仅规定数字电视显示的PC格式，也规定数字视频信号和数字音频信号，基本的128Byte以外的数据都是附加数据，在基本数据的第127个字节定义EDID的附加数据块数量。在EDID数据编程中，根据数字电视的显示属性要求，有两个关键环节必须注意：第一，如果数字电视的显示是固定格式，则在首选Timing Mode字节中必须选择相应的定义；第二，数字电视的标准显示属性应在第一段详细Timing Mode字节中完成数据编程。

研究开发中，注意到DDC2B只能适用于DVI 1.0标准的EDID读取，因为它不能读取附加的128字节的数据。因此，对于应用DVI接口到数字电视中，因为有CEA的数据在附加数据块里，信号源必须满足E-DDC标准，才能读取EDID数据。

数字电视中DVI接口的HDCP研究

HDCP(High-bandwidth Digital Content protection)系统是DVI接口中，在发送设备(即主机)和接收设备间保护数字信号正常合法传输，防止非法接收的一种加密系统，在这一系统中最多允许7层视频转发器和128台设备共享同一主DVI接口输出的数字信号，HDCP系统连接的拓扑结构如图5所示。

图5 HDCP系统连接拓朴结构图

HDCP主要有三个组成部分：第一部分是鉴定协议，确认接收者的合法性。发送方与接收方进行信息交换，接收方将KEY传给发送方，发送方验证并用此产生公共密钥，通过公共密钥作为均衡KEY混入授权证实序列中，用于加密内容的解密，授权确认完成；HDCP密钥一般有专门的EEPROM存储，目前多数整机产品可通过处理芯片内部EEPROM中预编程得到HDCP密钥，通过这种方式密钥保护可达到HDCP规范要求的高级别，出于保密原因，密钥不能从IC里读出。第二，一旦确认，发送方将加密内容以双方都知道的解密方式传给接收方；第三，当非授权设备接收时，通过发送方的检测，将中断内容传送。

HDCP具体工作过程：首先由主机发送密钥选择导引序列(AKSV)和64bit伪随机序列(An)到接收方，接收方回传密钥选择导引序列(BKSV)和转发器位(REPEAT-bit)(如是转发器用以表示身份)，发送方确认BKSV是否已被废除和是否包含20个1和20个0；如果双方的设备密钥和KSV有效，则计算产生一个56bit的公共密钥Km和Km`，然后可产生KS、KS`(传输密钥)、M0、MO`(64bit后续验证用追加初始序列)、RO、R0`(16bit指示验证成功，它必须在AKSV发送后100ms内传回发送方；验证成功后R01和R0相等；每128帧修正一次，每2s回传一次)。因此当DVI接口中断传输2s以上，或是非授权设备接收时，主机将停止传输内容，以达到保护传输内容的目的。

HDCP鉴定处理过程如图6所示。

图6 HDCP鉴定处理过程图

HDCP功能对于数字电视有一定局限性。对于设计完善的功能电路，如果A/D转换器、TMDS解码处理器不工作时，一般都具备Power Down功能，一方面降低系统功耗，另一方面减少高速信号的数字干扰。但由于DVI接口的HDCP功能在连接初期识别正常后，每2秒钟要进行一次相互认证，以确保连接的始终是合格授权接收设备，这时TMDS解码处理器就必须一直处于Power On状态，此时将引起上面提到的两点性能的恶化。如何处理这种矛盾，需要兼顾系统性能和接口标准的适应性。另外，从接收设备实际使用的角度看，HDCP的上述认证系统有一定的缺陷，使用中从DVI接口模式切换到其他接口模式，TMDS解码处理器被Power Down，HDCP识别将终止，中断信号传输，意味着本次连接结束，然后显示设备重新切换进入DVI接口模式，此时需要HDCP重新识别，则要求发送设备也要重新启动，增加了使用的复杂性。

在应用研究中，针对HDCP在数字电视中的适应性问题，提出了两种方案。

修改HDCP规范。一种方法是：取消2秒钟一次的识别，即初次识别正常即可，为防止将数字信号输出连接到其他非法设备上，此时可通过检测HPD(热插拔检测)判断是否为授权设备，一旦检测到HPD为低电平，认为此时物理连接中断，可马上终止信号输出。第二种是：接收器在Power Down时，向发送设备随机传送一组要求暂时终止传输的特殊编码，当接收器重新Power On时，再传一次此特殊编码，发送设备验证后即可重新开始传输数字信号。以上作为以后修改规范时的建议提出。

芯片设计时，考虑在芯片内部将HDCP处理系统和TMDS解码处理系统合理处理，解码器Power Down时，HDCP也能正常工作。

DVI应用于数字电视是提高电视清晰度的方法之一，只要方案设计合理，EDID和HDCP按照相应标准规范进行开发扩展，那么DVI接口和数字电视的结合是可行和有效的。