DVI接口在數(shù)字電視中的應用研究

對于DVI接口在數(shù)字電視、平板電視上的應用研究，更為關鍵的是EDID(Extended Display Identification DATA，即擴展顯示識別數(shù)據(jù))編程，HDCP(High-bandwidth Digital Content Protection)功能的實現(xiàn)。這些對于數(shù)字電視來說都是全新應用，只有EDID和HDCP在數(shù)字電視上實現(xiàn)后，DVI接口才是真正的數(shù)字電視接口。

● 數(shù)字電視DVI接口的EDID開發(fā)

EDID是為PC顯示器設置的優(yōu)化顯示格式數(shù)據(jù)規(guī)范，存儲在顯示器中專用的1Kb的EEROM存儲器中(即EDID數(shù)據(jù)結構是128Byte)，DVI接口應用在數(shù)字電視上時，同樣應該遵從此規(guī)范。

PC主機和顯示器通過DDC數(shù)據(jù)線訪問存儲器中數(shù)據(jù)，以確定顯示器的顯示屬性(如分辨率、縱橫比等)信息，在數(shù)字電視上，也應該用DVI接口的DDC數(shù)據(jù)線訪問EDID存儲器，以確定數(shù)字電視的相關顯示屬性，關鍵是128Byte是PC顯示器的標準，已不能滿足數(shù)字電視視頻標準的要求，因此需要對數(shù)據(jù)結構進行擴展，由于EDID標準并沒有相應的規(guī)范，研究中按照EIA/CEA-861-B標準規(guī)范對EDID數(shù)據(jù)進行編程。

圖4 PC的EDID數(shù)據(jù)結構示意圖

DVI接口在數(shù)字電視中的EDID數(shù)據(jù)結構，與PC顯示器的最大區(qū)別是編程數(shù)據(jù)可以是128Byte的倍數(shù)，它不僅規(guī)定數(shù)字電視顯示的PC格式，也規(guī)定數(shù)字視頻信號和數(shù)字音頻信號，基本的128Byte以外的數(shù)據(jù)都是附加數(shù)據(jù)，在基本數(shù)據(jù)的第127個字節(jié)定義EDID的附加數(shù)據(jù)塊數(shù)量。在EDID數(shù)據(jù)編程中，根據(jù)數(shù)字電視的顯示屬性要求，有兩個關鍵環(huán)節(jié)必須注意：第一，如果數(shù)字電視的顯示是固定格式，則在首選Timing Mode字節(jié)中必須選擇相應的定義；第二，數(shù)字電視的標準顯示屬性應在第一段詳細Timing Mode字節(jié)中完成數(shù)據(jù)編程。

研究開發(fā)中，注意到DDC2B只能適用于DVI 1.0標準的EDID讀取，因為它不能讀取附加的128字節(jié)的數(shù)據(jù)。因此，對于應用DVI接口到數(shù)字電視中，因為有CEA的數(shù)據(jù)在附加數(shù)據(jù)塊里，信號源必須滿足E-DDC標準，才能讀取EDID數(shù)據(jù)。

● 數(shù)字電視中DVI接口的HDCP研究

HDCP(High-bandwidth Digital Content protection)系統(tǒng)是DVI接口中，在發(fā)送設備(即主機)和接收設備間保護數(shù)字信號正常合法傳輸，防止非法接收的一種加密系統(tǒng)，在這一系統(tǒng)中最多允許7層視頻轉發(fā)器和128臺設備共享同一主DVI接口輸出的數(shù)字信號，HDCP系統(tǒng)連接的拓撲結構如圖5所示。

圖5 HDCP系統(tǒng)連接拓樸結構圖

HDCP主要有三個組成部分：第一部分是鑒定協(xié)議，確認接收者的合法性。發(fā)送方與接收方進行信息交換，接收方將KEY傳給發(fā)送方，發(fā)送方驗證并用此產(chǎn)生公共密鑰，通過公共密鑰作為均衡KEY混入授權證實序列中，用于加密內容的解密，授權確認完成；HDCP密鑰一般有專門的EEPROM存儲，目前多數(shù)整機產(chǎn)品可通過處理芯片內部EEPROM中預編程得到HDCP密鑰，通過這種方式密鑰保護可達到HDCP規(guī)范要求的高級別，出于保密原因，密鑰不能從IC里讀出。第二，一旦確認，發(fā)送方將加密內容以雙方都知道的解密方式傳給接收方；第三，當非授權設備接收時，通過發(fā)送方的檢測，將中斷內容傳送。

HDCP具體工作過程：首先由主機發(fā)送密鑰選擇導引序列(AKSV)和64bit偽隨機序列(An)到接收方，接收方回傳密鑰選擇導引序列(BKSV)和轉發(fā)器位(REPEAT-bit)(如是轉發(fā)器用以表示身份)，發(fā)送方確認BKSV是否已被廢除和是否包含20個1和20個0；如果雙方的設備密鑰和KSV有效，則計算產(chǎn)生一個56bit的公共密鑰Km和Km`，然后可產(chǎn)生KS、KS`(傳輸密鑰)、M0、MO`(64bit后續(xù)驗證用追加初始序列)、RO、R0`(16bit指示驗證成功，它必須在AKSV發(fā)送后100ms內傳回發(fā)送方；驗證成功后R01和R0相等；每128幀修正一次，每2s回傳一次)。因此當DVI接口中斷傳輸2s以上，或是非授權設備接收時，主機將停止傳輸內容，以達到保護傳輸內容的目的。HDCP鑒定處理過程如圖6所示。

圖6 HDCP鑒定處理過程圖

HDCP功能對于數(shù)字電視有一定局限性。對于設計完善的功能電路，如果A/D轉換器、TMDS解碼處理器不工作時，一般都具備Power Down功能，一方面降低系統(tǒng)功耗，另一方面減少高速信號的數(shù)字干擾。但由于DVI接口的HDCP功能在連接初期識別正常后，每2秒鐘要進行一次相互認證，以確保連接的始終是合格授權接收設備，這時TMDS解碼處理器就必須一直處于Power On狀態(tài)，此時將引起上面提到的兩點性能的惡化。如何處理這種矛盾，需要兼顧系統(tǒng)性能和接口標準的適應性。另外，從接收設備實際使用的角度看，HDCP的上述認證系統(tǒng)有一定的缺陷，使用中從DVI接口模式切換到其他接口模式，TMDS解碼處理器被Power Down，HDCP識別將終止，中斷信號傳輸，意味著本次連接結束，然后顯示設備重新切換進入DVI接口模式，此時需要HDCP重新識別，則要求發(fā)送設備也要重新啟動，增加了使用的復雜性。

在應用研究中，針對HDCP在數(shù)字電視中的適應性問題，提出了兩種方案。

修改HDCP規(guī)范。一種方法是：取消2秒鐘一次的識別，即初次識別正常即可，為防止將數(shù)字信號輸出連接到其他非法設備上，此時可通過檢測HPD(熱插拔檢測)判斷是否為授權設備，一旦檢測到HPD為低電平，認為此時物理連接中斷，可馬上終止信號輸出。第二種是：接收器在Power Down時，向發(fā)送設備隨機傳送一組要求暫時終止傳輸?shù)奶厥饩幋a，當接收器重新Power On時，再傳一次此特殊編碼，發(fā)送設備驗證后即可重新開始傳輸數(shù)字信號。以上作為以后修改規(guī)范時的建議提出。

芯片設計時，考慮在芯片內部將HDCP處理系統(tǒng)和TMDS解碼處理系統(tǒng)合理處理，解碼器Power Down時，HDCP也能正常工作。
DVI應用于數(shù)字電視是提高電視清晰度的方法之一，只要方案設計合理，EDID和HDCP按照相應標準規(guī)范進行開發(fā)擴展，那么DVI接口和數(shù)字電視的結合是可行和有效的。