キーワード: DVI, HDMI, ディスプレイ ポート, DP, RGBHV, VGA, ディスプレイ ケーブルインタフェース, 位相ロックループ, PLL, LVDS, 垂直, 水平同期化, フラットスクリーン, ADC, アナログ-ディジタル変換, I2C, ブランキング, TMDS, ホットプラグ検出, EDID, DDC, GPU
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ビデオディスプレイ信号およびMAX9406 DP-HDMI/DVIレベルシフタ：パートI
要約：このアプリケーションノートは、2回シリーズの記事のパートIです。パートIでは、現行のTVおよびPCディスプレイケーブルインタフェースについて考察し、RGBHV、HDMI™、およびVGAの各特長を取り上げます。DVI™の詳細な背景と最適なディジタルディスプレイドライバとしてのMAX9406の使用方法については、このアプリケーションノートのパートII (アプリケーションノート4313 )を参照してください。
はじめに
TVおよびPCディスプレイはいずれも、ディジタルケーブルインタフェース搭載のフラットスクリーンに移行しつつあります。フラットスクリーンTVは、HDMI (高画質マルチメディアインタフェース)ケーブルを使って、PCまたは高画質TV (HDTV )セットトップボックスに接続することができます。PCは、VGAまたはDVI (ディジタルビデオインタフェース)ケーブルによって、外部モニタに接続することができます。DVIは、VGAインタフェースのディジタル等価と見なすことができます。ここで留意すべき点は、HDMIのビデオ部分がDVIと同じであることです。MAX9406 の使用方法については、このアプリケーションノートのパートIIであるアプリケーションノート4313 ｢Video Display Signals and the MAX9406 DP-HDMI/DVI Level Shifter—Part II 」を参照してください。RGBHV
RGBHVフォーマットは、高画質ディスプレイ用の高性能アナログビデオディスプレイインタフェースです。RGBHVビデオ信号は、5つの個別ペアケーブル(R、G、B、H、およびV)上を伝送されます。これらの各ケーブルは、BNCまたはRCAジャックによって終端されます。ケーブルR、G、およびBは、それぞれ赤、緑、および青信号を伝送します。ケーブルHは水平同期パルス、Vは垂直同期パルスを伝送します。図1 は、RGBHVビデオケーブルの標準カラーコードを示しています。Rは赤、Gは緑、Bは青、Hはグレー、およびVは黒にコーディングされています。終端インピーダンスはすべて75Ωです。図2 は、RGBHVと他のアナログビデオ信号フォーマット間の関係を示しています。Y/C セパレータ機能ブロックは、コンポジット信号を輝度信号と色信号に完全分離する概念です。この組合せは単純ですが、完全分離は実際には実現するのが困難です。カラーバーストからのキャリア回復は可能で、復調処理によって色信号のIとQコンポーネントを回復することができますが、IおよびQは一部の再組合せ前のPrおよびPbと等しくありません。また、コンポジット信号の同期パルスは、水平および垂直コンポーネントの単なる追加ではなく、垂直同期パルスの前後にイコライズ前/後パルスが追加され、水平同期回復の位相ロックループ(PLL )の連続動作を可能にします。DAC )とフラットスクリーンディスプレイ側のアナログ-ディジタル変換(ADC )の余分な手順を回避することができると同時に、変換処理によって生じるおそれがある劣化を解消します。 HDMI
HDMIは、4つの低電圧差動信号(LVDS )ペアで構成されます。赤、緑、および青の信号はそれぞれ、チャネル2～0 (LVDSペア)によって伝送されます。1つの専用のクロック(チャネル0～2上のデータビットに同期化) LVDSペアが、HDTVとフラットスクリーン間の高信頼の送信を提供するために使用されます。各カラーピクセルの振幅は、ADC機能によって8ビットの分解能にディジタル化されます。このカラー情報は、帯域幅の最小化とDCバランスのために、いわゆる遷移最小化差動信号(TMDS®)エンコーダによって、10ビットの分解能に拡張されます。エンコードされたカラービットはシリアル化され、LVDSドライバ回路に送られます。図3 を参照してください。図4 は、アナログビデオフォーマットで定義されたように、水平ブランク期間内の同期およびオーディオパケットビットのタイミングを示しています。水平同期ビットは、ビデオ情報ビットのすぐ後にチャネル0上で伝送されます。この同期情報専用期間は、138ピクセルの標準ブランキング期間で、62ピクセルクロック期間持続することができます。その後、64ピクセルがオーディオパケットの伝送に専用されます。オーディオパケットのヘッダは、同期情報とともに、チャネル0上を伝送され、オーディオパケットビットはチャネル1および2上を伝送されます。各チャネルのデータアイランド期間の間、4つの情報ビットの各グループはTERC4 (TMDS Error Reduction Coding)を使用し、10ビットにコード化されます。同じ期間の間、2つのオーディオヘッダビットと2つの水平同期ビットが、チャネル0のTERC4エンコーダへの入力として組み合わせられます。ブランキング期間は、少数の水平同期ピクセル(12)で終わります。Audio = 60 × 1080 × 64 × 8 = 33.1776Mbps図5 と表1 は、HDMIタイプAプラグのピン割当てを示しています。SCL およびSDA は、I²C プロトコルを使用するHDTVセットのフラットパネルディスプレイ情報を取得するために使用されます。フラットスクリーンディスプレイ情報(EDID)はすべて、標準128バイトのEEPROM に0×A0のI²Cデバイスアドレスで格納されます。ホットプラグ検出ピンは、HDTVセットがフラットスクリーンディスプレイの存在を検出するのに役立ちます。オン状態のフラットパネルディスプレイは、ホットプラグピンを2.4V～5.3Vに設定します。CECは、Consumer Electronics Control (HDMIの規格)を示し、ユーザ制御をすべての相互接続された電子デバイスに渡すために使用されます。表1. HDMIタイプAプラグピン割当て
Pin Number
Assignment
1
Data2+
2
Data2 shield
3
Data2-
4
Data1+
5
Data1 shield
6
Data1-
7
Data0+
8
Data0 shield
9
Data0-
10
Clock+
11
Clock shield
12
Clock-
13
CEC
14
Not connected
15
SCL
16
SDA
17
Ground
18
+5V
19
Hot-plug detect
図6 は、HDMI-DVI変換ケーブルを示しています。DVI出力を持つPCは、このような変換ケーブルを使用し、HDMI入力を持つフラットパネルディスプレイに接続することができます。VGA
図7 は、VGAプラグインカードのファンクションブロック図を示しています。CPUにピクセル書込みタスク(動画など)の負担をかけないために、専用のGPU (Graphics Processing Unit)が利用されます。CPUは、一部または全スクリーンの特定のディスプレイの属性のみを送信することができ、GPUが、適切なピクセル内容をビデオRAM に入れます。ディスプレイタイミング発生機能は、GPUの一部として設定することができます。モニタの能力の自動検出をイネーブルするために、各VGAプラグ上で、DDC (ディスプレイデータチャネル)というI²Cチャネルを使用することができます。モニタのEDID情報(128バイト、アドレス0×A0)は通常、EEPROMに格納されます。図8 と表2 は、VGA信号のピン割当てを示しています。赤、緑、青、水平同期、および垂直同期ピンの信号レベルは、0.7VP-P です。これらのビデオ信号ピンの終端インピーダンスは75Ωです。この同じ15ピンVGAプラグは、スクリーンピクセル分解能がより高いSVGA (800 × 600)、XGA (1024 × 768)、SXGA (1280 × 1024)、UXGA (1600 × 1200)、WXGA (1366 × 768)、WSXGA (1680 × 1050)、およびWUXGA (1920 × 1200)信号フォーマットなどの拡張バージョンにも使用されています。表2. VGAプラグピン割当て
Pin Number
Assignment
1
Red
2
Green
3
Blue
4
5
Ground
6
Ground (red)
7
Ground (green)
8
Ground (blue)
9
+5V
10
Ground (shield)
11
12
SDA
13
H
14
V
15
SCL
結論
振り返って、我々は、コンポジットから、Sビデオ、コンポーネント、RGBHV、および最終的に高画質RGBHV信号のディジタルバージョンであるHDMIまでのTVディスプレイ信号の進化を見てきました。TVディスプレイ信号は、段階を追って分解能を向上させながら、アナログからディジタルに進化してきました。依然として人気高いPC VGAモニタディスプレイ信号はアナログフォーマットです。VGAは、初期のCGA (カラーグラフィックアダプタ)およびEGA (拡張グラフィックアダプタ)フォーマットから進化しました。どちらも、実質的にはディジタルフォーマットですが、帯域幅効率の良いビットエンコーディング機構がありません。DACを使用しないと、VGAの分解能にはケーブルプラグ上に多すぎるピンが必要となります。VGAのディジタルバージョン(このアプリケーションオートのパートIIで紹介予定)は、DACを帯域幅効率の良いビットエンコーダに置き換えたDVIです。
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APP 4306: Feb 23, 2009
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