Dивный и Vидный Iнтерфейс

Цифровой интерфейс между компьютером и монитором - явление не новое. В стандарте EGA данные передавались по шести двоичным каналам, позволяя отображать на экране 64 цвета. Интерфейс VGA был гигантским шагом вперед: три аналоговых канала, отвечающих за глубину каждого из трех основных цветов, сняли все ограничения на количество отображаемых оттенков, которое зависело теперь только от видеоадаптера. Прошло почти полтора десятилетия безраздельного властвования аналогового интерфейса, и вот теперь судьба его, увы, предрешена. Виной тому - появление плоскопанельных мониторов.

В отличие от ЭЛТ-мониторов, для которых аналоговый интерфейс - решение абсолютно здравое (впрочем, ЦАП можно перенести с видеокарты внутрь монитора, что, возможно, даст некоторые преимущества), плоскопанельные мониторы по природе своей цифровые. Их использование с традиционным аналоговым интерфейсом - идея очень уж несуразная: созданный видеокартой цифровой сигнал преобразуется в аналог и передается через VGA-интерфейс на монитор, где снова оцифровывается. Что-то вроде очков, надетых поверх контактных линз, да еще при нормальном зрении. Ущербность такого решения очевидна, аналоговое звено здесь явно лишнее. Позиция консерваторов, успокаивающихся тем, что мониторы неплохо справляются с обратной оцифровкой, то есть, продолжая аналогию, тем, что можно подобать очки, хорошо компенсирующие преломление контактных линз, конечно, небезосновательна (хотя бы потому, что видеоадаптеров с цифровым интерфейсом на рынке не так уж много), но все же продиктована сиюминутной конъюнктурой.

Фундамент цифрового видеоинтерфейса был заложен в 1997 году, когда VESA предприняла первую попытку откликнуться на намечающуюся потребность рынка и разработала стандарт Plug-and-Display (P&D). К сожалению, он оказался столь страшным монстром, что производители так и не рискнули выпускать с ним продукты для PC (если не принимать во внимание инициативу IBM). Судите сами: помимо передачи цифрового и аналогового видеосигналов в стандарт была заложена интеграция USB и FireWire (все это через общий 30-контактный разъем). P&D поддерживает горячее включение, о чем говорит его название, созвучное с модным тогда и обыденным сейчас Plug-and-Play.

Метод цифровой передачи видеосигнала (интересующая нас часть стандарта) позже лег в основу других интерфейсов. Базируется он на разработке компании Silicon Image - технологии PanelLink. Данные передаются по трем витым медным парам при помощи протокола TMDS (Transition Minimized Differential Signaling). Пропускная способность соединения - 165 МГц, это позволяет передавать изображение с разрешением до HDTV (1920x1080) при частоте обновления 60 Гц (оптимально для ЖК-мониторов) или до SXGA (1280x1024) при частоте 75-85 Гц (для ЭЛТ-мониторов).

P&D не нашел поддержки производителей из-за дороговизны, а потребность в интерфейсе все возрастала. К осени 1999-го некоторые группы предложили (и даже реализовали) собственные интерфейсы. Ассоциации VESA пришлось выбрать и одобрить еще один стандарт, пока всё не переросло в очередную неразбериху. В качестве «переходного» варианта был выбран DFP, разработанный и представленный осенью 1999 года одноименной группой под руководством Compaq. DFP выглядит радикально усеченной версией P&D: никаких лишних компонентов, только цифровое видео. В основе лежит все тот же PanelLink, что позволяет при наличии простого адаптера использовать, например, монитор с интерфейсом P&D в паре с видеокартой, оснащенной DFP-разъемом. Имеются и прогрессивные отличия от P&D: в DFP стали поддерживаться спецификации VESA Display Data Channel (DDC) и Extended Display Identification Data (EDID). Первая описывает стандартный коммуникационный канал между адаптером и монитором, вторая - формат информации о технических характеристиках монитора, что для пользователя означает отсутствие необходимости указывать тип монитора, а для операционной системы - ненужность баз данных с характеристиками устройств отображения.

DFP прижился плохо, несмотря на выпуск некоторыми производителями графических продуктов, поддерживающих его (к примеру, карты ATI Rage Pro LT и Number Nine SR9). Этот стандарт имеет существенные недостатки: он не поддерживает горячее включение и аналоговый интерфейс (сразу видно, при разработке ЭЛТ-мониторы в расчет не принимались, интерфейс был предназначен исключительно для плоскопанельных мониторов); кроме того, к концу 1999 года пропускная способность 165 МГц уже не казалась достаточной, как в 1997-м.

Основной же причиной отказа от DFP стало появление нового стандарта DVI, который сейчас можно уверенно рассматривать в качестве общепринятого. Группа, разработавшая стандарт, - Digital Display Working Group (DDWG), - была создана по инициативе Intel, в нее вошли и участники DFP-Group. Первоначальный состав был такой: Intel, Compaq, Fujitsu, Hewlett-Packard, IBM, NEC и, конечно же, Silicon Image. Спецификация DVI была представлена на IDF в апреле 1999 года, тут же были продемонстрированы и рабочие решения, использующие стандарт, - плазменные мониторы Fujitsu и Phillips, ЖК-мониторы IBM и Compaq и прочие продукты. Несмотря на то что все участники DDWG являются активными участниками VESA, DVI так и не был одобрен ассоциацией.

Стандарт взял от предшественников лучшее и отбросил лишнее: в основе - та же технология PanelLink, поддерживаются DDC и EDID, горячее подключение (sic!), не забыт и аналоговый интерфейс. Но это цветочки по сравнению с радикальным нововведением - двухканальным цифровым интерфейсом (плюс к аналоговому). В такой конфигурации пропускная способность удваивается и достигает 330 МГц, что на практике означает разрешение до 2048x1536@60 Гц (QXGA) для ЖК-мониторов и до 1920x1080@85 Гц (HDTV) для ЭЛТ. При использовании простых адаптеров стандарт совместим с DFP (цифра, DDC и EDID) и P&D (цифра и аналог), однако второй канал TMDS по очевидной причине для таких соединений задействовать нельзя.

По оптимистичным прогнозам Intel, стандарт DVI будет актуален как минимум десять лет. Сейчас степень его распространения напрямую связана с долей плоскопанельных мониторов (главным образом, ЖК-мониторов с активной матрицей) на рынке. Кроме того, следует ожидать и распространения цифровых ЭЛТ-мониторов, которые, если получат широкую популярность, ускорят переход к новому интерфейсу. Да и обычные мониторы с аналоговым интерфейсом DVI не способствуют продолжению жизни VGA-стандарта. А в не столь уж отдаленном будущем дело, скорее всего, дойдет и до отмирания аналоговой части DVI. Цифра возвращается; теперь уже, кажется, навсегда.

Рассмотрим наиважнейшую характеристику видеоинтерфейса - пропускную способность. Необходимая для того или иного разрешения ширина полосы пропускания вычисляется по формуле: разрешение ґ частота обновления ґ (1 + интервал синхронизации / 100), где интервал синхронизации, или интервал гашения, суммируется для горизонтального и вертикального хода луча и измеряется в процентах. Например, для разрешения HDTV ЖК-монитору требуется полоса в 1920ґ1080ґ60 Гц ґ (1 + 5/100) @ 131 МГц. Понятно, что ЭЛТ-мониторы более требовательны к полосе пропускания по сравнению с ЖК-собратьями: во-первых, частота обновления здесь должна быть выше - для уменьшения мерцания экрана (75-85 Гц против 60 Гц для ЖК), а во-вторых, ЖК-матрице не нужно дополнительное «пустое» время на обратный ход электронного луча (за полным отсутствием такового; в ЭЛТ интервал гашения около 15%). Никакого фиксированного интервала гашения стандарт DVI не предусматривает (он зависит от характеристик монитора, теоретически возможна передача с нулевым интервалом).

Коль скоро речь зашла о различиях технологий, нужно бросить маленький камушек и в огород ЖК-матриц. Старые модели ЖК-мониторов имели проблемы с играми и воспроизведением видео - проявлялся неожиданный эффект размазывания картинки (шлейф) при отображении быстрых последовательностей (например, при резком движении камеры). Этот эффект обязан своим появлением большому времени отклика элементов матрицы (времени, за которое меняет прозрачность каждый элемент). Обычный видеоролик воспроизводится со скоростью 25 кадров в секунду, то есть на отображение одного кадра отводится 1/25 = 40 мс. Если время отклика больше этой цифры (например, 45 мс), картинка получится смазанной. Современные ЖК-матрицы имеют время отклика 15-25 мс, то есть позволяют ясно показывать 40-60 кадров в секунду (тем не менее, прочтите врезку об интересном эффекте работы ЖК-панелей в неродных разрешениях).

Ширина полосы пропускания одного канала TMDS (медный барьер) составляет 165 МГц (одновременно по трем каналам передаются 8-битные уровни красного, зеленого и синего, то есть 24-битный цвет). Минимальная частота составляет 25,175 МГц, это связано с наименьшим допустимым разрешением, оговоренным спецификацией, - VGA (640x480@65 Гц - «умолчальное» разрешение при начальной загрузке). Более низкие разрешения невозможны: если в течение одной секунды частота ниже 22,5 МГц, соединение считается разорванным.

В стандарте DVI при использовании двух каналов (если монитор поддерживает двухканальную конфигурацию, второй канал может быть включен, только когда требуется частота выше 165 МГц) полоса пропускания разделяется между ними равномерно, поскольку сигнал синхронизации у них общий: например, при полосе 300 МГц каждый канал работает на 150 МГц. Кроме того, в стандарт заложена возможность использования второго канала как дополнения для передачи большой глубины цвета (до 48 бит): по первому каналу передаются старшие 24 разряда, а по второму - младшие. Такое решение идет вразрез с принципом, разрешающим использовать второй канал только при перегрузке первого, поэтому будущие версии спецификации могут предписывать другие решения, не совместимые с этим. К сожалению, ЖК-мониторов с DVI, как и видеокарт с таким интерфейсом, по-прежнему не очень много. Возможно, поэтому еще ни один их производитель ни разу не указал, может ли быть задействован второй канал.

При начальной загрузке видеоадаптер предполагает наличие VGA-совместимого монитора, то есть любой DVI-монитор должен поддерживать разрешение 640х480 при частоте обновления 60 Гц. Позже BIOS и операционная система через DDC (Display Data Channel) опрашивают монитор на предмет поддерживаемых разрешений. Окончательное разрешение зависит от настроек пользователя, который волен выбирать из списка разрешений, поддерживаемых и видеоадаптером, и монитором. При горячем включении работает специальный механизм HPD (Hot Plug Detection): монитор опрашивается через DDC, и, если он цифровой, включается канал TMDS. В противном случае работа DVI-монитора ничем не отличается от работы через традиционный VGA-интерфейс.

Когда требуемое разрешение и частота определены, остается еще два параметра, влияющих на окончательное качество картинки: масштабирование и гамма. Все заботы о масштабировании стандарт возлагает на устройство отображения, его качество является «возможностью за дополнительную плату», что прямо указано в спецификации. Причем если монитор поддерживает масштабирование какого-то низкого разрешения, он должен поддерживать масштабирование всех стандартных разрешений между ним и своим родным. При отсутствии возможности масштабирования монитор все-таки должен отображать низкие разрешения (как минимум в окне, что называется, один к одному, без сглаживания). Выбирая ЖК-монитор или ноутбук, обратите внимание на то, что от качества масштабирования и последующего сглаживания сильно зависит привлекательность компьютерных игр, работающих в низких разрешениях (см. также врезку).

Как известно, ЭЛТ-мониторы имеют нелинейную цветопередачу и требуют гамма-коррекции (увеличения g в формуле Y = xґg, где x - линейный сигнал на входе, а Y - сигнал на выходе) для отображения нормализованной картинки. Для ЭЛТ необходимое значение g (гаммы) составляет около 2,2. Спецификация DVI рекомендует поддержку значения 2,2 цифровыми мониторами всех типов до тех пор, пока в этой области нет единых стандартов. Таким образом, коррекция также перекладывается на монитор, если он не ЭЛТ… И только редкие модели ныне позволяют контролировать гамму дополнительно.

Аналоговые ЭЛТ-мониторы не забыты, и только их поддержка делает всеобщий переход от VGA к DVI относительно безболезненным. Имеется два типа DVI-разъемов: DVI-D (цифровой) и DVI-I (интегрированный цифро-аналоговый). К гнезду DVI-D можно подключить только цифровой монитор, а к DVI-I - любой. Встречаются также аналоговые DVI-A-кабели, которые используют DVI как современную альтернативу обычному VGA; это не что иное, как DVI-I с выкорчеванными TMDS-соединениями. Такими кабелями порой комплектуются новые аналоговые ЭЛТ-мониторы.

Но на рынке появляются и цифровые ЭЛТ-мониторы (первыми ласточками были ViewSonic PF77 и PF97). Пока не ясно, станут ли они популярными, но перенос ЦАП с видеокарты внутрь монитора открывает некоторые интересные перспективы (помимо очевидной выгоды от ликвидации метра кабеля с аналоговым сигналом) - например, делает возможной передачу цифровых данных только при изменении картинки, в то время как частота регенерации будет функцией самого монитора. Это минимизирует объем данных, идущих по кабелю, благодаря чему монитор сможет работать с высокими частотами регенерации независимо от входного сигнала. Стандарт DVI позволяет делать это, но, к сожалению, реализации такой возможности в ближайшие два-три года ожидать не приходится.

DDWG в лице Intel подсказывает и другую (весьма неоднозначную) возможность - перенести в сферу ЭЛТ такую особенность плоскопанельных мониторов, как фиксированное разрешение. В настоящее время мониторы вынуждены поддерживать множество разнообразных разрешений и частот регенерации (слово multisync и ему подобные - непременный атрибут названия модельных рядов), а фиксированное разрешение позволит упростить конструкцию. Не понятно, правда, что тогда делать с неродными разрешениями: либо вообще отказаться от их поддержки (как вам такая перспектива?), либо встраивать в монитор функции цифрового расширения и компрессии (спецификация DVI возлагает эти задачи на устройство отображения). В последнем случае еще не известно, удешевит мониторы отказ от multisync или наоборот. А качество картинки в неродных разрешениях все равно не будет оптимальным, сколько бы покупатель ни был готов за него заплатить.

LCD vs CRT
Врезка 1
Врезка 2