一、VGA原理

VGA（Video Graphics Array）是IBM在1987年隨PS/2機一起推出的一種視頻傳輸標準，具有分辨率高、顯示速率快、顏色豐富等優(yōu)點，在彩色顯示器領(lǐng)域得到了廣泛的應用。不支持熱插拔，不支持音頻傳輸。

顯示與時序：

通用VGA顯示卡系統(tǒng)主要由控制電路、顯示緩存區(qū)和視頻BIOS（Basic Input Output System即基本輸入輸出系統(tǒng)）程序三個部分組成。控制電路如圖1所示。控制電路主要完成時序發(fā)生、顯示緩沖區(qū)數(shù)據(jù)操作、主時鐘選擇和D/A（Digital to Analog即將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號）轉(zhuǎn)換等功能；顯示緩沖區(qū)提供顯示數(shù)據(jù)緩存空間；視頻BIOS作為控制程序固化在顯示卡的ROM（Read-Only Memory即只讀存儲器）中。

VGA時序分析：

通過對VGA顯示卡基本工作原理的分析可知，要實現(xiàn)VGA顯示就要解決數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)存儲、時序?qū)崿F(xiàn)等問題，其中關(guān)鍵還是如何實現(xiàn)VGA時序。 VGA的標準參考顯示時序如圖2所示。行時序和幀時序都需要產(chǎn)生同步脈沖（Sync a）、顯示后沿（Back porch b）、顯示時序段（Display interval c）和顯示前沿（Front porch d）四個部分。幾種常用模式的時序參數(shù)如表1所示。

VGA時序?qū)崿F(xiàn)：

首先，根據(jù)刷新頻率確定主時鐘頻率，然后由主時鐘頻率和圖像分辨率計算出行總周期數(shù)，再把表1中給出的a、b、c、d各時序段的時間按照主計數(shù)脈沖源頻率折算成時鐘周期數(shù)。在CPLD中利用計數(shù)器和RS觸發(fā)器，以計算出的各時序段時鐘周期數(shù)為基準，產(chǎn)生不同寬度和周期的脈沖信號，再利用它們的邏輯組合構(gòu)成圖2中的a、b、c、d各時序段以及D/A轉(zhuǎn)換器的空白信號BLANK和同步信號SYNC。

SRAM地址：

主時鐘作為像素點計數(shù)脈沖信號，同時提供顯存SRAM的讀信號和D/A轉(zhuǎn)換時鐘，它所驅(qū)動的計數(shù)器的輸出端作為讀SRAM的低位地址。行同步信號作為行數(shù)計數(shù)脈沖信號，它所驅(qū)動的計數(shù)器的輸出端作為讀SRAM的高位地址。由于采用兩片SRAM，所以最高位地址作為SRAM的片選使用。由于信號經(jīng)過CPLD內(nèi)部邏輯器件時存在一定的時間延遲，在CPLD產(chǎn)生地址和讀信號讀取數(shù)據(jù)時，讀信號、地址信號和數(shù)據(jù)信號不能滿足SRAM讀數(shù)據(jù)的時序要求。可以利用硬件電路對讀信號進行一定的時序調(diào)整，使各信號之間能夠滿足讀SRAM和為DAC輸入數(shù)據(jù)的時序要求。

數(shù)據(jù)：

如果VGA顯示真彩色BMP圖像，則要R、G、B三個分量各8位，即24位表示一個像素值，很多情況下還采用32位表示一個像素值。為了節(jié)省顯存的存儲空間，可采用高彩色圖像，即每個像素值由16位表示，R、G、B三個分量分別使用5位、6位、5位，比真彩色圖像數(shù)據(jù)量減少一半，同時又能滿足顯示效果。

二、DVI原理

DVI是基于TMDS（TransitionMinimizedDifferentialSignaling），轉(zhuǎn)換最小差分信號技術(shù)來傳輸數(shù)字信號，TMDS運用先進的編碼算法把8bit數(shù)據(jù)（R、G、B中的每路基色信號）通過最小轉(zhuǎn)換編碼為10bit數(shù)據(jù)（包含行場同步信息、時鐘信息、數(shù)據(jù)DE、糾錯等），經(jīng)過DC平衡后，采用差分信號傳輸數(shù)據(jù)，它和LVDS、TTL相比有較好的電磁兼容性能，可以用低成本的專用電纜實現(xiàn)長距離、高質(zhì)量的數(shù)字信號傳輸。TMDS技術(shù)的連接傳輸結(jié)構(gòu)如圖1所示。數(shù)字視頻接口（DVI）是一種國際開放的接口標準，在PC、DVD、高清晰電視（HDTV）、高清晰投影儀等設備上有廣泛的應用。

DVI原理上是將待顯示的R.G.B數(shù)字信號與H.V信號進行組合編碼，每個像素點按10bit的數(shù)字信號按最小非歸零編碼方式進行并→串轉(zhuǎn)換，把編碼后的R.G..B數(shù)字串行碼流與像素時鐘等4個信號按照平衡方式進行傳輸，其每路碼流速率為原像素點時鐘的10倍，以1024×768×70的分辨率為例，碼流時鐘為70Mbps×10，折合為0.7Gbps。一般DVI1.0的碼流在0.24Gbps到1.65Gbps之間。

三、HDMI原理

HDMI是（High Definition Multimedia Interface）的縮寫，意思是高清晰度多媒體接口，是一種數(shù)字化視頻/音頻接口技術(shù)，適合影像傳輸?shù)膶Ｓ眯蛿?shù)字化接口，可同時傳送音頻和影像信號，最高數(shù)據(jù)傳輸速度為48Gbps（2.1版）。同時無需在信號傳送前進行數(shù)/模或者模/數(shù)轉(zhuǎn)換。HDMI可搭配寬帶數(shù)字內(nèi)容保護（HDCP），以防止具有著作權(quán)的影音內(nèi)容遭到未經(jīng)授權(quán)的復制。

這張圖是HDMI接口的架構(gòu)示意圖。從左邊的信號源中你可以看到，HDMI接口的信源可以是任何支持HDMI輸出的設備，而接入端也可以是任何帶有HDMI輸 入接口的設備。無論他們是音頻設備、視頻設備還是控制設備，HDMI接口都可以應用其中。

在HDMI接口中的數(shù)據(jù)信號采用的是TMDS最小化傳輸差分信號協(xié)議。這種數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議曾經(jīng)在DVI接口上得到廣泛的應用。而HDMI接口上的數(shù)據(jù)信號也沿用了這種協(xié)議。這種協(xié)議會將標準8bit數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為10bit信號，并且在轉(zhuǎn)換過程中使用微分傳送。微分傳送這種技術(shù)也曾經(jīng)被廣泛的應用于千兆以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸中。

在HDMI接口中音頻、視頻數(shù)據(jù)的傳輸時可以使用三條TMDS數(shù)據(jù)通道。視頻信息在傳送時被轉(zhuǎn)換城連續(xù)的24bit像素數(shù)據(jù)，每個時鐘周期可以傳送10bit的數(shù)據(jù)。像素時鐘周期傳輸比率大約在25MHz至165MHz之間。一般來說標準的NTSC 480i隔行信號的像素時鐘傳輸比率大約為13.5MHz。若傳輸信號的比率小于25MHz，HDMI會采用自動循環(huán)技術(shù)填補碼率，將信號的碼率提升到25MHz的水平。而HDMI接口最高每秒可以傳輸165M像素的數(shù)據(jù)量，這個數(shù)據(jù)吞吐能力是相當驚人的。在未來一段時間內(nèi)足以應付高碼率，高數(shù)據(jù)流家用電器的信號傳輸任務。

HDTV最高的標準是1080p，它每屏的分辨率為1920X1080，若每秒傳輸60幀圖像（1080p@60），那么最終的像素時鐘傳輸比率為124.4MHz。由此看來HDMI接口完全可以從容應付當今的消費電子產(chǎn)品的各項應用。

四、VGA、DVI、HDMI的三大誤解

誤解一：HDMI是高清，VGA不是。

這三者不是等同關(guān)系，HDMI和VGA均是是信號傳輸方式，而高清是指一種視頻分辨率。HDMI支持高清，VGA也同樣支持。HDMI目前最高支持1920*1080P的高清格式，VGA支持從640*480一直到高達2560*1600的各種分辨率，但VGA極容易受其它信號干擾，所以高清分辨率顯得有點虛，為了避免畫面受干擾，在1920*1080P分辨率以下，可以使用VGA接口。

誤解二：HDMI帶寬高，VGA帶寬低。所以HDMI比VGA好。

HDMI的帶寬是數(shù)字信號帶寬，VGA是模擬信號帶寬，這是兩種不同技術(shù)的傳輸方式。如果要比較的話，可以在傳輸同樣的分辨率的情況下進行比較，比如高清，HDMI需要2.2GHz帶寬，而VGA僅僅需要172MHz帶寬。但是帶寬高并不等于HDMI傳輸了更多的視頻信號，這僅僅是因為傳輸技術(shù)的不同而已。

誤解三：HDMI信號不需要數(shù)模轉(zhuǎn)換，沒有信號損失；VGA信號需要數(shù)模轉(zhuǎn)換，信號損失大。

HDMI雖然不需要數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換，但是還是要經(jīng)過數(shù)字對數(shù)字的轉(zhuǎn)換。無論它是怎么樣的轉(zhuǎn)換過程，轉(zhuǎn)換成什么，終究是對模擬電信號的描述。他們的關(guān)系如下圖：

數(shù)字信號描述的信號是由一個個點組成的，在信號的變化中是不連貫的，而模擬信號的變化是一個連續(xù)的曲線，所以模擬信號的給人的真實感更好。當數(shù)字信號轉(zhuǎn)換至模擬信號的時候，直接出來的也是一個個的點（數(shù)字信號的采樣點），而沒有描述的部分會由轉(zhuǎn)換程序自動生成（類似與3D的抗鋸齒技術(shù)）以形成連續(xù)的模擬信號波形。模擬信號轉(zhuǎn)換至數(shù)字信號的時候，連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)換為描述一個個點的數(shù)字信號，信號變得不完整。從這個過程看，數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號是有增強而不是有損失，而模擬信號轉(zhuǎn)換到數(shù)字信號才會有損失。

而在VGA傳輸過程中，VGA轉(zhuǎn)LVDS驅(qū)動液晶面板的信號損失可以忽略，因為在前后端數(shù)字采樣率相同的情況下，這些損失的信號本來就是（將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號的時候）程序自動填補的部分，不是數(shù)字信號源原本信號的損失。如圖：

五、VGA、DVI、HDMI的區(qū)別

1、VGA接頭：針數(shù)為15的視頻接口，主要用于老式的電腦輸出。VGA輸出和傳遞的是模擬信號。大家都知道計算機顯卡產(chǎn)生的是數(shù)字信號，顯示器使用的也是數(shù)字信號。所以使用VGA的視頻接口相當于是經(jīng)歷了一個數(shù)模轉(zhuǎn)換和一次模數(shù)轉(zhuǎn)換。信號損失，顯示較為模糊。

2、DVI接口：DVI接口有兩個標準，25針和29針，如下圖所示。直觀來說，這兩種接口沒有區(qū)別。DVI接口傳輸?shù)氖菙?shù)字信號，可以傳輸大分辨率的視頻信號。DVI連接計算機顯卡和顯示器時不用發(fā)生轉(zhuǎn)換，所以信號沒有損失。

3、HDMI接口：HDMI接口傳輸?shù)囊彩菙?shù)字信號，所以在視頻質(zhì)量上和DVI接口傳輸所實現(xiàn)的效果基本相同。HDMI接口還能夠傳送音頻信號。假如顯示器除了有顯示功能，還帶有音響時，HDMI的接口可以同時將電腦視頻和音頻的信號傳遞給顯示器。HDMI有三個接口。主要考慮到設備的需要。如數(shù)碼相機的體積小，需要小的接口，就使用microHDMI。三種接口只是在體積上有區(qū)別，功能相同。

六、VGA、DVI、HDMI相互轉(zhuǎn)換說明

1、VGA和DVI互轉(zhuǎn)：模擬信號和數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，視頻信號損失，造成失真。最好不要這樣轉(zhuǎn)換。

2、DVI和HDMI互轉(zhuǎn)：都是數(shù)字信號，轉(zhuǎn)換不會發(fā)生是真。可以轉(zhuǎn)換。但是從HDMI轉(zhuǎn)換成DVI時會自動舍去音頻信號