4.9 互联设备接口

互联设备接口包括数字视频接口和数字音频接口两类。

4.9.1 视频通信接口

视频设备的常用互联接口有：DVI数字视频接口、HDMI高清数字视频接口和VGA（Video Graphics Array）模拟视频接口。HDMI接口还可以同时传输数字视频和音频信号。

1.DVI数字视频接口

1999年由英特尔、康柏、IBM、惠普、NEC、富士通等8个公司共同组成数字显示工作组，推出了DVI（Digital Visual Interface）数字视频接口标准。

（1）DVI工作原理：DVI将R（红）、G（绿）、B（蓝）三基色数字信号与H（行）、V（帧）信号进行组合编码，每个像素点按10bit的数字编码方式进行并行→串行转换，把编码后的R、G、B数据与像素时钟等4个信号进行串行传输，每路数据的速率为原像素点时钟的10倍。

为达到高清晰度显示要求，图像扫描采用1080i@60Hz格式（即隔行扫描，行频33.75kHz，场频60Hz，像素频率74.25MHz）。

实际应用中为减少行频变换，所有的视频输入格式（如480p、576p、720p等）通过格式变换为1080i@60Hz格式输出。

DVI电缆的最大长度：理论值是30m，但是根据一般线缆的质量，超过13m图像就会有明显的影响。

（2）DVI接口标准：DVI接口有3种类型、5种规格：3种类型包括：DVI-Analog（即DVI-A）、DVI-Digital（即DVI-D）、DVI-Integrated（即DVI-I），如图4-21所示。

1）DVI-A接口：是一种模拟传输标准，和VGA没有本质区别，性能也不高，因此事实上已经被废弃了。

2）DVI-D接口：是一种纯数字传输标准，只能传输数字视频信号，不兼容模拟信号。接口上有3行8列共24个针脚，其中右边的一个为空针脚。

3）DVI-I接口：是一种数字+模拟传输标准，可同时兼容模拟和数字信号，具有24个数字插针+5个模拟插针的插孔（就是右边那个四针孔和一个十字花槽）。

兼容模拟信号并不意味着模拟信号的VGA（D-Sub）接口可以直接连接到DVI-I接口上，而是必须通过一个转换接头才能使用，一般采用这种接口的显卡都会带有相关的转换接头。

DVI-I的插口可以插入DVI-I和DVI-D的接头线，而DVI-D的插口只能连接DVI-D的纯数字线。

2.HDMI高清多媒体接口

HDMI（High-Definition Multimedia Interface）高清多媒体接口源于DVI接口技术，以美国晶像公司的TMDS信号传输技术为核心。2002年12月公布HDMI 1.0版，目前的最高版本是HDMI 1.3，完全兼容DVI接口标准。

HDMI可以提供很高的带宽，无损传输数字视频和音频信号，也就是说一根线缆可以实现视频、音频同步传输。

HDMI数据线的最长传输距离是在15m以内，超过30m的线缆信号丢失严重，画面显示效果极差。

HDMI数据线和接收器包括3个不同的TMDS数据信息通道和一个时钟通道，支持视频数据、音频数据和附加信息通过3个通道传送到接收器。3个TMDS通道传输R/G/B或者Y/Cb/Cr格式编码的24bit像素视频数据，最高带宽可以达到4.95Gbit/s，现在最高规格的高清视频格式1080p所需的带宽仅仅为2.2Gbit/s。

HDMI已经广泛应用于各种数码产品上，不管是平板电视、高清播放机，还是投影机、数码摄像机、液晶显示器，以及蓝光DVD和HD DVD，都少不了HDMI数字信号接口的身影。

（1）HDMI的音视频带宽。HDMI支持多种方式的视频编码，通过对3个TMDS数据信息通道的合理分配，既可以传输R/G/B（红/绿/蓝）三基色的4:4∶4信号，也可以传输YCbCr数字色差分量的4:2∶2信号，最高可满足24bit视频信号的传输需要。

HDMI在协议中加入了对音频信号传输的支持，形成了单线缆多媒体接口协议。数字音频信号不占用额外的通道，采用和其他辅助信息一起组成数据包，利用3个TMDS通道在视频信号传输的消隐期，以岛屿数据的形式传送。

HDMI可以提供2～8路，每路采样频率192kHz的高质量数字音频信号，比44.1kHz的双声道的CD音频制式和96kHz的6声道DVD-Audio音频格式信号更上了一个台阶。

HDTV图像的最高清晰度标准是1080p，分辨率为1920×1080像素，若每秒传输60帧图像，那么最终的像素数据率为124.4MHz。由此看来HDMI接口完全可以满足当今的消费电子产品的各项应用。HDMI也支持双接口并联模式，那样可以提供惊人的330MHz传输带宽。

（2）HDMI接口标准。HDMI接口可以分为Type A、Type B、Type C三种类型。使用5V低电压驱动，阻抗都是100Ω，如图4-22所示。

1）A型接口：有19个引脚，可以传输165MHz的像素信息，普及率最高。

2）B型接口：有29个引脚，可以传输高达330MHz的像素信息。可以提供TMDS双传输通道和DVI双通道连接。

3）C型接口：和A型接口性能一致，但是体积更小，更加适合紧凑型便携设备使用。

这三种HDMI接口没有完全兼容，也就是说A型头不能通过转接设备连接到B型头，B型头也不能转接成C型头，不过由于A型头和C型头仅仅是物理尺寸上不一样，它们之间可以通过转换设备实现兼容。

视频设备上的DVI和HDMI接口可以直接进行数字传输，传输通道可以达到5Gbit/s，远远大于VGA信道的带宽，可以很完美地传输1080p的高清视频信号，在传输过程中没有数据损耗，图像质量十分完美。

3.VGA模拟视频信号接口

VGA（Video Graphics Array）接口是显卡上应用最为广泛的接口类型，大多数显卡都带有此种接口。

VGA模拟视频信号由R、G、B三基色信号和行、场同步信号组成，这5路信号需同时传输。因此要求各通道的性能必须保持一致。

VGA接口不仅被广泛应用于计算机，在投影机、影碟机、TV等视频设备中也有很多都标配此接口。很多投影机上还有VGA输出接口，用于视频的转接输出。

VGA成品线缆长度有1.5m、2m、3m、5m、10m、15m等几种规格，传输距离超过15m时，VGA信号质量会严重下降。

VGA接口标准：是一种D型接口，外形像字母“D”，共有15针脚，分成3排，每排5个。视频输出接口为15针母插座，视频输入连线端的接口为15针公插头，如图4-23所示。

VGA接口在给数字显示器（LCD、DLP、PDP等）传输信号时，由于VGA是模拟接口，先要将数字电视信号转换成模拟信号（D/A转换）后再进行传输，到了显示器那边还要将模拟信号再转换为数字信号后送给显示屏，在数字→模拟→数字的转换过程中，信号损失较大（一次A/D或D/A转换过程将在频谱上损失6dB），并且会存在诸如拖尾、模糊、重影等传输问题。因此VGA的传输方式会损失画面上的某些细节部分。

4.9.2 数字音频接口

数字音频设备的常用接口有AES/EBU接口、Cobra Net数字音频接口、Dante数字音频接口。

1.AES/EBU接口

AES/EBU标准是一种单线单向串行传输的数字音频数据接口，能够传输两个声道的数字音频数据，有家用和专业两种标准。

（1）家用标准S/PDIF。S/PDIF（索尼/飞利浦数字接口格式），采用EIAJ CP-340 IEC-958同轴传输，属不平衡式。标准输出电平0.5Vpp（发送器负载75Ω），输入和输出阻抗为75Ω（0.7～3MHz频宽）。传输距离较短（一般为数米），采用商品化的细同轴线、两芯RCA莲花型插头，如图4-24所示。

（2）专业标准AES/EBU。AES/EBU（美国音频工程协会/欧洲广播联盟）提供两个通道（左声道L和右声道R）的音频数据传输，采样频率为32kHz、44.1kHz、48kHz（相应的码速率为2Mbit/s、2.8Mbit/s和3.1Mbit/s），量化分辨率为6bit、20bit或24bit；发送器负载110Ω，0.1～6MHz频宽。采用平衡传输，可降低信号干扰，最长数据传输距离为100m。网线为平衡三芯屏蔽电缆，配卡侬接口，阻抗110Ω，如图4-25所示。

2.CobraNet数字音频接口

CobraNet是一种在以太网上传输的数字音频接口。支持100Mbit/s快速以太网，也支持光纤和1000Mbit/s高速以太网传输媒体。CobraNet数字音频采用无压缩的PCM数据编码，支持48kHz和96kHz取样率，量化分辨率为16bit、20bit和24bit三种，默认的是48kHz、20bit无压缩的PCM数据编码，比CD光盘的音质更佳，最多可以容纳64个传输通道。可方便地满足广播电（视）台直播间之间、录音棚各录音间之间的节目交换，是体育场馆、主题公园、广场、广播电视、大型演出、智能会议系统和楼宇智能音频系统等大型音频工程实现信号处理、音频资源共享和简化系统结构的网络传输方法。图4-26是CobraNet接口卡。

（1）CobraNet网络传输协议是建立在标准以太网硬件和底层协议基础上的，也就是说，它是运行在数据链路层和物理层两个低层上的传输协议，不涉及数据链路层以上的高层协议，不需要特别的或技术专利的产品来构建网络基础。它的信号传输单元Bundle是以8个音频通道为一个数据包。

（2）使用CobraNet专用交换机、5类线及光纤；用1对UPT 5类无屏蔽双绞线可实现无压缩、高音质、64个通道的双向传输数字音频信号。如果采用光纤传输，则可以轻易地实现数公里的无损耗传输。

（3）增加交换机可以方便扩大系统。

（4）CobraNet传输需要较大的网络带宽。例如，一个通道的音频数据量为48kHz×20bit=0.96Mbit/s，再加上通道的地址数据、控制数据和以太网的报尾FCS等公共数据，使得包含8个音频通道的每个Bundle的实际数据率接近9Mbit/s左右。使用100Mbit/s快速以太网进行数据传输时，最多只能容纳11个Bundle（100Mbit/s/9Mbit/s=11），即11×8=88个音频通道。实际上100Mbit/s的快速以太网可传输的最大音频通道数不能超过64个。CobraNet也同时支持1000Mbit/s高速以太网和光纤传输媒体。

3.Dante数字音频接口

Dante数字音频传输技术是Audinate公司于2003年提出的，基于3层的IP网络技术，采用Zeroconf协议，简化了网络的运行模式。为音频连接提供了一种低延时、高精度和低成本的解决方案，是目前应用最广泛的数字音频传输技术。

Dante数字音频传输技术可以在以太网（100Mbit/s或者1000Mbit/s）传输高精度时钟信号、专业音频信号，可以进行复杂的路由选择。它继承了CobraNet所有的优点，如无压缩的数字音频信号，保证了良好的音质效果；解决了传统音频传输中繁杂的布线问题，降低了成本；适应现有网络，无须做特殊配置。图4-27是Dante网络的连接方式。

Dante数字音频技术的主要特点包括：

1）采用IEEE1588精密时钟协议。精确时钟同步和自愈系统，能保证以最小化的网络延时来满足专业音响的苛刻要求，允许不同取样率的数字音频流在同一网络中传输。

2）Dante网络的高兼容特性，可以允许音频信号和控制数据以及其他毫不相干的数据流共享同一个网络，它们之间互不干扰，用户可以最大限度地利用现有的网络资源，而无须为音频传输系统建立专用网络。

3）在Dante网络系统中可以加入普通TCP/IP设备，如PC。可以兼容其他网络设备的软件，如数字调音台（混音器）、DSP处理器、录音软件等。可以从任意网络接口接入到网络中而不必关心它的走向。

4）采用Zeroconf技术，利用服务器自动查找接口设备、标识标签以及区分IP地址等工作，而无须启动高层的域名系统DNS（Domain Name System）或者动态主机配置协议DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol），省略了复杂的手工网络配置，也不需要专业的IT工具包。

5）发送器和接收器可以设置在网络中的任何端点，移动这些节点时，网络结构不需做任何调整。

6）音频通道的传输模式可以是单播，也可以是多播，Dante技术可以通过IGMP（Internet Group Message Protocol，互联网信息协议）进行管理，以最大限度地利用网络带宽。

7）可以方便地扩展输入/输出设备节点，甚至可以扩充到成百上千个。

8）自愈系统。Dante系统可以设定多重自我修复机制，实施网络自愈。

9）更小的延时。

在100Mbit/s网络带宽下，音频传输通道为3个时，延时仅为34μs。Dante系统可自动调节可用的网络带宽，以便将延时时间降低到最小。

这些独特的优势，使它在专业音响系统、广播系统、电话会议系统、楼宇智能音频系统、大型运动会等行业获得广泛应用。 R3QyMg/C2x9QwbqB1QYJRHjbZof9Qq1Eqk2JuSH7BcfSnnmaoP2/2hlWZ+DewPUc