家庭影院数字接口之争

一、DVI: 从计算机领域扩展到家庭影音环境
       在几年之前，业界一直期望能够将计算机与家庭影音电子产品结合成为密不可分的整体，双方自由互通互联，以实现更出色的娱乐功能。这在当时还只是一种梦想，计算机与家庭环境中的影音产品存在巨大的障碍。计算机以数字技术为基础，所有的数据均是以二进制数表达，而家庭影音产品则是以模拟技术为基础，所有的图像、视频、音频信息都是通过连续的正弦电信号表达。由于基础信号表达方式存在根本性的差异，二者的控制电路也分属不同的体系，最多只能够通过数模转换实现基本的信息共享，根本谈不上协作。这个限制直到数字显示技术开始应用于影音领域之后才逐步得到转变，具体点说，是在等离子体电视、液晶电视产品得到流行以及数字电视标准开始实施后，计算机与影音电子产品的沟通协作才能成为可能，这也正是数字家庭概念的核心内容。
      不过，今天我们要探讨的并非两大体系如何协作，而是关注数字家庭环境所采用的数据传输接口。例如，计算机如何与数字电视机连接？DVD播放机、硬盘录像机以及即将面市的蓝光播放机/HD DVD播放机如何与数字显示技术相适应？目前广泛采用的模拟传输接口自然无法延续，提出新的接口技术势在必行。DVI与HDMI最终承担起这个重担，而这两种接口在技术上存在很大的不同，各自都得到不少厂商的支持，由此形成两种接口并存的局面。
DVI: 从计算机领域扩展到家庭影音环境
       对于DVI接口大家都比较熟悉，它被广泛用于计算机的LCD显示器中，被引入到影音领域也许会让很多人感到新鲜。长期以来，家庭影音环境都是以模拟技术为基础的，作为视频输出的电视机和作为音频输出设备的音箱，无一例外只能处理和接收模拟信号，为此，DVD、CD播放机等数字设备都必须预先将视频或音频信号转成模拟格式，然后再分别传输给CRT电视或音响设备。由于模拟信号不存在数据传输率的概念，不需要复杂的接口总线，简单的铜芯线缆和同轴接口即可满足需要，这也是过去家庭影音环境的标准模式。但当液晶电视、等离子电视成为现实，数字家庭概念大行其道的时候，业界发现，继续采用模拟接口是一项非常愚蠢的做法，因为作为信号输出的DVD播放机、硬盘录像机，以及作为信号接收方的电视机都基于数字体系，再使用模拟接口不仅增加成本，信号品质也不可避免受损失，及时引入一种专门的数字接口势在必行。
为LCD显示器量身设计
       DVI接口成为首先考虑的对象。该接口规范由英特尔、Silicon Image、富士通（Fujitsu）、惠普、IBM与NEC等大厂所组成的“DDWG数字显示工作组”（Digital Display Working Group）联合制定，领导者为英特尔公司。DVI的全称是“Digital Visual Interface”，意为“数字影像接口”，1.0版标准早在1999年4月就正式发布。
       在基础技术上，DVI承袭DFP数字接口技术（Digital Flat Panel），都是建立在TMDS信号格式上—TMDS（Transition Minimized Differential Signaling）是一种微分信号机制，它可以将像素数据进行编码，并通过串行方式进行传输，借助该技术，一个未经压缩的数字影像信号便可被顺利传送到LCD显示器上直接显示。从理论上说，DVI无疑是LCD的最佳搭档，但早期的LCD显示器产品都必须考虑到与显卡兼容的问题，当时的显卡无一例外都是采用VGA模拟接口，LCD显示器也不得不选择VGA。为此，显示器内的控制电路必须多一个模数转换器。由于转换过程必然产生失真，很大程度上影响了LCD的显示效果。这种情况随着LCD的逐渐普及才慢慢发生改变，拥有DVI接口的显卡不断增多，新面市的LCD显示器也多采用DVI、VGA双接口的形式，由此计算机显示系统开始实现从模拟到数字的转变。到目前为止，主流LCD显示器基本上都是DVI接口的天下了。
       尽管DVI是专门为计算机显示器所设计，但它同样适合于家庭数字影音环境，我们可以看到，无论液晶电视还是等离子电视，所接收的数字视频信号与计算机显卡、显示器所处理的数字信号并无本质区别，加之DVI支持“Plug and Play（随插即用）”和信号自动校正功能，可以让影像信号源与不同显示输出设备所允许的分辨率、扫描频率相吻合，这些特征使得DVI在理论上亦可作为消费电子产品的影像传输接口。当然，在具体实现上，DVI接口也必须作适应性的改变才行。
平滑应用于数字影音环境
       不过，数字电视与计算机显示器在显示模式上并不相同，对传输接口带宽的要求自然也有差异。那么，DVI所提供的带宽能否满足HDTV信号的实际需要呢？其实，这种担心完全不必要。对逐行显示模式的平板显示器来说，若刷新率定为60Hz，DVI可支持1600×1200的高分辨率输出（也就是UXGA标准，刷新率越高，支持的屏幕分辨率就越低）。而对于隔行显示的数字电视信号，DVI可支持到1920×1080分辨率，这也是HDTV的最高标准了。另外，DVI支持一种名为“双重链接DVI（dual-link DVI）”的扩展模式，它可在60Hz刷新率下支持2048×1536（QXGA）的超高分辨率输出，不过目前罕有产品可达到这一标准，DVI的这项扩展功能基本派不上用场。在被应用到消费电子产品上之后，DVI还增加了一种名为“高带宽数字内容保护（High bandwidth Digital Content Protection，简称HDCP）”的加密通讯协议。该协议的始作俑者是好莱坞的众多制片厂以及卫星/有线电视企业，该协议可有效防范DVI视频信号被第三者盗拷，在传输环节上避免影像盗版的可能。HDCP在技术上并不神秘，它所采用的是流行的加密/解密验证机制，除了DVI接口需支持该功能外，显示终端的接收器逻辑也必须对它提供支持，这样显示终端才可从数字机顶盒、DVD播放机等信号输出端接收并显示那些被严密保护的影像内容。为了与普通的DVI接口区别，支持HDCP协议的DVI接口也被称为“DVI-HDTV”。
       尽管并非为影音环境量身定制，但DVI接口在该领域仍存在许多优势：其一，DVI接口在LCD显示器、投影仪等设备中高度普及，消费电子设备若采用DVI接口，可以实现资源的平滑共享，例如，我们可以将DVD播放机、数字机顶盒与计算机显示器、投影仪直接相连，这显然大大拓展了视听娱乐的应用范围；其二，DVI技术成熟，配套设施高度完善，相关设备的设计难度及制造成本都比较低，这对降低数字视听环境的整体构建成本非常有利。有鉴于此，诸多影音厂商率先在高端产品中引入DVI接口，这些产品包括专业DVD播放机、硬盘录像机、数字机顶盒、液晶电视、等离子体电视、投影仪等等。在实际应用中DVI接口表现良好，加上相关设备甚为普及，很好满足了数字影音环境对数字接口的迫切需要。
在实践中存在的不足
        然而，DVI毕竟只是专门设计用于计算机显示器，并没有过多考虑到数字影音环境的需要，一些先天缺陷在实用过程中也逐渐显露。首先，DVI只是一种数字视频接口，它无法传输音频信号，而在数字影音环境中这二者是联成一体的。如此一来，音频信号的传输就必须以模拟的方式进行，这样做有可能影响到音频输出的保真度，尤其是目前SACD与DVD Audio已开始取代沿用多年的CD技术，若继续以模拟接口传输音频信号，SACD与DVD Audio所具有的高精度数字音频效果都将大打折扣，这显然难以令那些对音频品质吹毛求疵的HiFi用户满意。其次，DVI接口的规范比较混乱，存在DVI-A、DVI-I、DVI-D和正发展中的DVI-E等多种规格，其中DVI-A支持一般模拟信号，DVI-D支持数字信号，而DVI-I则支持模拟、数字双信号，制式分类混乱不清，一般的入门级用户很容易选到接口规范不同的产品，导致二者根本无法协同使用。另外，目前大量的产品都没有支持HDCP加密协议，真正可符合DVI-HDTV规范的只属少数，这也给用户造成很大的困扰。再次，DVI接口对连接线路的长度较为敏感，虽然DVI的标准规格并没有具体说明缆线的长度限制，但一般认为DVI连接线的长度不应超过5米，否则就会出现画质明显下降的情况，线路长度越长、画质受损的情况就越严重。对计算机显示器来说，5米长度已经非常宽裕，但对影音产品而言并非如此。在一般家庭影院中，要求连接线超过二十几米的情况司空见惯，而少数高等级的家庭影院环境甚至需要三十米以上的线缆长度，DVI接口确实很难满足这些环境的需求。不过幸运的是，业界对此作出了积极的努力，目前我们可以采用两种方法来解决这个问题。第一种方法就是采用Monster Cable公司出售的DVI线缆，该公司通过改进线缆的结构，并采用上好的材料，成功制造出长度达20米的DVI线缆。尽管达到默认长度的4倍，但这种DVI线缆仍可保持出色的信号质量。第二种方法就是采用Theatre Automation Wow（TAW）、Gefen、Goldmund或OPHIT公司出品的光纤DVI线缆，顾名思义，该种线缆在中间环节采用了光纤作为信号传输媒介，最大限度保证信号的真实度，而它的最大长度可达到100米，几乎可满足任何环境的需要。不过，光纤DVI线缆结构较为复杂，在转接头位置都需要光/电转换器，价格也相当昂贵，一般用户恐怕难以接受。
二、HDMI: 为数字家庭量身打造
       由于DVI接口存在大量的不足，业界普遍认为它只能作为一项过渡性的标准。为了更好满足未来数字影音环境的实际需要，提出一种新的接口技术势在必行，这就是我们接下来要介绍的HDMI高分辨率多媒体接口。
技术实现及特点
       与DVI不同，HDMI一开始就是为数字影音领域专门设计，它的全称是“High Definition Multimedia Interface”，意为“高分辨率多媒体接口”。HDMI标准的发起者是日立、松下（Panasonic）、飞利浦、Silicon Image、索尼、汤姆逊（Thomson ）和东芝公司，1.0版标准在2003年12月正式公布，为了更好推进HDMI实用化，上述企业联合成立了HDMI工作组（HDMI Working Group）。事实上，在标准出台之前，HDMI就已经获得许多好莱坞制片厂、卫星电视业界以及消费电子厂商的认可，它所凭借的便是自身所具有的一系列优秀特性。
       在信号传输上，HDMI是以DVI为基础的，两者在视频信号的引脚定义上完全相同，区别在于，DVI只能传输视频及同步信号，而HDMI则在此基础上增加了传输多声道数字音频的功能。这样一来，音频信号也完全得以通过数字化方式进行传输，SACD、DVD Audio等新一代数字HiFi设备的音频质量可保持在最佳状态。更有利的是，基于HDMI的家庭影院环境只要用一条HDMI线缆便可传输所有的视频/音频信号，这一点与DVI和现在的模拟环境形成鲜明的对比。若采用DVI接口，数字视听环境仍需使用多条模拟音频线缆，而现在的模拟视听环境就更不用说。可见，HDMI在提供出色视频/音频信号质量的同时，也让家庭视听设备的安装工作变得更加简单。
       为了满足高清晰数字视频以及高保真音频数据的传输需要，HDMI的传输带宽被设计为5Gbps，这足以应付一个1920×1080分辨率（隔行）的HDTV视频以及一个8声道、96kHz或单声道192kHz数字音频的传送。在支持最高分辨率时，HDMI还可以支持YCrCb色彩空间—我们有必要对此作出简单的解释：计算机显示器通常使用RGB色彩空间，也就是红、绿、蓝三原色；PAL制式的电视系统则使用YUV色彩空间，它相当于对RGB空间做了一个相关的线性变化，二者可以通过一个公式相互转换，其中，Y表示亮度，U和V的比值决定色调，（U2+V2）1/2则代表颜色的饱和度。至于我们所说的YCrCb色彩空间，它其实是由YUV所派生，并被专用于数字电视系统中。DVI-HDTV接口虽然也能支持数字电视的YCrCb色彩空间，但它无法在最高分辨率下实现，这样在接收HDTV信号时，色彩空间必须在传输环节进行转换，这不可避免导致一定程度的颜色失真。HDMI完全修正了这一点，在传输过程中色彩空间无需转换，可在屏幕上展现出原汁原味的影像画面色彩。另外，HDMI完全包含了HDCP加密协议，采用该接口的视听设备可顺利接收显示被严密保护的多媒体内容，这与DVI接口对该协议支持混乱的情况也形成了鲜明的对比。
       尽管与DVI引脚兼容，但HDMI与DVI并不能直接换用，因为这二者的接口封装不同，HDMI的接口连接器小于DVI，大家可以从图2的对比中看得很清楚—较小的连接器有利于PCB布线和阻抗匹配。而这两种接口也可借助一种专用的被动式连接器（passive adapter）进行转接，不过在转接过程中，HDMI在DVI基础上新增的音频传输功能将会丢失，只有视频信号才能得以保留。这个装置在实用中非常重要，毕竟现在市场上的消费电子产品以DVI接口的居多，借助DVI-HDMI的被动式连接器，可实现两种接口设备之间的平滑过渡。
       在传输距离上，HDMI相比DVI有了长足的改进。标准DVI线缆的长度限制在5米左右，而标准HDMI线缆的长度可达到25米，足足是前者的5倍之多，可很好满足绝大多数家庭用户的需求。至于那些豪华型的大空间影院，也可以使用加长线缆甚至是光纤HDMI线缆，由于HDMI布线简单，在这些领域的优势是非常明显的。
统一的兼容测试避免标准混乱
       为了避免出现类似DVI产品的混乱状况，HDMI工作组制定了严格的兼容测试规格（Compliance Test Specification，简称CTS），所有采用HDMI接口的产品都必须通过规格认证后方可打上HDMI的标识。为此，HDMI工作组建立了两个认证测试中心（Authorized Testing Centers，ATC），一家测试中心设于日本松下公司，另一家测试中心则设在Silicon Image公司，后者也是HDMI接口控制器的主要提供商。制造商在产品设计完毕后，会预先将生产出的样机提交给其中一个ATC测试中心，测试内容包括HDMI发送器、接收器以及传输线缆，某些影音接收产品（A/V Receivers）只要测试HDMI信号接收即可。只有全部通过实用功能检测，才能获得HDMI的商标图样（logo），而所有通过认证的产品都可以相互兼容。由于所有生产HDMI设备的厂商都遵守这项认证规范，市面上销售的各类HDMI产品可以顺利地连接使用，不会对消费者带来什么困扰。相比之下，DVI虽然也有认证机制，但并非强制参加，各厂商的态度也不积极，导致DVI兼容性问题层出无穷，直到现在都没有得到根本性的好转。单从这个角度来看，HDMI远优于DVI接口，后者很难逃脱被替代的命运。
HDMI的应用情况
       尽管1.0标准在2003年12月才发布，但HDMI的实用化进程早在同年初就展开了，Silicon Image公司在此扮演了关键的角色。Silicon Image是HDMI工作组的创始成员之一，它主要负责HDMI发送器和接收器芯片的设计。在2003年初，Silicon Image就推出名为“PanelLink Cinema”的HDMI发送器与接收器，该产品推出之后，迅速为三星、松下、Meridian等企业采用，其中，Meridian在同年一季度便推出采用HDMI接口的高档DVD播放机，松下则在9月份开始销售采用HDMI 输入并兼容DVI的背投HDTV电视，三星公司则提供了HDMI接口的数字机顶盒。但到目前为止，采用HDMI的产品仍不算太多，DVI在绝对数量上还是占据着主流地位，原因就在于DVI存在先入为主的优势，设备厂商一旦决定采用DVI接口，日后的所有产品都会基于DVI体系，HDMI阵营很难说服这些企业花费高昂成本转移到HDMI接口。再者，消费者只要有一部DVI设备，在购买其他设备时肯定优先考虑采用DVI接口的产品，消费的惯性令DVI仍拥有广阔的市场空间，尽管HDMI在技术上明显优于DVI。
      其次，接口成本较高也是阻碍HDMI普及的重要因素之一。目前，一条高质量的HDMI连接线零售价格就超过100美元，而质量普通、2米长度的HDMI连接线也需要20美元，消费者很难承受。更糟糕的是，目前还没有家电产品可以支持八声道音频，目前的电视一般只需要两个声道，HDMI的八声道数字音频传输能力基本派不上用场，这也打击了很多厂商的积极性。考虑到消费电子业界更新速度缓慢，HDMI要在短时间内改变这种情况颇为困难，预计DVI的优势地位在未来数年内仍将保持，而HDMI只能以缓慢的步伐进行扩张。
三、数字家庭影院接口之争
前瞻
       虽然面临重重困难，HDMI作为DVI接替者的地位仍然是不可撼动的。从长远的趋势来看，家庭影院环境必将实现完全的数字化，DVI接口无法绕过模拟音频传输的瓶颈，此时，HDMI就该大展身手了。借助HDMI，我们可以将DVD播放机、DVD录像机、数字机顶盒、D-VHS播放机、影音接收器等数字来源设备与数字电视、PDP显示器、液晶电视、投影机等数字显示设备连接起来，实现全数字化的高品质视听输出。不难想象，这个过渡的过程可能是漫长而痛苦的。为了兼容现有的DVI设备，HDMI产品必须另外配备DVI转接接口，或者干脆提供HDMI/DVI双接口形式，这一点同LCD显示器领域的DVI/VGA双接口形态类似。随着支持HDMI的设备逐渐增多，它的普及速度会越来越快，与之相对，DVI接口的影响力将日渐萎缩，也许在未来五到十年内，我们有机会看到这一点。
       对于那些准备从零开始构建数字家庭影院的朋友，选择HDMI肯定是个英明的主意，前提是你没有任何DVI设备的负累，或者是愿意通过DVI转接口的形式实现设备兼容。但如果你已经有不少基于DVI接口的产品，我们的建议是老老实实选择DVI环境为好，毕竟通过转接的形式你不仅无法体验到HDMI的任何好处，反而需要付出更多的资金。在最后，我们有必要重申一点：无论DVI接口还是HDMI接口，都不足以对视听设备的品质产生决定性的影响，毕竟它们只是传输接口而已，视听设备品质如何更多取决于产品自身的设计。