视频接口介绍（上半篇：显示器部分）
视频技术的发展使得显示器的分辨率越来越大，对于视频编解码、传输、压缩、显示等技术的要求也越来越高。视频分辨率也从以前的320×240（QVGA）、640×480（VGA）、1024×768（XGA）等发展到1080p、2k、4k。
▲视频分辨率及代号
显示器中的视频接口跟摄像头中的视频接口发展趋势不完全一样。摄像头中的视频接口模拟与数字信号并存，数字视频接口在突飞猛进的发展的同时，模拟视频接口仍然在高速发展。但显示器中的视频接口未来将会变成纯数字信号，模拟信号不再发展，仅在一些低成本应用中沿用。另外在显示器视频接口中，因为显示器对实时性的要求，几乎没有带编码（Encode）的视频接口。但在摄像头应用中，带编码的视频接口将会一直存在，在部分领域（如IPC）带编码将会一直是主流。
▲各种不同的显示器：CRT、液晶显示器
显示器视频接口，从视频传输模式上分为模拟传输、数字传输。从发展历史上来看，可以分为第一代亮色混合视频接口、第二代亮色分离视频接口、第三代模数共存视频接口、第四代纯数字视频接口以及第五代更强性能视频接口。从接口连接来看可以分为对内视频接口、对外视频接口以及其他视频接口。
下文将按照第三种分类方法作为大类，第一、二种分类方法作为小类进行分类。
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1. 对外显示器视频接口
对外显示器的视频接口指的是设备与设备之间的视频传输接口。根据出现的时间以及性能，可以分为五代：
- 第一代：亮色混合，视频接口代表：CVBS、AV
- 第二代：亮色分离，视频接口代表：S-端子、色差信号
- 第三代：模数共存，视频接口代表：VGA
- 第四代 ：纯数字，视频接口代表：DVI（DVI-D、DVI-A、DVI-I）
- 第五代：更强性能，视频接口代表：HDMI、MHL、DP、thunderbolt
1.1 第一代：亮色混合视频接口
- CVBS，composite video baseband signal，复合视频信号
- 也有人称之为：Color，Video，Blanking，Sync
- 常常使用3根线（RCA线）来传输音视频：
- 白线：左声道
- 红线：右声道
- 黄线：CVBS视频信号（视频信号只需要一根线即可传输）
- 复合视频信号：
- 包括亮度和色度的单路模拟信号
- 分辨率一般可达350-450线
- 亮度和色度是间插在一起的，在信号重放时很难恢复完全一致的色彩
- 图像品质受使用的线材影响大
▲CVBS视频接口
▲CVBS视频波形信号
1.2 第二代：亮色分离视频接口
- 1980年代后期，开始出现了将明度与色度分离记录与传送的系统。
- 主流的分离方式为亮度（Y）与色差（Cb/Cr或Pb/Pr）的方式。
- 主流的接口有两种类型：
- S端子（Separate）
- RCA线
- S端子：
- 视频信号线共2根（Y、C+GNDx2），在同一线束中。
- 相较CVBS，不用把经由低通滤波器取出光亮度的信号。这样可以给予光亮度的信号有更大的带宽
- 相较CVBS，以不太高的价格，换取大幅画质改善的方法
- 分辨率可以达到1024*768
- RCA线：
- 视频信号线共3根，分在三个不同线束中。
- 相较S端子，颜色更加，避免了边缘溢色的问题，分辨率也可以得到提升，甚至达到1080P
▲亮色分离S端子及RCA线
▲S端子接口定义
1.3 第三代：模数混合
- 模数混合的视频接口：
- VGA（Video Graphics Array）接口为代表
- 此外还有RGBHV（五同轴）等其他接口形式
- VGA接口：
- IBM于1987年提出
- R、G、B三个分量为模拟信号；
- 行同步、场同步为数字信号；
- 使用15pin的D型口；
- 分辨率最初支持640×480，现已支持最高2560×1440
- RGBHV（五同轴）
- 相比VGA接口具有更好的信号质量
- 同时也有更高的成本
▲RGBHV接口
▲VGA接口
VGA接口的引脚定义如下：
| 引脚1 | RED | 红色视频 |
| 引脚2 | GREEN | 绿色视频 |
| 引脚3 | BLUE | 蓝色视频 |
| 引脚4 | ID2/RES | 过去为屏幕ID比特2；自DDC2起保留 |
| 引脚5 | GND | 接地（水平同步） |
| 引脚6 | RED_RTN | 红色接回 |
| 引脚7 | GREEN_RTN | 绿色接回 |
| 引脚8 | BLUE_RTN | 蓝色接回 |
| 引脚9 | KEY/PWR | 过去为key；现为 +5V DC |
| 引脚10 | GND | 接地（垂直同步，DDC） |
| 引脚11 | ID0/RES | 过去为屏幕ID比特0；自E-DDC起保留 |
| 引脚12 | ID1/SDA | 过去为屏幕ID比特1；自DDC2起为I²C数据 |
| 引脚13 | HSync | 水平同步 |
| 引脚14 | VSync | 垂直同步 |
| 引脚15 | ID3/SCL | 过去为屏幕ID比特3；自DDC2起为I²C时钟 |
1.4 第四代：纯数字
- 第四代接口以DVI为代表
- DVI：
- 1999年由数字显示工作小组提出
- 使用最小化传输差分信号（Transition Minimized Differential Signaling，TMDS）技术来确保高速串列数据发送的稳定性
- 最高可支持到4k
- DVI分为DVI-D、DVI-A、DVI-I
- DVI可使用便宜的被动式转接头转成VGA或HDMI
▲DVI 接口及引脚定义
▲EPSON投影仪背面的DVI接口
1.5 第五代：更强性能
- HDMI （High Definition Multimedia Interface）
- 2002年有HDMI组织设计
- TMDS传输
- 第五代主流接口，支持HDCP，支持音频传送
- 支持厂商众多，有Type A、Type B、Type C、Type D四种接口
- 即插即用，支持EDID
- 光纤HDMI
- TYPE C to HDMI（HDMI alt mode）
▲HDMI Over Type-C，TypeC本身就兼容HDMI/MHL协议
▲HDMI连接器的不同形式
- MHL （Mobile High-Definition Link） ：
- Silicon Image主导，2008年提出，只需5pin即可传输高清视频，接口小巧
- 早期依赖Micro USB
- 2.25Gbps，1080P
- 兼容USB Type C
▲MHL接口在手机上的应用
- DP （Display Port） ：
- 2006年由VESA提出，无须授权费
- 支持HDCP，支持音频传送，Apple设备的主流视频接口
- DP1.4，DP ALT mode集成到USB TYPE-C，应用广泛
▲DP性能发展
▲DP连接器物理形态
- Thunderbolt：
- 2011年Intel+Apple开发，早期依赖Mini DP，现在依赖USB Type C
- Thunderbolt 3完整支持USB3.1，双向40Gbps高带宽
▲Thunderbolt性能发展
1.6 视频传输能力对比
| 视频接口 | 类别 | 最大视频带宽(Gbps) | 最高支持分辨率 | 备注 |
| VGA | 模拟 | 4.95 | 2560×1600 | |
| DVI-A | 模拟 | 4.95 | 1920×1080 | |
| DVI-I | 模拟+数字 | 9.9 | 2560×1600@60Hz | 双通道 |
| HDMI1.4 | 数字 | 8.16 | 4096×2160@24Hz | |
| HDMI2.0 | 数字 | 18 | 4096×2160@60Hz | 4K |
| HDMI2.1 | 数字 | 48 | 7680×4320@60Hz | 8K |
| DP1.4 | 数字 | 32.4 | 7680×4320@60Hz | 8K |
| DP2.0 | 数字 | 77.4 | 15360×8460@60Hz | 16K |
| Thunderbolt3 | 数字 | 40 | 7680×4320@60Hz | 8K |
2. 对内显示器视频接口
对内的显示器视频传输接口指的是设备内部，板与板之间或板上的器件与器件之间的视频传输接口。下图就展示了一个电视机拆开后盖之后各个主板间的连线情况：
目前常见的对内显示器视频接口主要有以下几种：
- DVP（ITU BT601/656/1120）
- LVDS（区别于Serdes）
- MIPI（DSI/CSI）
- eDP
- V-By-One
2.1 DVP（ITU BT601/656/1120）
- DVP：Digital Video Port 或Digital Video Parallel，并行视频接口。
- 包含以下引脚：
- PCLK：sensor输出时钟
- VSYNC：场同步
- HSYNC：行同步
- D[0:11]：并行视频数据
- ITU BT601/BT656/BT1120都是DVP的一种
- “类BT656接口”
- PCLK≈(FrameRate x PixelPerFrame x BitsPerPixel)/datawidth
- DVP中PCLK一般不宜超过100MHz
- EMC考虑
- 信号完整性考虑
| 引脚名称 | 类型 | 信号电平 | 信号定义 |
| D[0:11] | 输出 | TTL | YUV数据线 |
| VSYNC | 输出 | TTL | 垂直同步信号，高有效 |
| HSYNC | 输出 | TTL | 水平同步信号，高有效 |
| PCLK | 输出 | TTL | 像素时钟信号 |
| GND | 地 | 地 | 信号地 |
▲某个典型的DVP引脚定义
2.2 LVDS（区别于车载领域Serdes）
- 针对DVP传输视频的问题：
- DVP PCLK速度不能超过100MHz → LVDS使用差分传输，速度可以到几百兆
- DVP EMI性能差 → LVDS使用低压信号，辐射极小
- DVP信号线多，相邻信号线之间串扰大 → 视频数据经过串行器后再发送，无串扰或少串扰
- LVDS接口（Low-Voltage Differential Signaling）
- 1996年由美国国家半导体提出
- 常用于显示屏驱动（机内），单路/双路
- 跟车载领域LVDS区分开，是两种完全不同的接口
- LVDS视频接口信号线数量多，一般只能用在设备内部
- 车载LVDS视频信号一般只有一根线，可以用在设备之间
▲LVDS视频接口示意图
▲LVDS视频接口在电视机里面很常见
2.3 MIPI（DSI/CSI）& eDP & V-By-One
- MIPI（(Mobile Industry Processor Interface）
- 2003年由MIPI联盟设计
- 包含CSI与DSI，分别对应摄像头接口应用与显示器接口应用。
- 一对差分时钟线，若干对差分数据线（一般为1/2/4对）。
- 采用了ECC和CRC编码，具有一定的纠错能力
- eDP（embedded DP）
- 相比LVDS几百兆的速度而言，单线传输速率更快（最高5.4Gbps）；
- 没有单独的时钟线，线的数量更少；
- 微封包结构，可以同时传输视频与音频；
- 电视/笔记本电脑中已逐步取代早期的LVDS接口。
- V-By-One
- 日本THine公司开发
- 使用EQ及CDR技术，使得使用更加经济的线材也可传输高速信号；
- 单对线传输速度可以到3.75Gbps，可以直接使用以前的LVDS线材
- Thine公司已对V-By-One开放，成为一个公开的标准。
- 可以使用同轴（低带宽、或设备之间用），也可以使用屏蔽FPC（高带宽、或设备内部用）
▲MIPI及CPHY、DPHY之间的区别
3. 其他显示器视频接口：以汽车LVDS为例
- 在汽车行业，大家都习惯把经过单根同轴线缆传输数字视频信号的方式叫做LVDS（低压差分信号）传输。其实跟视频传输领域的LVDS是两个完全不同的概念。
- 最大的两个玩家：TI & Maxim
- 基本原理：
- 将每秒几十到几百兆个像素点（每个像素点16bit-32bit长度）做串行化为Gbps级的数据包
- 通过单根同轴线或一对双绞线进行最远长达10-15m的传输
- 最大优势：
- 视频信号线、音频信号线、控制线、电源线 四线合一
- 其他玩家：
- Rohm：ClocklessLink；
- Thine：V-By-One；
- Inova：APIX；
- Sony：GVIF；
- Amba：？？
▲Inova的APIX接口示意图
感谢作者文章 想请问下，文中提到目前车载LVDS最大的两家是TI美信。不知作者是否了解TI美信的每年LVDS芯片的出货量？
我查找到一些信息，说Inova的APIX也有规模出货，APIX首代产品2007年就发布了，比TI美信更早，而且宝马全系产品都在用，每年从Inova的采购量数百万颗，还有文章说APIX的出货量已经接近2亿颗
所以，不知APIX在业内是大概什么样的地位
在出货量这一块，我只了解某几个具体物料的年用量，并没有一个完整的清单。另外还可以通过原厂、代理商等渠道了解，结论在我另外一篇文章里面提到过http://www.liuwenhao.me/?p=3905 。
Inova的这些我不太了解，发布的早不见得一定会取得商业上的成功。LVDS这一块生态还是挺重要的，现在一个车载设备，往往控制器（LVDS接受器）跟摄像头是不同的供应商。这些供应商必须使用同一家的方案，只搞定了其中一个角色是没有意义的。APIX在国内至少是没看到有谁在车上用。
请教博主，支持到50米级别的视频传输（主机到显示屏）有什么合适的解决方案呢？
还是有一些方案的，给你推荐几种可能的方案：
1. 实时高清方案：HDMI+中继器；将视频信号转为SDI进行传输；
2. 高清有延迟方案：编码后走以太网、HDBASET方案；
3. 低分辨率低成本方案：AHD方案、CVI方案、CVBS方案等。