Die Bemühungen um einen neuen Standard für den Grafikausgang des PCs haben mit der DVI -Schnittstelle einen neuen Stellenwert bekommen. Deren Spezifikation berücksichtigt zwar auch die digitale Ansteuerung von TFT-Displays. Massentauglich wird sie aber durch die Einbindung herkömmlicher analoger und zukünftiger digitaler Röhrenmonitore sowie analoger Grafikkarten. DVI will damit den Abschied von dem gewohnten VGA-Stecker einläuten.
Eine finale Standardisierung der digitalen Grafikschnittstelle ist mehr als überfällig, schließlich befinden sich mittlerweile drei unterschiedliche Varianten am Markt. In der Vergangenheit haben nicht nur mangelnde Verfügbarkeit und hohe Kosten das Vorankommen einer digitalen Grafikschnittstelle behindert. Auch ständig wechselnde Standards sorgten für Unsicherheit. Mit dem Digital Visual Interface will nun ein Konsortium unter der Führung von Intel der Suche nach der richtigen Verbindung ein Ende setzten.
Digitale Bilddaten
Dass momentan noch analoge LC-Displays den Markt beherrschen, ist eigentlich ein Anachronismus. Denn die Bilddaten müssen mangels digitalem Interface auf der Grafikkarte eine Digital/Analog-Wandlung und im Display eine Analog/Digital-Wandlung durchlaufen. Auch wenn sich die Signalverarbeitung in den analogen TFT-Displays entscheidend verbessert hat, ist eine digitale Signalübertragung der technisch saubere Weg.
Geht es um herkömmliche Monitore, so ist die gute alte Bildröhre ein analoges System. Bei bisherigen Grafikkarten erfolgt dann auch die Umwandlung der RGB-Werte über einen DA-Wandler in analoge Spannungen. Tatsächlich spräche jedoch nichts dagegen, die Bilddaten digital in den Monitor zu übertragen und erst dort die DA-Wandlung vorzunehmen. Im Gegenteil, eine nahezu verlustfreie, störungsunempfindliche Übertragung sowie eine hochwertige, auf das einzelne Gerät abgestimmte DA-Wandlung im Monitor würden für eine bessere Bildqualität sorgen.
Das von den Verfechtern der digitalen Schnittstelle gern ins Feld geführte Argument der preiswerteren Geräte ist zumindest vom heutigen Standpunkt aus nur die halbe Wahrheit. Insbesondere auf Grafikkarten trifft dies nicht zu, da diese aus Markterfordernissen wohl noch geraume Zeit sowohl ein digitales wie auch analoges Signal liefern müssen. Bei Standard-CRT-Monitoren ist zusätzlich die Logik für die Digital/Analog-Wandlung erforderlich.
Bisherige digitale Schnittstellen sind auf SXGA-Auflösungen beschränkt, DVI erlaubt auch die QXGA-Auflösung.
Bezeichnung | Horizontale x Vertikale Auflösung |
|---|---|
| |
VGA | 640 x 480 |
XGA | 1024 x 768 |
SXGA | 1280 x 1024 |
UXGA | 1600 x 1200 |
HDTV | 1920 x 1080 |
HDTV plus | 1920 x 1200 |
QXGA | 2048 x 1536 |
Zwar ist die Idee nicht neu, auch CRT-Monitore digital anzusteuern, bis dato zeigten sich die Standards für digitale Schnittstellen im Desktop-Bereich aber auf die SXGA-Auflösung beschränkt. Die Spezifikation von DVI geht hingegen deutlich weiter und erlaubt Auflösungen auch jenseits von HDTV. Geht es nach dem Willen der Digital Display Working Group, soll diese Schnittstelle nicht nur im Desktop-Bereich, sondern ebenfalls bei Projektoren Einzug halten.
Übertragungsstandards
Im Desktop-Bereich hat sich als Übertragungsstandard von digitalen Bilddaten das sogenannte TMDS -Verfahren durchgesetzt. Es stammt von Silicon Image. Die entsprechenden Bausteine sowie das Protokoll sind auch unter der Bezeichnung Panellink bekannt. Ein entsprechender Sender- sowie Empfängerbaustein sind für die digitale Kommunikation erforderlich. Der Sender bekommt von der Grafikkarte einen 24 Bit parallelen Pixeldatenstrom, der seriell zum Empfänger übertragen wird. Neben den Pixeldaten erhält der Sender auch noch Steuerdaten, das Signal DE sowie den Takt (CLK). Für jede Farbe ist ein eigener Decoder auf der Sender- und der Empfängerseite zuständig, der je 2 Bit Steuersignale und 8 Pixeldatenbits verarbeitet.
Zu den Steuerdaten gehören unter anderem die Informationen bezüglich Plug and Play. So sind hierin die DDC -Daten enthalten, sowie das Bit zur Hot-Plug-Erkennung. Die Verbindung zwischen Grafikkarte und Monitor erfolgt über drei symmetrische Leitungspaare, für jede Farbe eines. In dieser Single-Link-Version erlaubt TMDS eine Bandbreite von 165 MHz.
Die Übertragung über die jeweiligen Leitungspaare erfolgt differenziell, sprich der Empfänger bildet die Differenz aus den beiden ankommenden Signalen. Dies sorgt für eine hohe Störsicherheit. Bis zu zwei Metern Länge - also der typischen PC-Monitor-Entfernung - funktioniert TMDS mit nicht abgeschirmten Signalkabeln.
Der aus dem Notebook-Bereich stammende Übertragungsstandard LVDS von National Semiconductor arbeitet ebenfalls mit Spannungsdifferenzen, erfordert jedoch sehr teure Kabel, sodass es im Desktop-Bereich so gut wie keine Rolle mehr spielt.
VESA Plug&Display
Auf eine Entwicklung von IBM hin ist der Plug&Display-Standard bereits seit 1997 von der VESA definiert. Der zugehörige Stecker war als eierlegende Wollmilchsau konzipiert und sollte sich neben der Übertragung der Grafikdaten auch noch um IEEE 1394 und USB kümmern. Mit seinen über 30 Pins und einer Breite von über 40 mm geriet der Plug&Display-Stecker im Vergleich zum VGA-Stecker sehr voluminös. Nicht nur digitale Monitore beziehungsweise Displays sollen über diesen Stecker angesteuert werden, auch analoge Geräte finden nach wie vor Berücksichtigung. Vier Pins sorgen für die Weiterleitung der analogen Grafikdaten.
Ziel war es, alle Verbindungen wie beispielsweise Maus und Tastatur ebenfalls über das Monitorkabel abzuwickeln. Die Peripherie-Geräte sollten dementsprechend am Monitor Anschluss finden. Die Wirklichkeit hat die VESA-Theorie mit USB-Hubs in Monitoren längst eingeholt. Der Plug&Display-Standard basiert auf Single-Link TMDS mit einer Bandbreite von 165 MHz. Die maximale Auflösung bleibt damit auf SXGA (1280x1024) beschränkt. In Sachen Plug&Play unterstützt der VESA-Stecker EDID sowie DDC.
Der Formfaktor sowie die Komplexität des Steckers sorgt für hohe Kosten in der Produktion. So kostet eine derartige Verbindung bis zu zwei Dollar, andere Steckerformen liegen deutlich unter einem Dollar. Diese Variante fand daher kaum Anhänger bei Herstellern von Grafikkarten und Monitoren. Nur wenige Serienprodukte mit dieser Verbindung erblickten das Licht der Welt. Immerhin hat beispielsweise Matrox für die Millennium G200 ein entsprechendes Upgrade mit Plug&Display-Steckverbindung im Angebot.
Digital Flat Panel
Auf der Suche nach einer erschwinglichen Steckverbindung für digitale Bilddatenübertragung formierte sich die Digital Flat Panel Group unter der Führung von Compaq und ATI. Ende 1998 stand der Standard in den Startlöchern, zu Beginn 1999 bekam DFP die offiziellen Würden als VESA-Standard verliehen. Im Kern basiert DFP auf der Plug&Display-Technologie, einige Features fielen jedoch dem Rotstift zum Opfer. Der DFP-Anschluss dient rein zur Übertragung von digitalen Bilddaten und bietet darüber hinaus keine Funktionalität. USB ebenso wie IEEE 1394 wurden gestrichen, gleichfalls entfiel die Option zur Übertragung von analogen Bilddaten. Das Resultat ist eine im Formfaktor deutlich kleinere Steckverbindung als der Plug&Display-Stecker der VESA . Durch die gestrichenen Features verblieben gerade mal 20 Pins, die in einer Mini-D-Verbindung integriert wurden. Die Kosten gegenüber dem üppigen VESA-Stecker wurden halbiert. Mit einer Breite von etwas über 30 mm bleibt zudem für die Grafikkartenhersteller genug Raum, um auf Grafikkarten sowohl den DFP- als auch den Standard-VGA-Anschluss unterzubringen. Da auch DFP auf der TMDS -Single-Link-Technologie basiert, ist bei einer maximalen Auflösung von 1280x1024 Punkten das Ende der Fahnenstange erreicht. Damit genügt die Schnittstelle momentan noch den Anforderungen für Standard LC-Displays, lässt aber keinen Raum für die Zukunft.
Trotz der deutlich besser auf die Marktanforderungen abgestimmten Schnittstelle als dies bei Plug&Display der Fall war, blieb die Akzeptanz der Hersteller begrenzt. Mit der Rage Pro LT von ATI stand frühzeitig eine entsprechende Grafikkarte bereit. Compaq rüstete serienmäßig einige Presario-Modelle mit der DFP-Schnittstelle aus. Einige der Mitglieder der DFP-Group bauten TFT-Displays mit DFP-Anschluss - häufig wurde die ATI-Karte im Bundle angeboten. Von einer breiten installierten Basis kann jedoch keine Rede sein. Seine Fixierung auf eine rein digitale Datenübertragung und die Begrenzung der Auflösung erlauben DFP nur ein Dasein als Interims-Standard.
Digital Visual Interface
Nachdem die VESA im Wettrennen um den richtigen Standard der digitalen Grafikschnittstelle zunehmend die Rolle des Hasen übernommen hat, formierte sich 1998 mit der Digital Display Working Group ein weiteres Konsortium aus Herstellern. Ziel war es, eine auf die Marktbelange abgestimmte Schnittstelle zu definieren. In der DDWG finden sich zahlreiche Mitglieder, die bereits der DFP-Group angehörten. Dieser so genannten Digital Display Working Group schloss sich auch Intel an. Basis der Übertragung ist einmal mehr TMDS . Um die begrenzte Bandbreite zu erhöhen, wurde das Verfahren erweitert. Beim Standard TMDS Single Link liegt die maximale Bandbreite bei 165 MHz.
Bei DVI kommen zu den drei Kanälen von TMDS drei weitere, wodurch sich die Bandbreite auf 330 MHz verdoppelt. Dieses so genannte Duallink-Verfahren verteilt die Bandbreite auf beide Links gleichermaßen. Für beide Verbindungen kommt dieselbe Taktleitung zum Einsatz. Bei der Datenübertragung kümmert sich die erste Verbindung um die ungeraden Pixels, die zweite um die geraden. Nach dem Start des Systems baut sich zunächst eine Single-Link-erbindung auf, erst wenn der Monitor seine Tauglichkeit für eine zweite Verbindung bescheinigt hat, wird diese aktiviert. Entsprechende DVI-kompatible Sender- und Empfänger-Bausteine sind von Silicon Image verfügbar.
DVI-Steckverbindungen
Optisch kann der DVI-Stecker seine Verwandtschaft zur Plug&Display-Verbindung der VESA nicht leugnen. Es existieren zwei Varianten des DVI-Steckers: DVI-V(GA) und DVI-I(ntegrated). DVI-V besitzt 24 Pins und ist nur für die digitale Verbindung zuständig. Für die Verbindung zu analogen Geräten wäre weiterhin ein VGA-Anschluss notwendig. Entsprechende Produkte sind bereits im Markt, so bietet die Hercules 3D Prophet DDR DVI von Guillemot neben dem herkömmlichen VGA-Anschluss auch einen DVI-Stecker.
Beim DVI-I-Stecker kommen weitere fünf Pins hinzu. Dieser Anschluss erlaubt auch die Übertragung von analogen Signalen. In den 24 Pins sind neben den Leitungen für die reinen Bilddaten auch die Plug&Play-Steuerdaten gemäß DDC enthalten.
Da DVI elektrisch kompatibel zu den vorangegangenen Standards ist, existieren bereits entsprechende Adapter. Diese erlauben natürlich nur eine Übertragung per Single-Link-TMDS.
Schnittstellen im Überblick
Trotz elektrischer Gemeinsamkeiten unterscheiden sich die drei auf TMDS -basierenden Schnittstellen im Detail. Zwar existieren neben diesen drei Varianten noch einige exotische Sonderformen, diese sind im Desktop-Markt jedoch ohne Bedeutung.
Schnittstelle | Plug&Display | DFP | DVI |
|---|---|---|---|
| |||
Info | |||
Bilddaten | analog/digital | digital | analog/digital |
Protokoll | TMDS | TMDS | TMDS |
Kanäle | 3 Kanäle | 3 Kanäle | 6 Kanäle |
Bandbreite | 165 MHz | 165 MHz | 330 MHz |
Anschluss-Pins | 30/34 (analog) | 20 | 24/29 (analog) |
max. Auflösung | 1280 x 1024 | 1280 x 1024 | 2048 x 1536 |
max. Kabellänge (abgeschirmt) | 5 m | 10 m | 10 m |
Farbtiefen | 12/24 Bit | 12/24 Bit | 12/24 Bit |
Anschlussbreite | 40,6 mm | 33,4 mm | 37,0 mm |
Kompatibilität | -- | zu Plug&Display über Adapter | zu Plug&Display und DFP über Adapter |
zusätzliche Features | USB, IEEE 1394 | -- | -- |
Fazit
Keine Frage, unter den digitalen Schnittstellen hat die DVI-Variante die besten Voraussetzungen für die Zukunft. Sie erlaubt hohe Auflösungen und lässt zudem die analoge Welt nicht außen vor. Sie bietet deutlich mehr Flexibilität als DFP. Dennoch ist von einem großen Ruck Richtung digitaler Schnittstellen bei Monitoren nicht allzu viel zu verspüren. Das Gros der Hersteller zieht sich in eine Warteposition zurück und zeigt mit Technologie-Demos, dass sie zumindest in der Lage wäre, entsprechende Geräte auf den Markt zu bringen. Dabei wird es sich nicht nur um TFT-Displays handeln, auch CRT-Monitore mit DVI stehen in den Startlöchern. Bereits verfügbare Produkte mit DVI-Schnittstelle kommen von NEC, ViewSonic sowie auf Grafikkartenseite von Guillemot. Dass die bisherige Analog-Technik und DVI eine ganze Weile parallel existieren, verdeutlicht die ambix-Technologie von NEC. Hier finden sich VGA- und DVI-Anschluss an einem Gerät in friedlicher Koexistenz.
Grund für die Zurückhaltung zahlreicher Hersteller ist ein Henne-Ei-Problem par excellence. Ohne eine breite installierte Basis sehen die Hersteller von Monitoren kaum einen Anlass auf DVI umzurüsten. Ohne entsprechende Monitore beziehungsweise Displays besteht für die Grafikkartenhersteller kein Grund in diesem sehr preissensitiven Markt zusätzliche Kosten in eine Steckverbindung zu investieren. (mje)