Übersicht über gängige Schnittstellen zur Bildübertragung – Teil I 1

In dieser Artikelserie stellen wir die gängigsten Schnittstellen vor, die für die Übertragung von Daten und in diesem Fall von Bildern zwischen den Geräten, die sie bereitstellen, d.h. Prozessoren/Controller oder Computer, und den Geräten, die sie präsentieren, d.h. Displays oder Monitore, verwendet werden.

Wenn wir von “Schnittstellen” sprechen, meinen wir die Prinzipien der Verbindung von Geräten, die zur Datenübertragung verwendet werden. Ohne sie wäre es nicht möglich, Inhalte auf visuellen Informationsträgern, wie z.B. LCD-TFT-Displays, darzustellen.

Schnittstellen können in zwei Gruppen unterteilt werden:

• Interne Lösungen – d.h. solche, bei denen wir Elemente desselben Geräts (die sich in der Regel im selben Gehäuse befinden) direkt verbinden, d.h.: Controller und Display; Darunter m.in. Schnittstellen nur für die Bildübertragung (RGB, LVDS, eDP, MIPI DSI und Vx1) und für die Übertragung verschiedener Daten, einschließlich Bilder (SPI, I²C, RS232 oder parallele 8- und 16-Bit-Lösungen);
• Externe Lösungen – d. h. solche, bei denen wir zwei separate Geräte anschließen, z. B. einen Computer und einen Monitor, diese Art von Lösung erfordert die Verwendung von Kabeln; darunter m.in: HDMI, DVI, VGA und DP.

Schnittstellen können auch nach der Art der Datenübertragung unterteilt werden, wobei unterschieden wird: parallele Schnittstellen, bei denen 1-Bit-Informationen auf vielen Leitungen übertragen werden, und serielle Schnittstellen, bei denen aufeinanderfolgende 1-Bit-Informationen auf einer Leitung gesendet werden.

In diesem Artikel charakterisieren wir fünf Schnittstellen: RGB, LVDS, eDP, MIPI DSI und Vx1.

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In den letzten Jahren wurden RGB- und LVDS-Schnittstellen am häufigsten in LCD-TFT-Displays verwendet. In Handbüchern von vor einigen Jahren ist zu lesen, dass die Wahl zwischen der RGB- und LVDS-Schnittstelle durch die Auflösung des LCD-TFT-Displays bestimmt wird. Zu dieser Zeit wurde empfohlen: für Lösungen kleiner als 640×480 – RGB-Schnittstelle und für Lösungen größer als 800×480 – LVDS-Schnittstelle. Die kontinuierliche Weiterentwicklung der Technologie führt jedoch dazu, dass sich diese Grenzen verschieben. Derzeit werden Auflösungen von weniger als 1280 x 800 px für RGB und Auflösungen von mehr als 320 x 240 px für LVDS angenommen. Fügen wir hinzu, dass die heutigen fortschrittlichen Mikroprozessoren und Mikrocontroller über einen eingebauten RGB- und/oder LVDS-Treiber verfügen, der die Implementierung eines LCD-TFT-Displays in Endgeräten erheblich erleichtert.

RGB (Rot, Grün, Blau)

Die RGB-Schnittstelle ist eine Lösung, die auf einer parallelen Datenübertragung mit mindestens mehreren Drähten basiert. Jede Datenzeile überträgt eine Ein-Bit-Information, die die RGB-Farbintensität für ein Pixel bestimmt. Je nach Art der RGB-Schnittstelle wird die notwendige Anzahl an Drähten benötigt – z.B. werden bei 24-Bit-Varianten 24 Drähte pro Pixel verwendet.

In RGB-Schnittstellen werden fünf Arten von Signalen verwendet:

• VSYNC (Vertikale Synchronisation; synchronisiert Daten für Pixelspalten auf dem Display),
• HSYNC (Horizontale Synchronisation; synchronisiert Daten für Pixelreihen auf dem Display),
• D0… DXX ( mit einer separaten Zeile für jedes Informationsbit),
• DCLK (Punktuhr),
• DE (Daten aktivieren).

Die RGB-Schnittstelle wird für ihre Leistung geschätzt – ihre Bandbreite wird mit 1,2 Gbit/s angegeben, aber um dies zu erreichen, ist es notwendig, mehr Drähte in einer einzigen Konfiguration zu verwenden, was sich in einer größeren Emission elektromagnetischer Störungen niederschlägt.

LVDS (Low Voltage Differential Signaling)

Die LVDS-Schnittstelle für die Bildübertragung benötigt vier differentielle Paare, eines für das Taktsignal und drei für die Datenübertragung. Die Kommunikation erfolgt in eine Richtung, die einen seriellen Charakter hat – einzelne Bits werden der Reihe nach übertragen. Die Daten werden als Differenzen zwischen den Spannungen an dem Adernpaar gesendet, und ihre Umwandlung findet im Empfänger statt. In der LVDS-Schnittstelle stehen drei Datensynchronisationsmodi zur Verfügung: VSYNC (Vertikale Synchronisation), HSYNC (Horizontale Synchronisation) und DE (Data Enable).

Die LVDS-Schnittstelle wird besonders für ihre Leistungsfähigkeit geschätzt – sie wird in der Regel in einer Punkt-zu-Punkt-Konfiguration (mit einem Sender und einem Empfänger) verwendet, die selbst bei einer Entfernung von mehreren Dutzend Metern zwischen den Geräten einen Durchsatz von bis zu 3.125 Gbit/s bietet. Darüber hinaus ist es relativ immun gegen elektromagnetische Störungen.

Das Angebot von Unisystem umfasst eine breite Palette von LCD-TFT-Displays mit LVDS-Schnittstelle – darunter finden Sie Standard – und Großformatlösungen.

eDP (eingebetteter DisplayPort)

Die eDP-Schnittstelle wurde von der VESA (Video Electronics Standards Association) als Lösung für den Einsatz in der Unterhaltungselektronik mit eingebauten LCD-TFT-Displays auf den Markt gebracht. Man kann sagen, dass es vor allem auf dem Computermarkt ein Erfolg war – in diesem Bereich ist die Verdrängung von LVDS durch eDPs deutlich spürbar. Leider wird diese Schnittstelle in Mikroprozessoren und Mikrocontrollern nicht häufig verwendet.

eDP bezieht sich auf die bestehenden Standards für DP, d.h. Display Port, basierend auf differentiellen Signalpaaren – eines, das zur Übertragung eines Taktsignals und eines oder mehrere zur Datenübertragung verwendet wird; Darüber hinaus gibt es auch m.in. Halbduplex-AUX-Kanalkabel, bei denen die Übertragung und der Empfang von Informationen abwechselnd erfolgen; sind z.B. für die Konfiguration des LCD-TFT-Display-Controllers konzipiert. Man kann sagen, dass die eDP-Schnittstelle ähnlich wie LVDS ist, aber die bereitgestellten Informationen werden auf eine andere Art und Weise “verpackt” – bei der eDP-Schnittstelle erfolgt die Datenübertragung seriell in Form von komprimierten Paketen. Es wird von drei Datensynchronisationsmodi unterstützt, d.h. VSYNC (Vertikale Synchronisation), HSYNC (Horizontale Synchronisation) und DE (Data Enable).

Die eDP-Schnittstelle ist für Lösungen mit einer Auflösung von bis zu 3840×2160 px bei 60 FPS und 24 bpp ausgelegt, wobei die besten Ergebnisse mit unterschiedlichen Werten einzelner Parameter erzielt werden – z. 240 FPS bei 1920 x 1080 und 24 bpp und 48 bpp bei 2560 x 1600 und 60 FPS. Die Bandbreite erreicht bis zu 1,62 Gb/s. Fügen wir hinzu, dass die angegebenen Werte bei geringem Stromverbrauch erreicht werden. Die eDP-Schnittstelle ist zudem relativ immun gegen elektromagnetische Störungen.

MIPI DSI – DSI (Display Serial Interface) von der MIPI (Mobile Industry Processor Interface) Alliance

Die DSI-Technologie ist eine von der MIPI Alliance vorgeschlagene Lösung, die hauptsächlich in mobilen Geräten wie Telefonen, Tablets und Laptops eingesetzt wird, obwohl es auch möglich ist, sie m.in zu verwenden. in der Industrie, z.B. in tragbaren Messgeräten.

Die MIPI DSI-Schnittstelle basiert ebenfalls auf differentiellen Signalpaaren, innerhalb derer es jedoch möglich ist, eine bidirektionale Kommunikation mit gleichzeitiger Übertragung von Informationen in beide Richtungen durchzuführen (es handelt sich also um Vollduplex). Die Datenübertragung erfolgt in Form von komprimierten Paketen in zwei Datensynchronisationsmodi:

• Low Power (LP) – in diesem Modus wird der Takt angehalten und Informationen über das Taktsignal werden über ein Adernpaar übertragen, das für die Datenübertragung verwendet wird; Es wird hauptsächlich zur Übertragung von Informationen/Initialisierung auf das Display verwendet;
• High Speed (HS) – in diesem Modus wird das Taktsignal über ein separates Paar Taktdrähte übertragen; wird zum Hochladen von Bildern verwendet.

Das gesamte Kommunikationsprotokoll besteht aus zwei Befehlssätzen. Der erste – Display Command Set (DCS) – ist ein Satz universeller Befehle, die durch den DSI-Standard definiert sind. Darunter z.B.: Energiesparmodus, Aktivieren und Anzeigen umkehren. Der zweite – Manufacturer Command Set (MCS) – ist ein Satz von Befehlen, die von Display-Herstellern definiert werden. Sie können m.in betreffen. Dateneingabe in den nichtflüchtigen Speicher des Anzeigetreibers.

Die wichtigsten Vorteile der MIPI DSI-Schnittstelle sind die hohe Leistung bei geringem Stromverbrauch sowie die Immunität gegenüber elektromagnetischen Störungen.

Das Angebot von Unisystem umfasst eine Reihe von Lösungen mit der MIPI DSI-Schnittstelle, darunter m.in. 4-Zoll-Quadrat-Displays von Winstar, die in einer Vielzahl von Anwendungen zum Einsatz kommen.

Vx1 (V-mal-1 / V-mal-Eins)

Mit der Einführung von FHD- (1920×1080) oder UHD- (3840×2160) Displays wurde eine weitere Schnittstelle benötigt, die noch widerstandsfähiger gegen elektromagnetische Störungen ist als LVDS – diese Anforderung wird durch die von Thine Electronics entwickelte V-by-One-Technologie erfüllt.

Der Standard für die Informationsübertragung ähnelt dem von LVDS, aber Vx1 garantiert niedrige Produktionskosten bei gleichzeitiger Erzielung höherer Geschwindigkeiten. Sie kann 840 Mb/s für jedes differentielle Kabelpaar betragen (auch bei einer Entfernung von bis zu 10 m!). Die Vx1-Schnittstelle ist eine asynchrone Lösung – sie verwendet kein Adernpaar mit einem Taktsignal, das in die Datenkabel integriert ist, wodurch die Gesamtzahl der Kabelpaare reduziert wird. Zum Vergleich: Um einen Cinema-FHD (2560×1080) Bildschirm mit 30 Bit Farbtiefe und 120 Hz Bildwiederholfrequenz zu betreiben, benötigen Sie: entweder 24 Paar LVDS-Kabel oder… 4 Paar Vx1-Drähte.

Die Tabelle zeigt die Anzahl der verwendeten Kabelpaare in Abhängigkeit von der Auflösung, der Farbtiefe und der Bildwiederholfrequenz:

Eines der Unternehmen, das LCD-TFT-Lösungen mit einer Vx1-Schnittstelle anbietet, ist Litemax. Schauen Sie sich die Lösungen an, die im Angebot von Unisystem in der Standard – und Großformatvarianteverfügbar sind.

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