一、VGA原理

VGA（Video Graphics Array）是IBM在1987年隨PS/2機一起推出的一種視頻傳輸標準，具有分辨率高、顯示速率快、顏色豐富等優點，在彩色顯示器領域得到了廣泛的應用。不支持熱插拔，不支持音頻傳輸。

顯示與時序：

通用VGA顯示卡系統主要由控制電路、顯示緩存區和視頻BIOS（Basic Input Output System即基本輸入輸出系統）程序三個部分組成。控制電路如圖1所示。控制電路主要完成時序發生、顯示緩沖區數據操作、主時鐘選擇和D/A（Digital to Analog即將數字信號轉換為模擬信號）轉換等功能；顯示緩沖區提供顯示數據緩存空間；視頻BIOS作為控制程序固化在顯示卡的ROM（Read-Only Memory即只讀存儲器）中。

VGA時序分析：

通過對VGA顯示卡基本工作原理的分析可知，要實現VGA顯示就要解決數據來源、數據存儲、時序實現等問題，其中關鍵還是如何實現VGA時序。 VGA的標準參考顯示時序如圖2所示。行時序和幀時序都需要產生同步脈沖（Sync a）、顯示后沿（Back porch b）、顯示時序段（Display interval c）和顯示前沿（Front porch d）四個部分。幾種常用模式的時序參數如表1所示。

VGA時序實現：

首先，根據刷新頻率確定主時鐘頻率，然后由主時鐘頻率和圖像分辨率計算出行總周期數，再把表1中給出的a、b、c、d各時序段的時間按照主計數脈沖源頻率折算成時鐘周期數。在CPLD中利用計數器和RS觸發器，以計算出的各時序段時鐘周期數為基準，產生不同寬度和周期的脈沖信號，再利用它們的邏輯組合構成圖2中的a、b、c、d各時序段以及D/A轉換器的空白信號BLANK和同步信號SYNC。

SRAM地址：

主時鐘作為像素點計數脈沖信號，同時提供顯存SRAM的讀信號和D/A轉換時鐘，它所驅動的計數器的輸出端作為讀SRAM的低位地址。行同步信號作為行數計數脈沖信號，它所驅動的計數器的輸出端作為讀SRAM的高位地址。由于采用兩片SRAM，所以最高位地址作為SRAM的片選使用。由于信號經過CPLD內部邏輯器件時存在一定的時間延遲，在CPLD產生地址和讀信號讀取數據時，讀信號、地址信號和數據信號不能滿足SRAM讀數據的時序要求。可以利用硬件電路對讀信號進行一定的時序調整，使各信號之間能夠滿足讀SRAM和為DAC輸入數據的時序要求。

數據：

如果VGA顯示真彩色BMP圖像，則要R、G、B三個分量各8位，即24位表示一個像素值，很多情況下還采用32位表示一個像素值。為了節省顯存的存儲空間，可采用高彩色圖像，即每個像素值由16位表示，R、G、B三個分量分別使用5位、6位、5位，比真彩色圖像數據量減少一半，同時又能滿足顯示效果。

二、DVI原理

DVI是基于TMDS（TransitionMinimizedDifferentialSignaling），轉換最小差分信號技術來傳輸數字信號，TMDS運用先進的編碼算法把8bit數據（R、G、B中的每路基色信號）通過最小轉換編碼為10bit數據（包含行場同步信息、時鐘信息、數據DE、糾錯等），經過DC平衡后，采用差分信號傳輸數據，它和LVDS、TTL相比有較好的電磁兼容性能，可以用低成本的專用電纜實現長距離、高質量的數字信號傳輸。TMDS技術的連接傳輸結構如圖1所示。數字視頻接口（DVI）是一種國際開放的接口標準，在PC、DVD、高清晰電視（HDTV）、高清晰投影儀等設備上有廣泛的應用。

DVI原理上是將待顯示的R.G.B數字信號與H.V信號進行組合編碼，每個像素點按10bit的數字信號按最小非歸零編碼方式進行并→串轉換，把編碼后的R.G..B數字串行碼流與像素時鐘等4個信號按照平衡方式進行傳輸，其每路碼流速率為原像素點時鐘的10倍，以1024×768×70的分辨率為例，碼流時鐘為70Mbps×10，折合為0.7Gbps。一般DVI1.0的碼流在0.24Gbps到1.65Gbps之間。

三、HDMI原理

HDMI是（High Definition Multimedia Interface）的縮寫，意思是高清晰度多媒體接口，是一種數字化視頻/音頻接口技術，適合影像傳輸的專用型數字化接口，可同時傳送音頻和影像信號，最高數據傳輸速度為48Gbps（2.1版）。同時無需在信號傳送前進行數/模或者模/數轉換。HDMI可搭配寬帶數字內容保護（HDCP），以防止具有著作權的影音內容遭到未經授權的復制。

這張圖是HDMI接口的架構示意圖。從左邊的信號源中你可以看到，HDMI接口的信源可以是任何支持HDMI輸出的設備，而接入端也可以是任何帶有HDMI輸 入接口的設備。無論他們是音頻設備、視頻設備還是控制設備，HDMI接口都可以應用其中。

在HDMI接口中的數據信號采用的是TMDS最小化傳輸差分信號協議。這種數據傳輸協議曾經在DVI接口上得到廣泛的應用。而HDMI接口上的數據信號也沿用了這種協議。這種協議會將標準8bit數據轉換為10bit信號，并且在轉換過程中使用微分傳送。微分傳送這種技術也曾經被廣泛的應用于千兆以太網的數據傳輸中。

在HDMI接口中音頻、視頻數據的傳輸時可以使用三條TMDS數據通道。視頻信息在傳送時被轉換城連續的24bit像素數據，每個時鐘周期可以傳送10bit的數據。像素時鐘周期傳輸比率大約在25MHz至165MHz之間。一般來說標準的NTSC 480i隔行信號的像素時鐘傳輸比率大約為13.5MHz。若傳輸信號的比率小于25MHz，HDMI會采用自動循環技術填補碼率，將信號的碼率提升到25MHz的水平。而HDMI接口最高每秒可以傳輸165M像素的數據量，這個數據吞吐能力是相當驚人的。在未來一段時間內足以應付高碼率，高數據流家用電器的信號傳輸任務。

HDTV最高的標準是1080p，它每屏的分辨率為1920X1080，若每秒傳輸60幀圖像（1080p@60），那么最終的像素時鐘傳輸比率為124.4MHz。由此看來HDMI接口完全可以從容應付當今的消費電子產品的各項應用。

四、VGA、DVI、HDMI的三大誤解

誤解一：HDMI是高清，VGA不是。

這三者不是等同關系，HDMI和VGA均是是信號傳輸方式，而高清是指一種視頻分辨率。HDMI支持高清，VGA也同樣支持。HDMI目前最高支持1920*1080P的高清格式，VGA支持從640*480一直到高達2560*1600的各種分辨率，但VGA極容易受其它信號干擾，所以高清分辨率顯得有點虛，為了避免畫面受干擾，在1920*1080P分辨率以下，可以使用VGA接口。

誤解二：HDMI帶寬高，VGA帶寬低。所以HDMI比VGA好。

HDMI的帶寬是數字信號帶寬，VGA是模擬信號帶寬，這是兩種不同技術的傳輸方式。如果要比較的話，可以在傳輸同樣的分辨率的情況下進行比較，比如高清，HDMI需要2.2GHz帶寬，而VGA僅僅需要172MHz帶寬。但是帶寬高并不等于HDMI傳輸了更多的視頻信號，這僅僅是因為傳輸技術的不同而已。

誤解三：HDMI信號不需要數模轉換，沒有信號損失；VGA信號需要數模轉換，信號損失大。

HDMI雖然不需要數字模擬轉換，但是還是要經過數字對數字的轉換。無論它是怎么樣的轉換過程，轉換成什么，終究是對模擬電信號的描述。他們的關系如下圖：

數字信號描述的信號是由一個個點組成的，在信號的變化中是不連貫的，而模擬信號的變化是一個連續的曲線，所以模擬信號的給人的真實感更好。當數字信號轉換至模擬信號的時候，直接出來的也是一個個的點（數字信號的采樣點），而沒有描述的部分會由轉換程序自動生成（類似與3D的抗鋸齒技術）以形成連續的模擬信號波形。模擬信號轉換至數字信號的時候，連續的模擬信號轉換為描述一個個點的數字信號，信號變得不完整。從這個過程看，數字信號轉換為模擬信號是有增強而不是有損失，而模擬信號轉換到數字信號才會有損失。

而在VGA傳輸過程中，VGA轉LVDS驅動液晶面板的信號損失可以忽略，因為在前后端數字采樣率相同的情況下，這些損失的信號本來就是（將數字信號轉換為模擬信號的時候）程序自動填補的部分，不是數字信號源原本信號的損失。如圖：

五、VGA、DVI、HDMI的區別

1、VGA接頭：針數為15的視頻接口，主要用于老式的電腦輸出。VGA輸出和傳遞的是模擬信號。大家都知道計算機顯卡產生的是數字信號，顯示器使用的也是數字信號。所以使用VGA的視頻接口相當于是經歷了一個數模轉換和一次模數轉換。信號損失，顯示較為模糊。

2、DVI接口：DVI接口有兩個標準，25針和29針，如下圖所示。直觀來說，這兩種接口沒有區別。DVI接口傳輸的是數字信號，可以傳輸大分辨率的視頻信號。DVI連接計算機顯卡和顯示器時不用發生轉換，所以信號沒有損失。

3、HDMI接口：HDMI接口傳輸的也是數字信號，所以在視頻質量上和DVI接口傳輸所實現的效果基本相同。HDMI接口還能夠傳送音頻信號。假如顯示器除了有顯示功能，還帶有音響時，HDMI的接口可以同時將電腦視頻和音頻的信號傳遞給顯示器。HDMI有三個接口。主要考慮到設備的需要。如數碼相機的體積小，需要小的接口，就使用microHDMI。三種接口只是在體積上有區別，功能相同。

六、VGA、DVI、HDMI相互轉換說明

1、VGA和DVI互轉：模擬信號和數字信號的轉換，視頻信號損失，造成失真。最好不要這樣轉換。

2、DVI和HDMI互轉：都是數字信號，轉換不會發生是真。可以轉換。但是從HDMI轉換成DVI時會自動舍去音頻信號