Чем хорош Digital Visual Interface (DVI) и как улучшить качество изображения на GeForce2/3

В этой статье мы познакомимся с цифровым видео-интерфейсом (DVI) и рассмотрим, как решаются проблемы передачи сигнала между компьютером и монитором. Кроме того, мы поговорим о различных реализациях DVI в современных видеокартах, и о том, как с минимальными затратами улучшить качество выходящего аналогового сигнала.

Мы привыкли сетовать на относительно несущественные отличия в производительности чипсетов, материнских плат и даже процессоров. При этом мы упускаем из вида один из наиболее важных аспектов современных компьютеров - качество видеоизображения.
За последние несколько лет, с распространением 19" и 21" мониторов, все больше пользователей стало выказывать недовольство качеством изображения, формируемым видеокартой. Изображение получается не таким ясным, в нем присутствует чрезмерная размытость, бывает невозможно читать текст, набранный мелким шрифтом. А так как все эти симптомы проявлялись при работе стандартных Windows приложений, об этом стали говорить как о плохом качестве «2D изображения». Однако термин «2D» ошибочен, поскольку плохое качество наблюдается на любых приложениях, а не только в 2D.

Для того, чтобы разобраться в причинах этого явления, важно понимать, что монитор подключается к видеокарте все ещё по аналоговому соединению. Что имеется в виду, когда мы говорим «аналоговый»? Хотя в основе цифровых схем лежит набор аналоговых компонентов, цифровой системе понятны лишь только два дискретных значения. Цифровое оборудование работает всегда правильно: каждый раз, когда вы передаете единицу цифровым способом, вы получаете именно единицу. В независимости от колебаний напряжения или от любых помех, происходящих при передаче. В аналоговой же системе, в результате передачи единицы, можно получить уже не единицу, а 0,935 или 1,062. Поэтому необязательно, что вы увидите на экране именно то, что формирует видеокарта.

Представьте, к примеру, аналоговое соединение между клавиатурой и компьютером. Если бы аналого-цифровой преобразователь компьютера неправильно интерпретировал сигнал, поступающий с клавиатуры, то вместо буквы «а», которую вы только что напечатали на клавиатуре, на экране вы могли бы увидеть букву «б». Точно таким же образом размытость, которую вы видите при высоком разрешении, отнюдь не формируется графическим чипом. Данные, которые отображаются на экране, поступают из буфера кадров (памяти) видеокарты в цифровом виде, но перед тем, как выйти из видеокарты, сигнал пройти через RAMDAC. RAMDAC (Random Access Memory Digital to Analog Converter - цифро-аналоговый преобразователь с ОЗУ) преобразует цифровые данные в аналоговый сигнал, и до недавнего времени, именно в нем заключалась причина плохого качества изображения. В настоящее время полоса пропускания современных RAMDAC значительно выше, да и качество лучше. Поэтому потери в качестве изображения по вине RAMDAC сейчас случаются реже.

После преобразования RAMDAC, аналоговый сигнал покидает видеокарту, и через VGA кабель (очередной источник потери качества сигнала) поступает в монитор. И если у вас вместо традиционного аналогового ЭЛТ монитора используется цифровая панель, то измывательства над сигналом не прекращаются - и без того плохого качества аналоговый сигнал здесь преобразуется обратно в цифровой. Согласитесь, в этой последней фазе очень мало смысла. Ведь мы только что говорили, что из буфера кадров сигнал поступает в полностью цифровом виде. И здесь на сцене появляется DVI.

В этой статье мы познакомимся с цифровым видео-интерфейсом (DVI) и рассмотрим, как решаются проблемы передачи сигнала между компьютером и монитором. Кроме того, мы поговорим о различных реализациях DVI в современных видеокартах, и о том, как с минимальными затратами улучшить качество выходящего аналогового сигнала.

Что такое DVI?

Многие воспринимают DVI как «тот белый разъем, который я никогда не использовал». Но на самом деле DVI является очень важным стандартом. За ним стоит целая группа компаний во главе с Digital Display Working Group (DDWG) - группой разработки цифровых дисплеев. Кроме нее, ключевую роль здесь играют Intel и Silicon Image. Почему так произошло, мы расскажем позднее.
Группа DDWG пришла к тому же выводу, который мы озвучили ранее: нет смысла преобразовывать цифровой сигнал в аналоговый, чтобы на мониторе преобразовывать его обратно в цифровую форму. Спецификация DVI была разработана именно с расчетом на то, что в будущем большинство мониторов станут цифровыми. И мы редко используем DVI именно потому, что до сих пор применяем традиционные ЭЛТ-мониторы.

Спецификация достаточно проста для понимания. Для передачи данных по DVI соединению используется протокол последовательного кодирования TMDS, разработанный компанией Silicon Image. И неудивительно, что когда дело дошло до TMDS передатчиков, чаще использовались интегральные схемы именно этой компании. Спецификация DVI предполагает, по крайней мере, одно TMDS «соединение», которое состоит из трех каналов данных (RGB) и одного канала синхронизации.

Два соединения TMDS - из спецификации DVI 1.0

В соответствии со спецификацией DVI, соединение TMDS может работать на частоте до 165 МГц. Одно 10-битное TMDS соединение позволяет передавать данные со скоростью 1,65 Гбит/с - этого более чем достаточно для цифровой панели 1920х1080 с частотой регенерации 60 Гц. Максимальное разрешение зависит от пропускной способности канала, требуемого для воспроизведения данного разрешения, а также от эффективности устройства, на которое передается сигнал. Цель нашей статьи несколько иная, однако все же следует отметить, что в цифровых панелях разных технологий максимально допустимое разрешение разное.

Чтобы спецификация была максимально гибкой, возможно использование второго TMDS соединения. Оно должно работать на той же частоте, что и первое, то есть для того, чтобы достичь пропускной способности 2 Гбит/с, каждый канал должен работать на частоте 100МГц (100МГц х 2 х 10 бит).

Эта спецификация оставила позади себя всех своих конкурентов именно в силу высокой пропускной способности.

DVI-I vs DVI-D

Ещё одним преимуществом спецификации DVI, хотя и незаслуженно оставленным без внимания, является поддержка на одном интерфейсе как аналогового, так и цифрового соединений. Ниже как раз представлена иллюстрация разъема DVI.

Слева вы видите три ряда по восемь выводов. Для работы трех каналов данных и одного канала синхронизации достаточно этих 24 выводов. Крестообразный район справа заключает в себе пять выводов, необходимых для передачи аналогового видеосигнала.

И здесь спецификация делится на две части: разъем DVI-D содержит только 24 вывода, необходимых для работы в цифровом виде, а DVI-I, кроме 24 цифровых выводов, имеет ещё и пять аналоговых (на фотографии как раз представлена фотография разъема DVI-I). Далее отметим, что официально разъема DVI-A - полностью аналогового разъема - не существует. Тем не менее, в различной литературе можно встретить подобные обозначения. В настоящее время, большинство графических карт поддерживают разъемы DVI-I.

За универсальностью этого разъема стоит идея замены стандартных 15-выводных VGA разъемов, к которым мы так привыкли. Предполагается, что такое решение намного лучше - ведь будут поддерживаться как аналоговые, так и цифровые мониторы.

Как насчет масштабирования?

Главной проблемой, с которой сталкиваются когда речь идет о цифровых панелях (главном применении спецификации DVI), является фиксированное «родное» разрешение. Именно в этом разрешении гарантируется правильное изображение. Так как экран состоит из фиксированного количества пикселей, работа в разрешении больше «родного» невозможна.
Тем не менее, намного чаще случается, когда экран работает в меньшем разрешении. Взять, к примеру, монитор Apple 22" Cinema Display. Его «родное» разрешение составляет 1600 х 1024. Играть при таком разрешении в игры - чистое безумие. Не говоря уже о том, что игр, поддерживающих такое странное разрешение, не существует. Поэтому вам придется играть либо в разрешении 1024 x 768, либо 1280 х 1024. Проблема теперь заключается в том, что изображение должно быть масштабировано для правильного отображения на экране.

До поры до времени о масштабировании изображения никто не задумывался. Но лишь до тех пор, пока цифровые панели не начали приобретать популярность. И здесь производителям пришлось призадуматься. Спецификация DVI подразумевает перекладывание работы по масштабированию, фильтрации и отображению картинки в правильных координатах на плечи производителей мониторов. Поэтому любой монитор, полностью совместимый со спецификацией DVI должен уметь сам масштабировать и фильтровать изображение. На самом деле, применить относительно хороший алгоритм масштабирования не так и сложно, поэтому не стоит ожидать большой разницы между мониторами в этом отношении (Тем не менее, мы уверены, разница будет).

Поддержка DVI в современных видеокартах

С появлением GeForce2 GTS, NVIDIA встраивает TMDS передатчики в GPU. Точно таким же образом они встраиваются и в современной линейке карт Titanium. Недостатком встроенных TMDS передатчиков является то, что они работают на слишком медленной тактовой частоте, не позволяющей поддерживать высокие разрешения. Создается впечатление, что интегрированные передатчики TMDS не задействовали и не задействуют по максимуму всю пропускную способность 165 МГц соединения. Поэтому вся реализация DVI в картах nVidia относительно бесполезна для экранов с высоким разрешением.

Если у вашей карты nVidia имеется разъем DVI,
то, скорее всего, на карте вы найдете и нечто подобное

Чтобы преодолеть эти недостатки, платы nVidia стали оснащаться вторым, внешним TMDS передатчиком производства Silicon Image. В зависимости от дизайна платы, этот передатчика может осуществлять второе соединение, параллельно с соединением встроенного TMDS, либо он может игнорировать встроенный TMDS передатчик. Непонятно, почему встроенный передатчик TMDS не справляется с возложенными на него обязанностями, но если проблема будет решена, то производителям не придется добавлять внешний TMDS передатчик на видеокарту, и на этом будет достигнута определенная экономия. Именно благодаря внешнему TMDS передатчику возможна работа через разъем DVI-I в разрешениях до 1920 х 1440.

Вам могут попасться карты nVidia с DVI разъемом, которые не будут работать с подключенным DVI монитором. Мы провели неформальное тестирование нескольких DVI карт, имевшихся в нашей лаборатории, и вот каковы результаты: все новые карты Titanium работали прекрасно, а вот Gainward GeForce3 и nVidia Reference GeForce2 MX не работали. Если у вас одна из последних карт Titanium - скорее всего она будет работать у вас прекрасно практически в любом высоком разрешении, хотя в документации заявлен максимум 1280х1024. Мы проверили все новые карты Titanium с DVI на нашем Apple Cinema Display в разрешении 1600х1024.

Что касается ATI, то это совершенно другая история. Все цифровые выходы DVI карт ATI работают от встроенных в GPU ATI TMDS. ATI по-своему решила проблему разъемов DVI-I. Часть её видеокарт поставляется с DVI выходами и с переходниками DVI - VGA. Этот переходник соединяет 5 аналоговых выводов DVI-I и VGA разъем.

ATI All-in-Wonder Radeon была первой картой ATI, поставляемой с переходником DVI-VGA (показан на рисунке)

Похоже, Matrox является единственным производителем графики для ПК, представляющем на рынке двойное решение DVI. Matrox G550 поставляется с двойным DVI кабелем, тем не менее, Matrox утверждает, что максимальное разрешение DVI монитора всего лишь 1280х1024. Так как нам не удалось ни подтвердить, ни опровергнуть эти данные, тем, кто планирует работу в высоких разрешениях, советуем отнестись к такому выбору более осторожно.

Заключение: что делать, пока нет DVI, и как улучшить качество изображения на картах nVidia?

Вместо пожеланий «как все будет прекрасно, когда все перейдут на DVI», закончим статью более жизненным выводом. Быть самым лучшим производителем графических чипов на земле не так-то просто. Для nVidia основная проблема заключается в невозможности контроля и отслеживания производства всех карт, носящих имя компании. Позволив сторонним компаниям (таким как ASUS, Chaintech, Gainward, Visiontek и т.д.) создавать карты на базе чипов nVidia, компания возлагает контроль качества на самих производителей. Но поскольку компания предлагает производителям эталонный дизайн, они редко сталкиваются с крупными проблемами. Впрочем, одной из таких немногочисленных проблем является ситуация с качеством изображения.
Чтобы соответствовать стандарту FCC (по защите от помех), непосредственно перед аналоговым видеовыходом всех видеокарт устанавливается низкочастотный фильтр. Он пропускает сигналы с частотой ниже определенного значения и задерживает все остальные высокочастотные сигналы, не сказывающиеся на качестве.

Проблемы с картами nVidia начинаются тогда, когда низкочастотные фильтры сторонних производителей, кроме различных ненужных частот, не пропускают некоторые важные частоты. Вряд ли конденсаторы и катушки индуктивности, из которых состоят эти низкочастотные фильтры, преднамеренно выбирались самого плохого качества. Точно так же, вряд ли номинальные характеристики компонентов не соответствуют требованиям nVidia. Возможно, что когда производители покупали компоненты для этих фильтров, некоторые из них отличались по качеству. Скорее всего, этим и объясняется спорадический характер появления проблем с изображением. Какая бы причина ни крылась за всем этим, улучшить качество изображения можно удалением низкочастотного фильтра. Далее мы рассмотрим, как проделать эту операцию с минимальными затратами.

Оговоримся, что после удаления низкочастотного фильтра вы лишаетесь гарантии на свою видеокарту, и мы не несем ответственность за возможные неисправности. Сама же операция предельно проста. На всех видеокартах nVidia, начиная с GeForce, низкочастотный фильтр можно заметить по 3 наборам по три конденсатора, параллельно соединенных с двумя наборами из 3 катушек индуктивности рядом с разъемом VGA. Для каждого компонента сигнала RGB, посылаемого монитору, используется свой набор устройств. Кроме того, на большинстве плат имеется набор защитных диодов, хотя далеко не всегда.

На этой GeForce2 Pro, в прямоугольники обведены три набора по три конденсатора. Их нужно откусить. Слева направо на рисунке: колонка конденсаторов, набор катушек, второй набор конденсаторов, набор защитных диодов, ещё один набор катушек и последний набор конденсаторов.

На плате GeForce3 с разъемом DVI-I, низкочастотный фильтр расположен рядом с разъемом DVI-I. Если на карте нет разъема DVI-I, тогда компоненты фильтра можно найти рядом с выходом VGA, либо там, где должен был находиться разъем DVI.

На этой Visiontek GeForce3 Ti 500 уже удален ряд конденсаторов (в красном прямоугольнике). Поэтому неудивительно, что карта дает качественное изображение. Конденсаторы находятся рядом с разъемом DVI. После того, как вы откусите конденсаторы, все, что должно остаться, можно увидеть выше в красном прямоугольнике.

Вся операция по откусыванию 9 конденсаторов выполняется простыми кусачками. При правильном подходе плату вы не повредите. В итоге же все зависит от того, насколько плохим был сигнал с вашей карты до операции. В результате некоторых операций мы не достигали практически никаких улучшений, а бывало, и без того отлично работавшая карта показывала ещё более превосходный результат.

Чтобы полностью избавиться от низкочастотного фильтра, вам придется замкнуть катушки индуктивности, чтобы они тоже не оказывали никакого воздействия. После удаления конденсаторов, эффект от замыкания катушек не такой значительный. Сама же операция намного сложнее.

Опять же, удалив этот фильтр, появляется вероятность пропускания высоких частот, которые способны создавать помехи для других устройств. Но вероятность тому крайне мала.

Почему такая модернизация не требуется картам ATI или Maxtor? До недавнего времени и ATI, и Maxtor сами производили все платы на своих собственных чипах, поэтому весь контроль всех компонентов осуществлялся очень тщательно. Нам ещё предстоит увидеть, повлияет ли решение ATI о производстве плат сторонними производителями на качество изображения. Столкнуться ли пользователи с теми же проблемами, что и пользователи nVidia.

Очевидно, что скоро, с развитием и популяризацией стандарта DVI, конечным пользователям уже не придется забивать голову вопросами, почему качество изображения такое плохое, и что тому виной...

Перевод: Дмитрий Чеканов, Сергей Мильчаков