Veza računara i monitora

Višedecenijski put od pretvaranja slike za analogne monitore, preko digitalnog prenosa sadržaja ekrana, pa sve do prenosa zvuka i drugih informacija i serijskog povezivanja više monitora

Kada se osvrnemo desetak godina unazad i obratimo pažnju na raznorazne standarde koji su se pojavili kada je prikaz video zapisa u pitanju, kao i način na koji će se on proslediti od grafičke karte do monitora, uviđamo da situacija zapravo i nije toliko jednostavna kao što deluje. Izrazi tipa HD ready, Full HD, VGA, DVI, HDMI, DisplayPort, xyzVGA i brojevi koji pokazuju odnos stranica već su dovoljni da se onima koji ne prate razvoj monitora brzo zavrti u glavi.

Analogno

Priču o analognom prenosu signala od računara do monitora nećemo, kao što bi bio red, započeti od početka. Valjanog početaka zapravo i nema – sedamdesetih i osamdesetih godina maltene svaki proizvođač računara promovisao je svoj standard ili je monitor integrisao u sam računar, te povezivanja od strane korisnika nije ni bilo. Situacija se nije menjala sve do 1987. godine, kada je IBM, tadašnji gigant u proizvodnji računara, u okviru svoje nove serije računara umesto tada aktuelnih grafičkih rešenja predstavio Video Graphics Array – VGA. Grafički adapter zasnovan na VGA standardu se, za razliku od komplikovanih prethodnika, sastojao od samo tri osnovne komponente: video čipa, memorije i RAMDAC-a. Takva implementacija činila je proizvodnju znatno jeftinijom, a male dimenzije omogućile su integrisanje grafičkog adaptera i na matičnu ploču računara, čime su dodatno smanjeni troškove. Maksimalna rezolucija 640 x 480 piksela uz prikaz do 256 boja, što je za tadašnje pojmove bila prava revolucija, ubrzo su doveli do toga da grafički adapteri VGA postanu standard.

D-sub konektor sa 15 pinova čak i danas, 24 godine nakon prve implementacije, i dalje je prisutan na mnogim grafičkim adapterima i monitorima. Glavni razlog za to je, naravno, kompatibilnost novih monitora sa starijim računarima ili novih grafičkih adaptera sa starim monitorima. Postoji i ekonomski faktor – iako su LCD monitori zasnovani na digitalnoj elektronici, i dalje je jeftinije iskoristiti analognu vezu i analogno/digitalni konvertor za prilagođavanje signala nego ugraditi neki od novijih digitalnih konektora, pa većina jeftinih LCD monitora ima samo VGA ulaz. Naravno, godine 1987. monitor sa katodnom cevi, tj. CRT monitor, bio je jedini izbor, pa se o digitalnom prenosu slike tada i nije previše razmišljalo.

Prikaz slike na CRT monitoru prilično se razlikuje od metode prikaza kod LCD panela (opisanog u prethodnom broju). Za prikaz boje takođe se koristi sistem RGB, gde se od tri osnovne boje dobija željena nijansa, ali je sistem „paljenja” piksela ovde sasvim drugačiji. Osnova CRT monitora je elektronski top sa tri cevi, koji usmerenim snopom elektrona „bombarduje” fosforni namaz ekrana i time „pali” piksel. Snop se kreće pravolinijski, iz gornjeg levog ugla ekrana ka gornjem desnom. Kada dođe do kraja linije, grafička karta zadaje takozvani horizontalni sinhonizacioni impuls, koji daje znak snopu da se vrati na početak linije i spusti za jedan red, te tada top iscrtava sledeću liniju na ekranu. Nakon iscrtavanja poslednje linije, grafička kartica šalje monitoru vertikalni sinhronizacioni impuls koji vraća snop u gornji levi ugao ekrana, tj. na početak.

Tu se pojavljuje i pojam brzine osvežavanja ekrana. Tipično osvežavanje ekrana od 60 Hz zapravo znači da elektronski top u jednoj sekundi 60 puta osvetli 480 linija sa 640 tačaka u svakoj. Naravno, da bi to funkcionisalo kako treba, VGA kabl od grafičke kartice mora da sadrži poseban vod za crvenu, plavu i zelenu boju, kao i po jedan vod za horizontalne i vertikalne impulse za sinhronizaciju. Napon koji će proći kroz vod crvene boje može imati 256 različitih vrednosti, što važi i za preostale dve boje. Slike se menjaju 60 puta u sekundi, a RAMDAC na grafičkoj kartici zadužen je da digitalni signal pretvori u analogne vrednosti napona.

Za prenos slike VGA rezolucije 640 x 480 piskela potreban je zapravo frekventni opseg širine oko 25 MHz da bi se sve moguće različite vrednosti komponenata slike mogle verno preneti do monitora. Međutim, ukoliko prenosimo sliku rezolucije 2048 x 1536 piksela i osvežavanje ekrana podignemo na oku prijatnijih 85 Hz, frekventni opseg skače na čak 388 MHz, jer je broj informacija koji se prenose mnogostruko veći. Da bi se obezbedio prikaz frekventnog opsega ove širine, RAMDAC koji konvertuje digitalni signal u analognu formu morao je biti sposoban da obradi ovu količinu informacija, a kako se od druge polovine devedesetih godina nalazio u okviru samog grafičkog čipa, diktirao je i maksimalnu rezoluciju koju je grafička kartica mogla da prikaže. RAMDAC-ovi nižeg kvaliteta sa propusnim opsegom 200–300 MHz bili su standard sredinom devedesetih, ali je već krajem decenije maltene svaki grafički čip imao RAMDAC frekventnog opsega 400 MHz.

Međutim, pored RAMDAC-a, ogroman uticaj pri prenosu opsega te širine ima i sam kabl kroz koji se signal prenosi. Tako je kod lošijih kablova česta pojava interferencije koja dovodi do „duhova”, zamućenja slike i sličnih anomalija. Dobar kabl po pravilu je zahtevao dosta bakra i dobru oklopljenost, te je zato i njegova cena bila visoka. Trikovi poput prikaza slike sa proredom (interlaced) svakako su smanjivali potreban frekventni opseg, ali je on i dalje ostao veliki ograničavajući faktor analognog prenosa video signala.

Digitalno + analogno

Zahvaljujući ubrzanom razvoju LCD panela, godine 1999. usaglašen je novi standard za prenos slike pod nazivom DVI – Digital Visual Interface. LCD paneli nisu, naravno, uslovili prelazak na digitalni signal, što je i očigledno kada se ima u vidu to da se analogni VGA priključak i dalje koristi na novim monitorima, ali frekventni opseg do 400 MHz kod analogne veze zahtevao je i više naponske razlike, što je, uzimajući u obzir tendenciju smanjivanja potrošnje i radnog napona modernih čipova, komplikovalo stvar. VGA priključak nije u stanju da prikaže ultravisoke rezolucije koje nas u budućnosti neminovno očekuju.

Kako bi se olakšalo ostvarivanje kompatibilnosti sa analognim monitorima, DVI prenos slike zadržao je sličnu strukturu signala, osim, naravno, činjenice da je on u digitalnoj formi, tako da izmena zapravo i nema previše. DVI priključak postoji u tri osnovne izvedbe – DVI-D, DVI-I i DVI-A, a svaka može da sadrži jedan ili dva linka. Kod DVI-D varijante tri voda DVI priključka prenose podatke o boji (svaki vod čini par „uvrnutih” žica), i to po 8 bita za svaku boju, tj. prenosi se 24-bitna RGB paleta, dok se četvrti vod koristi za sinhronizaciju. DVI-I priključak, pored digitalnog signala, posebnim vodovima prenosi i analogni video signal kompatibilan sa VGA analognim prenosom, čime uz pomoć DVI-VGA adaptera omogućava korišćenje monitora sa analognim priključkom. DVI-A je priključak koji se u primeni retko koristi i sadrži samo analognu vezu.

Digitalni signal koji se prenosi putem DVI priključka kodira se posebnim kodnim algoritmom pod nazivom Transition Minimized Differential Signal – TMDS. Njime se postiže smanjenje smetnji koje se mogu pojaviti pri upotrebi kablova lošeg kvaliteta ili velike dužine. Za svaki vod za prenos podataka o boji usvojen je maksimalni opseg 165 MHz, što omogućava maksimalan protok od 1,65 Gbit/s po vodu, a 4,95 Gbit/s ukupno. Međutim, algoritam kodiranja TMDS svaki piksel predstavlja sa 10 bita kako bi se povećale razlike između sličnih vrednosti i postigla veća robusnost signala, pa je efektivna brzina prenosa podataka zapravo 165 Mbit/s po vodu, ukupno 495 Mbit/s. Bitno je napomenuti to da se protok računa po sekundi, a pri osvežavanju od 60 Hz moguće je preneti 495/60, tj. 8,25 megapiksela po frejmu, što je i maksimalna rezolucija DVI priključka. Tih 8,25 megapiksela, u zavisnosti od odnosa stranica i zaokruživanja, nudi teoretski maksimum od 1915 x 1436 ili 2098 x 1311 piksela kod odnosa stranica 4:3 ili 16:9 respektivno.

Praktično, prikaz Full HD rezolucije 1920 x 1080, pri prikazu slike bez proreda, moguć je na bilo kom DVI izlazu. Za monitore veće rezolucije, kao i pri korišćenju šire palete boja od klasičnih 24 bita, kada ovaj protok nije dovoljan, koristi se dual link, tj. priključci sa dva linka koji imaju duplo više vodova, pa samim tim nude i duplo veći protok od 9,9 Gbit/s. Međutim, za dual link DVI prenos potrebno je, pored odgovarajućeg izlaza na grafičkoj kartici, imato i Dual link DVI kabl, koji je po pravilu znatno skuplji od klasičnog.

Digitalno, prvi način

Grupacija iza koje stoje zvučna imena kao što su Sony, Panasonic i Toshiba svetu je 2003. godine predstavila nov standard prenosa digitalnog signala pod imenom High-Definition Multimedia Interface – HDMI. Uzevši u obzir primarnu delatnost kompanija koje stoje iza njega, nije ni čudo to što se standard HDMI probio zahvaljujući primeni u TV prijemnicima novije generacije. HDMI priključak u svojoj prvobitnoj verziji zapravo nije doneo ništa spektakularno. U pitanju je bila specifikacija već viđena kod DVI priključka – 165 MHz frekventnog opsega uz TMDS algoritam kompresije, sa konektorima drugačijeg oblika, ali, što će se kasnije pokazati, i sa dve vrlo bitne novine. Uzimajući u obzir to da je tehnologija koja stoji iza HDMI-a gotovo identična onoj viđenoj kod DVI-a, HDMI–DVI adapter ne stvara nikakve gubitke u kvalitetu slike, pa je kompatibilnost sa uređajima starije generacije osigurana.

Pored podataka o slici, HDMI je doneo ono što je po mišljenju „TV manijaka” nedostajalo – prenos nekomprimovanog zvuka istim kablom. Standard HDMI 1.3 doneo je unapređenje ove funkcije, podizanje protoka na 10,2 Gbit/s omogućilo je podršku za audio formate Dolby TrueHD i DTS-HD (oba su deo standarda BluRay) .

U prilog zaljubljenicima u multimedije išla je druga novina koju je HDMI doneo – zaseban komunikacioni kanal za razmenu podataka između izvora i prijemnika. Tako nešto već je viđeno kod DVI, pa čak i VGA priključka pod drugim imenom – tzv. DDC, a kasnije EDID omogućavali su komunikaciju između računara i monitora kako bi se obezbedio prikaz u odgovarajućoj rezoluciji ili kako bi pri okretanju monitora senzor dao signal grafičkoj karti za rotiranje slike pri korišćenju funkcije Pivot.

Međutim, kako ciljno tržište HDMI-a zapravo i nije PC, taj komunikacioni kanal dobio je mnogo širu primenu. Pritiskanje tastera ’Play’ na HDMI kompatibilnom DVD plejeru automatski će probuditi DVD, pustiti disk, kroz HDMI kabl će do HDMI kompatibilnog televizora stići signal koji će uključiti TV i prikazati sliku sa DVD-a – sve to jednim pritiskom tastera. Ova funkcija dolazi pod raznim nazivima – BraviaLink kod Sonyja, VieraLink kod Panasonica, SimpLink kod LG-a, a zapravo su mogućnosti identične i deo su samog HDMI standarda.

Treća i opet u televiziji jako bitna novina kod HDMI standarda jeste podrška za kolorni profil YcbCr (pored standardnog RGB-a), kao i podrška za širu paletu boja od čak 48 bita. Trenutno aktuelna HDMI specifikacija nudi podršku za maksimalne rezolucije 4096 x 2160 piksela, ali pri samo 24 frejma u sekundi, što odgovara filmskoj traci. Takođe, od verzije 1.4 prisutna je i podrška za sve popularnije 3D formate video zapisa, kao i dodatni kanal za ethernet mrežu maksimalnog protoka do 100 Mbit/s. Poslednja stavka može biti zanimljiva – mogućnost pristupa Internetu sve je zastupljenija na modernim televizorima, igračkim konzolama i HD medijskim plejerima.

Važna je i napomena da je HDMI, poput DVI porta, ograničen na maksimalnih 15 metara dužine kabla, ali i da postoje dva tipa kabla: HDMI Standard kabl maksimalne rezolucije 720p/1080i, kao i HDMI High Speed kabl koji podržava maksimalnu rezoluciju standarda. Dakle, ako želite Full HD rezoluciju, morate kupiti i odgovarajući kabl (vidi tabelu).

Digitalno, drugi način

Veliki problem HDMI standarda jeste njegova previše široka primena koja povlači određene kompromise radi kompatibilnosti, kao i činjenica da se za svaki ugrađeni priključak mora platiti procenat kompanijama koje stoje iza njega. To je situacija koja je prilično zasmetala kompanijama koje su vezane za IT sektor. Kao odgovor na HDMI, tačnije kao PC alternativa HDMI-u nastao je DisplayPort, slobodni standard čija implementacija nije uslovljena novčanom naknadom. Kako iza DisplayPorta stoje firme iz IT sektora, pristup prenosu podataka sasvim je drugačiji u odnosu na prethodno opisane načine prenosa signala gde se kroz poseban vod prenose informacije o svakoj boji i sinhronizaciji.

DisplayPort zapravo šalje signal u paketima, poput TCP/IP protokola koji susrećemo kod LAN-a i Interneta, a signal je asinhron, čime se smanjuju interferencije. Povorka bitova sa iniformacijama o slici smešta se u jedan paket koji se šalje ka monitoru. Paket sadrži podatke i o vrednostima boja i za sinhronizaciju. Takav način prenosa čini DisplayPort nezavisnim od standarda koji se menjaju. Kroz njega se može proslediti bilo koja paleta boja, bio to RGB, YCbCr ili neki treći koji se sada ne koristi. Drugim rečima, DisplayPort samo definiše način na koji će se podatak preneti, dok je tip podataka koji se prenosi potpuno nebitan. Za prenos se koristi jedna do četiri linije u zavisnosti od potrebnog kapaciteta, a maksimalni protok po liniji je 2,7 Gbit/s kod DisplayPorta verzije 1.1, a 5,4 Gbit/s kod novijeg standarda 1.2.

I to nije sve. Pored četiri linije za prenos podataka o slici, postoji i posebna AUX linija brzine 720 Mbps, koja prema potrebi može da se koristi kao USB 2.0 port, ethernet, sistem za povezivanje web kamere ugrađene u monitor sa računarom i slično. Prenos audio signala, 3D sadržaj kao i HDCP zaštita od nedozvoljenog kopiranja su od 1.1 verzije prisutni kod DisplayPorta, dok verzija 1.2 ide korak dalje i donosi podršku za više monitora kroz jedan priključak.

Standardno okruženje za rad sa više monitora podrazumevalo je da svaki monitor ima svoj priključak, te je maksimalni broj priključenih monitora uglavnom bio ograničen na dva. Kod DisplayPorta, monitori se povezuju redno – kabl iz grafičke kartice u jedan monitor i iz njega dalje redom u preostala tri, a pri tom svaki monitor može da radi na različitoj rezoluciji i dubini boja i da ima podršku za HDCP.

Šta nas čeka?

Prognozirati aktuelni standard u IT svetu, gde se konektori menjaju kao čarape, prilično je nezahvalno, ali jedno je prilično jasno – DVI port će u sledećih nekoliko godina svakako završiti karijeru. Da li će pravog naslednika dobiti u vidu HDMI-a ili DisplayPorta, ostaje da vidimo. DisplayPort jeste tehnički napredniji sistem, prvenstvena prednost je njegova fleksibilnost zahvaljujući kojoj se u budućnosti može lako menjati i prilagođavati potrebama, ali ga podržavaju uglavnom kompanije usko vezane za PC industriju poput Intela, AMD-a i nVidije. Implementacija DisplayPorta u Intelov standard ThunderBolt, kao i dolazeći univerzalni sistem PDMI zvuče obećavajuće, ali HDMI je zahvaljujući televizorima, konzolama, pa čak i tablet uređajima daleko više zastupljen.

Kada u taj lonac dodamo i pojavu prvog monitora koji se priključuje na USB 3.0 port, preko kog prima kako podatke o slici i zvuku tako i napajanje pa je za njegovo priključivanje na računar dovoljan samo jedan kabl, situacija postaje još zanimljivija. Iskustvo iz vremena Beta i VHS video rekordera uči nas da napredniji proizvod ne garantuje i tržišnu dominaciju, ali ipak ne izgleda da će DisplayPort nestati poput Bete, već pre da će se tržište jednostavno podeliti – HDMI će i dalje vladati u domenu multimedijalnih spravica, dok će DisplayPort zauzeti mesto već prevaziđenog DVI-a.

Mario PAVIĆEVIĆ