Tiefe: Fortgeschritten

DVI als Schnittstelle

Was ist DVI, welche Spielarten gibt es — und wie hängt die Schnittstelle mit HDMI zusammen?

DVI — Digital Visual Interface — ist die Bildschnittstelle, mit der die Digital Display Working Group 1999 die Verbindung zwischen Rechner und Anzeige in die digitale Welt geholt hat. Sie überträgt das Bild über dasselbe Verfahren, das HDMI drei Jahre später übernommen hat, und führt weder Ton noch einen Steuerkanal für Unterhaltungselektronik.

DVI ist ein älterer Bildanschluss aus der Computerwelt. Er sieht aus wie ein breiter Stecker mit vielen kleinen Löchern und sitzt heute noch an Beamern und Geräten, die schon eine Weile im Einsatz sind. Innen ist er dem heutigen HDMI-Anschluss so ähnlich, dass ein kleines Zwischenstück genügt, um beide zu verbinden. Nur eines kann DVI nicht: Ton. Der braucht dann einen eigenen Weg — meist ein zweites Kabel.

Ausführliche Erklärung

Die Spezifikation Revision 1.0 stammt vom 2. April 1999 und wurde von der Digital Display Working Group herausgegeben, einem Zusammenschluss aus Intel, Silicon Image, Compaq, Fujitsu, Hewlett-Packard, IBM und NEC. Das Verfahren der Übertragung selbst — TMDS — kam von Silicon Image, die Steckverbindertechnik von Molex; beide Beiträge nennt die Spezifikation in ihrer Danksagung.

Der Zweck stand im ersten Kapitel: eine Verbindung zwischen einem Rechner und seiner Anzeige, bei der die Bildinformation vom Erzeugen bis zum Anzeigen digital bleibt. Bis dahin lief das Bild über den analogen VGA-Anschluss, wurde also im Grafikchip in eine Spannung gewandelt und im Monitor wieder zurück. Die DDWG ging den Übergang vorsichtig an und legte zwei Buchsen mit denselben Außenmaßen fest — eine rein digitale und eine, die zusätzlich die analogen Leitungen führt. Der VGA-Anschluss sollte danach verschwinden, wann genau, überließ die Spezifikation ausdrücklich den Marktkräften.

Ein Link, zwei Links

Ein TMDS-Link besteht aus drei Datenpaaren und einem gemeinsamen Taktpaar. Wie viel Bild darüber passt, hängt allein an der Taktfrequenz, und dafür setzt die Spezifikation eine harte Grenze: Bis einschließlich 165 MHz TMDS-Takt genügt der erste Link. Wer mehr braucht, muss den zweiten dazunehmen — und dann arbeiten beide bei der Hälfte der insgesamt nötigen Frequenz. Ein Pixeltakt von 200 MHz ergibt also zweimal 100 MHz. Eine ungleiche Aufteilung, bei der der erste Link seine 165 MHz ausreizt und der zweite den Rest übernimmt, schließt die Spezifikation ausdrücklich aus; daraus folgt zugleich die Mindestfrequenz des zweiten Links von 82,5 MHz. Weil ein Pixel je Takt übertragen wird, ist die Taktfrequenz zugleich die Zahl der Pixel je Sekunde.

Am unteren Ende steht eine Pflicht, die jedes DVI-Gerät erfüllen muss: 640 x 480 Bildpunkte bei 60 Hz mit 25,175 MHz Pixeltakt. Das ist der Modus, in dem ein Rechner seine Startmeldungen anzeigt, bevor irgendein Treiber geladen ist — und der Grund, warum an einer DVI-Verbindung zumindest immer irgendein Bild kommt.

Was zwei Links leisten, beschreibt die Spezifikation über die Pixelmenge: mehr als 2,75 Millionen Pixel bei 85 Hz für eine Anzeige mit den damals üblichen Austastlücken, mehr als 5 Millionen bei reduzierter Austastung. Feste Auflösungsangaben nennt sie nicht, weil die nötige Bandbreite von der Anzeigetechnik abhängt.

Digital, analog, kombiniert

Im Sprachgebrauch heißen die Spielarten DVI-D, DVI-I und DVI-A. Die Spezifikation selbst kennt diese Namen nicht; sie beschreibt eine rein digitale Buchse mit 24 Kontakten, eine kombinierte analog-digitale mit 29 Kontakten und dazu einen rein analogen Stecker als eigene Bauform. Wer die Marktbezeichnungen daneben legt, kommt auf:

DVI-D — nur die digitalen Kontakte, TMDS und sonst nichts.
DVI-I — die kombinierte Ausführung, digital und analog in einer Buchse. Welcher Weg benutzt wird, entscheidet das angeschlossene Gerät.
DVI-A — nur die analoge Hälfte. Das Signal auf diesen Kontakten ist dasselbe wie am VGA-Anschluss, weshalb ein Adapter DVI-A auf D-Sub 15 ohne Elektronik auskommt.

Die mechanische Folge daraus fällt in der Praxis auf: Der Stecker eines analogen Monitors findet in einer rein digitalen Buchse keinen Halt, weil dort die Aufnahmen für die analogen Kontakte fehlen. Umgekehrt passt ein rein digitaler Stecker in beide Buchsen.

Die genormte Belegung

Pin	Funktion	Was daraus folgt
1, 2, 9, 10, 17 und 18	TMDS-Datenpaare des ersten Links (Data0 bis Data2)	Diese drei Paare und der Takt sind alles, was ein Bild braucht — und genau sie greift ein Adapter nach HDMI ab.
3, 11 und 19	Schirme der Datenpaare; je ein Kanal des ersten und einer des zweiten Links teilen sich einen	—
4, 5, 12, 13, 20 und 21	TMDS-Datenpaare des zweiten Links (Data3 bis Data5)	Nur im Dual-Link-Betrieb belegt. Ein Stecker ohne diesen mittleren Kontaktblock kann keine zwei Links, egal was am Gerät steht.
6, 7	DDC-Takt und DDC-Daten	Über diese beiden Adern liest die Quelle die EDID der Anzeige. Bleibt das Bild schwarz, obwohl der Rest stimmt, ist dieser Weg der erste Prüfpunkt.
8	Analog Vertical Sync (nur an der kombinierten Buchse; an der rein digitalen unbelegt)	Der Unterschied zwischen beiden Buchsen steckt in diesem Kontakt und in C1 bis C5.
14	+5 V	Speist die EDID-Elektronik der Anzeige, damit die Quelle sie auch bei ausgeschaltetem Gerät auslesen kann.
15	Masse, Rückleiter für +5 V, HSync und VSync	—
16	Hot Plug Detect	Damit meldet die Anzeige ihre Anwesenheit. Wird die Leitung unterbrochen — häufig in Verteilern und Umsetzern —, sucht die Quelle gar nicht erst nach einer EDID.
22, 23 und 24	TMDS-Taktpaar mit eigenem Schirm	Beide Links teilen sich diesen einen Takt — deshalb laufen sie im Dual-Link-Betrieb zwangsläufig mit derselben Frequenz.
C1, C2, C3	Analog Rot, Grün, Blau	Die analoge Hälfte ist elektrisch dieselbe wie bei VGA; deshalb bleibt ein passiver Adapter auf D-Sub 15 möglich.
C4	Analog Horizontal Sync	—
C5	Analoge Masse, Rückleiter für Rot, Grün und Blau	—

Die Belegung steht in der DVI-Spezifikation Revision 1.0 der Digital Display Working Group, in den Tabellen 5-1 für die rein digitale und 5-2 für die kombinierte Buchse; die Tabelle oben zeigt die kombinierte Fassung und benennt die beiden Stellen, an denen die rein digitale abweicht. Was hier steht, ist die Festlegung der Spezifikation und kein Gerät — welche Kontakte ein bestimmter Projektor oder Umsetzer wirklich bedient, gehört ins Datenblatt und in die Gerätedaten des AVITECT OS.

Warum kein Ton darauf läuft

Die Signalliste der Spezifikation kennt drei Gruppen: die TMDS-Signale, die Steuersignale — Hot Plug Detect, DDC-Takt, DDC-Daten, +5 V und Masse — und die analogen Signale. Ein Tonsignal steht dort an keiner Stelle, und im Übertragungsverfahren gibt es auch keinen Platz dafür: TMDS befördert bei DVI Pixeldaten und die Steuerbits für die Austastlücken, sonst nichts.

HDMI hat genau an dieser Stelle angesetzt. Der Lizenzgeber beschreibt die Fassung 1.0 von 2002 als Aufbau auf den Fähigkeiten von DVI, ergänzt um Merkmale für die Unterhaltungselektronik und unter Beibehaltung der vollständigen Abwärtskompatibilität. Der Ton reist bei HDMI in eben jenen Austastlücken mit, die bei DVI leer bleiben. Damit erklärt sich der Fall, der im Alltag am häufigsten vorkommt: Ein Adapter zwischen DVI und HDMI verbindet dieselben Datenpaare mit einer anderen Bauform und braucht dafür keine Elektronik — das Bild kommt an, der Ton bleibt auf der Strecke und muss einen eigenen Weg bekommen.

Häufiges Missverständnis

„Der Stecker passt, also läuft alles." Zwischen DVI-Buchsen gibt es drei Stufen, an denen es trotz passender Mechanik hakt: eine rein digitale Buchse nimmt keinen analogen Stecker an, ein Single-Link-Kabel überträgt kein Dual-Link-Signal, und ein Gerät, das die analoge Hälfte führt, schaltet sie nur, wenn es auf der Gegenseite eine analoge Anzeige erkennt. Die Bauform sagt hier weniger als üblich über die Funktion.

„Ein DVI-HDMI-Adapter wandelt das Signal um." Er tut das Gegenteil von Wandeln: Er reicht dieselben TMDS-Paare an andere Kontakte weiter. Genau deshalb ist er billig, passiv und richtungsunabhängig. Und genau deshalb bringt er auch keinen Ton — was auf der DVI-Seite nie erzeugt wurde, holt kein Adapter herbei.

„DVI ist tot." Im Wohnraum ja. In Bestandsanlagen der Medientechnik sitzt sie weiter, weil Projektoren, Displays in Besprechungsräumen und Steuerungstechnik zehn bis zwanzig Jahre im Dienst bleiben — deutlich länger als die Anschlussmode, die sie umgibt.

Nicht zu verwechseln mit

HDMI: derselbe elektrische Unterbau mit Erweiterungen — Ton, Steuerkanal, Rückkanal. Wie das Übertragungsverfahren dahinter arbeitet, steht unter Fixed Rate Link (FRL) und TMDS.
DisplayPort: löst dieselbe Aufgabe mit einem eigenen Verfahren und stammt von einem anderen Gremium. Ausgabegeräte mit Dual-Mode können ein DVI-taugliches Signal erzeugen, viele andere nicht — dort enthält der Adapter Elektronik und hat eine Richtung.
VGA über D-Sub 15: der analoge Vorgänger mit eigener Bauform. Die analogen DVI-Kontakte führen dasselbe Signal, der Steckverbinder ist ein anderer.
DVI-D gegenüber DVI-I: die rein digitale gegenüber der kombinierten Buchse. Der Unterschied liegt in den fünf analogen Kontakten C1 bis C5 und im Kontakt 8; digital können beide dasselbe.
Single Link gegenüber Dual Link: eine Eigenschaft der Verbindung und des Kabels, keine Bauform. Beide Fälle stecken in derselben Buchse.
EDID: die Fähigkeitsauskunft der Anzeige. Sie läuft bei DVI über dieselben DDC-Adern wie bei HDMI und ist der häufigste Grund für ein schwarzes Bild bei sauberer Verkabelung.

In der Planung

Ein Besprechungsraum aus dem Jahr 2012 bekommt eine neue Zuspielung. Der Projektor an der Decke hängt fest verbaut, arbeitet einwandfrei und hat als digitale Eingangsbuchse ausschließlich DVI-D. Die neue Quelle gibt HDMI aus.

Zuerst steht die Konzeptfrage: Bleibt der Projektor, oder fällt die Entscheidung ohnehin für einen Tausch? Bleibt er, wird der Ton zur eigentlichen Aufgabe — er muss ab der Quelle einen getrennten Weg nehmen, meist über den Audioausgang der Zuspielung oder einen Extraktor vor dem Projektor. Danach ist zu klären, wie das Bild ankommt: Reicht ein passiver Adapter am Projektor, oder liegt zwischen Quelle und Raum eine Strecke, die ohnehin einen Umsetzer braucht? Die Geräteauswahl schließt sich an, sie beginnt nicht.

Zwei Punkte entscheiden dabei häufiger als erwartet. Der erste ist der Kopierschutz: Eine Quelle, die HDCP verlangt, findet an einem alten DVI-Eingang möglicherweise keine Gegenstelle, die sich autorisieren lässt — dann bleibt das Bild schwarz, ohne dass am Kabel etwas falsch ist. Der zweite ist die Auflösung: Ein Single-Link-Eingang endet bei 165 MHz Pixeltakt, und was darüber liegt, handelt die Quelle im besten Fall herunter.

Verknüpfte Inhalte

Das Übertragungsverfahren, das DVI eingeführt und HDMI übernommen hat, steht ausgeführt unter Fixed Rate Link (FRL) und TMDS; die Schnittstelle, die daraus wurde, unter HDMI und für die Bauform unter HDMI Type A. Die Fähigkeitsauskunft über die DDC-Adern behandelt EDID, den Weg der Rechnerwelt nach 2006 DisplayPort, und die analoge Verwandtschaft D-Sub-Familie. Wie sich Bildsignale über lange Strecken führen lassen, steht unter AOC und DAC und Signalwege in Ebenen.

Quellen

Alle Angaben zu Herkunft, Aufbau, Taktgrenzen, Pflichtformat, Buchsen und Belegung stammen aus der DVI-Spezifikation Revision 1.0 vom 2. April 1999, die für diese Seite im Volltext eingesehen wurde. Die Aussage, dass HDMI auf DVI aufsetzt und die Abwärtskompatibilität erhält, steht in der Pressemitteilung des Lizenzgebers zur Freigabe der HDMI-Fassung 1.0 vom 9. Dezember 2002.