DVI vs. HDMI: quando l’una, quando l’altra

Novembre 2008. Il connettore video DVI (Digital Video Interface) è stato progettato dal Digital Display Working Group (DDWG) allo scopo di massimizzare la qualità delle immagini digitali dei dispositivi di visualizzazione, come proiettori e schermi LCD, superando i limiti delle norme precedenti come il Video Graphics Array (VGA) progettati esclusivamente per dispositivi basati su CRT.

In tali norme, la fonte, nella trasmissione di ogni linea orizzontale dell’immagine, varia la tensione in uscita per rappresentare il livello di luminosità desiderato. Il CRT risponde a questi livelli di tensione variando l’intensità del fascio di elettroni e di conseguenza la luminosità di ogni punto dell’immagine.

Nei sistemi digitali, la luminosità per visualizzare l’immagine correttamente deve essere definita univocamente per ogni pixel, o meglio ancora per ciascuno dei sub-pixel RGB. Il decodificatore realizza questo campionamento del segnale in ingresso a intervalli regolari.

Questa tecnica determina però alcuni inconvenienti.
Dato che la visualizzazione è puramente digitale mentre i segnali in ingresso sono analogici, si determinerà un certo livello di distorsione se ciascun campione non è misurato precisamente al centro di ciascun pixel.
Così, vi è la possibilità di interferenze dette di crosstalk.

Il connettore DVI-D prevede invece un approccio completamente diverso. Con DVI, il necessario livello di luminosità di ciascun pixel viene trasmesso direttamente in codice binario.
In questo modo, ogni valore binario in ingresso al dispositivo corrisponde direttamente a un pixel del dispositivo di visualizzazione.
Inoltre la connessione DVI è esente dal rumore elettrico e dalla distorsione tipici dei segnali analogici.

DVI, immagini eccellenti senza compressioni
Il formato dei dati utilizzato nel DVI è basato su un protocollo seriale che utilizza il TMDS (Transition Minimized Differential Signaling).
Ogni connessione DVI consiste in quattro paia di fili (uno per ciascun colore della rappresentazione RGB, più uno per il segnale di clock) per trasmettere 24 bit per ogni pixel.
Il segnale di clock è sostanzialmente lo stesso del video analogico, mentre l’immagine è inviata per via digitale, pixel per pixel e riga per riga, senza alcuna “pacchettizzazione”. Inoltre, il DVI non utilizza alcuna compressione.

Per un singolo collegamento DVI, la massima risoluzione possibile con una frequenza di quadro di 60 Hz è di 2,6 megapixel. Proprio per questo motivo alcuni connettori DVI sono forniti della possibilità di collegare un secondo link se si desidera più di 2,6 megapixel di risoluzione.

In realtà, l’adattatore DVI dispone di una banda passante di 165 MHz per ogni canale di colore.
Quindi ogni modalità di visualizzazione che richiede meno di questo valore può utilizzare il collegamento in modalità singola, mentre per quelli che superano il limite dei 165 MHz si deve passare alla modalità dual-link.
Il secondo link può essere necessario anche quando si utilizzano più di 24 bit per pixel.
Il poi DVI è l’unico standard che utilizza segnali digitali e analogici nello stesso connettore.

Come estensione, connettori DVI sono classificati in DVI-D (DVI digitale), DVI-A (DVI analogico) e DVI-I (digitale e analogico). Se vi è una predisposizione per un secondo collegamento il connettore è denominato DVI-DL (Dual Link).
Infine, alcuni lettori DVD e televisori sono provvisti di connettore DVI/HDCP. Quest’ultimo, anche se fisicamente identico ai connettori DVI, vanta l’ulteriore capacità di trasmettere un segnale HDCP (codificato) con il protocollo HDCP per la tutela del diritto d’autore.

Ecco di seguito le versioni disponibili:

DVI-A: trasporta esclusivamente segnali analogici in formato compatibile VESA VGA. Qualità e risoluzione max sono identiche a quelle della VGA e cioè consigliata max 1600 x 1200 per monitor LCD, 2048 x 1536 per monitor CRT anche se ad esempio NVIDIA dichiara 2560 x 1600[2]. I segnali analogici hanno dei conduttori dedicati per i segnali RGBHV e condividono con l’interfaccia digitale i segnali DDC.

DVI-D: trasporta esclusivamente segnali digitali. L’interfaccia digitale può essere Single Link o Dual Link.

Single Link: trasporta un massimo di 165 milioni di pixel al secondo utilizzando tre segnali digitali (RGB) a 1,65 Gbps (10 bit per pixel) permettendo così una risoluzione max a 60Hz di 2098 x 1311 con un aspect ratio di 16:10 o di 1915 x 1436 con un aspect ratio di 4:3. La risoluzione standard più alta che può essere visualizzata con questa interfaccia è 1920 x 1200 16:10.

Dual Link: affianca al canale utilizzato dall’interfaccia Single Link un secondo canale dati. Questo nuovo canale è implementato sempre con tre segnali digitali (RGB) a 1,65 Gbps (10 bit per pixel) che operano su 6 pin separati del connettore. In questo modo è possibile trasportare il doppio dei dati dell’interfaccia Single Link.

Questo canale aggiuntivo può essere utilizzato in una delle seguenti due modalità:
1. Portare un secondo pixel in modo da raddoppiare la risoluzione 2895 x 1882 con un aspect ratio di 16:10 a 60 Hz o 2707 x 2030 con un aspect ratio di 4:3. La risoluzione standard più alta che può essere visualizzata con questa interfaccia è 2560 x 1600 16:10.
2. Aumentare la profondità di colore, che nell’interfaccia Single Link è di 8bpp, portandola fino a 16bpp (in questo caso il secondo canale porta i bit meno significativi).

DVI-I: implementa sullo stesso connettore sia i segnali analogici dell’interfaccia DVI-A che quelli digitali dell’interfaccia DVI-D. La parte digitale può essere a un canale o a due canali esattamente come per l’interfaccia DVI-D quindi possiamo avere una DVI-I Single Link o una DVI-I Dual Link a seconda che la parte digitale sia Single Link o Dual Link.

Tabella connettori a confronto (HDMI e versioni DVI)
Schema varianti connessione DVI

HDMI, il top per l’Alta Definizione
HDMI sta per High Definition Multimedia Interface. Si tratta di un connettore a 19-pin per il collegamento di video ad Alta Definizione e audio multi-canale.
La tecnologia dell’Alta Definizione o HD ha visto un rapido aumento di penetrazione presso i consumatori grazie all’HDTV, ai Blu-ray Disc e alle videocamere HD.
Lo standard HDMI è stato sviluppato da Hitachi, Panasonic, Sony, Toshiba, Philips, Thomson e Silicon Image riunitesi in un pool di aziende allo scopo di realizzare un sistema di connessione per i segnali digitali completo, di qualità e di semplice utilizzo per l’utente.

Nell’HDMI tutti i segnali digitali audio/video e di interfaccia hanno una larghezza di banda disponibile di 5 Gbps.
Il cavo contiene 19 fili avvolti in un’unica guaina che assomiglia ad un cavo USB. Il principale impiego del cavo HDMI è la trasmissione di segnali audio video tra apparecchiature ad Alta Definizione quali televisori LCD e al plasma, Blue-ray, ricevitori satellitari…
Di solito un programma HDTV utilizza complessivamente 5 Gbps di larghezza di banda, quindi, HDMI, con i suoi 5Gbps per singolo canale di colore RGB, ha la possibilità di gestire più flussi in Alta Definizione contemporaneamente.

Oltre ai video non compressi, l’HDMI trasporta fino a 8 canali audio, da 192 kHz, a 24 bit di risoluzione.
I benefici di HDMI rispetto ai tradizionali collegamenti analogici sono molteplici.

L’HDMI elimina tutti i trasferimenti non-digitali audio e video evitando quindi tutte le perdite associate ai segnali analogici. Questo è in realtà il suo principale vantaggio dal momento che è in grado di trasmettere sia audio che video in un unico cavo.
Inoltre il basso costo delle connessioni HDMI è uno dei maggiori vantaggi, dal momento che un singolo connettore HDMI sostituisce 3 collegamenti video per l’Alta Definizione e 6 canali per connessioni ad alta risoluzione audio.

Per giunta la banda passante di riserva dei collegamenti HDMI può essere utilizzata per integrare le nuove tecnologie.
L’HDMI supporta formati video non compressi offrendo la qualità e la funzionalità di un’interfaccia totalmente digitale pur mantenendo bassi i costi.
Teniamo anche conto che la presa HDMI è in grado di sostenere tutti i formati esistenti di video ad Alta Definizione (720p, 1080i, e anche 1080p).
Inoltre supporta più formati audio, dallo stereo al multicanale surround e garantisce la flessibilità per assicurare una maggiore definizione se applicato ai formati come l’480p, oltre a una definizione standard in Ntsc o in PAL. 

Infine l’HDMI elimina la complessità legata all’utilizzo dei cavi più diversi nei collegamenti tra la sorgente digitale e il sistema di visualizzazione e ascolto, poiché combina audio e video su un unico cavo.
La prima versione, uscita nel 2002, era la HDMI 1.0. Seguirono poi due aggiornamenti: 1.1 e 1.2, che aumentarono progressivamente la velocità di trasferimento dei dati, introducendo altre funzionalità.

Dal punto di vista dei componenti hardware non è cambiato nulla, infatti il cavo e il connettore sono rimasti invariati, ma è cambiata la gestione software del protocollo di trasmissione. Grazie a questa serie di aggiornamenti, si è arrivati all’ultima evoluzione di HDMI, ossia la versione 1.3 del 2006.

Ecco in sintesi le peculiarità essenziali di ciascuna versione:

HDMI 1.0: Bitrate massimo di 4,9 Gbit/s. Supporta fino a 165 Mpixel/s di flusso video (1080p a 60 Hz o UXGA) e audio 8 canali codificato a 192KHz e 24 bit.

HDMI 1.1: Supporto addizionale per la protezione dei contenuti dei DVD Audio.

HDMI 1.2: Supporto addizionale per i Super Audio CD; connessione HDMI Tipo A disponibile per i PC; Disponibilità per i PC di utilizzare colori RGB nativi con l’opzione dei colori YCbCr: supporto per le fonti a basso voltaggio.

HDMI 1.3: Bitrate aumentato a 10,2 Gbit/s; supporto (opzionale) colori 30 bit, 36 bit e 48 bit (RGB o YCbCr); supporto standard colori xv YCC; supporto funzionalità di sincronizzazione audio automatica; supporto (opzionale) uscita Dolby TrueHD e DTS-HD Master Audio stream (formati audio utilizzati con i dischi HD DVD e Blu-ray).

Tabella varianti connessione HDMI

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