【摘要】一般用户使用投影机,其实就是对输入输出接口的操作。投影机的接口按照用途可以分成音频接口、视频接口、控制接口和综合接口四种。USB连线投影,无线网络投影等是当前的热门技术。投影机的接口发展呈现出数字化、高速化、集成化、轻便化等特征。
【关键词】投影机;接口;USB投影;无线网络投影
【中图分类号】G432【文献标识码】A 【论文编号】1009―8097(2010)08―0130―05
投影机凭借其“小个头”,可以投射出“大画面”,在教育和商务领域得到了广泛的应用,在高端显示工程中大显身手,在家庭客厅中也占据了一席之地。毋庸置疑,投影机作为一种集光学、机械、电子等技术于一体的精密设备,许多人对其内部构造知之甚少,但是这丝毫不会影响人们使用投影机。按照控制论的思想方法,可以把投影机看作一个黑箱,我们输入视频信号、音频信号、控制信号以及电源,得到了图像和声音的输出,就实现了投影机的功能,而对于其内部构造则无需知晓。从此种意义上来讲,使用投影机和使用一台电视机并无多大差别,使用投影机,其实就是对投影机各种输入输出接口的操作。一般来说,投影机越高档,接口越多。低档投影机接口少,够用就行;高档投影机接口多,满足多种需要。
一 投影机接口的分类
为了满足多种应用场合,投影机上往往有众多接口。按照接口的用途,可以把接口分成视频接口,音频接口,控制接口和综合接口四类。
1视频接口
视频接口传输视频信号,有模拟视频接口和数字视频接口之分,如VGA接口,复合视频端口,S-视频端口属于模拟视频接口,而DVI接口则属于数字视频接口。
2音频接口
音频接口传输声音信号,有3.5mm立体声迷你接口,L-Audio-R音频接口等。两种接口通过转接头或者自制线缆可以方便地进行转换。
3控制接口
控制接口则传递投影机的状态信息或者对于投影机的控制信息,以实现对投影机的监控和控制,包括按键面板,遥控发送和接收器,线控接口,RS-232C串行接口等。
4 综合接口
综合接口可以同时传输视频信号、音频信号、控制信号中的两种或三种,如USB接口,有线无线网络接口,HDMI接口等。综合接口往往是当前投影机的热门技术,代表了投影机接口的发展方向。
二 投影机的视频接口
1 复合视频端口
AV复合接口(Audio-Video Composite)是目前在视听产品中应用得最广泛的模拟接口,将音频和视频进行分离传输,避免音视频的混合干扰。该接口由黄、白、红3路RCA莲花接头组成,白色接头传输左声道音频信号,红色接头传输右声道音频信号,其中的黄色接头则传输一种亮度/色度(Y/C)混合的视频信号。
2 S-视频端口
S端子,即分离式影像端子S-video(Separate Video),其实就是把复合视频信号分离成视频亮度信号Y和视频色度信号C。S-视频端口使用DIN Connector(DIN 连接头),是一种五芯圆形接口,由视频亮度信号Y和视频色度信号C和一路公共屏蔽地线组成。S-视频端口比上复合视频端口可以实现更高的分辨率,可以使用转接头转换成复合视频端口。
3 色差分量接口
色差分量(Component)接口采用YPbPr和YCbCr两种标识,前者表示逐行扫描色差输出,后者表示隔行扫描色差输出。色差分量接口一般利用3根信号线分别传送亮度和两路色差信号。这3组信号分别是:亮度以Y标注,以及从三原色信号中的两种――蓝色和红色――去掉亮度信号后的色彩差异信号,分别标注为Pb和Pr,或者Cb和Cr,在三条线的接头处分别用绿、蓝、红色进行区别。这三条线如果相互之间插错了,可能会显示不出画面,或者显示出奇怪的色彩来。色差分量接口是模拟接口,支持传送480i/480p/576p/720p/1080i/1080p等格式的视频信号,本身不传输音频信号。[1]
4 VGA视频接口
VGA(Video Graphics Array)接口是电脑显卡和投影机上最常见、最常用的接口。VGA支持640X480的分辨率,后来又扩充了SVGA(800X600),XGA(1024X768),SXGA(1280X1024),UXGA(1600X1200),WXGA(1280X768),
WUXGA(1920X1200)等显示模式,这些模式都符合VESA(Video Electronics Standards Association,视频电子标准协会)的标准,都可以通过VGA接口实现传输。[2]
在投影机上既有VGA输入接口,也有VGA输出接口,使用时把电脑的视频信号送入输入端,再从输出端送入电脑显示器。为了防止插反,插头被设计成了梯形,因为看起来像大写字母D,所以也叫做VGA-D型插头,并且有公、母两种插头。在多媒体教室安装环境下,可以使用VGA分配器,将来自电脑的视频信号分成两路,一路送入电脑显示器,一路送入投影机,并且可以把视频信号放大加强,解决因线缆过长信号衰减的问题。
在VGA接口的15个针脚中,传输视频信号的其实只有10个,即红、绿、蓝及接地线,三组6个,外加接地、同步接地、水平同步、垂直同步4个。VGA线缆既可以选用成品线,也可以用带屏蔽层的视频线和VGA插头进行手工焊接。在没有视频线的情况下,也可以用网线来代替。网线中只有8根线芯,而信号传输需要10根线,怎么办呢?因为模拟信号的接地线不会传输任何数据,所以可以把PIN5(接地),PIN10(同步接地),PIN8(蓝色接地)三个针脚互相连通,合并成一根线芯,正好是8根线。
5 DVI接口
DVI(Digital Visual Interface),即数字视频接口。DVI传输的是TMDS信号。TMDS(Transition Minimized Differential Signaling)最小化传输差分信号, 是由美国Silicon Image公司开发的一项高速传输资料技术。TMDS是一种微分信号机制,可以将像素数据编码,并通过串行连接传递。DVI有1.0和2.0两种标准。DVI1.0仅用了一组传输信道(data0-data2),传输图像的最高像素时钟为165M,信道中的最高信号传输码流为1.65GHz,最高分辨率可达1600X1200X60。而DVI2.0则用了全部的两组信号传输信道(data0-data5),传输图像的最高像素时钟为330M,可支持1920X1280分辨率,支持HDMI格式,每组信道中最高信号传输码流也为1.65GHz。[3]
DVI接口有两种,DVI-D(Digital)接口,只接收数字信号。DVI-I(Integrated)接口,可同时兼容模拟和数字信号,通过一个转换接头可转为VGA接口。
三 投影机的音频接口
投影机上的音频接口有3.5mm立体声迷你接口,也就是常见的耳机插孔,还有前面叙述过的AV复合接口中的L-Audio-R接口。
在以往的投影机中,自带的扬声器往往音质差,音量小,有的机型配备了单声道扬声器,扬声器的功率通常是1W、2W。因此,音频接口自然不受重视。投影机吊装到教室里时,音频线常常不接,声音是通过另外的功放音箱来播放的,投影机内的扬声器成了摆设。
而在当前的一些机型中,双声道扬声器成为标配,功率也达到了5W、7W,甚至10W,音质和音量完全能满足小型应用场合的需要,有力地提高了投影机的易用性和经济性。当然,投影机自带扬声器要受到投影机体积的制约,还要考虑扬声器对于投影机的可靠性、稳定性的影响。
部分厂家还开发了一些独特的投影机音频技术。如在待机状态下,仍然可以播放声音。又如,三菱的GX-540/320投影机,配合专门的蓝牙话筒,可以混入讲解的声音播放。
四 投影机的控制接口
1 按键面板及镜头旋钮
在投影机的机身上,有若干按键,供用户控制机器,还有若干信号灯,反映投影机的工作状态。当投影机被吊装起来的时候,按键面板就操作不便了。在投影机的镜头上,有变焦、聚焦两个旋钮,可以调整画面的大小和清晰度。有的投影机则在镜头上安装马达,这样就可以实现电动聚焦和变焦,方便用户使用遥控器进行调整。
2 遥控器
投影机都配备了红外线遥控器。为了扩展红外遥控器的使用范围和使用距离,一些机器在头部和尾部安装了两个红外线接收器,还有些机器的遥控器上安装了两个红外线发射器。当用USB线、网络线等把投影机和电脑连接起来时,遥控器就变成了激光教鞭或者无线鼠标,可以控制电脑,在演示时进行翻页等操作。
3 串行接口
串行接口即RS-232C接口,是由美国电子工业协会(EIA,Electronic Industry Association)制定的物理接口标准。RS(Recommended Standard)的意思是推荐标准,232是一个表示号码,C表示该标准已被修改过的次数。[4]
投影机上的串口和计算机主板上集成的一致,有9个针脚,插头也做成梯形以防止插反。在实际应用中,只将PIN2(接受数据),PIN3(发送数据),PIN5(信号地线)三个针脚用线缆接通,制成简易串口线,把多媒体中央控制器和投影机连接起来,对投影机进行控制。当然根据投影机的品牌和型号,在中央控制器中要设置投影机控制码。
在一些便携式投影机上(例如:Panasonic PT-UX71),为了节省空间,串行接口也可能采用变形了的圆形接口,针脚仍然为9个,但形状和S-视频端口类似。
4 线控接口
线控接口比较少见。在EPSON公司出品的4000流明工程教育专用投影机EB-G5150/G5100上,配置了一个线控插孔,可以用长达20米的线缆把投影机和遥控器连接起来,对投影机进行控制。
五 投影机的综合接口
1 USB接口
标准大小的USB接口有两种:长方形的A型,缺两个角的方形的B型。除此之外,还有更小的Mini-USB接口。无论哪一种接口,里面都有四条连接线:+5V,数据信号负极,数据信号正极,接地。USB1.1理论传输速率为12Mbps(1.5MB/s),USB2.0的是480Mbps(60MB/s),而最新推出的USB3.0则高达5Gbps(625MB/s),与HDMI接口相当,足以满足高清视频传输的需要。
(1)USB连线投影
USB接口在电脑上非常普及,用户的接受程度也很高,投影机的USB连接输出自然深受欢迎。USB接口是一种综合接口,既可以传输视频、音频,也可以轻松实现鼠标控制功能。使用USB接口还可以实现即插即投,无需切换投影机的输入信号源。
从技术上来看,多数USB视频连接技术基于由DisplayLink公司研发的DisplayLink技术,该技术允许使用者通过USB接口直接连接投影机传输视频信号。在具体应用中,用户只需要在电脑上安装DisplayLink驱动,负责GPU与CPU之间的信号转换和自动调制;DisplayLink可通过自适应压缩技术,自动根据CPU和USB带宽的情况压缩视频内容;压缩的数据包通过USB电缆快速传送到DisplayLink设备上,让用户几乎感觉不到延迟;如果高速DisplayLink芯片嵌入显示设备或适配器上,则可以直接传送视频或图形数据。应用了该技术的投影机产品可以非常简单、方便地连接到电脑。该技术允许用户用USB虚拟遥控器直接控制投影机,用户还可以利用USB接口连接多台投影机组成投影幕墙,实现超大画面输出。[5]
(2)用USB接口,存储卡插槽实现无PC投影
有的投影机上的USB接口可以实现无PC投影,把U盘、MP3播放器、数码相机等USB设备中储存的图片、电影、声音等直接播放出来。这样的机器往往还会配置SD、CF等常见的存储卡插槽,可以直接播放存储卡中的内容。由于技术的限制,无PC投影对图片、电影、音乐等的文件格式会有限制,例如EPSON的EB-C1915,EB-C1925W只能播放JPEG格式的图片,而对于最常用的PowerPoint演示文稿则需要用专用的软件进行格式转换,转换成PowerPoint Converted Scenario文件后才能播放。虽然有限制,但是脱离电脑,只用一张存储卡或者一个U盘,加上一台投影机就可以投影,这对于那些要经常携带笔记本电脑和便携式投影机出差的用户,无疑是最大的福音。
2 网络接口
(1)网络监控
标称是“教育专用”的投影机,往往会配置一个RJ45以太网络接口,通过局域网或者互联网可以对投影机进行监测和控制。用户可以为每一台投影机设置IP地址,可以通过网页浏览器监测投影机状态和更改设置;投影机也可以用电子邮件的方式报告灯泡和风扇的使用状态,用户可以随时随地了解投影机情况,更能及时获知出错故障信息;投影机上的网络接口一般会遵循SNMP(简单网络管理协议),也会符合PJLink的监控统一标准,可以对多台不同的投影机进行中央控制和集中管理,这样学校内的管理人员就可以在电脑屏幕前对几十台、几百台投影机进行监控和管理了。
PJLink是由JBMIA(Japan Business Machine and Information System Industries Association日本商业机器和信息系统工业协会)制定的,是操作和控制数据投影机的一个统一标准,用来保证不同厂商生产的投影机的中央控制器遵循统一的接口和协议,能被一个控制器来集中管理。[6]
(2)网络投影
网络投影就是利用有线或者无线网络来把电脑上的图像和声音传输至投影机投射出来。
为了控制成本,有的投影机仅配置了有线网络接口,有的投影机仅配置了无线网络接口。但两者可以方便地进行转换。例如,EPSON的EB-C1910,EB-C1830投影机可以通过加配无线路由器,将有线网络投影升级为无线网络投影。EPSON的EMP-1715投影机,在不能或不宜使用无线连接的情况下,可以通过加装一个以太网卡模块将无线连接方式转换成有线连接。
美国电气与电子工程师协会(Institute of Electrical and Electronics Engineers)IEEE802委员会制订了一系列的WLAN无线局域网标准。802.11g提供54Mbps的传输速率,而802.11n可以提供300Mbps,甚至高达600Mbps。无线网络投影不仅可以使投影摆脱线缆的束缚,部署更加便捷,使用更加灵活,而且可以衍生出一些新的应用模式。
一对多模式:即一台电脑连接多台投影机。例如,EPSON的EB-C1910,C-1830投影机,使用网络连接方式,一台电脑可以同时控制四台投影机,并可同时投射出四个相同或者不同的画面,或者横向拼接成宽屏图像,满足用户的特殊应用。
多对一模式:即多台电脑连接一台投影机,可以随意切换来自不同电脑的图像投射到屏幕上。Panasonic 的PT-BW10NT投影机,可以工作在多现场模式下。其中的四窗口模式可以把四台电脑的图像同时投射到屏幕上;扩展索引模式可以把多达16台电脑的图像同时投射到屏幕上;索引模式可以投射出一个主屏图像和4个副屏图像。
松下公司的该款投影机,可以实现选择性区域传输,通过切换显示图像各区域,可以指定需要放大的内容并将该区域显示于投影屏幕上。该款机器还设计了一个模拟遥控器,遥控器图标显示在电脑屏幕上,坐在电脑前面就可以轻松地操作投影机,而且在真的遥控器丢失损坏后也不用着急了。
为了解决无线连接设置复杂的问题,有的产品也进行了贴心的设计,一切为用户考虑。EPSON的EB-C1915,EB-C1925W两款投影机,就可以选配一个类似U盘的Quick Wireless Connection Key(快速无线连接钥匙), 先将其插入投影机,然后拔出再插入PC,即完成了无线连接的全部设置,投影机会在几秒后自动识别PC信息开始投放。
当把具有网络功能的投影机接入到Internet时,可以在相距甚远的不同会议室之间进行投影画面共享。例如,Sony的VPL-CX125/155/CW125等机型就为远程会议等应用提供了支持。
Windows Vista 操作系统中的“附件”中有一个“Connect to a Network Projector wizard,网络投影机连接向导”,运用这一向导,可以搜索到网络上的投影机,在建立起网络投影演示后,会出现一个“Network Presentation dialog box(网络演示对话框)”,提供Pause/Resume, Disconnect等按钮,供用户来操作。[7]将网络投影机应用软件集成到操作系统中,极大地方便了用户,很利于网络投影技术的推广。
3 HDMI
HDMI(High Definition Multimedia Interface) 即高清多媒体接口,由日立、松下、飞利浦、索尼、汤姆逊、东芝和Silicon Image七家公司联合组成的HDMI组织研制。HDMI接口是为高清而生的,HDMI 1.2a的带宽为4.95Gb/s,HDMI 1.3提供的带宽达10.2Gb/s,最远可传输15米,可以传送无压缩的8声道数字音频信号及1080p的高分辨率数字视频信号。2009年6月由HDMI规范授权机构HDMI Licensing,LLC官方发布了HDMI 1.4的规范。HDMI 1.4 集成了高速以太网功能,还增加了一个音频通道ARC,这个新通道能让高清电视通过HDMI线把音频直接传送到A/V功放接收机上,无需另外一条线。HDMI 1.4支持更高的色彩空间。HDMI 1.4支持3D显示器,并支持高清1080p的分辨率,同时还支持多种3D技术。而对于显示器,其支持4K x 2K分辨率,支持30Hz刷新频率下的 3840 x 2160和4096 x 2160分辨率。 NVIDIA的3D Vision Surround技术就是用HDMI1.4连接三台显示器,以全立体3D显示的方式呈现身临其境的视觉效果。
HDMI支持HDCP(High Definition Copyright Protection,高清版权保护协议),HDMI还具有“即插即用”的特点,信号源和显示设备之间会自动进行“协商”,自动选择最合适的视频、音频格式。HDMI接口中有一条热拔插探测线,因而可以支持热拔插。HDMI在针脚上和DVI兼容,只是采用了不同的封装,使得接口更小,线缆更细。[8]
HDMI接口有三种型号,A型为19个针脚;B型为29个针脚,可传输HDMI A type两倍的TMDS数据量, 相当于DVI Dual-Link传输, 用于传输高分辨率图像(WQXGA 2560x1600以上);C型总共有19pin, 可以说是缩小版的HDMI A type, 但脚位定义有所改变, 主要是用在便携式装置上。
4 DisplayPort接口
DisplayPort 是VESA发布的标准,这是一种针对所有显示设备(包括内部和外部接口)的开放标准。Display Port问世之初提供的带宽就高达10.8Gb/s,而且为以后的提升预留了空间,即使DisplayPort采用新的2X速率标准(21.6Gbps),接头和接线也不必重新进行设计。
和HDMI一样,Display Port也允许音频与视频信号共用一条线缆传输,支持多种高质量数字音频。在四条主传输通道之外,Display Port还提供了一条功能强大的辅助通道。该辅助通道的传输带宽为1Mbps,最高延迟仅为500μs,可以直接作为语音、视频等低带宽数据的传输通道,另外也可用于无延迟的游戏控制。
DisplayPort具备高度的可扩展特性,要让它同时传输多条视频或音频流也并非难事。画中画、分屏显示功能对于DisplayPort而言就是“小菜一碟”,一条Display Port连接线最高可支持6条1080i或3条1080p视频流。AMD的单GPU多显示输出技术ATI Eyefinity的实现就是得益于DisplayPort接口:AMD在GPU内集成了六条DisplayPort输出信道,每条信道连接一台显示器,全部由一个显示引擎驱动,可以轻松地搭建6屏幕显示墙。
DisplayPort使用Philips为DisplayPort制订的一套内容防拷协议,版权保护技术比HDMI的HDCP更加可靠。当然,DisplayPort的架构更富弹性,厂商也可根据需要选择其他内容保护协议。[9]
显而易见,DisplayPort接口相比HDMI接口而言,有过之而无不及。更重要的是DisplayPort实行免费政策,不像HDMI那样征收授权费,因而更受青睐。
5 电视射频输入端口(RF, Radio Frequency,无线电射频)
在投影机内加入一个电视节目接收模块,投影机就摇身一变,成为一台大屏幕电视机。在投影机上就多了一个电视射频输入接口,插上天线就可收看电视节目。如纽曼这样的新兴厂商,就把投影电视机作为卖点,并且以1000-3000元的低价销售,有力地增加了投影机在普通百姓中的知晓度和认可度。
RF的成像原理是将视频信号(CVBS, Composite Video Broadcast Signal,复合视频广播信号)和音频信号(Audio)相混合编码后输出, 然后在显示设备内部进行一系列分离/ 解码的过程输出成像。
六 投影机接口的发展特征
随着投影机的发展,投影机的接口也在不断发展。当前投影机接口的发展呈现出了数字化、高速化、集成化、轻便化等显著特点。
数字化是大势所趋,接口提供的带宽、速率也越来越高,唯有如此,才能对方兴未艾的高清视频,3D立体视频等提供支持。但是数字接口全面替代模拟接口绝非一蹴而就的事情,模拟接口表现出了顽强的生命力,淘而不汰,满足用户的多样化需要,保证已有设备的继续使用。
用户总是希望产品易用好用。投影机的接口发展呈现出集成化的特点,一个接口既可以传输视频,也可以传输音频,还可以传输控制信号,真正实现“一线通”,甚至是“无线通”,避免繁琐的线缆连接。而且接口和线缆的设计也追求轻便小巧,粗大笨重自然不为人所爱。
窥一斑而知全豹,透过投影机的接口我们可以了解投影机技术的不断改进,用户体验的不断改善。不断创新并且体贴用户,这就是投影机的发展之道。
参考文献
[1] PConline数字家庭什么是色差分量接口?[EB/OL].
[2][3][8] 电脑报. 液晶显示器维修手册[M].重庆:电脑报电子音像出版社, 2009:86-88.
[4] 蔡皖东.计算机网络(第3版)[M].西安:西安电子科技大学出版社,2007:29.
[5] 阿匀.光影魔术师――热门投影技术与功能解析[N].电脑报,2009-11-16(20).
[6] JBMIA .What’s PJLink ? [EB/OL].
[7] Microsoft. Giving a presentation over a network[EB/OL].
[9] 百度百科. DisplayPort接口[EB/OL].