各種接口類型介紹

    熱衷于高清視頻的玩家對于HDMI一定不會感到陌生，從2005年藍光DVD/HD DVD面市開始，HDMI開始被引入消費市場，同時期的液晶電視也紛紛推出帶HDMI的版本，接下來的一年，PS3讓更多的人認識了它。隨著高清電視的普及，HDMI已經逐漸的走入了大家們的生活：一款平板電視如果沒有HDMI接口，就等于貼上了“不推薦購買”的標簽；各大顯卡廠商爭先恐后的推出nVIDIA和AMD（ATI）顯卡的HDMI版本；INTEL也計劃在下一代芯片組Eaglelake上原生支持HDMI……

    難道在下一代視頻領域，HDMI將一統江湖了嗎？答案是No！

    我們先來看一下INTEL、nVIDIA、AMD各自下一代新品的規格介紹：

    Intel Eaglelake 系列芯片組在高清視頻方面進行了增強，支持HD DVD和Blu-Ray播放，支持DisplayPort、HDMI、DVI輸出和HDCP保護。
    nVIDIA已預定今年11月12日正式發布新一代中階型號G92，接替現有GeForce 8800GTS系列上陣，其支持PCI-E 2.0接口、HDMI及PureVideo Gen3，并采用DisplayPort輸出接口
    AMD定于今年12月發布的新款主流顯卡RV670除了DirectX 10.1、Shader Model 4.0、PCI-E 2.0外，還將提供對DisplayPort輸出接口的支持。

    大家看到了什么？DisplayPort！這三家圖形芯片巨頭不約而同的都在下一代圖形芯片中加入了對它的支持。DisplayPort是何方神圣？為什么在HDMI已經開始全面占領市場的時候還要推出DisplayPort呢？它相對于HDMI有什么優點?

    本文將對DisplayPort做深入介紹，并對它和HDMI這兩種視頻技術作一番比較，看看誰才是即將到來的高清時代視頻接口領域的王者。

    在正式介紹兩位主角之前，先帶大家回顧一下當前顯示領域的多種接口：

    在顯示領域根據應用位置的不同常把接口分為內部接口和外部接口。內部接口指設備內部模塊之間連接用的接口，常用的有筆記本和液晶顯示器內部用于連接驅動模塊和屏幕面板之間的LVDS（Low Voltage Differential Signaling)，即低壓差分信號傳輸。

圖1.各種LVDS屏線

外部接口相對就多一些，電視上常用的有RF（射頻）、Composite（復合視頻）、S-Video（S端子）、Component（色差端子），PC上常用的有VGA、DVI、IEEE 1394。

圖2. RF接口

圖3. Composite接口

圖4. S端子

圖5. 色差端子

圖6.VGA接口

圖7.DVI接口

圖8. IEEE 1394接口

    以上這些接口大多是隨著時代進步而不斷更新的產物，種類過于繁多，且規范各不統一。隨著顯示器件的分辨率不斷提高，彩色深度不斷提升，對于傳輸驅動信號的接口要求也不斷提高，以上這些接口技術已經無法滿足需求了，因此能傳輸更高帶寬和具有內容保護的數字接口便應運而生。

HDMI與DisplayPort背景介紹

本文的主角之一，HDMI就是目前數字接口技術中的領先者。HDMI（High－Definition Multimedia Interface）又被稱為高清晰度多媒體接口，是首個支持在單線纜上傳輸不經過壓縮的全數字高清晰度、多聲道音頻和智能格式與控制命令數據的數字接口。HDMI接口由Silicon Image（美國晶像公司）倡導，聯合索尼、日立、松下、飛利浦、湯姆遜、東芝這七家著名的消費類電子制造商聯合成立的工作組共同開發的。LLC (Intel的子公司)為HDMI提供高帶寬數字內容保護(HDCP，High-bandwidth Digital Content Protection的縮寫)。HDMI最早的接口規范HDMI1.0于2002年12月公布，目前的最高版本是于2006年6月發布的HDMI1.3規范。

    IT史告訴我們，從來沒有人可以獨霸天下。AMD一直是Intel的老對手；3DFX在無限風光中等來的是nVIDIA，nVIDIA在吞下了3DFX后，ATI又適時的出現了（現在則換成了AMD）；有人會說微軟呢？GOOGLE？APPLE？看起來現在還未達到一個重量級，但我相信歷史不會讓我們等待太久的。同樣，視頻領域也沒讓我們失望太久，HDMI等來了夠資格跟自己叫板的對手，本文的另一個主角DisplayPort。

    2006年5月3日，新開發的DisplayPort接口標準得到了VESA（國際視頻電子標準協會）成員公司的批準。該標準設計為適用于整個視頻業界的一個開放式、可擴展的行業標準，由VESA組織開發。DisplayPort組織由眾多平板顯示器、半導體芯片、液晶面板、數字電視、投影機和計算機行業中技術領先的知名公司組成，包括Genesis Microchip、Dell、HP、Samsung、Philips、AMD、nVIDIA、Tyco、Molex等。該標準無需繳納版權及專利費，旨在降低系統平臺的成本，并在計算機、數字電視及組件中形成通用的數字視音頻接口標準。VESA在今年3月19日發布了DisplayPort最新的1.1版規范。

    說到這里，插句題外話，在HDMI和DisplayPort之間，還曾短暫的出現過一種名為UDI（Unified Display Interface）的接口技術。UDI可兼容HDMI1.2，且支持HDCP，除了不支持音頻外，可以說是針對PC平臺的HDMI。可以說UDI標準滿足了人們對PC平臺和數字電視融合的要求，很多人對其寄予厚望。但是該技術的主要推動者——大名鼎鼎的Intel在DisplayPort的1.1版規范發布前不久，突然拋下UDI，投入到了DisplayPort的懷抱中，伴隨Intel的倒戈，很多UDI的支持者紛紛離它而去，UDI就這樣黯然出局。

    我們在這里不準備去關注UDI出局的原因，而是要把目光投向DisplayPort，看看它到底有什么出色之處，能夠博得這么多PC廠商的青睞。

DisplayPort接口的六大的特點

1.高帶寬

    在高清晰視頻即將流行之際，沒有高帶寬的顯示接口是無法立足的。DisplayPort的界面主要由兩部分構成:Main Link(主通道)和Auxiliary Channel(輔助通道)。Main Link負責視頻內容的傳輸，屬于高速的單向輸出;Auxiliary Channel負責內容之外的輔助信息傳送。Main Link其實是由1至4組不等的Lane構成的，每組Lane都由成對(即兩條)的線路所構成，每組Lane的帶寬可達2.7Gbps，4組Lane合用即可達到10.8Gbps。在未來的DisplayPort版本規劃中，VESA還準備將帶寬提升一倍，要知道，最新版本的HDMI 1.3所提供的帶寬(10.2Gb/s)也稍遜于DisplayPort 1.0。

    2.最大程度整合周邊設備

    和HDMI一樣，DisplayPort也允許音頻與視頻信號共用一條線纜傳輸，支持多種高質量數字音頻。但比HDMI更先進的是，DisplayPort在一條線纜上還可實現更多的功能。在四條主傳輸通道（Main Link）之外，DisplayPort還提供了一條功能強大的輔助通道（Auxiliary Channel）。該輔助通道的傳輸帶寬為1Mbps，最高延遲僅為500μs，可以直接為語音、視頻字幕等低帶寬數據提供傳輸，并能夠提供無延遲的游戲控制。可見，DisplayPort可以實現對周邊設備最大程度的整合、控制。

    3.內外接口通吃

    目前DisplayPort的外接型接頭有兩種:一種是標準型，類似USB、HDMI等接頭;另一種是低矮型，主要針對連接面積有限的應用，比如超薄筆記型電腦。兩種接頭的最長外接距離都可以達到15米，雖然這個距離比HDMI要遜色一些，不過接頭和接線的相關規格已為日后升級做好了準備，即便未來DisplayPort采用新的2X速率標準(21.6Gbps)，接頭和接線也不必重新進行設計。這一點可以說是積極吸取了HDMI的經驗教訓（HDMI低版本線材不能用于高版本設備）。

    除實現設備與設備之間的連接外，DisplayPort還可用作設備內部的接口，甚至是芯片與芯片之間的數據接口。比如取代前文講到的LCD中液晶面板與驅動電路板之間主流接口——LVDS的位置。LVDS本身傳輸距離短的特點使得它只能用于內部傳輸，雖然現在是主流的液晶內部接口，但其不支持內容保護，不能升級支持更高分辨率的信號，盡管可以通過增加一組連接數來提高傳輸帶寬達到支持更高分辨率的目的，但從成本角度考慮并不是個好辦法，所以面對顯示面板的分辨率和顏色深度的不斷提高，LVDS已顯現出力不從心的態勢，例如在120Hz刷新率的液晶屏上顯示1080p信號，單路LVDS只能望屏興嘆。

    4.簡化產品設計

    HDMI是在DVI的基礎上發展而來的，它們都使用了TMDS(最小化傳輸差分信號)信號傳輸技術，圖像傳輸前數字信號必須經過TMDS電路轉換為TMDS信號。而采用DisplayPort，數字信號可直接輸出，不需要TMDS轉換電路。不僅如此，DisplayPort同樣可簡化LCD內部設計。因為DVI、HDMI不能直接驅動時序控制器，所以VGA或TMDS信號輸入LCD后，必須轉換成LVDS信號。相比之下，DisplayPort則統一了內外部的接口，可直接驅動面板進行顯示，無需另加復雜的LVDS轉換電路。大大簡化了產品設計難度。

    5.具備高度的可擴展特性

    DisplayPort采用層次化、模塊化設計思路，系統分為物理層、鏈路層和最上層的應用層。這中分層結構的好處是便于將來升級，升級的容易度和可操作性大大得到了提高。

圖9. DisplayPort的層次化、模塊化結構

    雖然目前DisplayPort規格上仍僅限于1條線路傳輸單一音視頻信號，不過VESA已經預定要在將來新版規范制訂時，朝向單一傳輸線即可同時傳送多組影像的技術發展，且PCI Express 2.0的規范也已經通過，在不變更連接線設計的前提之下，配合新版PCI Express架構之后，整體傳輸速度可能再提高2倍以上。其高度的可擴展特性讓它以后同時傳輸多條視頻或音頻流并不是一件困難的事情。畫中畫、分屏顯示功能對于DisplayPort而言就是“小菜一碟”，一條DisplayPort連接線在無需更換的情況下，理論上最高可支持6條1080i或3條1080p視頻流。

    6.具有可靠的內容保護技術

    DisplayPort除了想在PC領域大展宏圖外，CE（消費電子）領域也是其重點發展的領域，而這個領域對版權的保護十分敏感，如果沒有相應的內容保護技術，即使其優勢再大也很難獲得影片供應商的青睞。DisplayPort1.0用的是DPCP(DisplayPort Content Protection)，這一技術雖然比HDMI用的HDCP要先進（DPCP加密密鑰為128bit，HDCP加密密鑰為40bit），但在目前好萊塢各大電影片廠都已經在藍光和HD DVD影碟上使用HDCP的情況下，讓其改變是何等的困難。Intel的倒戈改變了DisplayPort這個困境，Intel很有誠意的帶來了HDCP1.3版（HDCP是Intel子公司LLC開發的協議），這個版本主要是可以允許不同架構（包含DVI、HDMI以及DisplayPort）的聯機方式都可以使用同一個加密密鑰，以遵行同一種保護體系。再Intel倒戈后不久，VESA就發布了DisplayPort1.1版，最大的改變就是將HDCP1.3納入正式的支持，成為DisplayPort自有的DPCP版權保護機制中的一個附加保護措施。

DisplayPort組成結構

    前面大概介紹了下DisplayPort的主要特點，下面將對DisplayPort的組成結構及性能做個剖析，相信讀者看完之后會對DisplayPort有更深入的了解。

    我們在前面講到，DisplayPort的數據傳輸由主通道和輔助通道組成，此外再加上一條叫做HPD（熱插拔檢測Hot Plug Detect）的信號線就構成了DisplayPort的數據通道主體。

圖10. DisplayPort數據傳輸通道

    在外觀上，外部用的接口共有20個引腳，形狀類似于USB和HDMI接頭，但是DisplayPort提供了一種可讓接頭反扣于連接處的牢固設計（見下圖中的紅圈處），可防止意外沖撞或線材自身重量導致的接頭脫落現象。用戶可根據自己的需要來決定是否購買帶卡勾的DisplayPort線材。

圖11. DisplayPort外部接口

    內部用的接口接頭引腳數為26，僅有26.3mm寬、1.1mm高，比LVDS接口小30%，但傳輸率卻是LVDS的3.8倍（LVDS的每組線對僅有0.945Gb/s的傳輸率）。此外，內接DisplayPort允許的線路長度達610mm，這在設計大尺寸HDTV時非常有用。
 

圖12. DisplayPort內部接口

    內外部的接口接頭之間除了物理特性（即形狀、大小、順序、引腳數量）不同外，其余電氣性能完全一致。這有點類似于USB的設計，但不可否認的是，這種設計可以讓生產廠商節約很多時間和成本，同時也降低了設計難度。

    1.主連接通道

    DisplayPort的主連接通道可由1，2，4對傳輸線組成，是單向、高帶寬、低延時通道，負責傳輸音視頻內容，可根據信號內容選擇主通道所需線對數，每對線稱為一個Lane。單個Lane可支持2.7Gb/s（全帶寬）或者1.62Gb/s的傳輸率，所以最高的傳輸率為2.7Gb/s*4=10.8Gb/s。Lane的傳輸率是2.7Gb/s還是1.62Gb/s由發送設備和接收設備的容量以及通道的質量（多數情況下指線材）來共同決定。在這種高頻寬的支持下，DisplayPort可以滿足各種多媒體、特別是視頻應用的需求。任何色深(Color Depth)、分辨率和畫面刷新頻率(Rate)都可以自由轉換。例如，使用4條lane 10.8Gb/s的傳輸速率，DisplayPort可以支持最高視頻分辨率如下：

    12-bpc YCbCr 4:4:4(36bpp)，1920×1080p@96Hz
    12-bpc YCbCr 4:2:2(24bpp)，1920×1080p@120Hz
    10-bpc RGB(30bpp)，2560×1536@60Hz
    注：bpc——bits per color，bpp——bits per pixel，數字越大代表色彩數越多。

    值得注意的是，每一條lane都是數據線，這意味著DisplayPort沒有單獨的時鐘通道。實際上，DisplayPort在主通道上采用的是ANXI 8B/10B編碼，時鐘信號是從數據串流中擷取出來的。這個有別于HDMI的特點，大幅降低了DisplayPort產品EMC（電磁兼容）設計難度。（時鐘信號會導致EMI（電磁干擾）增大，時鐘頻率越高，EMI越糟，這點設計過電子產品的工程師都有體會。）同時，由于DisplayPort傳輸線路采用交流耦合（AC-coupled），允許發送端和接收端具有不同的共模電壓，這有什么好處呢？這樣我們可以在發送端采用最新工藝如65nm制造的芯片，以擁有更小的尺寸來滿足各種便攜設備日益縮小的體積，而在接收端（越來越大的顯示設備）上采用體積大但成本低下的0.35μm工藝的CMOS芯片。

    2.輔助通道

    DisplayPort的輔助通道AUX channel采用雙向、半雙工通信的工作方式，由一對差分信號線構成。發送設備為主設備。接收設備為從設備。也用交流耦合的傳輸方式，傳輸速率為1MHz。通道數據編碼采用Manchester II編碼規則。起的作用主要是連接管理和設備控制，比如可用來傳遞包含接收端性能配置數據的DPCD（DisplayPort Configuration Data）到發送源，也可以讓發送源讀取到接收端包含顯示設備特征的數據EDID（Extended Display Identification Data）。接收端還可以通過HPD信號通報設備連接狀態的變化，必要時由輔助通道向源端發出中斷請求。此外，無論主連接通道或輔助通道都在傳輸上有嚴格的延遲控制，如輔助通道規定從源端發出的信號，必須在500μs內到達接收端并完成接收。這一點相對于HDMI對于信號延遲時間沒有明確定義是個進步，舉個實際使用的例子：我們在DisplayPort連接的PC上觀看一部外掛字幕的電影時，再也不必忍受CPU處理能力低下導致的字幕和對白對不上的尷尬場景了。

DisplayPort傳輸性能

我們知道HDMI源于DVI接口技術，它們主要是以美國晶像公司（Silicon Image）的TMDS信號傳輸技術為核心，這也就是為何HDMI接口和DVI接口能夠通過轉接頭相互轉換的原因。關于TMDS就不在本文贅述，讀者朋友們有興趣的可以去搜索一下相關內容。

    HDMI和DVI的傳輸模式都類似于交換式傳輸，視頻內容都以即時、專線方式進行傳輸，這種傳輸方式的實時性很好，但是在實際應用中也有很大的局限性，我們馬上就會講到。

    DisplayPort采用的是“Micro-Packet Architecture(微封包架構)”傳輸方案，視頻內容以封包方式傳送。微封包架構是將數據流打包成微信息包，這些包稱之為“傳輸單元”，每一個傳輸單元都由64個字符組成。如果被傳輸的數據串流小于64個字符，DisplayPort微封包架構會自動將它補足為64個。使用微封包傳輸使得數據完整性得到了大幅提升，誤差量綱只有10-12，遠小于了HDMI標準的10-9。

    此外，這種將視頻內容以微信息包傳送的方式可以實現在同一組Link中傳輸多組音視頻，使得一個信道向多個顯示終端提供不同內容成為可能。并且由于協議允許追加和擴增信息包的定義，所以這種微信息包傳輸方式也能方便的在既有傳輸中插入一些新的協議內容或其他信息，特別是內容保護協議。反之，HDMI這種交換式傳輸就限定了一組連接只能傳輸一組音視頻。

    這是DisplayPort大幅超越HDMI之處，即便HDMI在后續版本中積極提升傳輸速率，但因無法改變其交換式傳輸本質(TMDS算法)，依然難以在結構體系上超過DisplayPort。

DisplayPort的現狀及展望

    從技術層面來說，初版就具有的高帶寬，以后無需更換連接設備的升級，內外部接口統一，簡化電路設計，以及先進的微封包架構傳輸帶來的單源多輸出，多種數字內容保護協議的支持，DisplayPort無疑占據了很大優勢，但技術優勢能否轉變為市場優勢？我們看過了太多優秀的技術在市場上被落后技術打敗的案例。畢竟對于普通用戶來說，一點點帶寬的差距沒有問題，多屏輸出也要考慮下自己的經濟實力，但誰對于現有設備的兼容性最好，哪種接口的設備更便宜、性能更好，這才是成敗的關鍵所在。

    在占領市場上，HDMI無疑走在了DisplayPort的前面，到目前為止，全球已有超過500家HDMI注冊公司，符合HDMI規范的產品種類也已經超過數百種以上。連甫于2006年6月才通過的1.3版HDMI，也都已經有實體產品出現，各便攜設備廠商也開始規劃HDMI portable的產品線。反觀DisplayPort，從2006年5月正式成為標準之后，截至目前為止，市面上也沒有采用DisplayPort的實體產品出現，雖然開篇所說的下一代顯示芯片和chipset都已添加了DisplayPort支持，但相較起來，DisplayPort相關廠商的動作還是顯得不夠迅速。

    DisplayPort陣營應認清這一點，現在和HDMI直接硬碰硬是不現實的，首批上市產品應采用兼容HDMI的策略，從自己占據較明顯優勢的PC領域入手，來撼動HDMI在此領域尚未穩固的根基，以圖將來成熟后，再慢慢改變消費電子領域HDMI一家獨大的狀況。1.1版的DisplayPort宣告支持HDCP正是這個思路。

    好在DisplayPort陣營中，也不乏同時支持HDMI標準的廠商，如Genesis Microchip及Analogix等，現在已經推出同時支持DisplayPort與HDMI的芯片產品。而且由于DisplayPort并不像HDMI那樣需要交納使用授權費，除了電路成本以外，內建DisplayPort所需的成本低到可以忽略的地步，因此許多生產HDMI相關產品的廠商會考慮這點同時把DisplayPort與HDMI納入支持，以探知市場的反應。這正是DisplayPort發動攻勢的大好機會，只要產品受到了消費者的認可，再從上游的視頻芯片、板卡，中游的連接線、連接器，到下游的PC、消費電子產品產業鏈形成，DisplayPort就有望在坐擁PC市場之余，與HDMI在PC與消費電子的交叉區域上演一場龍爭虎斗的好戲。