吻上恶魔心细致的人可能会发现,在近十年的发展,显示设备的接口发生了巨大的改变!我们以前使用比较多的是蓝色VGA接口,接著出现了白色的DVI接口,当遇到不同接口时,我们还得买转接头进行转接。后来,又有了HDMI等接口,现在则出现DP和USB Type-C接口。那么,这么多接口,到底有什么区别,我们又应该用哪个呢?
VGA接口也称为D-Sub接口。在CRT显示器时代,VGA接口是必备的。因为CRT是模拟设备,而VGA采用的也是模拟协议,所以它们理所当然被匹配来使用。VGA接口采用15针插针式结构,里面传输分量、同步等信号,是很多老显卡、笔记本和投影仪所使用的接口。后来液晶显示器出现,也带有VGA接口。显示器内置了A/D转换器,将模拟信号转换为数字信号在液晶显示器上显示。
由于线材与信号干扰等一系列问题,VGA使用时一般仅能够达到1080p分辨率,在高分辨率下字体容易虚,信号线长的话,图像有拖尾现象。在数字设备高度发展的今天,VGA接口已逐渐退出舞台,一些显示器也不再带有VGA接口。明基专业显示器系列中,也仅有入门级的BL2420PT保有了VGA接口。
DVI的种类非常多,接口上有DVI-A、DVI-D、DVI-I,又可分为单通道与双通道。DVI-A(DVI-Analog)接口只传输模拟信号,实质就是VGA模拟传输接口规格,常用于转接显卡的DVI-I输出到VGA显示器接口。DVI-D(DVI-Digital)接口是纯数字接口,不兼容模拟信号。DVI-I(DVI-Integrated)接口,兼容DVI-I和DVI-D两种插头,兼容数字和模拟信号。它们的接口形状不同,如果接口不匹配就无法插入使用。
现在有些支持4K分辨率的显示器,也带有DVI接口。为了达到4K的分辨率,在接口使用上就需要注意,不要使用DVI接口,否则是达不到4K分辨率的。
HDMI接口在2002年提出,现在已经发展到HDMI 2.1标准,而且随着行业发展,HDMI 2.1标准已经能够支持4K 120Hz及8K 60Hz,支持高动态范围成像(HDR),可以针对场景或帧数进行优化,向后兼容HDMI 2.0、HDMI 1.4。最主要的是,它是视音频同时传输的。
如今很多的显示器内置音箱,使用一根HDMI线,就可以同时完成图像和声音的传输,这也是HDMI的一大优势。也因为如此,HDMI成为了当今显示器最常见的接口。我们在使用时,也应该优选这个接口。
HDMI在物理接口上,有几种类型。主要有标准HDMI接口,mini HDMI接口和Micro HDMI接口。对于长距离传输的HDMI线,一般线材较硬,这样,就尽量使用带有标准的HDMI接口的设备,以得到稳固的连接。Mini HDMI接口和Micro HDMI接口则更适合于小设备的使用。
DP(Display Port)接口是HDMI接口的竞争对手。在一些显卡与显示器上,除了有HDMI接口,也带有DP接口。目前DP接口发展到1.4版本,能传输10bit的4K 120Hz视频,也可以支持8K 60Hz视频。DP1.4兼容USB Type-C接口,这就意味着,我们可以使用DP1.4协议,在USB 3.1传输数据的同时,同步传输高清视频。从趋势来看,这对于推动周边影音及影像设备的升级,是非常有好处的。而且,DP接口也可以单根线同步传输声音,达到使用显示器声音的使用方式。
DP口定义了两种接头,全尺寸(Full Size)和迷你DP(Mini),两种接头皆是20针,但迷你接头的宽度大约是全尺寸的一半。有些高端的显示器,会带有DP的输出口,如明基sw系列均支持DP输出。
USB接口早已被大家所熟知,以往USB接口被设计用来传输数据,所以它在移动硬盘等存储设备的使用上非常常见。现在USB 3.1 Gen2的速度已经达到10Gbps,设计标准也可以满足视频、数据兼顾传输,所以在一些显示器上,也能够发现USB 3.1接口。现在的USB3.1接口,已经能够满足4K 30P的分辨率显示,大致与HDMI1.4在同一水平。但它以后再进行升级,必将能成为最通用的显示传输方式。需要注意的是,USB 3.1 Gen1就是USB 3.0,而USB 3.1 Gen2才是线。
USB3.1是传输协议,而USB接口形状有好多种,拿USB 3.1的接口来说,有Type-A、Type-B以及Type-C。Type-C的形状最小,也被宣传的最多。我们所说的Type-C接口,仅仅是接口形状,它并不对等于USB3.1。Type-C接口,也被用在了雷电3上。
Type C接口的好处在于可以正反插拔,部分Type C接口也同样具有数据、电力、信号传输的功能,被应用到显示器上时可以带来很多方便。Type C笔记本用户可以透过一个接口完成充电和连接显示器,还能使用显示器上拓展出来的USB接口,极大地减少了笔记本的负担。带Type-C接口的专业摄影显示器SW270C就凭借这个优势斩获了不少MacBook用户的心。
雷电(thunderbolt)接口在苹果电脑上用的非常多,苹果的中文官网将其译为雷雳。它以速度快,传输稳定而著称。雷电接口的技术融合了PCI Express和DisplayPort(就是上面说的DP口)两种通信协议。其中PCI Express用于数据传输,可以非常方便地进行任何类型设备扩展;DisplayPort用于显示,能同步传输1080p乃至4K视频和最多八声道音频。并且两条通道在传输时都有自己单独的通道,不会产生任何干扰。
雷电接口到现在已经发展到三代。雷电1的速度达到10Gbps,雷电2的速度达到20Gbps,现在的雷电3达到40Gbps,依然处于民用传输速度的顶端。容易让人混淆的是,雷电接口的形状在雷电1和雷电2外形上采用的是Mini DP的外形,而雷电3采用的是USB Type-C的外形,但即使外形不同,它们采用的数据传输方式都是雷电协议。不像其它接口能直观地从形状就能分辨出来,使用雷电接口需要认准接口旁的闪电标志,以作区分。
这些常用的接口在各类显示器上都可以看见,对于我们日常使用的显示器,如今HDMI占有绝对的主导位置。它成熟稳定,也能够满足日常的需要,但是应用于显示器硬件校色时,并不推荐使用HDMI接口,它的RGB范围会有缺失,校色时选择DP接口是更好的选择。其余接口的实用性也很高,一些相对“高冷”的接口目前也在不断普及。因此,根据需要进行选择,才是最根本的解决方式。
事实上很多专业显示器,特别是CRT专业显示器,都是VGA接口的。这不是因为VGA老旧,而是VGA实际上可以实现非常出色的效果,甚至比起DVI,还能实现10bit输出,这是DVI做不到的,也是HDMI在近期才实现的。
VGA的带宽确实比较小,但如果用料够好,做工过关,VGA是可以支撑到2560*1600这样的分辨率的。HDMI主要是将模拟信号传输变为了数字信号传输,加入了HDCP版权保护机制,同时解决了DVI传输距离过短,容易受干扰的缺点,同时加入了对音频信号的传输支持。
DP从设计之初的目标就是取代HDMI,拥有HDMI有的几乎全部特性,不过目前的普及率还是比较低。但DP相对于HDMI的优势在于带宽大很多,同时传输距离更长,传输质量更好,最关键的是支持Daisy Chain方式的多显示器链接,这是其他接口做不到的。
显示接口分为连接主机和显示器的外部显示接口,以及连接显示器内部各种元件的内部显示接口。
显示接口分为连接主机和显示器的外部显示接口,以及连接显示器内部各种元件的内部显示接口。
接口作为连接显示信息生成/播放设备与显示器之间的信息传递的通路,随着显示技术的发展也在不断发展着,迄今为止产生了很多不同的接口。
在初期,因为产业链整体缺乏统一的标准,接口市场群雄割据,标准不统一、互不兼容。哪怕是同样的播放设备和显示器,因为使用的接口不同,显示效果也可能会有差异。或者仅仅因为接口不同,造成本可以一起工作的设备之间无法连接。这无疑会对用户造成混乱、体验破坏以及资源浪费,非常不利于行业整体的发展。好在厂商们已经充分的认识到了这个问题,现在的发展趋势是越来越倾向于采用统一的兼容的接口的。
需要注意,一个接口的物理标准和通讯协议是两回事,虽然两者之间往往是有一定关联的,但这种关联不是必然的。同样的物理标准也可以采用不同的通讯协议,这就好比是人与人之间打电话,可以用中文交流也可以用英文交流一样。
一个现实的例子就是网线,对于大多数人来说网线可能只是用来连接网络的。但是其实如果网线还可以用给设备供电,如果采用HDBaseT协议甚至还能传送高清影音。
首先,前面我们讲过,从机械电视开始的模拟电视主要通过无线电来发送信号,这个信号是一个一维的信号。因为最开始的电视是黑白的,所以其实只含有一个明暗信息。后来彩色电视出现以后,为了让黑白电视还能继续收看,还是保留了这个明暗信息,同时在信号里混入入了只有彩色电视才能识别的颜色信息,这样黑白和彩色的电视可以从同样的信号里各取所需。这种视频信号就叫做复合信号Composite Video。
这两种接口在旧的电视上很常见,采用同轴线材,主要用于连接无线天线、有线电视、卫星电视信号等。传输的信号基本上和无线电视的无线电信号是一样的模拟信号。
这种接口的名字来自Radio Corporation of America,一开始用来传输音频信号的。因为设计简单,成本低,后来用途越来越多,也逐渐开始被用来传输模拟复合视频信号的。很多早期的影音设备包括录像机、摄像机以及家用游戏机等都采用了这种接口。
但是,因为明暗信息与颜色信息毕竟是两个信息,将这两个信息混合在一起传送,其实是有相互干扰的。无线电视信号里的两个信号的频率差是经过计算以后巧妙安排的,在可能的范围内把干扰控制在最小的程度。但是,干扰毕竟还是存在的,随着家庭娱乐需求的增加,人们对画质的要求越来越高,把这两种信号分开传送的方式就自然而然的出现了,这就是分量信号Component Video。
把明暗信息和颜色信息分开还有一个好处,人眼对于明暗更敏感,对颜色less敏感,所以将两者分开,可以单独对颜色进行有损压缩,这样减少整体的存储和传输成本的同时,基本不太损害人类的视觉体验。
S-Video其实就是Separate Video,在家庭影音设备种很常见。这种接口把明暗和颜色分到两条线来传输,可以实现更好的画质。
这种接口在S端子的基础上进一步的对颜色信号进行分拆,使用三条线RCA线,实现了更好传输质量。线的数量的增加使得传输信息的带宽也得到了大幅提高,甚至可以传输高清HD的画面。
三条线中,Y线代表明暗,是RGB三种颜色的和,Y = 0.2126 R + 0.7152 G + 0.0722 B。PB线负责传输蓝色与明暗之差(B-Y),PR线负责传输红色与明暗之差(R-Y)。
这种方式和我们之前介绍过的YCBCR基本相同,只不过YCBCR更多的是指数字方式,YPBPR用来指模拟方式。也可以用YUV来统称所有类似的方式。
这种接口也叫D-subminiature(D-sub),其实是D-sub的一种DE-15。这种接口是在个人电脑上得到大量使用的接口,由IBM在1987年推出VGA显示标准的时候采用并推广。VGA标准本身包含显卡、显示器以及显卡和显示器之间的接口。当时IBM可是非常牛x,IBM说啥大家就都跟着搞啥。
前面几种标准都是为了电视或者家庭影音环境所开开发的,实际上并不适合个人计算机。因为此前的视频内容的主要展示终端是电视屏幕,所以整个产业都是围绕着电视机来转的。考虑到信号最后要以明暗/颜色(因为要兼容黑白电视)的格式被传送出去,所以摄像机/照相机、编辑设备以及存储设备产生的内容格式都是符合这种标准的。
但是计算机不一样,计算机没有这种历史负担。当时主流的CRT电视/显示器的核心的电子枪本身就是采用RGB信号的,收到明暗/颜色信号以后还要再转化为RGB信息。为什么不直接输出R、G、B信号呢?
此外,其实在电视信号里,除了明暗和颜色以外,还有同步Sync信号,用于告诉电视/显示器现在的信号位于屏幕的哪一个位置,哪一行哪一列。这个Sync信号在复合信号里被和明暗/颜色混合在一起,在分量信号里被混合在明暗信号里。VGA端子把这个Sync信号也分离出来,分成一个横向同步和一个纵向同步,这样进一步的减少了信号之间的干扰,同时也增大了明暗信号的传输速率。
VGA端子输出模拟信号,但其实在VGA之前的计算机用的显示接口大部分都是数字的,这是因为计算机本身是数字的。但是,因为当时的主流显示技术CRT本身是模拟的,所以VGA之前的接口都要求在显示器端有数字模拟转换DAC装置,这对显示器厂商是一个负担,IBM把这个功能标准化以后集成DAC在电脑主机上可以强迫显示器厂商跟进,同时可以降低整个行业的升级成本。
所以,VGA是非常适合当时个人计算机对显示的需求的,它也为个人电脑的大发展做出了很大的贡献,而且随着用户需求的提高而一直在得到更新和改进。然而,虽然VGA标准本身没有任何带宽上的限制,理论上也可以传送高清甚至4K画面,但是因为模拟信号不抗干扰,随着分辨率和色深的提高,数据量越大的,画质就越差,不能承担传输更好画面的任务。
同时,以液晶显示器LCD为代表的的平面显示器开始兴起。这种显示器内部采用的是数字的方式来处理信号(只有最后发送到每个像素的电压信号是模拟的),所以实际上对液晶显示器来说,还要再把RAMDAC从数字转换来的模拟信号再重新转化为数字信号,然后最终再转化为模拟信号发送给像素,这种多次反复的转化对画质的影响很大,使得液晶显示器无法发挥自己的潜力。
虽然业界对于数字接口有着非常迫切的需求,但是当时世界上还存在着大量的CRT显示器,显卡公司们是不敢贸然提供只支持数字信号的接口来放弃现有的用户的,所以新的数字接口必须能够同时兼容VGA模拟信号。当时很多公司和组织都在积极的发表新的标准。典型的例子有National Semiconductor(NS)的OpenLDI(Open LVDS Display Interface)标准和VESA(Video Electronics Standards Association)的Plug & Display标准。
National Semiconductor(现在已经被德州仪器收购)在1992年以一种叫做LVDS(Low-Voltage Differential Signaling)的技术为基础为苹果电脑开发了一种新的技术,采用两条线来传输数字信息,传输快、带宽高、用线少、结构简单、成本低廉,能够在液晶显示器内部的控制芯片和面板之间提供更高的通信速度,实现更高的分辨率与更大的色域。NS把这种技术命名为Flat Panel Display Link(FPD-Link)并免费开放,很快这种技术就成为了屏幕显示器内部的通用通信标准,同时也成为连接笔记本电脑主机与显示器的通用标准,一直到现在仍然被大量采用,刚刚才出现一点被替代的迹象。另外在汽车信息娱乐Infotainment系统上,作为连接屏幕与处理器的接口,FPD-Link的后续版本至今仍然被大量采用。
所以很自然地,NS希望把这种技术也推广到显示器与电脑主机之间连接的接口上。但是LVDS的问题是不太适合较长距离的信号传送,需要时间对技术进一步改进。
另一方面,在1987年IBM推出VGA标准以后,很多第三方兼容显卡的生产公司组成了一个行业联盟,叫做VESA(Video Electronics Standards Association)。牵头的是当时还很厉害的NEC(日本電気株式会社)。这个组织成功的推动了很多基于VGA标准的改进与升级,并制定了很多影响深远的行业标准,包括显示器后面螺丝的间距、显示器与显卡之间的简单信息交换方式以及后来发展迅速的DP接口等。在初期,VESA的创始成员公司都是像ATI这样的显卡公司,那个时候的显卡公司可没有现在NVidia这样牛x,无数个小公司各立山头,没有什么大的市场影响力。但是后来越来越多的电脑整机公司也加入VESA,希望把VESA做成在显示领域能够代表电脑硬件厂商共同利益、起到协调作用并规范行业标准的一个组织。
在个人电脑初期阶段,各种外设的接口标准也十分不统一,电脑业界一直有一个梦,希望使用一个统一的接口连接所有的鼠标、键盘、音箱、打印机等等外设。于是在1994年Intel、IBM、Compaq、DEC、微软、NEC和Nortel一起制定了USB标准。这个VESA也有一个梦,就是要把显示器作为桌面电脑的核心,主机与显示器靠一条线连接,然后其他所有外接设备都通过USB等接口连接到显示器上,再通过这显示器与主机的连线与主机通讯。这也就意味着,这条显示器与主机的连线需要能够传输数字信号,好像下图一样。
VESA的这种想法其实是可以理解的,当时的电脑主机很大,放到桌面上不方便,各种外设连接到主机上其实很麻烦,桌面也不整洁,如果都连接到显示器上,其实更方便插拔等操作,其实是很make sense的。于是1994年VESA发布了Enhanced Video Connector接口,这个接口虽然还是传送兼容VGA的模拟视频信号,但是同时也可以为各种外设传送数字信号。
然并卵,这个标准,没有取得成功,这是因为当时大家的点不在那里啊,大家迫切需要的是一个可以更快更好的传输数字信号的接口标准,不是一个什么都能接入的接口。因为这种需求的存在,很多公司都在研发相关技术。有一家1995年才成立的叫做Silicon Image(现在已经被Lattice Semiconductor收购)的初创公司提出了一个技术解决方案,叫做TMDS(Transition-Minimized Differential Signaling)。这个技术和LVDS在物理层面上有些相像,但是在通信协议上则完全不同,它采用了IBM的8b/10b的编码方式,可以减少信息的错误的产生并支持更长的线在内的很多后来的高速接口都采用了这种编码方式。
1997年,Silicon Image把这个技术商用化,命名为PanelLink并开始销售,因为实际效果很好,在市场上颇受欢迎。
于是VESA马上找到了Silicon Image谈,你太小,没能量,搞不起来,交给我来搞,做成行业标准,肯定搞大.于是VESA拿到授权,并立刻推出了自己的基于TMDS技术的标准Plug and Display。
Plug and Display的外形还是沿用类似Enhanced Video Connector的设计,但是不再只传送模拟视频信号了,而是具有了传播数字视频信号的功能。而且它不忘初心,还是具有连接各种外设的功能。其实这样会造成整个接口物理造价很高。另外,本来TMDS是支持两条通路Dual Link来高速传输数据的,因为其中一条被Plug and Display用来传送各种外设的数据,导致显示的带宽被牺牲了一半,所以能够传输的最高画质被大幅打折,所以市场不是很欢迎。
这时,之前一直没有发声的Intel站出来“主持公道”了。英特尔一边肯定Silicion Image的技术的先进性,同时“高瞻远瞩”的指明了发展方向,另一方面召集了包括HP、富士、IBM和NEC等主机厂商小伙伴,成立了一个新的组织叫Digital Display Working Group(DDWG)。DDWG在1998年公开宣布支持Silicon Image的技术,并将其做出一定改进以后,命名为Digital Visual Interface并开始推广。
一方面,Image Silicon的技术本来就好,但是VESA等公司一直抓不到市场痛点,没有物尽其用。Intel则一针见血地指出市场的根本需求:兼容VGA信号的高速可靠的数字接口。
其次,Silicon Image这个小公司自己无法主导大局方向,前途有风险,又急需把研究成果变现,非常需要一个大腿。
第四,对于Intel来说,比起VESA那帮人,Silicon Image这个小公司听话好控制。实际上,经过私下安排,Silicon Image把技术免费拿出来给DDWG使用,但是保留专利权,从而向购买自己生产的DVI芯片的显卡/显示器厂商收取专利费。而且,他们还让Intel白菜价入股自己,这样Intel表面上没有从DVI标准上赚钱,实际上却从Silicon Image的收入中获取股东分红。然后安排Silicon Image在下一年(1999年)在纳斯达克上市,开盘当天股价翻了两倍多,英特尔赚了十几倍都不止。。。
看到英特尔这么顺风顺水,很多人都很眼红。1999年Compact又联合VESA紧急推出了简化版的Plug & Display,叫做DFP(Digital Flat Panel),只保留了显示功能,但是仍然抓不到关键点,还是Single Link,带宽还是只有一半!当时VESA已经看清形势非常不利,在发布DFP的时候说:“可能整机厂的梦和我们的不太一样吧,他们希望所有的接口能统一在主机上而不是显示器上。关于DVI,我们对与DDWG合作定义未来数字接口感兴趣。”相同时期,NS和德州仪器联手也终于成功的把FPD-Link改进并发布了OpenLDI规格,但是这时已经为时太晚,大局已定。
DVI也不辱使命,成功的为电脑进入数字时代、HD时代保驾护航,直到现在仍然是在电脑上比较常见的主流接口之一。
3. 这个标准只考虑到了个人电脑的需求,只能传输视频信号,不支持音频音频,也不支持类似于YUV这样的亮度/颜色信号,无法满足电影/电视业界以及家庭影音的视听需求。
5. Intel跨越行业组织,又自己吃独食,不厚道,小伙伴都不愿意和它玩了,导致DVI标准一直得不到任何更新,停止在1.0版,DDWG也很快就解散了。此事使业内更加深刻的认识到公开公平的行业共同组织与开源免费标准的重要性。
DVI给计算机显示器带来的巨大提升使得电视、DVD播放器等产商迅速跟进,推出了采用DVI的产品,但是没有高清的视频内容。这是因为,视频信号实现数字化传输,就意味着内容可以被完美复制。所以,包括好莱坞在内的上游内容公司非常担心版权保护的问题,如果没有一个完善的保护机制,他们是不愿意制作高清的视频内容的。
因此,Intel引入了对HDCP(High-Bandwidth Digital Content Protection)机制。HDCP是英特尔主导的版权保护系统,可以防止内容被非法录制,播放端和显示端都必须支持这个标准才能够播放有版权的内容。这个机制立刻得到了包括福克斯、环球、华纳、迪士尼在内的上游内容厂商的积极支持,同时美国各大有线电视公司也都纷纷发来贺电表示拥护。
然而,DVI标准本身因为上面所说的各种缺点,不是特别适合家庭影音环境,市场急需一种能够满足家庭影音需求的接口。
2002年,日立、松下、索尼、东芝、飞利浦、汤姆逊等家电巨头迅速找到Silicon Image,要求共同开发一款以DVI为基础的更适合家庭影音的标准。这个标准就是HDMI。HDMI和DVI同样也采用TMDS技术作为底层,并保证对DVI标准的兼容。在此基础上,HDMI解决了DVI接口的各种缺点。
1. 接口物理上比DVI小得多,使其更适合家庭环境的美观需求。而且有各种大小,适合不同的需求。
6. 加入了CEC(Consumer Electronics Control)功能,用户可以用一个遥控器来控制所有支持CEC并通过HDMI连接在一起的家电,比如功放、蓝光DVD机和电视。
7. 加入了ARC(Audio Return Channel),此功能可以让电视把声音再传给音响。因为正常的顺序是,音频和视频内容从蓝光DVD出发到音响再到电视,音响负责声音,电视负责影像,这是一条单向的通道。但是如果只是看电视节目,想用音响来听声音的话,需要再用一条线把电视和音响连接起来。然而,这样首先很麻烦,或者电视很可能没有音频输出功能,或者音响的音频输入通道已经被占用,此时ARC可以用一条HDMI实现从电视到音响的反向音频数据传输解决这个问题。
10. 诺基亚、三星、索尼、东芝又和Silicon Image一起开发了一个叫
的标准,这个标准可以让手机也能输出HDMI信号到支持这个标准的电视/显示器上。
这么多的优点使得HDMI各种蓬勃发展,迅速得到普及。整个电影电视产业以及家电产业都对其给予大力支持,截止2013年初HDMI10周年之时,HDMI Licensing, LLC公布说全世界已经有30亿个支持HDMI的产品。
是HDMI创立成员们用来共同发展HDMI标准的组织,同时也是用来收钱的工具,每个要生产HDMI设备的公司都要交钱。每年10,000美元年会费,同时每个产品还收0.15美元,如果印上HDMI标志就只收0.05美元,如果支持HDCP就只收0.04美元。每年产品产量少于10000台的只收5,000美元年会费加上每个产品1美元的专利费。这种就是躺着赚钱咯,虽然一共可能没有多少钱。
电脑硬件业界在DVI“失败”以后并没有放弃,2006年VESA又发布了新的Displayport标准,得到了很多硬件厂商的支持,对HDMI造成了威胁。所以2011年,HDMI Forum HDMI论坛成立了,所有的关于HDMI标准的制定和更新都由这个论坛来决定,任何公司只要交年费就可以成为会员,参与到HDMI标准的发展中。
目前HDMI的最新版是2.1版,最高可实现每秒48G的传输速率、16位色深、BT.2020色域、、动态HDR。
DVI标准以后,很多小伙伴都不和Intel玩了,但是Intel“不忘初心”,再次联合Silicon Image要推出一款新的接口叫UDI(United Display Interface),其实还是基于之前的技术,基本上是旧瓶装旧酒,貌似唯一的优点就是成本比DVI低,但是功能和潜力也都下降,市场并不是很买账。于是Intel又拉上了三星、LG以及苹果和NVidia一起支持UDI标准,但是其实大家都不是很上心,很快就没有下文了。
,而且都是由业内少数公司主导的标准,没有整个业界的共识,没有VESA这样的行业组织的认证。而且TMDS技术是以帧为单位传输,没有完全脱离传统模拟视频传输的思维模式。要想把显示接口与其他设备的接口统一,必须要让显示接口也和其他接口一样,完全以“普通数据”的方式传输信息。因为其他外设基本上已经被USB标准统一了,一旦显示信息也数据化的话,只要把USB接口和显示接口从物理上统一,理论上就可以实现所有外设接口的大一统了。
,DELL在2003年开始基于LVDS技术研发一种叫DisplayPort的协议,并于2005年把这个协议提交给VESA,2006年VESA正式发布了DP标准。这个时候的VESA已经不再是显卡公司的组织了,包括戴尔、苹果这样的电脑整机厂商都加入了。DP不需要TMDS或者LVDS那样特殊的逻辑协议,工作方式就像网线一样,把信息打包成一个一个小的数据包传送。这样的好处是可以像网线一样同时传输很多不同的数据,不仅可以同时传输多组低频信号,而且可以和其他设备的数据混在一起传输。这个标准很快就得到了业界的积极响应,
DP从设计初期开始,综合到考虑到过去各种标准的问题、对现有显示器的兼容以及未来扩展升级的需求等方面。而且不仅仅从外在为“
”的宏伟事业做准备,还同时包含了取代现有笔记本电脑内部的FPD-Link(也是LVDS技术)连接的标准,使得信息从显卡出来以后可以以同样的形式,一条直线到达T-CON,中间无需再经过协议的转换。而且DP线的传输效率要远远大于FPD-Link线条FPD-Link线条DP线就可以完成。采用DP线可以让显示器和笔记本变得更加轻薄。目前很多笔记本和高端的显示器都开始在内部连接上采用DP技术,但是大部分的中低端产品还是更喜欢传统FPD-Link的简单与低成本的优势。然而,随着显示器分辨率、色深以听从及刷新率的提高,FPD-Link会越来越力不从心,预计越来越多的产品采用DP标准。
,除了一个很低的入门会员费以外,不收取任何专利费。2. DP显卡兼容现有的HDMI和DVI接口的显示器,只需要简单的转接头。(但是反过来不行)
4. DP传输的是纯数据,所以无论是无线还是光纤都可以用来获得更远的传输距离。
目前最新版的DP是1.4版,最高支持每秒25.92G的传输速率、10位色深、BT.2020色域、8@60Hz、动态HDR。从数据上看起来不如HDMI最新版,这是因为HDMI最新版是2017年11月发布的,DP1.4版则是2016年3月发布的。目前DP正在准备新的标准,预计可以达到每秒64.8G的速率。
现在DP的扩张的速度非常快,最新的电脑整机和显卡基本上都支持DP或者只支持DP了,但是还是没法渗透进入家庭影音领域。这是因为HDMI的创立者和支持者们都是家电影业的厂商为主,客观上来说,家庭影音以视听为主,没有很多的数据需求,而从目前来看HDMI在这方面毫不逊色于DP,何况HDMI还有ARC等更适合家电的细节优点。既然如此,大家也就没有什么动力来接受新的标准。
我认为相当一段时间内两者会共存,最终的结果要看电脑、家电与移动设备之间和熔合的情况。
虽然未来总是不确定的,但是有一件事是可以确定的,那就是Silicon Image的股价,随着DP的发展,他们的股价就一路向下,再也不回到当时跟着Intel呼风唤雨的好时节了,最后被然后被Lattice Semiconductor收购,不过创始人早就退休当天使投资人了,不要太幸福。
因为DP与生俱来的可扩展性,很多电脑整机厂商从战略的角度非常积极的拥抱它。苹果在2008年开发了
标准,并迅速代替DVI接口,投入到自己的所有产品线里,尤其是笔记本产品。因为Mini DP接口可以让笔记本做的更轻薄,很快其的笔记本公司都开始跟进。
但是苹果采用Mini DP可不是仅仅把电脑外形变小这么简单,苹果是要实践
的梦想。很快,Intel主导,苹果协助的Thunderbolt接口标准被发布了,这个接口采用了Mini DP的物理外形结构,但是实际上是合并了DP与PCI Express(Peripheral Component Interconnect Express)两个接口与一身的。PCI Express接口是可以直接连到CPU的电脑内部的核心接口,显卡就是通过这个接口和CPU对话的。这样的整合实际上是把显示接口与其他外设都直接与电脑内部最核心的接口相连接。这个接口可以连接支持Thunderbolt标准的各种外设,包括但不限于外部存储、声卡、网卡甚至外接显示卡。
后来随着USB标准进入第三代,最新的USB-C的外形标准也被发布了。USB标准本身的速度越来越快,也成了
,这是因为MHL本身就是USB接口,而DP和PCI Express都是纯数据接口,他们和USB3.0以上版本用的SuperSpeed技术的方式非常相似。HDMI的兼容协议来的相对较晚,但是现在也可以实现了。2015年末,Intel发布了新的Thunderbolt 3标准,这个标准采用了USB-C的物理外形,可以传送PCI Express信号、DP信号、USB信号。
MIPI联盟是在2003年由ARM、英特尔、诺基亚、三星、意法半导体和德州仪器共同创立的一个全球的开放组织,其主要目的就是发展移动生态环境的接口标准。经过十几年的发展,目前在全球已经有250多个会员公司,而且随着移动生态的发展,MIPI制定的标准已经进入到了人工智能、物联网、虚拟与增强现实、汽车、照相机、工业电子与医疗设施等等领域。
目前MIPI规定了三种物理标准,分别是M-PHY、D-PHY和C-PHY。其中M-PHY传统上是用在当做芯片与芯片之间的高速数据传输,而D-PHY则被用来连接摄像头与主芯片组以及显示屏与主芯片组。后来MIPI又在D-PHY的基础了,发布了同样用途的C-PHY标准,可以算是对D-PHY标准的升级。
,这个协议具有高速、低耗能以及低干扰的特点,能够在性能和节电两种模式中切换,非常适合在移动设备上使用,所以在很多手机、可穿戴设备、物联网、虚拟现实以及车载智能系统上得到了应用。DSI一代只支持D-PHY物理接口,但是DSI-2代就可以同时支持D-PHY与C-PHY了。DSI-2可以提供更高的分辨率的同时比一代更抗干扰。
MIPI后来又引入了UniPro的概念,这是一个长期的具有战略意义的概念,建立在M-PHY的物理标准上,核心思想是把所有的移动设备的组件,比如照相机、显示屏、存储设备等等,看作是连接在一个网路上的终端,大家在一个网络里交换数据,虽然各自有各自不同的功能,但是都可以通过UniPro这个共同的协议来互相沟通。这样移动设备未来就可以像搭积木一样,把不同的组件直接组合在一起就可以使用了。因为DSI协议也是和DP一样是把显示信息打包成小的数据包来传播的纯数据协议,所以完全可以融入到这个框架里。我们可以让显示屏通过DSI-2和UniPro沟通,再通过UniPro与GPU/CPU沟通。
UniPro架构不一定会马上取代现有的专用接口的形式,因为很多中低端产品的显示屏不具有那么高的传输速度的要求,没有必要做的十分复杂。但是随着人们对移动设备的显示效果的要求越来越高,现有的D-PHY/C-PHY标准不一定能够支持那么大量那么高速的数据传输,届时就不得不采用以M-PHY为基础的UniPro架构了。事实上,现在摄像头的像素越来越高,单张照片容量非常大以及快速连拍需求、4K视频拍摄需求等,数据量非常巨大,不得不采用CSI-3协议结合UniPro通过通过M-PHY标准传输数据。另一方面,将照片等数据快速存储到闪存芯片里所需的UFS协议也是建立在UniPro协议之上的,所以把DSI也建在UniPro之上也很可能成为一种趋势。
Receiver在从主机接收到信息以后,会把信息发送给T-CON处理,T-CON再把任务分拆以后发送给Gate IC与Source IC。Receiver与T-CON之间也有一个信息的通道,T-CON与Gate/Source之间也会有一个信息的通道。这些信息的通道都有着各自的通信方式与标准。
,所以Receiver和T-CON之间还需要一个能够把输入的信号转化为LVDS信号的LVDS转换芯片(含Transmitter),然后在T-CON处还需要一个能够接收LVDS信号的LVDS Receiver。因为LVDS标准已经落后,无法满足现在的高分辨率高色深高刷新率“三高”时代的数据传输速率的要求。所以市场上出现了很多新的标准,主要有eDP、iDP和V-by-One HS等。
这些新的标准比起传统LVDS的优势在于单线的传输速率快,传输协议更优秀,所以同样的传输带宽只需要很少的线就可以完成,在物理上大幅减少电线占据的空间。
eDP标准,作为DP标准的延伸,主要被用来连接笔记本电脑主机部分的显卡和位于显示器部分的T-CON。eDP因为可以从显示卡输出到T-CON,中间不用再经过一个单独的Receiver和LVDS信号转换芯片,又同时因为传输速率大幅快于LVDS,可以减少使用的连接线的数量,所以可以大幅节省笔记本电脑中宝贵的空间。比如下面就是一个典型的笔记本电脑显示器的数据走向图。
iDP由意法半导体和LG Display共同开发,并经VESA认证发布,主要被用于数字电视内部的图形处理器与T-CON之间的信息传输。
V-by-One HS则是由Thine半导体开发的一个标准,单线的传输速率是最快的而且可以配套自家的T-CON到Driver的连接标准。
上面说的都是显示器或者电视的情况,手机则稍微有点不同。手机因为各种芯片的功能更加集中,CPU/GPU以等全部相当于电脑主机的芯片都集中在了应用处理器AP(Application Processor),而DDI也是一个芯片集合了所有的功能。所以信息从AP出来以后以后会直接通过MIPI DSI接口进入DDI,而DDI直接就可以控制TFT了,不需要那么多的接口。
提前说明下:三种接口的转接头都存在公针和母针的区别,购买转接线时需注意公针头和母针头的区别。
VGA是针数为15的视频接口,分孔三排,每排五个,主要用于老式的电脑输出,是三种接口中zui早推出的规范。
VGA输出和传递的是模拟信号。大家都知道计算机显卡产生的是数字信号,显示器使用的也是数字信号。所以使用
DVI接口是在1999年推出的接口规范。DVI接口有多种规范,DVI总共分为5种规范。常见为上图两种标准,25针和29针,直观来说,这两种接口没有区别。
DVI接口传输的是数字信号,可以传输大分辨率的视频信号。DVI连接计算机显卡和显示器时不用发生转换,所以信号没有损失。
HDMI接口传输的也是数字信号,所以在视频质量上和DVI接口传输所实现的效果基本相同。
假如显示器除了有显示功能,还带有音响时,HDMI的接口可以同时将电脑视频和音频的信号传递给显示器。
加上HDMI规范HDMI接口巨细(宽约14MM,高约4.5MM)比VGA(宽:16MM,高约:7.9MM)更省空间,但HDMI线材制作报价也更高。
HDMI又分为三个接口。主要考虑到设备的需要,如数码相机的体积小,需要小的接口,就运用Micro HDMI。
VGA和DVI互转:模拟信号和数字信号的转换,视频信号损失,造成失真,最好不要这样转换。
但是 TMDS 并不是基于分组交换, 所以实现单线路多显示屏很难, 并且 HDMI 接口是一个收费标准, 这就搞得人很不爽.
于是后来就出现了 DisplayPort, DP 首先实现了分组交换, 从而可以方便的进行 MST(一根线带多个屏幕), 或者基于链路聚合(比 dual-link DVI 看起来顺眼)的高分辨率输出.
随后一个很重要的事情就是 Thunderbolt 对于 DP 技术的特殊照顾, tb 允许 dp 将自己的 mac 并入 tb 的 phy 中. 但是这个技术并不是很好用, 因为 tb 线缆无法当作 DP 线缆使用, 而 tb 显示器也无法使用 DP 线缆.
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