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HDMI、DisplayPort、UDI三種數(shù)字視頻接口比較
2007/2/1 11:45:05    FHD123

隨著數(shù)字液晶顯示器的普及,連帶使視頻接口與視頻端子也積極地進(jìn)行數(shù)字化,此趨勢(shì)先于資訊技術(shù)(IT)領(lǐng)域,之后也擴(kuò)展至消費(fèi)性電子(CE)領(lǐng)域,1999年資訊業(yè)界提出DVI接口,期望用數(shù)字的DVI接口取代傳統(tǒng)PC所用的類比VGA接口;之后2002年消費(fèi)性電子方面也有了HDMI接口,期望用數(shù)字的HDMI接口取代傳統(tǒng)TV所用的各式類比視頻端子,包括Composite端子(AV端子)、S端子、Component端子(色差端子)等。

為何IT/PC用DVI?CE/TV用HDMI?為何要分設(shè)兩種接口/端子?難道不能用單一的標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)而同時(shí)適用于兩種產(chǎn)業(yè)嗎?對(duì)此業(yè)者的說(shuō)法為:IT領(lǐng)域有相容類比VGA的需要,但CE領(lǐng)域沒有,相對(duì)的CE領(lǐng)域需要在視頻傳輸過(guò)程中進(jìn)行內(nèi)容保護(hù)(防拷機(jī)制),而IT則較無(wú)此類需求,同樣的CE領(lǐng)域幾乎都會(huì)同時(shí)用上音頻與視頻,所以視頻接口最好也能附加音頻傳輸?shù)墓π,但I(xiàn)T領(lǐng)域在音頻方面并非隨時(shí)都需要,基于以上種種考量,所以要用兩種數(shù)字視頻接口來(lái)因應(yīng)兩種領(lǐng)域的需要。

不過(guò),這樣的說(shuō)法并沒有獲得全面的說(shuō)服,至少VESA機(jī)構(gòu)就有異議,因此在2005年也提出一種新的數(shù)字視頻接口,稱為DisplayPort,DisplayPort期望能同時(shí)受用于IT與CE領(lǐng)域,并反對(duì)“PC用DVI、TV用HDMI”的設(shè)定,DisplayPort的諸多功效與規(guī)格都是針對(duì)DVI與HDMI的弱處而來(lái),期望一舉用DisplayPort取代DVI與HDMI。

但是,DVI/HDMI陣營(yíng)也沒有坐視此發(fā)展,有關(guān)VESA DisplayPort對(duì)DVI/HDMI的種種質(zhì)疑都有所因應(yīng),并擬定了新的規(guī)格策略:放棄難已再提升的DVI,而積極強(qiáng)化HDMI,同時(shí)再創(chuàng)立一項(xiàng)新的UDI數(shù)字視頻接口做為備用,倘若HDMI無(wú)法擊敗DisplayPort,則用UDI來(lái)加以抗衡。

橫跨IT、CE兩領(lǐng)域的新一代數(shù)字視頻接口之主流爭(zhēng)奪戰(zhàn)已然開打,三項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)誰(shuí)能勝出?以下將進(jìn)行解析。

頻寬線路比

新一代數(shù)字視頻接口首要重點(diǎn)在于“頻寬線路比”,即是用最少的線路獲取最高的頻寬。因此,DVI使用6組傳輸對(duì)線(Pair)構(gòu)成2組連線(Link),每組Pair(亦可稱之Lane,不過(guò)不同接口對(duì)Lane有不同定義)皆使用TMDS方式進(jìn)行傳輸,傳輸率最高為1.65Gbps,如此每組Link則有4.95Gbps的頻寬,2組Link則達(dá)9.9Gbps(近10Gbps)的頻寬。

HDMI方面,大體是以DVI為基礎(chǔ)再針對(duì)CE需求進(jìn)行增修而成,所以整體技術(shù)與DVI相去不大,也是使用TMDS傳輸,一樣每組Pair有1.65Gbps,不過(guò)HDMI的連接器(接頭)有A型與B型之分,A型僅有1組Link,說(shuō)法上是CE領(lǐng)域很少會(huì)用到第2組Link來(lái)傳輸,所以總頻寬僅DVI的一半,即4.95Gbps,但是B型仍維持2組Link,總頻寬與DVI相同。

至于DisplayPort則擁有4組對(duì)線,4組對(duì)線構(gòu)成1組Link,不過(guò)傳輸編碼上不使用TMDS之類的業(yè)者獨(dú)家技術(shù),而是使用業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的ANSI 8B10B,如此每組傳輸可為1.62Gbps或2.7Gbps,4組共得10.8Gbps,而且使用ANSI 8B10B技術(shù)的好處是時(shí)脈信號(hào)已內(nèi)嵌于資料線路內(nèi),相對(duì)的,DVI/HDMI每組Link還需要額外1組時(shí)脈對(duì)線來(lái)配合傳輸,如此計(jì)算的結(jié)果,DisplayPort僅需8條線路(每組Pair等于2條線路)即可突破10Gbps,而DVI/HDMI則需要16條線路才能近10Gbps。事實(shí)上,DisplayPort允許彈性配置Link內(nèi)的Pair數(shù),1個(gè)Link可以是1組Pair,也可以是2組Pair,沒有強(qiáng)制非要同時(shí)用上4組Pair,然DVI/HDMI則每次必須使用1或2組Link,每組Link強(qiáng)制為3組Pair。

由于DisplayPort強(qiáng)調(diào)更少的線路數(shù)目就得達(dá)到高頻寬,較DVI/HDMI陣營(yíng)具優(yōu)勢(shì)。由于DVI自1999年推出1.0版規(guī)格后就幾乎沒有更動(dòng),即便更動(dòng)也難以招架2005年先進(jìn)技術(shù)為后盾所提出的DisplayPort,所以DVI/HDMI陣營(yíng)策略上完全專注在HDMI,2006年HDMI提出1.3版,將時(shí)脈從165MHz提升至340MHz,如此1個(gè)Link就能擁有10.2Gbps的頻寬,以此拉近與DisplayPort的差距,皆是8條線路就可突破10Gbps。

2006年提出的UDI預(yù)計(jì)用來(lái)接替DVI,技術(shù)上依然承襲DVI/HDMI的設(shè)計(jì),即3組Pair構(gòu)成1個(gè)Link,編碼上也維持使用TMDS,然每組Pair的傳輸率為2.7Gbps,1組Link則有8.1Gbps,但目前UDI似乎無(wú)第2組Link,如此與DisplayPort、HDMI 1.3相比反而顯得弱勢(shì)。

除此三者外,其實(shí)還需要提及另一個(gè)視頻接口,即是筆記型電腦機(jī)內(nèi)所用的LVDS,LVDS的頻寬線路比最為低落,每組Pair為945Mbps,4組構(gòu)成1個(gè)通道(Channel),另外每通道要額外搭配1組時(shí)脈Pair,如此即便雙通道也僅有7.56Gbps,但卻用上了20條線路。

為何新標(biāo)準(zhǔn)都在強(qiáng)調(diào)頻寬線路比?主要是基于成本及設(shè)計(jì)等考量,未來(lái)數(shù)字顯示器的畫吋仍會(huì)不斷成長(zhǎng),長(zhǎng)寬畫素也會(huì)不斷增加,如此視頻傳輸量也會(huì)增大,如果為了因應(yīng)更高的傳輸而必須增加線路數(shù),則在研發(fā)設(shè)計(jì)會(huì)新增調(diào)修的心力,在制造上也會(huì)增加線路成本。

內(nèi)接式運(yùn)用

DisplayPort標(biāo)準(zhǔn)推出后對(duì)DVI、HDMI發(fā)出多項(xiàng)質(zhì)疑,其中一項(xiàng)即是DVI、HDMI都僅適用于外接,而沒有內(nèi)接用的設(shè)計(jì),使設(shè)備制造商必須另覓內(nèi)接方案,筆記型電腦業(yè)者就在機(jī)內(nèi)使用LVDS接口,然如前所述:LVDS接口的頻寬線路比低落,難以因應(yīng)日后更高的畫吋、頻寬。DisplayPort方面認(rèn)為DVI、HDMI并沒有為數(shù)字視頻帶來(lái)完整、連貫的連接方案,相對(duì)的DisplayPort則同時(shí)有內(nèi)、外接版,內(nèi)接版即可用取代LVDS。

對(duì)此HDMI也沒有解決方法,而將改進(jìn)希望轉(zhuǎn)移至UDI,UDI即有提供內(nèi)接方案,也期望用來(lái)取代LVDS,并與DisplayPort抗衡。

更精巧化的接頭

連接器不斷精巧化是硬體組件必然趨勢(shì),同時(shí)也是線路數(shù)、線材成本外的第二項(xiàng)精省項(xiàng)目,愈小的接頭意味著愈能精省用料成本。將此對(duì)應(yīng)到視頻接口上,過(guò)去DVI的接頭相當(dāng)大,并且需要在兩端用螺絲來(lái)進(jìn)行固定,以防止意外拉扯所造成的接線脫落,到了HDMI則將接頭大幅縮小,并取消用螺絲固定,直接以接頭與接孔間的機(jī)械摩擦力來(lái)固定(類似USB、1934接頭的作法),不過(guò)如此與螺絲方式相比則較易受外力扯脫。

至于DisplayPort,其外接接頭設(shè)計(jì)大體與HDMI相近,但額外提供一項(xiàng)選擇性作法,即是在接頭的塑膠部分設(shè)計(jì)一個(gè)可用拇指壓按的反扣,以此來(lái)增加拉扯的抵抗力。不過(guò)在此之外,DisplayPort考慮到筆記型電腦輕薄短小的設(shè)計(jì)趨勢(shì),認(rèn)為現(xiàn)有的視頻接頭、接孔體積仍過(guò)大,不適用于輕薄機(jī)體上,

所以增訂了一項(xiàng)更迷你化的接頭,此種接頭除了供筆記型電腦(也包括其他掌上或可攜式產(chǎn)品)使用外,也適用桌上型電腦的多重視頻輸出上,可在一片接口卡的背板面積中同時(shí)放入多個(gè)DisplayPort的視頻輸出接頭。

迷你型接頭也是DisplayPort陣營(yíng)數(shù)落DVI/HDMI的一點(diǎn),對(duì)此HDMI也在1.3版中進(jìn)行增訂補(bǔ)強(qiáng),在原有A型、B型接頭外再訂立出C型的迷你接頭,另外新的UDI接口也在制訂之初就將采行更精巧化的接頭設(shè)計(jì),藉此因應(yīng)DisplayPort的挑戰(zhàn)。而在接頭一片迷你化的聲浪下,DVI已然出局,同時(shí)HDMI的B型(比A型體積大)接頭也從此不再被提及。

交流耦合

DisplayPort另一項(xiàng)質(zhì)疑是交流耦合(AC Couple),認(rèn)為隨著半導(dǎo)體制程不斷進(jìn)步,從晶片傳出的視頻信號(hào),其電壓準(zhǔn)位也不斷在降低,然從今日的角度看2002年提出的HDMI,其傳輸電壓準(zhǔn)位則偏高,如此將難以因應(yīng)未來(lái)使用新制程的晶片,而必須增加電壓準(zhǔn)位轉(zhuǎn)換的電路設(shè)計(jì),不僅增加設(shè)計(jì)心力與制造成本,而且也會(huì)對(duì)傳輸效率造成折損。再一次,HDMI受到DisplayPort的壓力,而在HDMI 1.3版中將傳輸電壓的規(guī)范進(jìn)行調(diào)降。

類比VGA相容

DVI接頭之所以肥大,有部分原因是為了相容過(guò)往的類比VGA信號(hào),因而在線路數(shù)目上難以縮減,不過(guò)HDMI初期設(shè)定僅供CE用途,所以舍棄對(duì)類比VGA的相容。

至于DisplayPort,既然被設(shè)定為IT、CE領(lǐng)域皆適用,因此也必須相容類比VGA,對(duì)此DisplayPort采行作法是在傳輸連線的中段額外串接上一個(gè)配接器(Adapter),透過(guò)配接器的視頻轉(zhuǎn)換來(lái)相容類比VGA,不過(guò)此作法在信號(hào)能量與傳輸效能上都會(huì)有所折損,所以相容配接器的設(shè)計(jì)必須相當(dāng)嚴(yán)謹(jǐn)才行。相對(duì)于此,HDMI雖然也強(qiáng)調(diào)同時(shí)適用于IT、CE,但過(guò)往的接頭規(guī)格已定,無(wú)法再增設(shè)相容于類比VGA的線路,所以也只能采行介接轉(zhuǎn)換一途。

比較特別的是,新創(chuàng)的UDI也采類似的轉(zhuǎn)換,但進(jìn)一步將“可能在傳輸過(guò)程中加裝配接器“的需求列入考慮,所以在接口定義時(shí)也增設(shè)了輔助供電的線路(類似USB、1394的作法),使加裝的配接器可以獲得較充沛的運(yùn)作電源。為傳輸過(guò)程中的視頻轉(zhuǎn)換配接器提供用電是DisplayPort較無(wú)考量到的一點(diǎn),不過(guò)隨著類比顯示器的逐漸淡去,相容VGA的重要性也正持續(xù)降低。

色彩格式

原本HDMI僅支援CE領(lǐng)域的YCrCb格式,但在DisplayPort出現(xiàn)后,HDMI也被定位成IT、CE同時(shí)適用,因此也開始支援IT領(lǐng)域所用的RGB格式。

另外,DisplayPort為因應(yīng)高畫質(zhì)電視等需求而支援30-bit(RGB三原色各10-bit)的色深(Color Depth),并挑戰(zhàn)HDMI僅有24-bit(RGB三原色各8-bit),這迫使HDMI必須進(jìn)步,自1.3版起不僅也支援30bti,并且也支援36-bit(三色各12-bit)、48-bit(三色各16-bit),并增加對(duì)最新色彩格式標(biāo)準(zhǔn)xvYCC的支援,現(xiàn)在HDMI在色彩格式的支援上反高于DisplayPort。

附帶音頻傳輸

因?yàn)樽畛踉O(shè)定為CE領(lǐng)域使用,而CE向來(lái)是視頻、音頻同時(shí)使用,所以HDMI在設(shè)計(jì)之初就附帶了音頻傳輸功效,最多可以傳輸8聲道音頻。反之,IT領(lǐng)域并非一定要使用音頻,許多商用個(gè)人電腦或工作站都只需要簡(jiǎn)單的雙聲道即可,不會(huì)用到多聲道的環(huán)繞音效,所以IT用的視頻接口不一定要附帶音頻傳輸。

為了同時(shí)適用于IT、CE兩領(lǐng)域,DisplayPort也能夠附帶傳輸多聲道音頻,不僅如此,其接口中負(fù)責(zé)溝通協(xié)調(diào)與控制之用的“輔助通道”具有1Mbps的雙向傳輸頻寬,也可用來(lái)進(jìn)行雙向式的音頻傳輸,以此來(lái)支援視頻會(huì)議、網(wǎng)路電話等資訊應(yīng)用,而這是HDMI所辦不到的,HDMI僅能進(jìn)行單向的音頻傳輸,無(wú)法雙向。UDI由于預(yù)設(shè)用于IT領(lǐng)域,所以與DVI相同,完全不具備音頻傳輸功能。

由于HDMI、UDI都以I2C接口進(jìn)行顯示上的溝通協(xié)調(diào)與控制,雖然最高速的I2C傳輸率達(dá)3.4Mbps,但HDMI、UDI多只使用100kbps/400kbps的標(biāo)準(zhǔn)/快速傳輸率,100kbps/400kbps在溝通協(xié)調(diào)之外,難有更多的頻寬來(lái)支援音頻傳遞。

不過(guò),若論音頻標(biāo)準(zhǔn)的支援性,目前以HDMI居上風(fēng),HDMI訂立之出標(biāo)榜支援8聲道的壓縮性音頻,在1.2版時(shí)則支援了Sony的SACD音頻,1.3版更是追加支援了Dolby TrueHD及DTS-HD Master Audio等非失真性的音頻。DisplayPort則在實(shí)際的音頻標(biāo)準(zhǔn)支援上毫無(wú)動(dòng)靜。

線路長(zhǎng)度

對(duì)IT運(yùn)用而言,很少將視頻接線拉的很長(zhǎng),但對(duì)CE運(yùn)用而言就有需求,特別是在布建家庭劇院時(shí)。由于HDMI設(shè)定為CE之用,因此必須支援較長(zhǎng)的連接,宣稱長(zhǎng)度可達(dá)15m,同樣的,DisplayPort也宣稱能達(dá)15m。至于DVI與UDI,DVI僅能有數(shù)公尺的接線,而UDI則尚未公布相關(guān)資訊。要注意的是,15m僅是現(xiàn)有的推行宣稱,但必須透過(guò)實(shí)際的驗(yàn)證考驗(yàn)才算數(shù),以DisplayPort為例,現(xiàn)階段能全速傳輸?shù)拈L(zhǎng)度僅在3m內(nèi),但15m內(nèi)仍可以有HDTV 1080p水準(zhǔn)的傳輸能力,亦即傳輸效能已因長(zhǎng)度的增加而衰減。

同樣的,HDMI也必須有相同的實(shí)際考驗(yàn),15m一樣是個(gè)宣稱值,在多少長(zhǎng)度上仍可維持最多的傳輸頻寬,也尚無(wú)具體的細(xì)節(jié)數(shù)據(jù),且會(huì)隨著技術(shù)的精進(jìn)提升而強(qiáng)化。

內(nèi)容保護(hù)

在CE領(lǐng)域相當(dāng)注重視頻內(nèi)容的防拷,特別是影片的創(chuàng)作商、發(fā)行通路商、播送營(yíng)運(yùn)業(yè)者等已對(duì)網(wǎng)路P2P軟體聞之喪膽,所以HDMI、DisplayPort等都有將防拷機(jī)制列入考慮。

HDMI支援Intel的HDCP防拷機(jī)制,而DisplayPort在1.0版時(shí)只支援Philips的DPCP防拷機(jī)制,但DPCP屬新創(chuàng)標(biāo)準(zhǔn),真正較廣泛運(yùn)用的是HDCP,因此DisplayPort在初期不如HDMI,不過(guò)Display Port自1.1版開始也支援HDCP,反而超越HDMI。至于UDI目前也僅支援HDCP。

技術(shù)授權(quán)費(fèi)、權(quán)利金

技術(shù)授權(quán)費(fèi)與權(quán)利金也是DisplayPort積極攻擊HDMI的一點(diǎn),制造商必須每年支付1.5萬(wàn)美元的年費(fèi)才能使用HDMI的技術(shù),同時(shí)生產(chǎn)的產(chǎn)品上每設(shè)置一個(gè)HDMI的連接埠就要收取4美分的權(quán)利金,這對(duì)制造商而言實(shí)是一大負(fù)荷,以致HDMI自2002年即發(fā)表,但數(shù)年來(lái)的推行與普及率卻相當(dāng)遲緩。

相對(duì)的,DisplayPort采行免授權(quán)費(fèi)、免權(quán)利金的政策,僅DPCP的防拷機(jī)制要額外的授權(quán)花費(fèi),且為選用,不需此機(jī)制即不用付費(fèi)。由于感受到DisplayPort的在授權(quán)費(fèi)方面的壓力,HDMI現(xiàn)已調(diào)降年費(fèi)為每年1萬(wàn)美元,并指出DisplayPort的支援成員仍各自向下游采行業(yè)者收取相關(guān)技術(shù)費(fèi)用,不過(guò)這點(diǎn)并未被證實(shí)。

實(shí)際采用

這點(diǎn)目前以HDMI領(lǐng)先,知名的Sony PS3電視游樂(lè)器、Apple的Apple TV數(shù)字媒體配接器等,都已經(jīng)具備HDMI接口,DisplayPort卻尚未見到實(shí)際產(chǎn)品采用;UDI也一樣未見實(shí)際采用。不過(guò)這項(xiàng)領(lǐng)先也可能是推行時(shí)間的前后差異所致,HDMI于2002年提出,DisplayPort為2005年,UDI則為2006年,后續(xù)的消長(zhǎng)仍有待觀察。

有了競(jìng)爭(zhēng)才有進(jìn)步,HDMI從2002年的1.0版發(fā)表,一直到2005年DisplayPort推出前的近3年時(shí)間內(nèi)可以說(shuō)毫無(wú)進(jìn)步,過(guò)程中僅些許小幅的調(diào)整、修訂,然在DisplayPort的競(jìng)爭(zhēng)標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)后,在短短不到2年的時(shí)間內(nèi)頻頻進(jìn)行強(qiáng)化與提升,并激出了UDI新標(biāo)準(zhǔn)。因此,三項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的互競(jìng)雖然對(duì)設(shè)計(jì)者、制造商、消費(fèi)者造成選擇上的猶疑、紊亂,但相對(duì)的也迫此標(biāo)準(zhǔn)訂立者進(jìn)步并加碼挽留用戶,從而加快了技術(shù)進(jìn)步的步伐,并將為消費(fèi)者帶來(lái)更多的實(shí)惠和方便。

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