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HDMI、DisplayPort、UDI三种数字视频接口比较
2007/2/1 11:45:05    FHD123

随着数字液晶显示器的普及,连带使视频接口与视频端子也积极地进行数字化,此趋势先于资讯技术(IT)领域,之后也扩展至消费性电子(CE)领域,1999年资讯业界提出DVI接口,期望用数字的DVI接口取代传统PC所用的类比VGA接口;之后2002年消费性电子方面也有了HDMI接口,期望用数字的HDMI接口取代传统TV所用的各式类比视频端子,包括Composite端子(AV端子)、S端子、Component端子(色差端子)等。

为何IT/PC用DVI?CE/TV用HDMI?为何要分设两种接口/端子?难道不能用单一的标准及设计而同时适用于两种产业吗?对此业者的说法为:IT领域有相容类比VGA的需要,但CE领域没有,相对的CE领域需要在视频传输过程中进行内容保护(防拷机制),而IT则较无此类需求,同样的CE领域几乎都会同时用上音频与视频,所以视频接口最好也能附加音频传输的功效,但IT领域在音频方面并非随时都需要,基于以上种种考量,所以要用两种数字视频接口来因应两种领域的需要。

不过,这样的说法并没有获得全面的说服,至少VESA机构就有异议,因此在2005年也提出一种新的数字视频接口,称为DisplayPort,DisplayPort期望能同时受用于IT与CE领域,并反对“PC用DVI、TV用HDMI”的设定,DisplayPort的诸多功效与规格都是针对DVI与HDMI的弱处而来,期望一举用DisplayPort取代DVI与HDMI。

但是,DVI/HDMI阵营也没有坐视此发展,有关VESA DisplayPort对DVI/HDMI的种种质疑都有所因应,并拟定了新的规格策略:放弃难已再提升的DVI,而积极强化HDMI,同时再创立一项新的UDI数字视频接口做为备用,倘若HDMI无法击败DisplayPort,则用UDI来加以抗衡。

横跨IT、CE两领域的新一代数字视频接口之主流争夺战已然开打,三项标准谁能胜出?以下将进行解析。

频宽线路比

新一代数字视频接口首要重点在于“频宽线路比”,即是用最少的线路获取最高的频宽。因此,DVI使用6组传输对线(Pair)构成2组连线(Link),每组Pair(亦可称之Lane,不过不同接口对Lane有不同定义)皆使用TMDS方式进行传输,传输率最高为1.65Gbps,如此每组Link则有4.95Gbps的频宽,2组Link则达9.9Gbps(近10Gbps)的频宽。

HDMI方面,大体是以DVI为基础再针对CE需求进行增修而成,所以整体技术与DVI相去不大,也是使用TMDS传输,一样每组Pair有1.65Gbps,不过HDMI的连接器(接头)有A型与B型之分,A型仅有1组Link,说法上是CE领域很少会用到第2组Link来传输,所以总频宽仅DVI的一半,即4.95Gbps,但是B型仍维持2组Link,总频宽与DVI相同。

至于DisplayPort则拥有4组对线,4组对线构成1组Link,不过传输编码上不使用TMDS之类的业者独家技术,而是使用业界标准的ANSI 8B10B,如此每组传输可为1.62Gbps或2.7Gbps,4组共得10.8Gbps,而且使用ANSI 8B10B技术的好处是时脉信号已内嵌于资料线路内,相对的,DVI/HDMI每组Link还需要额外1组时脉对线来配合传输,如此计算的结果,DisplayPort仅需8条线路(每组Pair等于2条线路)即可突破10Gbps,而DVI/HDMI则需要16条线路才能近10Gbps。事实上,DisplayPort允许弹性配置Link内的Pair数,1个Link可以是1组Pair,也可以是2组Pair,没有强制非要同时用上4组Pair,然DVI/HDMI则每次必须使用1或2组Link,每组Link强制为3组Pair。

由于DisplayPort强调更少的线路数目就得达到高频宽,较DVI/HDMI阵营具优势。由于DVI自1999年推出1.0版规格后就几乎没有更动,即便更动也难以招架2005年先进技术为后盾所提出的DisplayPort,所以DVI/HDMI阵营策略上完全专注在HDMI,2006年HDMI提出1.3版,将时脉从165MHz提升至340MHz,如此1个Link就能拥有10.2Gbps的频宽,以此拉近与DisplayPort的差距,皆是8条线路就可突破10Gbps。

2006年提出的UDI预计用来接替DVI,技术上依然承袭DVI/HDMI的设计,即3组Pair构成1个Link,编码上也维持使用TMDS,然每组Pair的传输率为2.7Gbps,1组Link则有8.1Gbps,但目前UDI似乎无第2组Link,如此与DisplayPort、HDMI 1.3相比反而显得弱势。

除此三者外,其实还需要提及另一个视频接口,即是笔记型电脑机内所用的LVDS,LVDS的频宽线路比最为低落,每组Pair为945Mbps,4组构成1个通道(Channel),另外每通道要额外搭配1组时脉Pair,如此即便双通道也仅有7.56Gbps,但却用上了20条线路。

为何新标准都在强调频宽线路比?主要是基于成本及设计等考量,未来数字显示器的画吋仍会不断成长,长宽画素也会不断增加,如此视频传输量也会增大,如果为了因应更高的传输而必须增加线路数,则在研发设计会新增调修的心力,在制造上也会增加线路成本。

内接式运用

DisplayPort标准推出后对DVI、HDMI发出多项质疑,其中一项即是DVI、HDMI都仅适用于外接,而没有内接用的设计,使设备制造商必须另觅内接方案,笔记型电脑业者就在机内使用LVDS接口,然如前所述:LVDS接口的频宽线路比低落,难以因应日后更高的画吋、频宽。DisplayPort方面认为DVI、HDMI并没有为数字视频带来完整、连贯的连接方案,相对的DisplayPort则同时有内、外接版,内接版即可用取代LVDS。

对此HDMI也没有解决方法,而将改进希望转移至UDI,UDI即有提供内接方案,也期望用来取代LVDS,并与DisplayPort抗衡。

更精巧化的接头

连接器不断精巧化是硬体组件必然趋势,同时也是线路数、线材成本外的第二项精省项目,愈小的接头意味着愈能精省用料成本。将此对应到视频接口上,过去DVI的接头相当大,并且需要在两端用螺丝来进行固定,以防止意外拉扯所造成的接线脱落,到了HDMI则将接头大幅缩小,并取消用螺丝固定,直接以接头与接孔间的机械摩擦力来固定(类似USB、1934接头的作法),不过如此与螺丝方式相比则较易受外力扯脱。

至于DisplayPort,其外接接头设计大体与HDMI相近,但额外提供一项选择性作法,即是在接头的塑胶部分设计一个可用拇指压按的反扣,以此来增加拉扯的抵抗力。不过在此之外,DisplayPort考虑到笔记型电脑轻薄短小的设计趋势,认为现有的视频接头、接孔体积仍过大,不适用于轻薄机体上,

所以增订了一项更迷你化的接头,此种接头除了供笔记型电脑(也包括其他掌上或可携式产品)使用外,也适用桌上型电脑的多重视频输出上,可在一片接口卡的背板面积中同时放入多个DisplayPort的视频输出接头。

迷你型接头也是DisplayPort阵营数落DVI/HDMI的一点,对此HDMI也在1.3版中进行增订补强,在原有A型、B型接头外再订立出C型的迷你接头,另外新的UDI接口也在制订之初就将采行更精巧化的接头设计,藉此因应DisplayPort的挑战。而在接头一片迷你化的声浪下,DVI已然出局,同时HDMI的B型(比A型体积大)接头也从此不再被提及。

交流耦合

DisplayPort另一项质疑是交流耦合(AC Couple),认为随着半导体制程不断进步,从晶片传出的视频信号,其电压准位也不断在降低,然从今日的角度看2002年提出的HDMI,其传输电压准位则偏高,如此将难以因应未来使用新制程的晶片,而必须增加电压准位转换的电路设计,不仅增加设计心力与制造成本,而且也会对传输效率造成折损。再一次,HDMI受到DisplayPort的压力,而在HDMI 1.3版中将传输电压的规范进行调降。

类比VGA相容

DVI接头之所以肥大,有部分原因是为了相容过往的类比VGA信号,因而在线路数目上难以缩减,不过HDMI初期设定仅供CE用途,所以舍弃对类比VGA的相容。

至于DisplayPort,既然被设定为IT、CE领域皆适用,因此也必须相容类比VGA,对此DisplayPort采行作法是在传输连线的中段额外串接上一个配接器(Adapter),透过配接器的视频转换来相容类比VGA,不过此作法在信号能量与传输效能上都会有所折损,所以相容配接器的设计必须相当严谨才行。相对于此,HDMI虽然也强调同时适用于IT、CE,但过往的接头规格已定,无法再增设相容于类比VGA的线路,所以也只能采行介接转换一途。

比较特别的是,新创的UDI也采类似的转换,但进一步将“可能在传输过程中加装配接器“的需求列入考虑,所以在接口定义时也增设了辅助供电的线路(类似USB、1394的作法),使加装的配接器可以获得较充沛的运作电源。为传输过程中的视频转换配接器提供用电是DisplayPort较无考量到的一点,不过随着类比显示器的逐渐淡去,相容VGA的重要性也正持续降低。

色彩格式

原本HDMI仅支援CE领域的YCrCb格式,但在DisplayPort出现后,HDMI也被定位成IT、CE同时适用,因此也开始支援IT领域所用的RGB格式。

另外,DisplayPort为因应高画质电视等需求而支援30-bit(RGB三原色各10-bit)的色深(Color Depth),并挑战HDMI仅有24-bit(RGB三原色各8-bit),这迫使HDMI必须进步,自1.3版起不仅也支援30bti,并且也支援36-bit(三色各12-bit)、48-bit(三色各16-bit),并增加对最新色彩格式标准xvYCC的支援,现在HDMI在色彩格式的支援上反高于DisplayPort。

附带音频传输

因为最初设定为CE领域使用,而CE向来是视频、音频同时使用,所以HDMI在设计之初就附带了音频传输功效,最多可以传输8声道音频。反之,IT领域并非一定要使用音频,许多商用个人电脑或工作站都只需要简单的双声道即可,不会用到多声道的环绕音效,所以IT用的视频接口不一定要附带音频传输。

为了同时适用于IT、CE两领域,DisplayPort也能够附带传输多声道音频,不仅如此,其接口中负责沟通协调与控制之用的“辅助通道”具有1Mbps的双向传输频宽,也可用来进行双向式的音频传输,以此来支援视频会议、网路电话等资讯应用,而这是HDMI所办不到的,HDMI仅能进行单向的音频传输,无法双向。UDI由于预设用于IT领域,所以与DVI相同,完全不具备音频传输功能。

由于HDMI、UDI都以I2C接口进行显示上的沟通协调与控制,虽然最高速的I2C传输率达3.4Mbps,但HDMI、UDI多只使用100kbps/400kbps的标准/快速传输率,100kbps/400kbps在沟通协调之外,难有更多的频宽来支援音频传递。

不过,若论音频标准的支援性,目前以HDMI居上风,HDMI订立之出标榜支援8声道的压缩性音频,在1.2版时则支援了Sony的SACD音频,1.3版更是追加支援了Dolby TrueHD及DTS-HD Master Audio等非失真性的音频。DisplayPort则在实际的音频标准支援上毫无动静。

线路长度

对IT运用而言,很少将视频接线拉的很长,但对CE运用而言就有需求,特别是在布建家庭剧院时。由于HDMI设定为CE之用,因此必须支援较长的连接,宣称长度可达15m,同样的,DisplayPort也宣称能达15m。至于DVI与UDI,DVI仅能有数公尺的接线,而UDI则尚未公布相关资讯。要注意的是,15m仅是现有的推行宣称,但必须透过实际的验证考验才算数,以DisplayPort为例,现阶段能全速传输的长度仅在3m内,但15m内仍可以有HDTV 1080p水准的传输能力,亦即传输效能已因长度的增加而衰减。

同样的,HDMI也必须有相同的实际考验,15m一样是个宣称值,在多少长度上仍可维持最多的传输频宽,也尚无具体的细节数据,且会随着技术的精进提升而强化。

内容保护

在CE领域相当注重视频内容的防拷,特别是影片的创作商、发行通路商、播送营运业者等已对网路P2P软体闻之丧胆,所以HDMI、DisplayPort等都有将防拷机制列入考虑。

HDMI支援Intel的HDCP防拷机制,而DisplayPort在1.0版时只支援Philips的DPCP防拷机制,但DPCP属新创标准,真正较广泛运用的是HDCP,因此DisplayPort在初期不如HDMI,不过Display Port自1.1版开始也支援HDCP,反而超越HDMI。至于UDI目前也仅支援HDCP。

技术授权费、权利金

技术授权费与权利金也是DisplayPort积极攻击HDMI的一点,制造商必须每年支付1.5万美元的年费才能使用HDMI的技术,同时生产的产品上每设置一个HDMI的连接埠就要收取4美分的权利金,这对制造商而言实是一大负荷,以致HDMI自2002年即发表,但数年来的推行与普及率却相当迟缓。

相对的,DisplayPort采行免授权费、免权利金的政策,仅DPCP的防拷机制要额外的授权花费,且为选用,不需此机制即不用付费。由于感受到DisplayPort的在授权费方面的压力,HDMI现已调降年费为每年1万美元,并指出DisplayPort的支援成员仍各自向下游采行业者收取相关技术费用,不过这点并未被证实。

实际采用

这点目前以HDMI领先,知名的Sony PS3电视游乐器、Apple的Apple TV数字媒体配接器等,都已经具备HDMI接口,DisplayPort却尚未见到实际产品采用;UDI也一样未见实际采用。不过这项领先也可能是推行时间的前后差异所致,HDMI于2002年提出,DisplayPort为2005年,UDI则为2006年,后续的消长仍有待观察。

有了竞争才有进步,HDMI从2002年的1.0版发表,一直到2005年DisplayPort推出前的近3年时间内可以说毫无进步,过程中仅些许小幅的调整、修订,然在DisplayPort的竞争标准出现后,在短短不到2年的时间内频频进行强化与提升,并激出了UDI新标准。因此,三项标准的互竞虽然对设计者、制造商、消费者造成选择上的犹疑、紊乱,但相对的也迫此标准订立者进步并加码挽留用户,从而加快了技术进步的步伐,并将为消费者带来更多的实惠和方便。

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