三种先进的数位视频介面∶HDMI、DisplayPort、UDI

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　随著数位液晶显示器普及，连带使视讯介面与视讯端子也积极地进行数位化，此趋势先於资讯技术（IT）领域，之後也扩展至消费性电子（CE）领域， 1999年资讯业界提出DVI介面，期望用数位的DVI介面取代传统PC所用的类比VGA介面；之後2002年消费性电子方面也有了HDMI的介面，期望用数位的HDMI介面取代传统TV所用的各式类比视讯端子，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？为何要分设两种介面/端子？难道不能用单一的标准及设计而同时适用於两种产业吗？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领域需要在视讯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讯与视讯，所以视讯介面最好也能附加音讯传输的功效，但IT领域在音讯方面并非随时都需要，基於以上种种考量，所以要用两种数位视讯介面来因应两种领域的需要。

　　图1∶DVI的5种接头，DVI-A（仅类比）、DVI-D（仅数位）、DVI-I（数位、类比皆具备）再加上Single Link、Dual Link之别，一般最普及的是DVI-I（Dual Link），即便是Dual Link，实际使用上多半情况只用上1个Link。

　　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位视讯介面，称为 DisplayPort，DisplayPort期望能同时受用於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。DisplayPort介面示意图

　　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数位视讯介面做为备用，倘若HDMI无法击败DisplayPort，则用UDI来加以抗衡。HDMI的A型接头（19-pin，Single Link）与B型接头（29pin，Dual Link）横跨IT、CE两领域的新世代数位视讯介面之主流争夺战已经开打，三项标准谁能胜出？以下将进行解析。频宽线路比　　新一代数位视讯介面首要重点在於“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，不过不同介面对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。



　　DVI介面的线路图，左边有24-pin（Pin 1～24），右边有5-pin（C1～5），其中C1～C5以及Pin 8即是为了相容传统类比VGA而设立。　　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。　　至於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於资料线路内，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等於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。HDMI的迷你型接头∶C型接头（图右）与A型接头的体积比较。DisplayPort用於机内连接的接头。

DisplayPort用於机外连接的接头　　由於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。由於DVI自1999年推出1.0版规格後就几乎没有更动，即便更动也难以招架2005年先进技术为後盾所提出的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讯介面，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个通过（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。

DisplayPort链路层架构
                          
                       
                          
                                　　为何新标准都在强调频宽线路比？主要是基於成本及设计等考量，未来数位显示器的画寸仍会不断成长，长宽画素也会不断增加，如此视讯传输量也会增大，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。新发表的Apple TV视讯盒已采行HDMI。内接式运用

　　DisplayPort标准推出後对DVI、HDMI发出多项质疑，其中一项即是DVI、HDMI都仅适用於外接，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介面，然如前所述∶LVDS介面的频宽线路比低落，难以因应日後更高的画寸、频宽。 DisplayPort方面认为DVI、HDMI并没有为数位视讯带来完整、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。UDI的输出型接头（图左）与接收型接头（图右）

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元件必然趋势，同时也是线路数、线材成本外的第二项精省专案，愈小的接头意味著愈能精省用料成本。将此对应到视讯介面上，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。　　至於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，认为现有的视讯接头、接孔体积仍过大，不适用於轻薄机体上，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讯输出上，可在一片介面卡的背板面积中同时放入多个DisplayPort的视讯输出接头。AMD公布的移动平台发展蓝图

　　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介面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），认为随著半导体制程不断进步，从晶片传出的视讯信号，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。　　至於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采用作法是在传输连线的中段额外串接上一个配接器（Adapter），透过配接器的视讯转换来相容类比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。相对於此，HDMI虽然也强调同时适用於IT、CE，但过往的接头规格已定，无法再增设相容於类比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，所以在介面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。为传输过程中的视讯转换配接器提供用电是DisplayPort较无考量到的一点，不过随著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出现後，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30bit，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於DisplayPort。附带音讯传输　　因为最初设定为CE领域使用，而CE向来是视讯、音讯同时使用，所以HDMI在设计之初就附带了音讯传输功效，最多可以传输8声道音讯。反之， IT领域并非一定要使用音讯，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用的视讯介面不一定要附带音讯传输。　　为了同时适用於IT、CE两领域，DisplayPort也能够附带传输多声道音讯，不仅如此，其介面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讯传输，以此来支援视讯会议、网路电话等资讯应用，而这是HDMI所办不到的，HDMI仅能进行单向的音讯传输，无法双向。UDI由於预设用於IT领域，所以与DVI相同，完全不具备音讯传输功能。　　由於HDMI、UDI都以I2C介面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多苹使用 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讯传递。　　不过，若论音讯标准的支援性，目前以HDMI居上风，HDMI订立之出标榜支援8声道的压缩性音讯，在1.2版时则支援了Sony的SACD音讯，1.3版更是追加支援了Dolby TrueHD及DTS-HD Master Audio等非失真性的音讯。DisplayPort则在实际的音讯标准支援上毫无动静。线路长度　　对IT运用而言，很少将视讯接线拉的很长，但对CE运用而言就有需求，特别是在布建家庭剧院时。由於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。至於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，也尚无具体的细节资料，且会随著技术的精进提升而强化。内容保护　　在CE领域相当注重视讯内容的防拷，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。至於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。由於感受到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数位媒体配接器等，都已经具备HDMI介面，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後差异所致，HDMI於2002年提出，DisplayPort为2005年，UDI则为2006年，後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的竞争标准出现後，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。