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

      隨著數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行數字化,此趨勢先于資訊技術(IT)領域,之后也擴展至消費性電子(CE)領域,1999年資訊業界提出DVI接口,期望用數字的DVI接口取代傳統PC所用的類比VGA接口;之后2002年消費性電子方面也有了HDMI接口,期望用數字的HDMI接口取代傳統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?為何要分設兩種接口/端子?難道不能用單一的標準及設計而同時適用于兩種產業嗎?對此業者的說法為:IT領域有相容類比VGA的需要,但CE領域沒有,相對的CE領域需要在視頻傳輸過程中進行內容保護(防拷機制),而IT則較無此類需求,同樣的CE領域幾乎都會同時用上音頻與視頻,所以視頻接口最好也能附加音頻傳輸的功效,但IT領域在音頻方面并非隨時都需要,基于以上種種考量,所以要用兩種數字視頻接口來因應兩種領域的需要。

      不過,這樣的說法并沒有獲得全面的說服,至少VESA機構就有異議,因此在2005年也提出一種新的數字視頻接口,稱為DisplayPort,DisplayPort期望能同時受用于IT與CE領域,并反對“PC用DVI、TV用HDMI”的設定,DisplayPort的諸多功效與規格都是針對DVI與HDMI的弱處而來,期望一舉用DisplayPort取代DVI與HDMI。

      但是,DVI/HDMI陣營也沒有坐視此發展,有關VESA DisplayPort對DVI/HDMI的種種質疑都有所因應,并擬定了新的規格策略:放棄難已再提升的DVI,而積極強化HDMI,同時再創立一項新的UDI數字視頻接口做為備用,倘若HDMI無法擊敗DisplayPort,則用UDI來加以抗衡。

      橫跨IT、CE兩領域的新一代數字視頻接口之主流爭奪戰已然開打,三項標準誰能勝出?以下將進行解析。

      頻寬線路比

      新一代數字視頻接口首要重點在于“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組傳輸對線(Pair)構成2組連線(Link),每組Pair(亦可稱之Lane,不過不同接口對Lane有不同定義)皆使用TMDS方式進行傳輸,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9.9Gbps(近10Gbps)的頻寬。

      HDMI方面,大體是以DVI為基礎再針對CE需求進行增修而成,所以整體技術與DVI相去不大,也是使用TMDS傳輸,一樣每組Pair有1.65Gbps,不過HDMI的連接器(接頭)有A型與B型之分,A型僅有1組Link,說法上是CE領域很少會用到第2組Link來傳輸,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組對線,4組對線構成1組Link,不過傳輸編碼上不使用TMDS之類的業者獨家技術,而是使用業界標準的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技術的好處是時脈信號已內嵌于資料線路內,相對的,DVI/HDMI每組Link還需要額外1組時脈對線來配合傳輸,如此計算的結果,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。事實上,DisplayPort允許彈性配置Link內的Pair數,1個Link可以是1組Pair,也可以是2組Pair,沒有強制非要同時用上4組Pair,然DVI/HDMI則每次必須使用1或2組Link,每組Link強制為3組Pair。

      由于DisplayPort強調更少的線路數目就得達到高頻寬,較DVI/HDMI陣營具優勢。由于DVI自1999年推出1.0版規格后就幾乎沒有更動,即便更動也難以招架2005年先進技術為后盾所提出的DisplayPort,所以DVI/HDMI陣營策略上完全專注在HDMI,2006年HDMI提出1.3版,將時脈從165MHz提升至340MHz,如此1個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預計用來接替DVI,技術上依然承襲DVI/HDMI的設計,即3組Pair構成1個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似乎無第2組Link,如此與DisplayPort、HDMI 1.3相比反而顯得弱勢。

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

      為何新標準都在強調頻寬線路比?主要是基于成本及設計等考量,未來數字顯示器的畫吋仍會不斷成長,長寬畫素也會不斷增加,如此視頻傳輸量也會增大,如果為了因應更高的傳輸而必須增加線路數,則在研發設計會新增調修的心力,在制造上也會增加線路成本。

      內接式運用

      DisplayPort標準推出后對DVI、HDMI發出多項質疑,其中一項即是DVI、HDMI都僅適用于外接,而沒有內接用的設計,使設備制造商必須另覓內接方案,筆記型電腦業者就在機內使用LVDS接口,然如前所述:LVDS接口的頻寬線路比低落,難以因應日后更高的畫吋、頻寬。DisplayPort方面認為DVI、HDMI并沒有為數字視頻帶來完整、連貫的連接方案,相對的DisplayPort則同時有內、外接版,內接版即可用取代LVDS。

      對此HDMI也沒有解決方法,而將改進希望轉移至UDI,UDI即有提供內接方案,也期望用來取代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,同時也是線路數、線材成本外的第二項精省項目,愈小的接頭意味著愈能精省用料成本。將此對應到視頻接口上,過去DVI的接頭相當大,并且需要在兩端用螺絲來進行固定,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械摩擦力來固定(類似USB、1934接頭的作法),不過如此與螺絲方式相比則較易受外力扯脫。

      至于DisplayPort,其外接接頭設計大體與HDMI相近,但額外提供一項選擇性作法,即是在接頭的塑膠部分設計一個可用拇指壓按的反扣,以此來增加拉扯的抵抗力。不過在此之外,DisplayPort考慮到筆記型電腦輕薄短小的設計趨勢,認為現有的視頻接頭、接孔體積仍過大,不適用于輕薄機體上,

      所以增訂了一項更迷你化的接頭,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放入多個DisplayPort的視頻輸出接頭。

      迷你型接頭也是DisplayPort陣營數落DVI/HDMI的一點,對此HDMI也在1.3版中進行增訂補強,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計,藉此因應DisplayPort的挑戰。而在接頭一片迷你化的聲浪下,DVI已然出局,同時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另一項質疑是交流耦合(AC Couple),認為隨著半導體制程不斷進步,從晶片傳出的視頻信號,其電壓準位也不斷在降低,然從今日的角度看2002年提出的HDMI,其傳輸電壓準位則偏高,如此將難以因應未來使用新制程的晶片,而必須增加電壓準位轉換的電路設計,不僅增加設計心力與制造成本,而且也會對傳輸效率造成折損。再一次,HDMI受到DisplayPort的壓力,而在HDMI 1.3版中將傳輸電壓的規范進行調降。

      類比VGA相容

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

      至于DisplayPort,既然被設定為IT、CE領域皆適用,因此也必須相容類比VGA,對此DisplayPort采行作法是在傳輸連線的中段額外串接上一個配接器(Adapter),透過配接器的視頻轉換來相容類比VGA,不過此作法在信號能量與傳輸效能上都會有所折損,所以相容配接器的設計必須相當嚴謹才行。相對于此,HDMI雖然也強調同時適用于IT、CE,但過往的接頭規格已定,無法再增設相容于類比VGA的線路,所以也只能采行介接轉換一途。

      比較特別的是,新創的UDI也采類似的轉換,但進一步將“可能在傳輸過程中加裝配接器“的需求列入考慮,所以在接口定義時也增設了輔助供電的線路(類似USB、1394的作法),使加裝的配接器可以獲得較充沛的運作電源。為傳輸過程中的視頻轉換配接器提供用電是DisplayPort較無考量到的一點,不過隨著類比顯示器的逐漸淡去,相容VGA的重要性也正持續降低。

      色彩格式

      原本HDMI僅支援CE領域的YCrCb格式,但在DisplayPort出現后,HDMI也被定位成IT、CE同時適用,因此也開始支援IT領域所用的RGB格式。

      另外,DisplayPort為因應高畫質電視等需求而支援30-bit(RGB三原色各10-bit)的色深(Color Depth),并挑戰HDMI僅有24-bit(RGB三原色各8-bit),這迫使HDMI必須進步,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),并增加對最新色彩格式標準xvYCC的支援,現在HDMI在色彩格式的支援上反高于DisplayPort。

      附帶音頻傳輸

      因為最初設定為CE領域使用,而CE向來是視頻、音頻同時使用,所以HDMI在設計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領域并非一定要使用音頻,許多商用個人電腦或工作站都只需要簡單的雙聲道即可,不會用到多聲道的環繞音效,所以IT用的視頻接口不一定要附帶音頻傳輸。

      為了同時適用于IT、CE兩領域,DisplayPort也能夠附帶傳輸多聲道音頻,不僅如此,其接口中負責溝通協調與控制之用的“輔助通道”具有1Mbps的雙向傳輸頻寬,也可用來進行雙向式的音頻傳輸,以此來支援視頻會議、網路電話等資訊應用,而這是HDMI所辦不到的,HDMI僅能進行單向的音頻傳輸,無法雙向。UDI由于預設用于IT領域,所以與DVI相同,完全不具備音頻傳輸功能。

      由于HDMI、UDI都以I2C接口進行顯示上的溝通協調與控制,雖然最高速的I2C傳輸率達3.4Mbps,但HDMI、UDI多只使用100kbps/400kbps的標準/快速傳輸率,100kbps/400kbps在溝通協調之外,難有更多的頻寬來支援音頻傳遞。

      不過,若論音頻標準的支援性,目前以HDMI居上風,HDMI訂立之出標榜支援8聲道的壓縮性音頻,在1.2版時則支援了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則在實際的音頻標準支援上毫無動靜。

      線路長度

      對IT運用而言,很少將視頻接線拉的很長,但對CE運用而言就有需求,特別是在布建家庭劇院時。由于HDMI設定為CE之用,因此必須支援較長的連接,宣稱長度可達15m,同樣的,DisplayPort也宣稱能達15m。至于DVI與UDI,DVI僅能有數公尺的接線,而UDI則尚未公布相關資訊。要注意的是,15m僅是現有的推行宣稱,但必須透過實際的驗證考驗才算數,以DisplayPort為例,現階段能全速傳輸的長度僅在3m內,但15m內仍可以有HDTV 1080p水準的傳輸能力,亦即傳輸效能已因長度的增加而衰減。

      同樣的,HDMI也必須有相同的實際考驗,15m一樣是個宣稱值,在多少長度上仍可維持最多的傳輸頻寬,也尚無具體的細節數據,且會隨著技術的精進提升而強化。

      內容保護

      在CE領域相當注重視頻內容的防拷,特別是影片的創作商、發行通路商、播送營運業者等已對網路P2P軟體聞之喪膽,所以HDMI、DisplayPort等都有將防拷機制列入考慮。

      HDMI支援Intel的HDCP防拷機制,而DisplayPort在1.0版時只支援Philips的DPCP防拷機制,但DPCP屬新創標準,真正較廣泛運用的是HDCP,因此DisplayPort在初期不如HDMI,不過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。

      技術授權費、權利金

      技術授權費與權利金也是DisplayPort積極攻擊HDMI的一點,制造商必須每年支付1.5萬美元的年費才能使用HDMI的技術,同時生產的產品上每設置一個HDMI的連接埠就要收取4美分的權利金,這對制造商而言實是一大負荷,以致HDMI自2002年即發表,但數年來的推行與普及率卻相當遲緩。

      相對的,DisplayPort采行免授權費、免權利金的政策,僅DPCP的防拷機制要額外的授權花費,且為選用,不需此機制即不用付費。由于感受到DisplayPort的在授權費方面的壓力,HDMI現已調降年費為每年1萬美元,并指出DisplayPort的支援成員仍各自向下游采行業者收取相關技術費用,不過這點并未被證實。

      實際采用

      這點目前以HDMI領先,知名的Sony PS3電視游樂器、Apple的Apple TV數字媒體配接器等,都已經具備HDMI接口,DisplayPort卻尚未見到實際產品采用;UDI也一樣未見實際采用。不過這項領先也可能是推行時間的前后差異所致,HDMI于2002年提出,DisplayPort為2005年,UDI則為2006年,后續的消長仍有待觀察。

      有了競爭才有進步,HDMI從2002年的1.0版發表,一直到2005年DisplayPort推出前的近3年時間內可以說毫無進步,過程中僅些許小幅的調整、修訂,然在DisplayPort的競爭標準出現后,在短短不到2年的時間內頻頻進行強化與提升,并激出了UDI新標準。因此,三項標準的互競雖然對設計者、制造商、消費者造成選擇上的猶疑、紊亂,但相對的也迫此標準訂立者進步并加碼挽留用戶,從而加快了技術進步的步伐,并將為消費者帶來更多的實惠和方便。

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