当我们在讨论显示器接口的时候,我们在讨论什么?

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05-07 15:50

当代生活,我们对显示器的要求已经不只是「有画面」,更是要有极致的画面。什么 4K 超高分辨率、HDR 高动态范围、144Hz 高刷新率、10bit 色彩、1ms 延迟……反正什么好来什么,能上什么就上什么。

但是同一台显示器后面通常都会有不同的接口,这些接口有什么不同?应该优先选择哪种接口?

另外,本文主要讨论的是「家用范畴」的显示器接口,而不是工业用途的,这两者之间有相当大的不同。

模拟到数字

作为当代计算机系统最重要的发明,显示器和操作系统的出现让使用计算机的学习成本大幅降低。而众所周知的是,CPU 不承担画面输出的功能的,这个功能主要由显卡负责。显卡输出视频信号,经过线缆传递到显示器,处理后呈现在我们眼前。

早期的显示器都是 CRT 显示器,就是那种以前常见的「大脑袋」显示器,这种显示器只能接收「模拟信号」,而显卡输出的都是数字信号。这就需要经过一次「数字 – 模拟」的数模信号转换,输出模拟信号后经由线缆传递到显示器上。

在这个时代最受欢迎的就是 D-Sub 端口,更被人们所熟知的名字是 VGA 端口。

作为一项诞生在 1987 年的产物,VGA 仅能传输视频信号,不能传输声音信号。总共 15 针的接口被分成了 3 排,分别传输 RGB 三色信号。默认传输 640*480 分辨率的视频信号,理论上最高能够支持到 2048*1536 的 60 帧信号。

但是问题是这种模拟信号非常容易受到物理层面的干扰,包括晃动、接口松动、老化等等,所以尽管在接口旁边装了两颗(当时看起来很酷的)螺丝,依然无法从物理上免除接口给画质带来的影响。

除了物理层面的影响,模拟信号本身也非常容易受到干扰,数模转换也会导致信号内容的丢失,因此实际上的 VGA 很难提升到 1080P 分辨率以上;此外由于数模转换的存在还会造成屏幕的延迟、拖影等问题。

而随着同样使用数字信号的液晶显示器的推广,VGA 这种输出模拟信号的端口也逐渐消逝在了历史的河流中。

而顶替 VGA 的,则是另一种带螺丝的接口 —— DVI。DVI 既可以传输模拟信号,也可以传输数字信号,是模拟时代到数字时代的理想过渡。

数字信号到数字信号的直接传输使得 DVI 型号有很多种,包括可以传输模拟信号的 DVI-A、可以传输数字信号的 DVI-D 和集成模拟信号和数字信号的 DVI-I,另外 DVI-D 和 DVI-I 还有单通道和双通道区分。

双通道的 DVI 接口最高可以输出 2560*1600 分辨率的图像,也就是略高于 2K 的分辨率;即使是单通道模式下也可以传输最高 1920*1200 分辨率,也就是略高于 1080P 分辨率的图像。这样的性能在 21 世纪初期可以说很强劲了。

而且 DVI 是由矽映半导体、英特尔、康柏、IBM、惠普、富士通等公司组成的 DDWG(Digital Display Working Group,数字显示工作组)推出的,这些业界大佬们的鼎力支持也让 DVI 成为了当时的行业通用标准。

但是 DVI 也不是没有问题:最高只能传输 8bit 的 RGB 信号;不能传输音频信号;体积大,对笔记本支持不友好……

在这样的情况下,两个现阶段显示器接口的「王者」出现了。

多说一句,模拟信号时代有非常多形式的接口存在,比如电视上常见(主要用来连接小霸王学习机)的三色接口,学名「CVBS 接口」的 AV 接口也是模拟信号的一种。

▲ 黄色的是视频传输接口;红色和白色的分别是左右声道的音频传输接口

HDMI 和 DP

2002 年 4 月,日立、松下、飞利浦、东芝、硒映半导体、法国汤姆逊和索尼七家公司成立了 HDMI 组织,并在 2002 年 12 月 9 日推出了 HDMI 1.0 版标准,这个统治全球的接口正是进入了历史的进程中。

高清晰度多媒体接口(英文:High Definition Multimedia Interface,HDMI)是一种数字化视频/音频接口技术,是适合影像传输的专用型数字化接口,其可同时传送音频和影像信号。目前市面上常见的最低版本的 HDMI 1.3 的传输带宽已经达到了 10.2Gbps,已经发售的 HDMI 2.0 的带宽已经达到了惊人的 14.4Gbps。

这是个什么概念呢?如果你曾经看过我写的关于视频压缩算法的文章就应该知道「每秒原生视频体积」的计算公式:

横向像素数量*纵向像素数量*灰度*3*每秒帧率

▲ 乘 3 是因为 RGB 三色

显示器带宽的计算公式和这个非常类似,主要是帧率变成了刷新率;不过显示器带宽可没有压缩算法。所以我们可以很容易地计算出现阶段主流显示器所需要的带宽:

· Apple XDR 6K 8bit 60Hz:29.31Gbps

· 4K 8bit 60Hz:11.94Gbps

· 2K 8bit 144Hz:12.74Gbps

· 2K 8bit 60Hz:5,3Gbps

· 1080P 8bit 240Hz:11.94Gbps

也就是说,HDMI 2.0 可以支持 4K 60Hz 或者是 2K 144Hz 或者是 1080P 240Hz,以及额外的音频输出。此外还支持 HDR、10bit 色深、显卡自适应同步(AMD 的 FreeSync)等等一系列新型显示技术。

更重要的是,由于 HDMI 创始公司都是当代家电类,尤其是显示类行业的超级巨头,所以 HDMI 的推广一路顺风顺水,从 PC 到笔记本,从显示器到电视,HDMI 已经成为了现阶段最主流的高清接口。

当然最主流不代表是最好的,至少 DP 不这么觉得。

如果你用过显示器支架,那你一定听说过 VESA 标准,而这个 VESA 就是视频电子标准协会(Video Electronics Standards Association)的简称。作为为整个计算机和小型工作站定制视频设备标准的国际组织,他们也推出了自己的高清端口 —— DisplayPort,简称 DP。

DP 推出的时间比较晚,在 DP 1.0 推出的 2006 年,HDMI 已经公布了最普及的 1.3 版本。但是 DP 来势汹汹,1.0 版本的参数已经非常恐怖了。在最重要的带宽这个指标上,DP1.0 是 10.8Gbps,已经超过当年发布的 HDMI 1.3(10.2Gbps),并且同样支持音视频输出。

最新的 DP 1.4 带宽高达 25.92 Gbps,比 HDMI 2.0(14.4Gbps)多了小一倍。最高支持 8K 30Hz、5K 60Hz、4K 120Hz 信号传输,支持 HDR、P3 色域、Rec2020 色彩空间、英伟达 G-SYNC 等等新技术,可以说比 HDMI 在性能上更强一步。

并且在 PC 上,DP 的表现(尤其在多屏支持上)远胜于 HDMI,尤其是「菊花链」技术。

传统的多屏需要每个显示器单独接入到 PC 上,这样不但需要设备上有多接口,还可能会影响到显示器间的同步;而菊花链技术则是让两台显示器先连接到一起,再让其中一台接入到主机,除了同步效果更好,还可以节省主机端口,尤其是对于笔记本产品来说,节省一个接口的意义还是很重大的。

另外,苹果还会用 DP 的多流功能将一整屏的分辨率分成两份来渲染,这样可以降低渲染压力。

除了 HDMI 和 DP,还有一些显示器支持 Thunderbolt 雷电接口进行连接,不过这种连接其实是雷电输出 DP 信号重新打包传输,本质上也还是 DP 传输。目前最新的雷电 3 接口也支持 DP 1.4。

总结

我帮大家总结了个表格,来对比 HDMI 2.0 和 DP 1.4 的优劣。

目前来看,DP 1.4 是民用消费领域最强的视频输出端口,并且由于推出的时间足够长,泛用度也比较高。优先选择 DP 接口通常是没错的,毕竟同代性能更强;在没有 DP 的情况下 HDMI 也是个不错的选择,具体情况可以看产品说明书。

但是在 2017 年,HDMI 2.1 标准正式提出:42.6Gbps 的带宽带宽,最高支持 10K(10240*5400)分辨率输出,并且支持动态 HDR 和 DSC 显示压缩流,从参数上来看可以支持目前市面上所有主流的消费级显示设备。

DP 也不遑多让,新的 DP 2.0 版本参数更是恐怖:77.37 Gbps 的恐怖带宽,最高 16K(15360*8460)60Hz 输出,并且支持 HDR 10。总结起来就是强无敌。

但是目前来看 HDMI 2.1 的工业标准已经成型,并进入量化生产的阶段;而 DP 2.0 除了参数尚不见踪影。

但是如果条件允许的情况下,请千万不要再用 DVI 甚至是 VGA 接口的产品了,尤其是 VGA,模拟信号带来的不可见频闪会对视力造成影响。

数字时代,对自己好一点。

另外还请注意,接口的高质量输出也需要「主机 – 线材 – 显示器」三方面同时支持,否则都会带来显示效果的衰弱。

本文来自微信公众号「爱否科技」(ID:FViewXFG),作者恺伦,爱范儿经授权发布。

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