DisplayPort接口技术解析

只看该作者 · 2008-11-29 19:00

DisplayPort接口技术解析

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MAX　
　　目前，HDMI凭借支持音视频输出、提供足以播放1080p高清节目的带宽等优势，正向家电和PC领域展开猛烈的进攻。不过，HDMI的普及之路才开始，一种功能更强、带宽更大的新型接口DisplayPort就向它发出了强有力的挑战……

　　DisplayPort的技术优势

　　2006年5月，VESA(视频电子标准组织)正式发布了DisplayPort 1.0标准，这是一种针对所有显示设备(包括内部和外部接口)的开放标准。DisplayPort到底有何神奇之处?

　　1.高带宽

　　在高清晰视频即将流行之际，没有高带宽的显示接口是无法立足的。DisplayPort问世之初，它可提供的带宽就高达10.8Gb/s。要知道，HDMI 1.2a的带宽仅为4.95Gb/s，即便最新发布的HDMI 1.3所提供的带宽(10.2Gb/s)也稍逊于DisplayPort 1.0。DisplayPort可支持WQXGA+(2560×1600)、QXGA(2048×1536)等分辨率及30/36bit(每原色10/12bit)的色深，充足的带宽保证了今后大尺寸显示设备对更高分辨率的需求。

　　2.最大程度整合周边设备

　　和HDMI一样，DisplayPort也允许音频与视频信号共用一条线缆传输，支持多种高质量数字音频。但比HDMI更先进的是，DisplayPort在一条线缆上还可实现更多的功能。在四条主传输通道之外，DisplayPort还提供了一条功能强大的辅助通道。该辅助通道的传输带宽为1Mbps，最高延迟仅为500μs，可以直接作为语音、视频等低带宽数据的传输通道，另外也可用于无延迟的游戏控制。可见，DisplayPort可以实现对周边设备最大程度的整合、控制。

　　3.内外接口通吃

　　目前DisplayPort的外接型接头有两种:一种是标准型，类似USB、HDMI等接头;另一种是低矮型，主要针对连接面积有限的应用，比如超薄笔记型电脑。两种接头的最长外接距离都可以达到15米，虽然这个距离比HDMI要逊色一些，不过接头和接线的相关规格已为日后升级做好了准备，即便未来DisplayPort采用新的2X速率标准(21.6Gbps)，接头和接线也不必重新进行设计。

DisplayPort的外接型接头

DisplayPort的内接型接头

　　除实现设备与设备之间的连接外，DisplayPort还可用作设备内部的接口，甚至是芯片与芯片之间的数据接口。比如，DisplayPort就“图谋”取代LCD中液晶面板与驱动电路板之间主流接口——LVDS(Low Voltage Differential Signaling，低压差分信号)接口的位置。DisplayPort的内接型接头仅有26.3mm宽、1.1mm高，比LVDS接口小30%，但传输率却是LVDS的3.8倍。

　　4.简化相关产品的设计

　　HDMI是在DVI的基础上发展而来的，它们都使用了TMDS(最小化传输差分信号)信号传输技术，图像传输前数字信号必须经过TMDS电路转换为TMDS信号。而采用DisplayPort，数字信号可直接输出，不需要TMDS转换电路。不仅如此，DisplayPort同样可简化LCD内部设计。因为DVI、HDMI不能直接驱动时序控制器，所以VGA或TMDS信号输入LCD后，必须转换成LVDS信号。相比之下，DisplayPort则实现了与面板的集成，可直接驱动面板进行显示，精简了LVDS转换电路。

　　在平板电视领域，DisplayPort也有令人心动之处。为了传输DVI、HDMI、S端子等不同信号，现有平板电视的电路结构要求主板和输入单元之间架设多条独立的连接线。而使用DisplayPort后，仅需一条连接线就可以把所有信号输入到主板的视频处理器，主板设计难度降低了，成本也大为削减。

　　5.具备高度的可扩展特性

　　尽管DisplayPort 1.0标准只支持一条音频流传输，但DisplayPort具备高度的可扩展特性，要让它同时传输多条视频或音频流并不是一件困难的事情。画中画、分屏显示功能对于DisplayPort而言就是“小菜一碟”，一条DisplayPort连接线最高可支持6条1080i或3条1080p视频流。

　　6.内容保护技术更可靠

　　DisplayPort也想把触角延伸到消费电子领域，而这个领域对版权的保护十分敏感，如果没有相应的内容保护技术，即使其优势再大也很难获得影片供应商的青睐。在这方面DisplayPor已经作好了准备，但它并不像HDMI、UDI那样采用HDCP，而是使用Philips为DisplayPort制订的一套内容防拷协议，该技术基于128位高速加密引擎，采用标准密钥交换方法，支持标准的RSA认证，提供高达2048位的密钥长度，保护技术比HDMI的HDCP更加可靠。当然，DisplayPort的架构更富弹性，厂商也可根据需要选择其他内容保护协议。

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DisplayPort为何如此优秀?

　　“不鸣则已，一鸣惊人”，DisplayPort一出道便让所有的显示接口黯然失色，它的秘密武器究竟是什么?事实上，DisplayPort一个很重要的特色就在于采用了“Micro-Packet Architecture(微封包架构)”传输架构，视频内容以封包方式传送，这一点同DVI、HDMI等视频传输技术有着明显区别。

　　无论是HDMI，还是其“孪生兄弟”UDI(实质是去掉HDMI的音频传输功能)，两者都继承了DVI的核心技术TMDS，从本质上来说仍然是DVI的扩展。DVI、HDMI、UDI的视频内容都以即时、专线方式进行传输，这可以保证视频流量大时不会发生堵塞的现象。而DisplayPort使用的是封包式传输，它能保证传输的即时性吗?我们知道，Internet使用的就是封包式传输技术，网络由于带宽问题而发生堵塞的现象屡见不鲜。更何况在封包式传输中，封包内还要添加描述信息，这为传输的即时性带来了更严峻的挑战!DisplayPort能胜任视频传输这一重任吗?

　　事实上，封包式传输经过多年的发展，已被证实在确保充足带宽的基础上，配以合适的流量管理措施，仍然可以满足即时性传输的需要。大家平时上网欣赏影片之时，如果服务器端带宽充足，并且主机到服务器端的连接顺畅，我们就可以看到流畅的影片。测试表明，把封包式传输技术应用于设备与设备、设备内部之间的信息传递是完全可行的。

　　与交换式传输相比，微封包架构的一大特色就是弹性大。前面我们已经提到，DisplayPort可以轻松实现分屏显示等功能，原因是DisplayPort可以在同一组Lane/Link(通道/连线)内传输多组视频，而这一切就是微封包架构赋予的力量。而使用交换式传输的DVI、HDMI等视频只能在一组Link内传输一组视频。

　　DisplayPort的界面主要由两部分构成:Main Link(主连线)和Auxiliary Channel(辅助通道)。Main Link负责视频内容的传输，属于高速的单向输出;Auxiliary Channel负责内容之外的辅助信息传送，比如状态信息、操控命令、音频等，属低速的双向通信，可以用来整合一些低速的周边设备。Main Link其实是由1至4组不等的Lane构成的，每组Lane都由成对(即两条)的线路所构成，信号使用类似串行的差分技术(即通过两条线路的电压差值来表示二进制0或1)，每组Lane的带宽可达2.7Gbps，4组合计达到10.8Gbps。在未来DisplayPort版本规划中，VESA还准备将带宽提升一倍。

　　在编码技术上，DisplayPort使用了ANSI 8B/10B技术，这种编码方案把一个8比特字节编码为两个10比特字符，用于平衡高速传输的比特流中1和0的数量，以确保传输的精确性。由于时脉信号直接与视频资料信号共混传输，如此就省去额外设置时脉线路的需要，而DVI、HDMI仍然拥有一条独立的时脉线路，在EMI(电磁干扰)设计上难度较大。

只看该作者 · 2008-11-29 19:08

DisplayPort强大的生命力

　　从技术层面来说，DisplayPort占据了很大优势，但技术优势能否转变为市场优势?经过几年的发展，HDMI拥有先入为主的优势，到2005年底，全球已有250家HDMI注册公司，设计制造出符合HDMI规范的产品超过400件。而DisplayPort刚问世不久，市场开拓需要一段时间。不过好在DisplayPort已经获得DELL、HP、ATI、NVIDIA、Samsung、PHILIPS、Genesis Microchip等重量级厂商的支持，无论是上游的视频芯片、板卡，中游的接线、接头，还是下游的PC、消费电子产品，DisplayPort的产业链已经形成。预计明年初首批DisplayPort产品将进入市场。

　　为了趁早“封杀”DisplayPort，HDMI也在加快发展步伐，这一年来不但版本更新迅速，而且其授权专利费用也在逐渐下调。作为HDMI同胞兄弟的UDI(Unified Display Interface，统一视频接口)也期待以更低的成本夺取PC市场。面对HDMI的围堵行动，VESA打算把DisplayPort打造成一个开放性标准体系，该标准对非VESA成员企业同样开放，并且不限制使用领域，“开源”式标准将赋予DisplayPort更强大的生命力。

　　虽然HDMI已经在PC和家电市场获得广泛认可，但DisplayPort凭借技术优势向前者发起挑战，两者的“肉搏战”已不可避免。不管最终结果如何，有一点我们必须明白，随着高清时代的来临，传统视频接口已无法满足需要，PC和家电的音视频接口的统一势在必行。

只看该作者 · 2008-11-29 19:09

DisplayPort 1.1a标准中的ESD和CDE保护要求

基于DisplayPort的系统必须保护所有可能外露的接口信号和电源引脚，使其能够满足或超过IEC 61000-4-2等级4(±15kV空气放电, ±8kV接触放电)的EOS规范要求而不受损坏，同时还要满足信号完整性方面的眼图指标要求。虽然精心设计的片上ESD结构仍然能够提供良好的二级保护，但能够符合标准的有效防护必须依赖鲁棒性的片外解决方案来实现。