HDMI与DisplayPort接口的深度比较

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在过去的几年间，高速数字视频接口行业已经获得了巨大的发展动力。1999年推出的数字视频接口(DVI)为我们今天所见的高速接口奠定了基础。DVI的用处是从PC传输视频信息至显示器。当时，LCD显示器刚刚开始在市场上普及。DVI标准从未真正取代与其性质相同的VGA接口，但至今我们仍然可以在市场上见其踪影。HDMI源于DVI，但增加了音频和强制性内容保护。该接口专为消费市场设计，一推出就获得成功，受到消费市场的热烈欢迎，并迅速成为数字互联领域的事实标准。


2006年5月，DisplayPort标准的1.0版推出，标志着行业中的一个转折点。DisplayPort与其他标准最大的不同，就是该标准无需版权费。它是一个完全公开的标准，任何人都可以随意使用，并根据自己的需求对其进行修改。DisplayPort很快击败另一个源于DVI的接口标准——UDI(统一显示接口) ，并在PC市场中受到关注。同时，它也鼓励了其他相似新标准的推出，如数字高清互动接口(DiiVA)。DiiVA与DisplayPort的基本概念相似，不过DiiVA增加了USB和以太网功能。目前，二者都在中国政府相关部门的考虑范围内，有可能会成为中国消费类数字接口标准的基础。


目前市场变幻莫测。USB3.0将数据传输速率提升至4.8Gbps，完全能够传输未经压缩的视频数据。但考虑到其传输距离短以及缺乏可扩展性，USB3.0代替HDMI或DisplayPort的可能性并不大。与此同时，英特尔正在准备推出可提供10Gbps传输速率的Light Peak高速光纤技术，能够将所有接口都统一在其标准中，未来可能达到40Gbps或更高速率。这些标准最终能否彻底取代同样也在不断增长的HDMI和DisplayPort现在还不好说，不过今天，先让我们将目光瞄准HDMI和DisplayPort，目前业界对二者的未来发展存在各种不同猜测，它们会成为未来的行业标准吗？两个标准有必要同时存在么？在这篇文章中，我也对带领大家深入了解它们各自的性能。

• 链路结构

虽然HDMI和DisplayPort看起来有着同样的功能，又同样都是高速数字串行链接，但是在结构上它们却完全不同。


物理特性 HDMI和DisplayPort在相同的基础架构以及差分同轴双绞线上运行，都使用高速低电压差分信号来传输数据，但二者的相同点仅此而已。虽然从外表来看这两个标准十分相似，但结构上却有着巨大的不同。这些不同决定了链路的性能与其成本、兼容性、鲁棒性以及易执行能力。


HDMI标准现定义了四种连接器，A至D。除了Type B外，其余都是19针。Type C与D针对便携应用和小体积设备。


两个标准所使用的线缆略有不同。HDMI1.0至1.3使用4个屏蔽同轴差分对、 4个单端控制信号，电源(+5V)以及地线。HDMI1.4增加了音频回传通道和以太网通道，所以信号的构架有所不同。HDMI1.4使用的是4个同轴对、1个非屏蔽差分对、3个单端信号、电源(+5V)以及地线。这意味着，HDMI1.4和HDMI1.3使用不同的线缆。如果在HDMI1.4系统中使用一根非HDMI1.4线缆，那么音频回传和以太网的功能将会丧失。但是，HDMI1.3的所有功能以及HDMI1.4的其他新功能(如3D)则都可以保留。


DisplayPort定义了两种接头，全尺寸(Full Size)和迷你(Mini)。两种接头都有20针，但迷你接头的宽度大约是全尺寸的一半， 它们的尺寸分别为7.5mm x 4.5mm与16mm x 4.8mm。建立完整链路需要5个 同轴对、3 个单端信号，以及电源与地线。DisplayPort本身的可扩展性允许在更少导线的情况下建立 低带宽的DisplayPort链接，但是很少有人这么做，因为这有可能给终端用户带来令人困惑的兼容性问题。

• 时钟

任何工作的数字链路，都少不了同步发送器和接收器的一个共同时钟，即链路时钟。HDMI和DisplayPort对该问题的解决方案完全不同。


HDMI利用一个同轴对向接收器发送同步时钟信号。时钟差分对是链路数据传输率的1/10，等于视频信号的像素时钟频率(在深色彩模式中，时钟可能是像素时钟频率的1.25/1.5或2倍)。当然，在不同的视频分辨率、刷新速率以及比特深度下，该数据也有所变化。最高时钟频率受特定的HDMI标准控制，但所有HDMI标准的最低时钟频率都是25MHz。如果像素时钟频率低于25MHz，视频将会横向复制像素，直到时钟频率达到最小值以上。HDMI1.3与1.4的最高时钟频率是340MHz，而HDMI1.0至1.2a则是165MHz。


DisplayPort则使用8B/10B编码，这是一种通信中的常用方式，能够将链路时钟嵌入至数据流中。这样做的优势在于不需要专门占用一个同轴对，在接收端的信息同步和时钟恢复更容易，而且链路更可靠。但这样做也有缺点，这种方式使得链路时钟完全与音频、视频和其他信号源分开。这样一来，发送端和接收端都必须有专用的硬件来将被传输的音视频数据流从原本的信号传输率转换为固定链路时钟。

• 数据传输

HDMI将信号编码成三个串行位流，并通过三个差分对传输。这些串行位流的数据传输率是发送器与接收器之间传输时钟的10倍。串行位流使用了名为TMDS的编码技术，其功能是减少跃变数量，同时防止有过长的0或1串出现所导致的DC wandering或信号重同步问题。音频信号是在视频行消隐时传输的，同时带有参考值以便音频时钟能在接收端恢复。这就对视频水平消隐期的大小有了严格的要求，它必须确保足够带宽来传输音频信号。


与以太网相似，DisplayPort使用一种数据包结构来传输数据。这使得DisplayPort可以通过成为通道的串行位流来传输多种信号。1、2或4个通道可以用来传输数据，而每个通道都与嵌入的1.62Gbps、2.7Gbps或5.4Gbps(DisplayPort1.2)的链路时钟同步。当链路接通时，发送器与接收器之间互相沟通来决定数据传输率和通道数量。这样做意味着可以解决线缆或其他通信通道中受到的可能产生链路完整性问题的干扰，但这样一来就无法保证总是以最高数据传输率来运作。通常这并不是问题，如果较高数据传输率无法工作将导致链路不稳定，那么带宽较低的链路总比不稳定的链路要强。DisplayPort这种能够沟通并决定可行性连接速度的能力，表示其可以在困难情况下始终保证正常运行，而与其相比，在同样的情况下HDMI只会停止工作。

• 内容保护

所有HDMI 版本都使用高带宽数字内容保护(HDCP)来加密链路数据并提供内容保护。DisplayPort1.0要求使用可选的128-bit AES DisplayPort内容保护(DPCP)，但自1.1版本之后其也开始使用HDCP。

• 辅助通道 / 数据控制 

所有的HDMI版本都提供被称为CEC(消费电子控制)的低速控制通道，该通道用来在设备间传输命令，如播放、停止、快进等。HDMI1.4通过增加 一个差分对提升了CES的能力，将其作为音频回传通道和以太网通道。


DisplayPort使用AUX(辅助通道)作为设备之间的双向通信总线，比CEC的带宽要多得多。DisplayPort1.0和1.1的最高带宽是1Mbps。DisplayPort1.2则将其增加到720Mbps，使其可以支持USB和以太网。AUX同样可以建立链路并进行链路培训来优化速度和链路的可靠性。