深入技術：DisplayPort接口最詳解析

DisplayPort v1.2接口：視頻輸出新紀元

  編者按：DisplayPort是視頻電子標準協(xié)會（VESA, Video Electronics Standards Association）推動的數字視頻接口標準。最初的版本訂定于2006年5月，目前最新版是1.2，訂定于2009年11月22日。該接口訂定免認證、免授權金，發(fā)展中的新型數字式音頻／視頻界面，主要適應于連接電腦和屏幕，或是電腦和家庭劇院系統(tǒng)。有意要取代舊有的VGA和DVI界面。在這篇文章中，小編將向各位讀者全方位的詮釋這新一代的v1.2版本有著怎樣重大的革新。你也將看到DisplayPort視頻接口相較于其他主流的視頻接口又有哪些優(yōu)勢。

DisplayPort是現在剛剛興起的一種全新的顯示接口，它適用于筆記本和桌面電腦的顯示接駁端子。在相當長的一段時間內，整個PC顯示行業(yè)被VGA和DVI接口所壟斷。此后，HDMI接口的出臺，讓我們有了新的選擇。但是HDMI并非是專門的視頻接駁端子，其中還有音頻數據流傳輸。由此可以說HDMI是一種影音端子，并專用的非圖像端子。在DisplayPort接口登上歷史舞臺的初期，并未有太多系統(tǒng)和設備支持這一標準，并且設計DisplayPort初衷時的一些功能和構想尚未在最初的版本中實現。時間跨度到了2011年，DisplayPort接口推出了最新的v1.2版本，由此版本開始DisplayPort提供了更加豐富的功能。這包括了對更高分辨率的支持，增強的3D立體視覺顯示，僅用一根線纜就可以實現對多重顯示輸出的支持，另外還有許多其他的規(guī)格增強。

DisplayPort標準的發(fā)展從5年前就開始了。參與規(guī)范制定和技術研發(fā)的公司都是PC行業(yè)的領導者。其中包括了Intel、AMD、Nvidia、Apple、Dell、HP、Lenovo、Samsung、LG Display，以及其他系統(tǒng)和元件供應商。依托于VESA視頻電子標準協(xié)會這個國際行業(yè)組織，來制定出一套專業(yè)的顯示接口。在2010年初，曾經發(fā)布了一個v1.1a的增強版本，而今天我們會看到最新的v1.2版本的技術解析。DisplayPort接口還會不斷的發(fā)展，用來契合VESA各個成員公司的應用需求。在VESA中包含了IT產業(yè)各行各業(yè)的公司，從PC OEM制造到半導體芯片制造，到軟硬件開發(fā)設計等。由此DisplayPort接口規(guī)范是一個完全開放和免費的顯示接口標準。這一點對于它的普及化之路來說，也就顯得尤為重要了。

作為專業(yè)的顯示器接口，DisplayPort采用了獨特的數據結構和持續(xù)功能擴張機制。它可以輕松適應未來新的顯示系統(tǒng)的技術革新和軟件的更新。它的各項功能和特性都可以不斷添加，這并不會影響到向下兼容性。無論是支持DisplayPort接口輸出的PC系統(tǒng)或者是支持DisplayPort接口的顯示器。就目前看來DisplayPort接口的向下兼容性作的還是非常不錯的。

可擴展結構：微型分組封包數據架構

DisplayPort接口是第一個使用分組交換數據結構的顯示接口，這有點類似于以太網、USB、PCI Express接口、SATA接口和其他數據通信標準�；�于數據包機制的使用，讓DisplayPort接口具備較強的“可擴展”性。這就意味著它可以隨著未來的各種需要，不斷擴大數據傳輸能力。這種設計，可以讓它成為最為專業(yè)的顯示設備接駁端口，專門針對像素顯示的數據傳輸過程而優(yōu)化。它在傳輸視頻訊息時，也可以擔任音頻信號的傳輸。這也是它與HDMI最大的編碼區(qū)別。對于用戶而言，DisplayPort承諾了前所未有的性能規(guī)格、功能性和靈活性。對于OEM廠商而言，DisplayPort支持最新的系統(tǒng)功能和配置，這樣可以讓強大的視頻傳輸功能快速應用在新產品中。

相對于以太網和USB數據通信標準，DisplayPort使用了較小的數據包來優(yōu)化顯示內容和音頻內容。這些數據包被稱為“微包”。DisplayPort接口會將特定的微包發(fā)送到指定的顯示器上去，使用微包數據分配算法對數據包進行分組交換處理，最終顯示在各個顯示器上。DisplayPort最新的v1.1版本最多支持53條顯示器數據流，可以在如此眾多不同的顯示器中，顯示特定的內容。同時也支持多流音頻數據傳輸。除此之外，DisplayPort還有許多特色顯示功能包括：可以分辨?zhèn)鬏攦热莸念愋�，定時顯示，提供內容保護機制，甚至強大到可以控制顯示設備。還可以利用微包實現更多控制和服務功能。

目前VESA在DisplayPort規(guī)范中定義了許多數據包的類型。這將進一步提性能和豐富系統(tǒng)功能。這包括，針對3D顯示格式，可以改進和提高顯示的顏色，提供更高效的電源管理。這些新的功能將不會影響到現有的系統(tǒng)和支持DisplayPort接口的顯示器。這意味著今天對于的DisplayPort接口的投資將是一次性的，在未來是會不斷增值的。

8b/10b編碼：實現高速數據傳輸能力

除了分組交換數據結構之外，DisplayPort還支持高速的數據傳輸能力。這有點類似于USB、PCIe、SATA之類的高速數據接口。所有的數據采用的是8b/10b編碼，通過低電壓的交流耦合信號進行傳輸。DisplayPort與其他現代的高速通信接口一樣，都是采用的頂尖的半導體設計和制造工藝。采用這些數據結構和信號算法有許多好處。首先，在顯示界面的兩端，兩個高度集成的半導體芯片可以保證數據傳輸的速度和效率，同時具有低功耗的優(yōu)勢。對比史前般古老的VGA和DVI接口，其功耗要低許多。同時接口的物理尺寸也將變得很小巧。這會讓機系統(tǒng)的成本更加低廉，而電池的巡航時間將更長久。

另外重要的一點是，DisplayPort在輸出端與輸入端進行數據交互時，其數據信號的電器性質與系統(tǒng)內其他數據傳輸標準相同，這樣各種高速端口的信號可以非常和諧的工作。這會減輕整機的EMI電磁雜訊，可以進一步縮減整機系統(tǒng)的體積和尺寸。因為可以使用更少的金屬屏蔽層來保持信號的純凈，由此整機的成本和重量都會進一步降低。

不過對于8b/10b編碼，小編認為這并不是最為先進的信號編碼算法。PCI Express 2.0中的信號強度為5GT/s，從而實現了500MB/s的數據吞吐能力。由此一個lane數據通路，被定義為x1，它的數據傳輸能力即是500MB/s。而PCI Express 3.0中，這些數據傳輸能力被再次加強了一倍。PCI Express 3.0的信號強度為8GT/s，可以實現1GB/s的數據吞吐能力。

到了PCI Express 3.0的時代，偉大的工程師使用了更為有效的128b/130b編碼方案，從而避免了20%信號帶寬的浪費。事實上PCI Express 3.0中所浪費的帶寬僅僅為1.538%。由此8GT/s的信號不再僅僅是一個理論數值，它將是一個實實在在的量。如你所見，8b/10b編碼算法并不是最為優(yōu)秀的，高效的128b/130b編碼算法才是未來的王道。因此我們在這也能預測到未來的DisplayPort v1.3版本中，如果想要支持4K以上的多重顯示輸出還應該考慮128b/130b編碼。

有效帶寬17.28Gbps：視頻輸出不必再壓縮

超高的數據傳輸速率意味著在高解析度下，不再使用壓縮視頻

DisplayPort是一個純粹的顯示界面，專門針對高階顯示應用而設計。在傳統(tǒng)情況下，GPU核心會將輸出的圖像數據進行壓縮，然后再傳遞到一個或者多個顯示器上。DisplayPort的一大特性就是超高的數據傳輸效能，作為顯示界面時它可以率先支持無損壓縮數據，由此解放了GPU的資源，提高了顯示效能。壓縮視頻數據是一種可以讓我們得到超越接口最大傳輸帶寬的好方法，可以讓我們開更高的圖像分辨率。但是這么干的話，圖像的質量就會打折扣，同時也增加了整個系統(tǒng)的消耗。輸出的視頻數據需要使用額外的運算資源對輸出編碼進行壓縮。而視頻的壓縮和解壓縮也需要更多時間，這就會造成顯示的遲滯。例如游戲、內容創(chuàng)作、觸摸屏幕與人機交互界面，或者是基本觀看視頻。DisplayPort的高數據傳輸，避免了在顯示未經壓縮的視訊信息在超高分辨率、色深、幀速率甚至是多個顯示器應用下的帶寬限制。

與原先的DisplayPort v1.1a規(guī)范相比，DisplayPort v1.2支持四通道數據傳輸，每個通道可以支持5.4Gbps的帶寬。總計將會產生的有效負荷為17.28Gbps，因為可能其中還有許多地址位的信息，8b/10b編碼格式會損失一些帶寬。在這樣的帶寬下可以支持4096*2160 60fps的分辨率。DisplayPort也是目前為止第一個真正實現4K分辨率的外接顯示器界面。

下面的表格中，你會看到DisplayPort接口與DVI和HDMI接口規(guī)范的特性對比。

渴望300DPI：PC急需高分辨率支持

新一代的DisplayPort接口，提供了高速數據傳輸通道，可以顯示極高的分辨率、高幀率，并且同時支持更高的色彩深度。

這對于希望應用高分辨率顯示器的PC用戶而言有著重要的意義。通常的顯示器，很難經受超近距離觀看�，F在顯示器的尺寸在不斷的變大，但是顯示器的清晰度卻一直在走下坡路。更高的分辨率，會給我們更多的“工作空間”，更高的分辨率也會轉換為更高的“每英寸像素”（DPI）

例如，如果我們有一臺30英寸的顯示器，其分辨率為2560*1600，通常大多數30寸顯示器都會是這個分辨率，它也被稱作是WQXGA，這會達成100個DPI的分辨率。這就像是在褶皺的衛(wèi)生紙上，印上各種辦證收藥的小廣告。但是如果這臺30寸的顯示器，分辨率擴大到4096*2160像素的話，其DPI的值約為150，這大致相當于今天販售的報紙的質量。

對于一個27英寸的屏幕而言，若采用了上面兩種分辨率的話，分別會產生112DPI和172DPI�？磥磉@樣的顯示精度還是不夠，咱們可以繼續(xù)設想。如果一臺15.4英寸的筆記本電腦，采用了4096*2160像素分辨率，會達成300DPI的超高分辨率。300DPI意味著什么？告訴大家，蘋果的iphone 4采用了超高分辨率的視網膜屏幕，達到了326DIP，它能經受很近距離的觀看。如此高DPI的屏幕人眼已經無法辨析。由此這也是視網膜屏幕名字的由來。

而高幀率方面也對顯示應用提供了很多益處，尤其是PC和立體三維應用。在3D游戲方面，需要非�？焖俚囊苿樱�玩家需要快速的對電腦進行控制，并且也需要得到及時的響應與回饋。每秒60幀的速度為更流暢的游戲體驗提供了可能。在DisplayPort v1.2中支持4096*2160像素60fps。這對于3D立體應用程序來說，要增加到120幀才能滿足人眼對于圖像的基本需求。因此目前逼真的3D應用而言，DisplayPort v1.2還有待于提高，4K分辨率下很難實現3D應用。由此只能使用稍低一些的WQXGA（2560*1600）分辨率來達成120幀。

在色彩深度方面，許多筆記本和臺式電腦的顯示器都工作在18bpp下，這意味著每個原色的標示位寬為6位。每種原色光譜可以拆分成64個等級（紅、綠、藍）。更高級一些的“真彩色”會用24bpp色深，這就意味著每種原色會使用8bit位寬標示，每個原色光譜可以拆分為256個等級。當原色的光譜使用更多位寬標示，可以被拆分為更多細小的等級時，我們就會說，它的色深更深一些。色深的值越高，我們就可以呈現出更為逼真和自然的色彩。這也就是為什么高端的高清電視畫面會顯得更加銳利自然，更加栩栩如生。這也為用戶提供了更加鮮活難忘的感官體驗。在DisplayPort中支持高達48bpp的色深，這就意味著每種原色可以用16bit來表示，可以被切分為65536種過度色。這只是非常極端的應用，才會用到48bpp，目前出版業(yè)或者是高清電視一般只支持30bpp。

說到HDTV方面，也會受益于具有高數據傳輸性能的DisplayPort接口。這絕對是真的，不管你是用顯示器還是用高清電視接駁DisplayPort接口。它都能提供最高分辨率的支持，最高的幀率，最高的色彩深度，從而你可以得到最高質量的顯示。同時DisplayPort還支持未經刪除壓縮的數據顯示，這也讓你可以看到最為全面和原始的顯示信息。

數據如何傳輸：詳細了解DisplayPort接口

DisplayPort接口支持四條lane高速數據通道。每一個數據通道都有2跟線纜構成。DisplayPort接口可以傳輸顯示數據、音頻數據甚至是其他數據。根據不同分辨率和接駁顯示器數量的不同，每一個數據通路可以有不同的工作速度。他們可以工作在1.62、2.7、5.4Gbps。

DisplayPort包括了一對特殊線纜，它用來定義AUX通道。這個通道比較有趣，利用這個AUX輔助通道可以支持雙向的視頻和數據顯示傳輸，這會為支持DisplayPort接口的設備帶來更加寬泛的應用。在DisplayPort v1.2版本中，AUX通道的數據傳輸速率從以前的1Mbps擴展到了700Mbps，由此它也被譽為是快速輔助模式。這條通道首要的任務就是發(fā)現對方，并且建立維持DisplayPort的連接。為顯示應用和設備構建起一條可靠的高速數據連接。它可以用來發(fā)現和配置多重數據流和拓撲結構，同時也可以用它來控制各種顯示設備。此外它可以用于傳輸不同類型的數據，這讓DisplayPort顯得更加有用武之地。例如，如果你有一個顯示器，上面集成了一個攝像頭和麥克風。那么就可以利用AUX通道來向主機傳送攝像頭和輔助麥克風的信息。現在觸摸屏幕技術是未來許多臺式機和一體機的技術大趨勢。通過DisplayPort的AUX通道可以實現屏幕觸控信息的收集，并且反饋給PC。在未來，許多顯示器上集成的USB HUB或者讀卡器，就無需額外一條USB線纜與主機相連。僅僅使用一條DisplayPort線纜就全能搞定了。

最后，DisplayPort接口還定義了一根熱插拔檢測線纜。利用這條線纜，可以檢測出設備是否接駁正確。未來的游戲體感設備會利用這個接口來提醒主機“中斷”。

一次投資終身受益：解決向下兼容性的問題

DisplayPort的開發(fā)人員需要確保這個規(guī)范的向下兼容性。DisplayPort接口有自己的特點，它是一個完全獨立的接口，因此它不需要支持VGA、DVI或者是HDMI。開發(fā)人員要向客戶證明，這是一個支持未來新格式的接口。要做到這一點，需要有一些特殊的功能被添加到DisplayPort接口中。首先，DisplayPort中包含了一個電源引腳。由此當你用它接駁顯示設備的時候，不會需要額外在為DisplayPort接口考慮供電問題。其次，配置引腳都被包含在內，顯示適配器可以輕松的檢測到DisplayPort設備。最后不同的顯示設備，支持何種功能，信息的收集和反饋都通過AUX通道來發(fā)送。

支持DisplayPort接口的設備都有支持所謂的“雙�！�，這意味著他們能夠通過一種廉價的雙模顯示適配器（加密狗）支持DVI或者HDMI設備。這樣的設備通常都會打上DisplayPort和其他接口的標識。

DisplayPort內置了主動協(xié)議式的加密狗功能，可以讓它支持其他額外的顯示類型。例如，通過一種支持主動協(xié)議的DisplayPort轉VGA適配器，可以讓它支持VGA格式的信號。同時也可以讓DisplayPort兼容雙DVI和HDMI等接口。

全面而通用：DisplayPort的線纜和接口類型

miniDP轉VGA

任何標準的DisplayPort連接線將與現有的DisplayPort v1.1a系統(tǒng)相兼容，這就意味著最新版本的v1.2在物理結構上是一樣的。標準的線纜被稱作：“高比特率”，通常它的長度有2至3米長。所有標準的線纜在傳輸圖像和音頻時都能達到相同的質量，因為他們使用的都是數字信號傳輸。

如果你希望使用更長的線纜，也有一種比較特殊的：“低比特率”線纜，最高可以實現15米的長度。這種線纜專門針對較低的比特率信息傳輸，可以實現更遠的位置接駁。當然它的數據帶寬也是DisplayPort中最低的一檔，達到了1.62Gbps，這個速率也足夠實現1080P高清格式傳輸。（1920*1080 60FPS 24bpp），對于大多數場合是比較適合的，例如在寬大的會議中心部署投影儀。

miniDP轉DVI

對于更遠距離的特殊應用，還有其他互聯(lián)線纜可以使用，例如Cat 6線纜轉接器和光線連接。這也被稱作是混合電纜，在不久的將來，還會有一種被稱作“active cables”的線纜可用，它可以支持高比特率的連接，線纜長度可以達到10米。active cables將會集成DisplayPort接口電源適配器，通過中繼信號加強法，來讓信號傳播的更遠。

當你在選擇線纜時，也要考慮顯卡或者主板上的接口，是否與顯示器或者電視上的接口相對應。因為DisplayPort接口有兩種類型規(guī)格。一種是標準版，一種是mini版本。通常情況下，主板和一些顯卡上使用的是標準的DisplayPort接口，它比一個USB接口大上一圈，帶有梯形防呆設計。而蘋果的Macbook Pro使用的則是mini DisplayPort接口。這種接口的體積更小，可以應用于更加細小纖薄的設備中。由于蘋果公司的不斷發(fā)力，現在有越來越多的電子產品更愿意使用這種小巧的mini DisplayPort接口。不過目前市面上也有各種五花八門的接口適配器，讓你無須購買新的顯示器，就能支持DisplayPort接口。

mini DisplayPort接口

在PC中如何配置DisplayPort v1.2接口

如前所述，DisplayPort v1.2提供了許多全新的特性，一根DisplayPort線纜就支持多重視頻流。它最多可以支持53個視頻流，其中可以包括多個顯示信號源和多臺顯示器。在現實中，現在我們大多數電腦都會采用多視頻流的應用，而輸出的源，僅僅是一個。我們一般會用一臺PC和筆記本，支持2臺以上的顯示器。

對于PC系統(tǒng)和顯卡來說，在2011年我們就應該會買到支持DisplayPort v1.2多數據流的產品。而專門DisplayPort的顯示器，也會在今年內推出，其中包含了DisplayPort 1.2版本的“分支功能”，它允許通過一個菊花線纜連接多臺顯示器。通過一臺PC可以控制多臺顯示器。另外所有的DisplayPort輸出也支持將多臺顯示器連接到單一一個DisplayPort輸出接口上。特別是筆記本用戶，可以利用DisplayPort支持多屏幕顯示。

在接駁多重顯示器的時候，由于DisplayPort接口本的帶寬是有限的，因此多重顯示器并不能讓每一臺顯示器達到超高的分辨率和色深。另外需要指出的是，在一個多重輸出時，可以輸出不同分辨率的顯示信號。

下面就為大家羅列出了DisplayPort v1.2標準接口可以實現的各種視頻輸入輸出規(guī)格。

一個4092*2160 60 fps，色深24 bpp

一個3840*2160 60 fps，色深30 bpp

一個2560*1600 (WQXGA) 120 fps，色深30 bpp

兩個2560*1600 60 fps，色深30 bpp

四個1920*1080 (1080p) 60 fps，色深24 bpp

五個1680*1050 (WSXGA) 60 fps，色深24 bpp

十個1280*768 (WXGA) 60 fps，色深24 bpp

100ns進階調教：新增強大的音頻功能

有許多人愛用DisplayPort和HDMI接口相對比，早期的DisplayPort并不支持音頻信息的傳輸。而目前雖然DisplayPort v1.1a已經支持了無壓縮的立體聲音頻，并且碼率高達192KHz，同時還支持了S/PDIF格式，但是仍然略顯不足。在DisplayPort v1.2中，增加了對高清音頻的支持和音頻內容保護協(xié)議，以及多聲道音頻延遲控制等高級的功能。

在新的DisplayPort版本中，使用了一種叫做GTC全球時間碼的同步機制，每個音頻通道可以設置一個介于0和4.3秒的時間延遲。而在這個范圍內的每一個調節(jié)進階是100ns。利用GTC可以實現精確的音頻延遲控制。往小了說，利用這個功能可以簡單的補償音畫遲滯的問題，這樣就能解決“唇形不同步”的尷尬。另外它還能彌補在多聲道系統(tǒng)內的揚聲器距離延遲問題。揚聲器的擺位的不同，聲音傳到人耳時的延遲也就有所不同。DisplayPort提供了100ns的延遲控制，可以精確的控制每一個揚聲器的延遲。而當你的系統(tǒng)內有許多設備許多音源時，也可以利用DisplayPort接口集中為一根線纜。

精確的音頻延遲控制還可以應用在音頻的相位控制，例如，包括虛擬環(huán)繞聲波的約束，揚聲器系統(tǒng)的相位平衡。音頻發(fā)燒友將會對于DisplayPort v1.2所新增的這些功能更加期盼。

寫在最后：升級到DisplayPort

你可能已經有了一臺PC或者一臺DisplayPort接口的顯示器，但如果他們不支持，那么你絕對值得考慮在下一次PC升級的時候購買支持DisplayPort接口的設備。因為如果今天你有了一款支持DisplayPort v1.1版本的PC，那么或許未來你的這些硬件就自動升級到DisplayPort v1.2。這對于大多數消費者來說，能很有效的保護投資，讓你在未來可以輕松升級到更高分辨率的顯示器。如果你想查看各款顯示器、顯卡、筆記本等產品是否支持DisplayPort接口，請訪問www.--displayport.org

樓主辛苦了