VESA DisplayPort一统数字视频介面？

2005年8月16日，视频电子标准组织（Video Electronics Standards Association，VESA）发表了一项新数字视频标准：DisplayPort，此标准的目标设定在「适用于所有的数字视频应用」，包括大宗的PC、TV，也包括其他的CE产品，如电视游乐器、投影机、机顶盒等。

不过DisplayPort并非是唯一的数视频介面，在此之前PC已有DVI的外接型介面，而CE、TV方面也有HDMI介面，至于内接则是使用约定成俗的不成文标准：LVDS。既然DisplayPort诉求全面适用，那必然与此三者定位重叠，DisplayPort标准到底有何先进之处，使其能志在一统？以下我们将从各层面来深究。
传输介面：Main Link、Auxiliary Channel
DisplayPort的介面主要分成两部份：Main Link（主连线）、Auxiliary Channel（辅助通道），Main Link负责视频内容的传输，属高速的单向输出，Auxiliary Channel（以下简称：AUX CH）则负责内容之外的辅助信息传送，如状态资讯、操控命令、音频等，属低速的双向通信。

更进一步瞭解，Main Link其实是由1至4组不等的Lane所构成，每组Lane皆是由成对（即2条）的线路所构成，原因是採行差动信号传输，所以需要採行「对线，Pair」。在传输速率上每组Lane可传递2.7Gbps（另可视需求而选用较低速的1.62Gbps），4组合计可达10.8Gbps，在相同的线路数下DisplayPort比DVI快上2.2倍。

另外，由于DisplayPort使用8B10B编码法，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则仍保有一条独立的时脉线路，此在EMI（电磁干扰）设计上会有较多的难度。

由于频宽充沛，所以DisplayPort能满足各种视频应用，任何像素深度（Pixel Depth）、解析度（Resolution）、画面更新率（Rate）皆可自由转换，DisplayPort最高可至WQXGA+（2560x1600）、QXGA（2048x1536）的长宽解析度以及30/36-bit（每原色10/12-bit）的色深。

至于AUX CH方面，AUX CH传输率仅1Mbps，然因应状态资讯、控制命令等传输实是有余，一般而言可用来传递显示组态、遥控器命令，但日后也可用于各种延伸应用，如传递压缩与非压缩性的视频（WebCam）、音频（VoIP、Karaoke），或游戏机的控制器命令、动力回馈（Force Feedback）等。

此外，无论Main Link或AUX CH都在传输上有严格的延迟性（Latency）控制，务必在规范的时间内完成传输，如AUX CH就规定须在500uS内完成，而Main Link因为传输上更高速，因此也就更严苛。

附带一提的是，DisplayPort的信号电压准位相当低，主要是考量到今日半导体制程愈来愈精巧之故，目前已至90nm，下一目标则是65nm，DisplayPort的订立规范将可轻易适用于35nm～65nm的制程技术，使用新制程的数字逻辑晶片也多半会有更低的信号电压，且新的数字高速介面也类似（如PCI Express），关于此DisplayPort都能轻易接轨、耦合。
内外部接头、接线
瞭解完介面后接着是连接器与接线，DisplayPort是同时兼具内接、外接规范性的介面标准，不似DVI仅供外接，LVDS仅供内接。

先说明内接部份，DisplayPort的内接型接头仅有26.3mm宽、1.1m高，比LVDS小上30%，但传输率却是LVDS的3.8倍，因为LVDS的每组对线仅有0.945Gbps的传输率。此外内接的DisplayPort允许线路达610mm之长，这在设计大尺寸DTV时格外受用。

而外接部份，DisplayPort的外接型接头将会有两种，一种是标准型，形貌类似USB、HDMI等接头，但除此之外多了一个可让接头反扣于连接处的牢固设计，以防意外冲撞致使接头掉落，且使用者只要用拇指压按接头即可解除反扣。

另一种则是低矮型（Low Profile），此是针对连接面积有限的应用而订立，关于此以超薄笔记型电脑最为明显，不过也可适用于其他方面，例如同一部桌上型电脑要进行多组视频输出，在I/O挡板面积有限的情况下也适合用低矮型的DisplayPort接头。

无论是标准型接头还是低矮型接头，其最长外接距离皆为15m，且接头的相关规格都已经为日后的倍速升级做好准备，VESA预计在2008、2009年提出2X的新速率标准，届时Main Link将达21.6Gbps，AUX CH也有可能对应提升，然而这些提升都不需要再对接头、接线进行变更。
相容性设计
DisplayPort的诸多新特点都相当卓越，但除了先进外也不能不顾及相容，因此我们必须问：DisplayPort与过往的模拟视频是否有相容性呢？

答案是肯定的，不过必须透过变通方式达成，理由是DisplayPort不似DVI，在基础的接头设计上就保有PC传统模拟视频的信号（D-Sub Analog RGB），所以必须在DisplayPort的外接视频缆线上加串一个转接器（Adapter，或称Dongle），透过转接器进行视频格式的转换，如此即能达到过往相容。

当然，加串的转接器也需要用电才能执行转换，所以DisplayPort的外接缆线中也备有一条供电线路，转接器可取用此线路的供电来运作。此外，VESA也提醒转接器的设计者，透过缆线的拦截以进行视频转换，必须更严谨考量信号准位偏移性，以及在视频内容有防拷机制时的相容性。
传输协定：Micro-Packet Architecture
前面所言多属DisplayPort的传输层特色，但更重要的特色则是在协定层，此方面DisplayPort採行所谓的「微封包架构，Micro-Packet Architecture」，此有别于过去的各类视频传输，过往无论是模拟视频或DVI、HDMI等数字视频都较类似交换式传输，视频内容以即时、专线方式传送，相对的DisplayPort将视频内容以封包方式传送。

至此各位或许会讶异并且疑惑：视频传输是相当讲究高传量与即时性的，一般而言封包式传输不但比交换式传输更耗佔频宽（因为追加档头及资料分段等相关描述资讯），而且更难掌控传输即时性（大家同时上网，频宽就会因塞车而拖缓），如此DisplayPort真的能胜任传输工作吗？

确实，封包式传输较难确保传量与传输时效，但只要有适当的频宽、流量管理配套依然是可行，且能比交换式传输有更多、更广的价值发挥，这正是DisplayPort选择微封包架构的理由。

微封包架构相当弹性，可以在同一组Lane/Link内传输多组视频，反之交换式传输就得限定一组Link只能传输一组视频，此外也能轻易地在既有传输中追加新的协定内容，特别是内容防拷协定，这在消费性电子的视频播送上格外需要。

更明白地说，微封包架构让DisplayPort跳脱单纯的视频线路角色，进而提升成可汇整、统合各种视频应用的传输匯流排，此点也是DisplayPort大幅超越DVI、HDMI之处，即便DVI、HDMI在后续版本中积极提升传输速率，但在无法改变其基础本质（TMDS传输法）的情况下，依然难以在架构体质上超越DisplayPort。
内容保护
承袭上头所提，微封包架构可弹性追加各式传输协定，其中又以「内容保护」最先被考虑，因为DisplayPort也将用于消费性电子，而影片发行商、视频播送的营运业者等对内容防拷又特别重视，倘若新的视频介面不支援防拷，势必难以用于CE领域。

关于此VESA早有所设想，由Philips为DisplayPort发展、订立出一套内容防拷协定，该套协定使用标准的金钥交换方法，将128-bit的对称金钥用RSA 2048-bit非对称金钥方式加以编密后再进行递送，完成对称金钥的递送后，视频的收发两方便可直接以对称金钥进行视频内容的编密、传输、解密程序，如此即便有心者从中拦截传输内容，也只能得到一堆乱码而已。

也因为只有CE应用较重视防拷，资讯领域较无此方面的顾虑，所以VESA将DisplayPort的防拷技术列为选用功能，且须额外付费才能获得授权，不过DisplayPort的基础主体规格是开放的，任何VESA与非VESA会员都能直接採行。

虽然VESA认为CE应用较需搭配防拷技术，但笔者认为资料中心（Data Center）的KVM（Keyboard Video Mouse）交换器也很有可能需要此类机制，让资管员对伺服器进行管理时，其管理画面不致遭窃截、侧录。

当然，既然DisplayPort可弹性加搭各种协定，那么就没有强制规范非使用Philips的防拷协定，另行搭配其他协定亦是可行。

不过，VESA将成立测试中心，未来可接受业者的送测，以验证应用产品是否符合DisplayPort的规范标准，及与其他DisplayPort产品能否相容互通，合格者将发予标章，标章允许用于产品包装上，让消费者可更安心地选购而无标准及互通性的顾虑，此推广模式与WiFi联盟相当类似。
支持业者已到位
DisplayPort技术虽优异，但若没有足够的视频产业业者力挺恐怕也难推行，且推行初期能否获得重量级业者的青睐实为一大关键。关于此DisplayPort已无需担心，因为DELL、HP、ATI、NVIDIA、Samsung、PHILIPS、Genesis Microchip、Molex、Tyco等都已宣佈支持DisplayPort。

进一步分析这些重量级业者可发现，DELL、HP为PC大厂，ATI、NVIDIA为GPU大厂，Samsung、PHILIPS为CE大厂，Genesis Microchip则是专业的视频控制晶片研发商，Molex、Tyco则是知名的连接器制造商，其中Tyco将研制DisplayPort的内接用连接器，Molex则研制外接用的连接器。

很明显的，DisplayPort的上中下游都已经开通，上游为视频晶片、视频板卡，中游为接线、接头，下游为PC、CE产品，VESA对DisplayPort的期许是先大幅取代Desktop用的DVI及Laptop内的LVDS，之后再以更多的视讯延伸应用等特点来超越、替换HDMI。

不过，DVI、HDMI阵营对此也有所因应，决定弃DVI保HDMI，即是放弃DVI的强化改版，将所有新提升集中在HDMI，期望用HDMI达到相同的PC、CE一统介面，同时也持续用TMDS技术另行开创了UDI，而这一连串的动作能否封阻DisplayPort，且待时间与业者的执行力来证明。
　

图1 图左上为PC用液晶显示器的内部设计，由于DVI不能直接驱动时序控制器（Timing Controller，TCON），须转换成LVDS传输才能驱动，徒增制造成本及设计心力，相对的DisplayPort可自外而内一路通达，不需任何转换程序。（图片来源：VESA.org）
　

图2 DisplayPort对Notebook/Laptop而言的益处是缩减内接传输线路数，XGA的视讯水准可自16条减至2条，UXGA则可从20条减至8条，线路精省后所腾出的佈线空间可有更多的其他发挥应用（如佈设RF天线）。（图片来源：VESA.org）



图3 今日过半PC已在晶片组中内建视频功能，视频信号直接自晶片组接脚输出，但随着半导体制程技术的提升，晶片组的逻辑输出准位愈来愈低，对此需要进行信号转换才能符合DVI标准，然DisplayPort已能支援先进制程，不需转换即可输出。（图片来源：VESA.org）
　

图4 DisplayPort运用微封包架构的特性可轻易扩展各种视频延伸应用，图中以一部A/V Box接收、汇整多个视频源，然后以单一的DisplayPort接线输出至TV，该接线可同时含带多组视频源的视频内容，并在TV上以缩放、子母影像方式呈现。（图片来源：VESA.org）
　

图5 DisplayPort在主视频传输外另有一个辅助通道，该通道有1Mbps频宽，可用来传递状态资讯、控制命令、压缩或未压缩的音视频，同时也可用于各类型的视频搭配应用，如视频会议、VoIP、卡啦OK伴唱机、电玩游戏。（图片来源：VESA.org）
　

图6 DisplayPort的外接型接头。（图片来源：VESA.org）
　

图7 DisplayPort的内接型接头。（图片来源：VESA.org）