視頻要從“頭”看——視頻接口發展史

                      消費電子   作者:ZongYu 時間:2022-12-09來源:EEPW

                      對于90后來說,可以說見證了視頻接口的發展,記得筆者在小時候,每逢周末,都會拿出一臺索尼的PS1,玩上一兩個小時,那經典的三色RCA插頭,至今都是我童年回憶的一部分;不知何時家中更新了臺式電腦,接口從經典的紅白黃變成了統一的VGA接口,接口上兩枚需要手動擰緊的螺絲,成了它最明顯的標志。如今來到了HDMIDPDisplayPort )接口雙雄并立的時代,經歷了數十年的發展,視頻接口從模擬信號變為了數字信號,從復雜的三接口發展到了如今的單接口,視頻接口經過市場大浪淘沙,大部分視頻接口已經被淘汰,今天就讓我們一起回顧和介紹一下歷史上種種的視頻接口。

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                      各種視頻接口

                      首先,是早期的復合視頻接口(AV接口或Video接口),這是曾經最普遍的一種視頻接口,它被廣泛的運用在DVD、電視、游戲機、機頂盒之上。紅白黃的三根線就是它最大的特征,相信也是大部分90后乃至80后的童年回憶。其中V接口連接混合視頻信號,為黃色插口;L接口連接左聲道聲音信號,為白色插口;R接口連接右聲道聲音信號,為紅色插口。之所以會采用這種將聲音和視頻分開傳輸的方式,是避免了因為音/視頻混合干擾而導致的圖像質量下降。但由于AV接口傳輸的仍是一種亮度/色度(Y/C)混合的視頻信號,必然會造成色彩信號的損失,而且它是模擬接口,當用于數字設備時,需要一個模擬轉數字的過程,還會損失不少信噪比,因此隨著視頻是數字化、高清化的進程,逐漸被淘汰、淡出了視頻接口的領域。

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                      AV接口經典的三色線材

                      為了改善復合視頻接口圖像質量普遍較差的表現,S-端子接口應運而生,它是復合視頻接口的升級版,依然還是傳輸模擬信號,但是采用了視頻亮度信息和色度信息分開傳輸的方案,使得圖像之間的干擾變小,不像復合視頻信號接口是將所有信號打包成一個整體進行發送。由于省去了圖像信號Y與色度信號C的綜合、編碼、合成以及電視機機內的輸入切換、矩陣解碼等步驟,有效防止亮度、色度信號復合輸出的相互串擾,提高圖像的清晰度。

                      其次,隨著個人電腦的逐漸普及,VGA接口逐漸走進了大眾的視野之中。事實上,早在1987年,VGA就已經作為一種視頻傳輸標準被IBM公司所推出。最開始,它是隨著IBM在同年推出的PS/2Personal System 2個人電腦一起推出的一種視頻標準。在當時具有分辨率高、顯示速率快、顏色豐富等優點,在彩色顯示器領域得到了廣泛的應用。由于,早期個人臺式電腦的CRT顯示器因為設計制造上的原因,只能接受模擬信號輸入,這就需要顯卡能輸出模擬信號,VGA接口就是顯卡上輸出模擬信號的接口。這個標準對于現今的個人電腦市場已經十分過時。即使如此,VGA仍然是最多制造商所共同支持的一個標準,個人電腦在加載自己的獨特驅動程序之前,都必須支持VGA的標準。例如,微軟Windows系列產品的開機畫面仍然使用VGA顯示模式,這也說明其在顯示標準中的重要性和兼容性。

                      VGA接口是一種D型接口,上面共有15針孔,分成三排,每排五個。 其中,除了2NCNot Connect)信號、3根顯示數據總線和5GND信號,比較重要的是3RGB彩色分量信號和2根掃描同步信號HSYNCVSYNC針腳。使用VGA傳輸視頻模擬信號,計算機內部以數字方式生成的顯示圖像信息,被顯卡中的數字/模擬轉換器轉變為RGB三原色信號和行、場同步信號,信號通過電纜傳輸到顯示設備中。VGA最大支持1600x1200的分辨率,現如今已經不夠看了,加之其價格昂貴、只能傳輸視頻不能傳輸音頻、易受干擾等缺點,已逐步走出歷史舞臺。

                       

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                      在這之中還有一種名為DVI(Digital Visual Interface)的接口,曾經被市場上應用過,它在誕生之初的使命就是來取代只能傳輸模擬信號的VGA接口,它使用規范的數字化傳輸來提高顯示設備的畫面品質,并使用了最小化轉移差動信號(Transition Minimized Differential Signaling,TMDS)技術來確保高速串列數據發送的穩定性。但是由于其接口體積大、帶寬有限,在2002 年 4 月,日立、松下、飛利浦、Silicon Image、索尼、湯姆遜、東芝 7 家公司聚在一起,成立了 HDMI 高清多媒體接口的組織,從 2002 年 12 月開始不斷發布 HDMI(High Definition Multimedia Interface) 的標準,最終DVI接口很快就被更加先進、拓展性能更好的HMDI接口所取代。HDMI 接口影音都能傳輸,而且有升級潛力,但它需要每年向HDMI組織繳納 1 萬美元的年費才能使用。而這也間接促成了另一家標準化協會VESA (Video Electronics Standards Association)于2006年,推出了一個完全免費的視頻接口DP(DisplayPort)標準接口。如今是HDMI 與 DisplayPort 雙雄爭霸的時代,我們先來簡單介紹一下目前應用相對最廣的HDMI接口。

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                      HDMI接口

                      HDMI支持各類電視與計算機視頻格式,包括SDTV、HDTV視頻畫面,支持多聲道數字音頻。并且,視頻內容都以即時、專線方式進行傳輸,這可以保證視頻流量大時不會發生堵塞的現象。HDMI 主要由發射端和接收端構成。HDMI 擁有顯示數據通道(DDC)、TMDS 和 CEC 三個通信通道,并且所有通過 HDMI 電纜傳輸的音頻和視頻信號都使用 HDCP(高帶寬數字內容保護)技術進行編碼,由播放器加密信號,電視(或其他顯示輸出設備)解密。在HDMI接口誕生之初,也就是HDMI1.0的時代,它可以傳輸1080@60Hz全高清的影像輸出,帶寬達到4.85Gbps。隨著HDMI組織對HDMI接口的不斷優化升級,到了2013年,HDMI2.0版本推出,帶寬達到18Gbps,可以支持4K@60FPS畫面輸出,進入真4K時代。現在HDMI已經進入了2.1接口,可提供48Gbps的帶寬,并且支持8K@60Hz以及4K@120Hz視頻傳輸。而不支持144hz或者更高的視頻幀率傳輸,也就成了HDMI的阿喀琉斯之踵,也是DP接口的破局點,記得筆者在今年年初,更換了一臺2k 165hz的顯示器,照常使用HDMI連接,不論如何都激活不了165Hz的刷新率,一開始還覺得是顯示器發錯了貨,后來才知道,追求更高的屏幕刷新率,那就要更換DP接口和對應線材了。

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                      DP接口

                      上文說到,DP是由VESA標準化協會于2006年推出的一個完全免費的視頻接口,DPDisplayPort是第一個依賴數據包化數據傳輸技術的顯示通信端口,它既可以用于內部顯示連接,也可以用于外部的顯示連接。與過去的標準需要在每個輸出端的差分對里面固定傳輸定時器信號不同的是,DP協議是基于小的數據報文被稱為微報文,這種微報文可以將定時器信號嵌入在數據流中。其優點是較少的引腳數,就可以實現更高的分辨率。數據報文的應用也允許使用DP可擴展,這就意味著隨著時間的推移,物理通信端口本身不需要顯著的變化就可以增加額外的功能了。DP對比HDMI的一個顯著優勢就是帶寬更高HDMI 2.1 標準帶寬達到了 48 Gbps,支持單個 8 K (7680 × 4320) 顯示器 60Hz / 4:2:0/12bit。而 DisplayPort 2.0 帶寬達到 77.37 Gbps,可以支持實現 16 K 60 Hz 的視頻輸出。這就是為什么,對于追求更高的刷新率(120hz以上),目前只有DP這一種接口可以選擇,同時,DP的內容防拷貝協議 使用了AES 技術,提供高達 2048 位的密鑰長度,保護技術比 HDMI 所使用的HDCP更可靠。

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                      HDMI對比DP

                      由于HMDI的先發優勢,和各大顯示器面板的生產商的持續推進,目前HDMI的普及程度是最高的;而DP接口則是憑借自己更高的技術力,在高端顯示器市場攻城略地,也獲得了自己的一席之地, DPHDMI未來誰能一統視頻接口的市場,我們目前還不得而知,但是可以確定的是,隨著廠商的競爭,更大的帶寬,更好的加密技術,一定會在未來為各位消費者帶來更加高清和便捷的視頻體驗。

                       


                      關鍵詞: 視頻接口 模擬信號 HMDI DP

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