谈谈当代显示设备的信号接口

随着电影、电视、电脑等图像技术的融会贯通，以及数字清视／音频技术的发展，人们已经不能满足模拟、标清影视图像的传送，相对的全高清视频和大数据（如：网络视频、OTT等业务）传输，加速了当代显示设备及信号接口的推陈出新。本文就目前的显示设备最常使用的四种信号接口技术，进行分析和论述，以加深也内人士的了解。

谈到显示没备，人们首先会想到电视和电脑的屏幕……

如今，人们的工作、生活与显示设备可讲是鼠息相关，无论是在工业生产第一线，还是在家庭休闲娱乐．人们都希望能观看到清晰、流畅的图像画面。而这对于显示设备而言，除了高质量的信号源和显示器外，还需要一个介于两者之问的、高性能的信号传输或接收装置——信号接口。

所谓接口，就是能把两方面联系起来的部件；广义上的接口，可理解为一种契约；具体到显示设备的信号接口则是一种标准、规范和要求。

显示设备的信号接口，有着类似公路交通管理的要求和功能，通过信号接口的信息(数据)又如同公路上的车辆；人们为了提高显示设备所呈现的高清晰图像能力，首先会将公路升级改造成为更宽的高速公路，以加快通过信号口数据的流量、传送更多的信息；其次会制定相关规则、采取相应的措施，使公路不堵、车辆安全，以确保信号接U质量(版本)不断提高、信息传送更加安全。

随着《“宽带中国”战略及实施方案》的全面推进．以及后高清3D和4K技术的发展，我国宽带网络覆盖范围不断扩大，传输和接入能力不断增强，人们已经不能满足模拟、标清影视图像的传送，相对的全高清视频和大数据(如：网络视频、0TT等业务)传输，加速了当代显示设备及信号接口的推陈出新。

现如今，显示没备最常使用的信号接口有如下四种。

VGA——Video Graphic Array：视频图形阵列接口，从1987年使用至今。

DVI——Digital Visual Interface：数字视频接口，从1909年使用至今。

HDMI——High　Definition MultimediaInterface：高清晰度多媒体接口，从2002年使用至今。

DP——Display Port：字显示接口，从2006年使用至今。

VGA

VGA是将模拟视频信号(无音频信号)传输到显示器的信号接口标准。

1987年，IBM制定并推出了被称为“显示器数据线”的VGA接口标准，如今在显示设备上只要看到蓝色的接口，上面共有15引脚，分成3排，每排5个，基本上就可以确定是VGA了，如图一(VGA接口)、图二(VGA连接线)所示。又因为VGA接口竖看像一个大写的字母D，所以又称为D—SUB(D—subminiature：超小型接口)，可能当时这种接口已经算小的了。

原初的汁算机与显示设备，都是通过VGA接口连接的，计算机内部以数字方式生成的图像信号，经过显卡中的D／A(数字／模拟)转换器，转变为R、G、B(模拟基本彩色红、绿、蓝)三基色信号和行、场同步五种模拟信号，这些模拟信号通过VGA接口，传送到模拟的CRT(阴极射线管，即显象管)显示设备中，控制并驱动CRT生成图像。

因此，VGA接口用于连接模拟的CRT显示没备比较合理、可行，不存在问题。

但是，当VGA接口用于连接数字的LCD(液晶显示器)、DLP(数字光处理)等显示设备时，就需要在显示设备中，配置或增加相应的A／D(模拟／数字)转换器，将模拟信号转变为数字信号后方能显示图像。这样，经过了D／A和A／D两次转换后，不可避免地损失了一些图像细节，降低了图像品质。

另外，VGA接口最大可以满足20时的图像显示，随着屏幕加大，图像将出现模糊、发虚。为解决此问题，现如今生产的20寸(包括20寸)以上的显示器上，增加了一个数字方式的DVI接口，见图三(VGA和DVI双口)。

VGA接口在640×480的分辨率下，能同时显示16种色彩或2s6种灰度；在320×240分辨率下，能同时显示256种色彩或256种灰度。可以说，在今后很长时间内．VGA还是主要接口，并在不断改进。

如今显示器和显卡都支持的SVGA(Super Video　Graphics Array：高级视频图形阵列)模式．是厂商们在VGA基础上，将显存提升至1M，使其支持800×600或1(124×768分辨率，并得到VESA(Video Electronics Standards Association：视频电子标准协会)认可的新标准。实际上，SVGA是VGA不断改进的替代品。

DVI

DVI是将数字视频信号(无音频信号)传输到显示器的信号接口标准。

1994年年初，DDWG(Digital DisplayWorking Group：数字显示工作小组)以美国Silicon Image公司的专利技术为蓝本，提出DVI接口标准．目的是“通过数字方式来强化电脑显示器的画面品质．统一新时代数字显示设备的接口标准”，随后得到Intel、DELL HP、IBM、微软等企业的支持．经过三年多的推广，DVI技术在计算机显示领域得到了迅速运用。

1998年9月，在“Intel开发者论坛”峰会上，DDWG正式推出DVI信号接口标准。

DVI和VGA接口完全不同，两者不可共用。DVI一般都是白色的接口，上面是3排排列、每排8个针孔，如图四(DVI接口)、图五(DVI连接线)所示。

DVI有三类(DVI—A、DVI—D、DVI—I)信号传送方式和五种信号接口形式，见表一。

DVI—A是纯模拟信号接口，在CRT大屏幕中能看见，由于和VGA没有本质区圳，性能也不高，现今已被废弃。

DVI—D是纯数字信号接口，可以满足超高分辨率及3D影视／游戏效果等数据的传送，是目前应用最为主要的接口，

DVI—I有数字和模拟两种不同的信号接口 DVI—D和DVI—I都有单通道和双通道之分，人们平时见到的都是单通道，双通道成本很高，只有部分专业设备才具备，普通人很难见到。DVI—D和DVI—I的主要引脚相同，只是DVI—I掺杂了VGA数据接口．通过转接头可兼容VGA。

随着电影、电视、电脑等图像技术的融会贯通，以及数字高清视，音频技术的发展，DVI逐渐暴露出了种种问题，主要有如下五大点：

因此考虑的对象是个人电脑，对于笔记本电脑、平板电视、移动数字设备等的兼容较差。

2、DVI没有考虑对图像版权HDCP(High—bandwidth Digital ContentProtection：高带宽数字内容保护)的支持。

3、DVl只支持8bit的RGB信号传输，不支持广色域的显示终端(如大屏幕、高清及超高清显示器及设备等)。

4、DVI出于兼容性考虑，预留了不少孔脚以支持模拟设备，造成了信号接口体积较大，效率很低。

5、DVl只能传送数字视频信号，没有考虑数字音频信号的传送。

HDMI

由上可知，DVI暴露出的问题已成了数字高清视，音频技术的发展瓶颈．无论是IT厂商、平板电视制造商、还是好莱坞的众多出版商、传媒公司等，都迫切需要一种更好的、能满足未来高清视，音频技术发展的信号接口，这促使了新的信号接口标准——HDMI的诞生。

1、HDMI接口标准的制定

2002年4月，松下、日立、飞利浦、Silicon Image、索尼、汤姆逊、东芝等共同组建了HDMI Founders(高清晰度多媒体接口创建人)组织，开始着手“制定一种符合高清时代的全新数字化视，音频接口标准”，提出了全新标准的基本要求：

(1)接口为纯数字方式，无需在信号传送前进行D／A或A／D转换；

(2)接口可同时传送视频和音频信号；

(3)接口具有HDCP功能，以防具有著作权的声像数字内容遭到未经授权的复制；

(4)接口具备额外空间，日后有很大的升级余量。

2、HDMI接口标准的发布

2002年12月9日，HDMI Founders推出HDMI 1.0版接口标准，支持Dolby Digital(杜比数字)5.1和DTS(数字化影院)两种最为广泛的数字多声道音频流技术的应用.

2004年年底，美国FCC(联邦通信委员会)规定从“21)(15年7月1日起，所有数字电视周边产品．都必须内建HEMI信号接口。”

2006年5月，HDMI Founders推出H D M I 1．3版接口标准．支持1080p@120 H z、720 p@2 40 H z和1080i@240Hz以及更高的1440p@120Hz显示模式，同时向下完全兼容，包括DVI。

2009年6月,HDMI Founders推出，HDMl 1．4版接口标准．能满足更高分辨率、刷新率和色位深度，如1080p以上全高清的播放和3D传输；另外。HDMI 1．4版还增加一条数据通道——HDMI以太网通道，该通道允许基于互联网的HDMI设备和其它HDMI设备共享互联网接入，无需另接一条以太网线，即可实现任何基于IP的高速双向应用及通讯。

2010年3月，HDMI Founders推出HDMI 1．4a版接口标准，其关键是增强了3Dfi蔓用的功能，加入了用于广播内容的强制3D格式，以及称为Top-and-Bottom(适应于不同的可选／被动)的3D格式。

2013年底，HDMI Founders声称，2014年二季度，将正式推出更加高科技的HDMI2.0版接口标准，其组织成员(松下)，将在2014年10月，推出全球首款加入HDMI 2信号接口的4K@50/60Hz电视。

不过笔者至今还没见过第四代HDMl 2.0接口的应用，但如今的华硕MS系列，基本上都配有第三代HEMI 1．4版本，这也许是预示着HDMI应该逐渐将会成为主流．HEMI信号接口各版本号的性能见表二所示。

3、规范HDMl接口标准

2010年10月1日，HDMI Founders根据新版《商标和Logo使用规范》和“HDMI 1．4版的说法过于宽泛．无法显示该设备的具体支持技术”等原因，要求“HDMI接口及线缆制造商在销售和宣传HDMI 1．4版时，从即日起禁止使用版本号标识，旧版接口及线缆则应在一年内，去除所有用版本号标识的标签、说明、包装等。对于除接口及线缆以外的其他}IDMI设备，应在2012年1月1日前．去除所有版本号标识”。同时明确：在此之前，厂商应明确所使用技术的前提下，应用的版本号标识．如“HDMI v.1.4 with Audio Return Channel and HDMI EthernetChannel”(HDMI 1．4版支持．ARC音频回援通道和HEC以太网通道)；严禁使用笼统的“HDMI v.104 compliant”(兼容HDMI1．4)。

4、HEMI信号接口的优势

使用HEMI信号接口，其视／音频传送优势见表三所示。

5、HDMI信号接口分类

HDMI信号接口可以分为HDMl Atype、HDMI B type、HDMI C type、HDMID type类型，每种类型的接口分别由用于设备端的插座和线缆端的插头组成，其尺寸、外形和应用领域等见表四所示。

A型是HDMI为最常见的接口，接口外侧没有一圈厚度为0.5mm的金属材质屏蔽层，防止来自外界的各种干扰信号?内侧每根引脚的宽度为0.45mm，长度为4．1mm，其误差为0.05mm左右．以保证良好的接触性?

B型比A型足足大了一圈，可传输A型两倍的TMDS(最小化传输差分信号)数据量，相对等于DVI双通道传输，可传输2560×1600以上的分辨率，因为A型只有单通道的TMDS传输，如果要传输B型的讯号，则必须要两倍的传输效率，TMDS的工作频率必须提高至270MHz以上：而在HDMI 1．3版出现之前，市面上大部分的TMDs只能稳定在16sMHz以下工作。自HDMI 1．3版出台后．B型的应用也就少了。

C型非常小巧，被称为HDMI mini(迷你口)，是缩小的A型，但脚位定义有所改变。主要应用在便携式装置上。

D型比C型小很多，俗称HDMI micro(微型口)，主要应用在一些小型的移动设备上。

以上几种HDMI接口，均使用5V低电压驱动，阻抗都是100欧姆，它们之间并没有做到完全兼容，A型不能通过转接没备连接到B型，B型又不能转接成c型；但A型和c型仅仅是物理尺寸上不问．可通过转换器实现兼容。目前一端为A型，一端为D型插头的连接线缆，已在一些手机上应用。

DP

1、DP信号接口标准的发布

2006年5月．VESA正式发布DP信号接口标准。

DP和HDMI几乎一样，部支持数字视／音频的同时传输。DP带宽更大，最初的1.1版．带宽高达10.8 Gbit／s，这与HDMI 1．3版的带宽基本相当，后续版本的带宽提升空间将更加强大。DP各版本性能见表五

2、DP信号接口标准的特性

(1)DP是个人电脑平台下最新的显示接口，是DVI的完美继任者，主要应用于连接电脑和显示器．与DVI一样极少出现在个人电脑或Mac(苹果电脑)以外的领域，如电视、手机、移动设备领域。

(2)DP是第一个依赖数据包化数据传输技术的显示接口，此技术在以太网、USB和PCI Express等技术中部有应用。

(3)与HDMI不同，DP接口采用微封包传输架构，由于带宽非常高，因此绝对不至于其在传输过程中出现“掉包”的现象。而且微封包架构的弹性大，DP可以轻松实现分屏显示功能(一条DP连接线最高可支持6条1080i或3条1080p视频流)，DP可以在同一组Lane／l。ink(通道，连线)内传输多组视频。

由此特性，DP一般用于多屏输出，适用于军工、医学等需要多屏高分辨率的领域．所以现在的高端显卡和专业显卡才配备此接口，不过相信只要显示器／电视的厂商推广开来．相信更多的显卡都会配备此接口的。

3、DP信号接口形状

在接口形状上DP梢大于HDMI．并且同样支

持即插即用。DPI司样也有标准口、迷你口、微型口，分别见图十(DP标准口)、图十一(DP迷你口)、图十二(DP微型口)所示。除此之外．DP既支持外置显示连接．也支持内置显示连接．兼容VGA、DVI等的转接，见图十三(DP转VGA 连接线)、图十四(DP转DVI连接线)所示。

苹果公司的Mac系列电脑是DP接口的先行者，同时大量使用DP mini接口，这种DP mini接口与Thunderbolt雷电接口是完美兼容的，Thunderbolt雷电接口将来可能取代现行的其他总线装置．成为电脑对于外的单一总线，前景不可限量。

4、DP信号接口优势

DP的优势在于带宽更高，可支持2560 x 1600、2048×1536等分辨率及30/36bit的色深；在1920×1200分辨率下，色彩支持达到120／24bit．超高的带宽和分辨率完足以适应显示设备的发展，足以应付未来的4K、8K甚至更高的分辨率需求。

结语

随着后高清时代及3D和4K这两个话题不断上升，人们对显示设备及信号的传送的要求也随之提高，VGA已不能满足高清的显示，如果只是简单的看高清，那么DVI-I．DVI-D．HDMI，DP部可以，如果想看3D电视(3D电视带宽要比普通电视高一倍)，HDMl和DP更是不在话下。VGA、DVI、HEMI、DP各信号接口所能支持的显示模式、图像格式、分辨率，清晰度及应用情况见表六所示。

相对于目前应用最广的DVI接口，HDMI具有更多优势。一是，DVI是一种个人电脑上的标准接口，但是在家电市场并没有多少设备采用(因为DVI接口体积巳大，影响了背板的线路布局)。二是，超低价高清播放器已经普及，用HDMI接口连接可以不用主机直接播放。三是，DVl只能传输视频信号。而音频传输需要其他接口，使用起来不方便。而HDMI解决了这些问题，因而大受家电厂商欢迎。

另外，HDMI从外观上看和VGA以及DVI完全不同，采用了类似于USB的设汁．这样设计的好处是可以很方便的进行插拔，又彻底的解决了对于电视、电脑、手机、便携式数字设备的兼容性问题。

虽然DP接口拥有众多的优势，但是就目前来说还看不到普及的希望。如今民用级显示器市场中采用DP接口的显示器也不过戴尔的几款产品．对于广大的消费者而言，暂时也没有必要花太多的精力放DP接口显示器的选购之上。

若是想适应未来潮流，统一各种接口，到哪都可以“插”的话，还是选择HDMIPE吧。