一文搞懂HDMI/DP/DVI/VGA顯示器接口歷史演進(jìn)

1 前言

顯示器（Display screen），是一種將特定格式排列的數(shù)據(jù)通過特定的傳輸設(shè)備顯示到屏幕上的顯示工具。比如現(xiàn)在常見的電腦液晶顯示器LCD、還有陰極射線管顯示器CRT、電視屏幕、手機(jī)屏幕，對了還有等離子顯示器PDP（你什么檔次和《狂飆》里的徐江用一樣的）。顯示器接口作為連接顯示信息生成/播放設(shè)備與顯示器之間的信息傳遞的通路，隨著顯示技術(shù)的發(fā)展也在不斷發(fā)展著，迄今為止產(chǎn)生了很多不同的接口。

你知道上面這些顯示器接口嗎？下面這些早期的顯示器接口有沒有聽說過？

F-connectorBelling-Lee、RCA Connector、S-Video(S端子)、YPBPR端子。

2 早期顯示器接口

最開始時(shí)電視機(jī)是黑白色的，視頻數(shù)據(jù)只包含明暗信息，為灰度（Gray）信號(hào)。后來隨著技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了彩色電視機(jī)后，為了兼容黑白電視機(jī)，在視頻數(shù)據(jù)里面保留了明暗信息，并且加入了顏色信息，這種視頻數(shù)據(jù)被稱為復(fù)合信號(hào)Composite Video。

2.1 F Connector或Belling-Lee接口

早期電視機(jī)同軸線纜接口早期電視機(jī)接口，采用F型連接頭F Connector或Belling-Lee接口，主要用于連接天線、有線電視、衛(wèi)星電視信號(hào)。

2.2RCA 端子 RCA Connector

RCA 蓮花頭

RCA(Radio Corporation of America)，俗稱蓮花頭，這種接口最早是用來傳輸音頻信號(hào)，因?yàn)樵O(shè)計(jì)簡潔、成本低廉，后來也逐漸用來傳輸模擬復(fù)合視頻信號(hào)。在早期的錄像機(jī)、DVD、攝像機(jī)以及游戲機(jī)上應(yīng)用廣泛。 把明暗信息和顏色信息混合在一起傳輸，在頻率不高的情況下，干擾不太明顯，但是畢竟模擬信號(hào)抗干擾能力差，比如白色的雪花點(diǎn)（好像鬼故事）、圖像水波紋等現(xiàn)象會(huì)影響用戶觀看體驗(yàn)。 另外，隨著家庭娛樂需求的爆發(fā)、人們對畫質(zhì)的要求越來越高，自然而然地把這兩種信號(hào)分開傳輸?shù)募夹g(shù)也就出現(xiàn)了。按照明暗信息和顏色信息分開傳輸?shù)男盘?hào)，被稱作分量信號(hào)Component Video。 而且把兩種信號(hào)分開處理，還有一個(gè)好處，那就是人眼對于明暗的敏感程度高于對顏色的感知。在不影響用戶觀看體驗(yàn)的前提下，可以對顏色數(shù)據(jù)進(jìn)行有損壓縮，能夠大大減少視頻數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和傳輸成本。

2.3 S-Video端子

S-Video端子

S-Video其實(shí)就是Separate Video，由于S端子（S-Video）不再進(jìn)行Y/C混合傳輸，因此無需再進(jìn)行亮色分離和解碼工作。而且使用各自獨(dú)立的傳輸通道，在很大程度上避免了視頻設(shè)備內(nèi)信號(hào)串?dāng)_而產(chǎn)生的圖像失真，極大地提高了圖像的清晰度。在家庭影音設(shè)備種很常見。

2.4 色差端子YPbPr

YPBPR端子 這種接口在S端子的基礎(chǔ)上進(jìn)一步的對顏色信號(hào)進(jìn)行分拆，使用三條線RCA線，實(shí)現(xiàn)了更好傳輸質(zhì)量。線的數(shù)量的增加使得傳輸信息的帶寬也得到了大幅提高，甚至可以傳輸高清HD的畫面。 三條線中，Y線代表明暗，是RGB三種顏色的和： Y = 0.2126 R + 0.7152 G + 0.0722 B Pb線負(fù)責(zé)傳輸藍(lán)色與明暗之差（B-Y），Pr線負(fù)責(zé)傳輸紅色與明暗之差（R-Y）。 YCbCr更多的是指數(shù)字方式，YPbPr用來指模擬方式。也可以用YUV來統(tǒng)稱所有類似的方式。（計(jì)劃后續(xù)再寫一篇介紹視頻格式的帖子，敬請關(guān)注硬件花園的微信公眾號(hào)哦?。?h2 style="margin:1em auto;padding-top:.5em;padding-bottom:.5em;font-weight:bold;font-size:22px;white-space:normal;color:rgb(119,48,152);min-height:32px;line-height:28px;border-bottom:1px solid rgb(119,48,152);border-top-color:rgb(119,48,152);border-right-color:rgb(119,48,152);border-left-color:rgb(119,48,152);text-align:center;width:491.297px;"> 3 流行的VGA 之前介紹的幾種接口都是為了電視或者家庭影音場景下開發(fā)，實(shí)際上并不適合個(gè)人計(jì)算機(jī)領(lǐng)域。 在早期的顯示技術(shù)生態(tài)環(huán)境里，視頻內(nèi)容主要由電視屏幕顯示的。而計(jì)算機(jī)不同，計(jì)算機(jī)常使用的CRT電視/顯示器里電子槍本身使用的就是RGB信號(hào)。如果仍舊接收明暗或顏色信息后，還要再轉(zhuǎn)化為RGB信號(hào)，何必多此一舉呢？不如直接傳輸RGB信號(hào)。 而且還有一個(gè)重要因素。在電視信號(hào)中，除了明暗和顏色信號(hào)，還要有同步SYNC信號(hào)，用于告訴電視屏幕將明暗和顏色信號(hào)在屏幕的哪一行、哪一列顯示。 而到了計(jì)算機(jī)這里，由VGA端子把SYNC信號(hào)分離出去，分為行、場同步信號(hào)。進(jìn)一步減少了信號(hào)之間的干擾，提高了畫質(zhì)，也提高了明暗信號(hào)的傳輸速率。VGA端子

這種接口也就D-Sub(D-Subminiature)，由當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)界的帶頭大哥IBM在1987年推出VGA顯示標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候而廣泛應(yīng)用。

VGA是非常適合當(dāng)時(shí)個(gè)人計(jì)算機(jī)對顯示的需求的，它為個(gè)人電腦的普及做出了很大的貢獻(xiàn)，而且隨著用戶需求的提高而一直在得到更新和改進(jìn)。

雖然VGA標(biāo)準(zhǔn)本身沒有任何帶寬上的限制，理論上也可以傳送高清甚至4K畫面，但是因?yàn)槟M信號(hào)不抗干擾，隨著分辨率和色深的提高，數(shù)據(jù)量越大的，畫質(zhì)就越差，不能承擔(dān)傳輸更好畫面的任務(wù)。

4數(shù)字化的顯示接口

與此同時(shí)，以液晶顯示器LCD為代表的的平面顯示器開始興起！

LCD顯示器內(nèi)部采用的是數(shù)字方式來處理視頻信號(hào)（只有最后發(fā)送到每個(gè)像素的電壓信號(hào)是模擬的），所以實(shí)際上對液晶顯示器來說，多次模/數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC），數(shù)/模轉(zhuǎn)換（DAC）反復(fù)的轉(zhuǎn)化對畫質(zhì)的影響很大，使得液晶顯示器無法發(fā)揮自己的潛力。

所以，業(yè)界急需一種新的數(shù)字信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)，顯示接口來到數(shù)字時(shí)代。

DVI（Digital Visual Interface）

DVI接口

雖然業(yè)界對于數(shù)字接口的需要非常迫切，但是當(dāng)時(shí)世界上還存在大量的CRT顯示器，顯卡公司也不敢貿(mào)然只提供數(shù)字信號(hào)不提供模擬信號(hào)。這就要求新的數(shù)字接口要兼容VGA模擬信號(hào)，從而也導(dǎo)致DVI接口的種類非常多。DVI接口有DVI-A、DVI-D、DVI-I，又可分為單通道與雙通道。DVI-A（DVI-Analog）接口只傳輸模擬信號(hào)，實(shí)質(zhì)就是VGA模擬傳輸接口規(guī)格，常用于轉(zhuǎn)接顯卡的DVI-I輸出到VGA顯示器接口。DVI-D（DVI-Digital）接口是純數(shù)字接口，不兼容模擬信號(hào)。DVI-I（DVI-Integrated）接口，兼容DVI-I和DVI-D兩種插頭，兼容數(shù)字和模擬信號(hào)。它們的接口形狀不同，如果接口不匹配就無法插入使用。DVI種類DVI成功的應(yīng)用，使得電腦顯示技術(shù)進(jìn)入數(shù)字時(shí)代、高清（HD)時(shí)代。然而DVI也有不少缺點(diǎn)：

• 子標(biāo)準(zhǔn)太多，互相兼容性不好。
• 沒有嚴(yán)格的產(chǎn)品認(rèn)證，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊
• 不支持音頻，YUV，只能傳輸視頻信號(hào)，無法滿足電影、電視以及家庭影音的需求。
• 接口太大。
• 利益分配不公平。

5終將統(tǒng)一的顯示接口

電腦界業(yè)內(nèi)終極夢想，希望能使用統(tǒng)一的接口，連接所有的外設(shè)（鼠標(biāo)、鍵盤、打印機(jī)、音響）。在1994年由Intel、IBM、Compaq、Digital、微軟、NEC和Nortel一起制定了USB標(biāo)準(zhǔn)。USB標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)在得到廣泛的應(yīng)用。VESA(Video Electronics Standards Association)作為顯示領(lǐng)域的聯(lián)盟，同樣也希望有這一個(gè)統(tǒng)一的顯示標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)時(shí)常見的電腦桌面不過，理想很豐滿，現(xiàn)實(shí)頗曲折。VESA這幫人想做而沒做成的事情，由Intel做到了。更清晰的畫質(zhì)，需要高清的視頻內(nèi)容。視頻信號(hào)數(shù)字化以后，很容易復(fù)制拷貝。所以視頻內(nèi)容生產(chǎn)商，比如好萊塢、福克斯、環(huán)球、華納等公司非常擔(dān)心盜版的問題。因此，Intel振臂一呼，引入了HDCP(High-Band Digital Content Protection)機(jī)制。該機(jī)制可以防止內(nèi)容被非法錄制、播放器和顯示器都必須支持HDCP才可以播放有版權(quán)保護(hù)的內(nèi)容。5.1HDMI（High-Definition Multimedia Interface） 標(biāo)準(zhǔn)HDMI接口

HDMI接口在2002年被提出，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到HDMI 2.1標(biāo)準(zhǔn)，而且隨著行業(yè)發(fā)展，HDMI 2.1標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)能夠支持4K 120Hz及8K 60Hz，支持高動(dòng)態(tài)范圍成像（HDR），可以針對場景或幀數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，向后兼容HDMI 2.0、HDMI 1.4。最重要的是，HDMI支持視頻、音頻同時(shí)傳輸！

如今很多顯示器內(nèi)置音箱，僅使用一根HDMI線，就可以完成圖像和聲音的傳輸。

HDMI在物理接口上，主要有標(biāo)準(zhǔn)HDMI接口、Mini HDMI接口和Micro HDMI接口。

HDMI常見接口分類

不過，HDMI也存在一個(gè)問題，那就是HDMI和DVI一樣都是由業(yè)內(nèi)少數(shù)公司主導(dǎo)的標(biāo)準(zhǔn)，使用HDMI需要繳納較高的授權(quán)費(fèi)。而且由于HDMI是一個(gè)封閉的組織，并沒有整個(gè)業(yè)界達(dá)成共識(shí)，沒有VESA這樣的行業(yè)組織認(rèn)證。 從技術(shù)叫來說，HDMI和DVI都是基于TMDS技術(shù)，以幀為傳輸單位，還是沒有真正的數(shù)字化，沒有完全脫離傳統(tǒng)模式視頻傳輸?shù)乃季S模式。要想完成顯示接口與其他設(shè)備接口的完全統(tǒng)一，必須要讓視頻信號(hào)像普通數(shù)據(jù)一樣傳輸。換言之，一旦把視頻信號(hào)完全數(shù)據(jù)化后，再把顯示接口和USB接口統(tǒng)一，理論上來說就實(shí)現(xiàn)了所有外設(shè)的大一統(tǒng)了！

5.2 DP（Display Port）

歷史證明，要想實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的接口來連接所有設(shè)備，首先需要行業(yè)內(nèi)的主流公司都參與其中，其次需要統(tǒng)一的通信方式，最后標(biāo)準(zhǔn)是開放的。（這種情形和改革開放、閉關(guān)鎖國有點(diǎn)類似喲）

DP接口

2003年，DELL基于LVDS技術(shù)研發(fā)了一種Display Port的協(xié)議，并于2005年提交給VESA，此時(shí)的VESA已不再是顯卡公司的組織了，而是包括蘋果、戴爾這樣的主機(jī)廠商已加入其中。2006年VESA正式發(fā)布了DP標(biāo)準(zhǔn)。

DP不需要TMDS或者LVDS特殊的邏輯協(xié)議，DP標(biāo)準(zhǔn)把信息打包成一個(gè)個(gè)小的數(shù)據(jù)包進(jìn)行傳送，實(shí)現(xiàn)了視頻信號(hào)的完全數(shù)據(jù)化！

Display Port技術(shù)

除了技術(shù)的優(yōu)勢外，DP還有其他很多優(yōu)點(diǎn)：

• DP是免費(fèi)的，除了一個(gè)很低的入門會(huì)員費(fèi)外，不收取任何專利費(fèi)。

• DP顯卡兼容現(xiàn)有的HDMI和DVI接口，只需要簡單的轉(zhuǎn)換頭。

• DP得到行業(yè)的普遍支持，其標(biāo)準(zhǔn)可以得到持續(xù)更新。

• DP傳輸?shù)氖羌償?shù)據(jù)。

• DP可以從顯示器獲取數(shù)據(jù)。

• DP也支持HDCP。

目前最新版的DP是1.4版，最高支持每秒25.92G的傳輸速率、10位色深、BT.2020色域、8@60Hz、動(dòng)態(tài)HDR。預(yù)計(jì)最新DP標(biāo)準(zhǔn)可以達(dá)到每秒64.8G的速率。

5.3 Thunderbolt雷電接口

Mini DP接口

因?yàn)镈P與生俱來的可擴(kuò)展性，很多電腦主機(jī)廠都非常積極地?fù)肀P標(biāo)準(zhǔn)。蘋果在2008年開發(fā)了mini DP標(biāo)準(zhǔn)，替換DVI接口，使蘋果自家筆記本產(chǎn)品更輕薄。

不過，蘋果的目的不僅僅是讓筆記本變輕薄這么簡單，很快，由Intel主導(dǎo)、蘋果協(xié)助的Thunderbolt雷電接口標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布，接口外形采用Mini DP，但實(shí)際上是借鑒DP與PCI Express(Peripheral Component Interconnect Express)兩種技術(shù)。

雷電協(xié)議

DP用于顯示，能夠同步傳輸1080P、最多8聲道音頻乃至4K視頻； PCI Express用于數(shù)據(jù)傳輸，可以很方便地?cái)U(kuò)展任何類型設(shè)備（包括但不限于外部存儲(chǔ)、聲卡、網(wǎng)卡甚至外接顯卡） 還有更重要的一點(diǎn)是，兩個(gè)通道獨(dú)立傳輸，互不干擾。 雷電接口已經(jīng)發(fā)展到第三代。雷電1的速度達(dá)到10Gbps，雷電2的速度達(dá)到20Gbps，現(xiàn)在的雷電3達(dá)到40Gbps。 不過讓人容易混淆的是，雷電1和雷電2接口外形上是Mini DP，而雷電3采用的是USB Type-C。具備雷電傳輸功能的USB Type-C接口旁邊都會(huì)單獨(dú)標(biāo)注閃電標(biāo)志，以作區(qū)分。

雷電3（USB-C）

5.4 “大一統(tǒng)”的USB-C

各種USB接口

從2014年開始，DP、MHL、Thunderbolt、HDMI與USB-C兼容的協(xié)議陸續(xù)被發(fā)布，也就是說可以用USB-C外形的接口來傳輸DP、MHL、Thunderbolt和HDMI數(shù)據(jù)了。

2015年末，Intel發(fā)布了新的Thunderbolt 3標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)采用了USB-C的物理外形，可以傳送PCI Express信號(hào)、DP信號(hào)、USB信號(hào)。

USB-C接口

隨著移動(dòng)設(shè)備的蓬勃發(fā)展，越來越多的終端采用USB-C接口，所以最終很有可能各家廠商不得不接受USB-C作為大一統(tǒng)接口了。

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審核編輯黃宇