UDI携手HDMI捍卫TMDS阵营
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2006-05-08 00:00
前言:
由于目前显示接口的多种规格都有其技术上的限制,所以并没有哪一个标准能取得压倒性胜利,因而呈现分头发展状况,视应用而定;像笔记本电脑、台式机PC以及电视等LCD面板的嵌入式应用,主要以LVDS(Low Voltage Differential Signaling,低压差信号)来作为驱动界面;电脑屏幕等外接设备以VGA(Video Graphics Array,视频图像阵列)为大宗;在一些高端电脑中,亦不乏见到DVI(Digital Video Interface,数字视频接口)的踪迹。
电视的数字化则是另一大势所趋,首先是高压缩技术引导DVD的出现,一改早期摄录象机或卡式录放机的模拟交互扫描方式只能提供标清内容的不足,使影像的视觉感受有所提高;而HDMI(High Definition Multimedia Interface,高清多媒体界面)的问世,则又进一步提供了音频传输和内容保护功能。
既然前有针对电脑用的VGA,后有面向电视用的HDMI,为什么还需要新的接口标准?简言之,一是为了提升消费者感官体验,并降低设计的复杂度;二是为了彻除产业间的藩篱,促进异业融合以扩大商机。
现有显示标准多元
却各有难以跨越的技术瓶颈
针对模拟CRT显示器而制定的VGA标准,已有近20年的历史,在高清及色彩表现上已然差强人意,不再适合用于显示高清图片的液晶显示,也无法对媒体内容实施版权保护。而最早出现的数字传输界面──LVDS,受限于传输距离过短以及时钟速率,需要很多的管脚才能支持较高的分辨率和较佳的色彩度;且如此一来,所需带宽也必须随之增加。但就目前状况来说,它的总线传输速率只能达到622Mbps,显然不敷使用,致使除了方便背板布线外,对整个系统而言,几乎没有优化作用。
紧接而起的DVI技术,其挑战则是来自于本身技术的不完善,又缺乏相应的兼容方案。DVI相应图形芯片的成本较高,缺乏足够的支持,致使规格进展的推迟,多少束缚了向外延伸的可能性,造成在市场推广上的困难。苹果的LCD monitor是使用工业标准的DVI接口来接驳计算机的,但DVI接口的带宽有限,在30英寸的Cinema Display,须耗费两个DVI接口接驳。早在DVI接口到来之初,不少业内人士一度都认为DVI会迅速取代VGA接口,但从VGA接口现在仍然是显卡的标准接口之一,而DVI接口的市场占有率只有30%,迟迟未能实现这个预期的事实,就不难感受到DVI的发展滞碍。此外,由于DVI和VGA只诉求在外接,迫使许多内接视频只能采用LVDS,而这些从外接入的信号又都必须经过LVDS的译码,凭添了平板显示电路的设计复杂度,都是为人诟病之处。
至于以电视和消费类电子等“box-to-box”连接为发展目标的HDMI,虽然已快速成为PC-based的数字电视理想连接接口,但依然无法满足PC固有需求;且对提高内部效能却又显得力不从心。HDMI 1.2版(2005年8月23日)虽然有别于过去PC用DVI、CE用HDMI的区隔定位,转而积极拥抱、支持PC,例如:HDMI的A型接头支持PC端应用,并可完全支持PC用的视频格式;在原有支持CE端的YCbCr四色规格外,添加支持PC端的RGB三色规格;为便利未来视频应用的设计及制造,新版HDMI定义更低的信号准位电压,以便与PCI-E的PC端I/O技术更容易耦合……却仍不免有所缺憾。诸如此类难题,加上深亚微米工艺集成的挑战,都是诱发新一代传输界面蠢蠢欲动的原因。
DisplayPort半路杀出 吹皱一池春水
去年8月间以迅雷不及掩耳之姿,猛然现身的DisplayPort,便是着眼于上述种种;从PC产业的角度来看,可加速数字输出保护的发展,以获得更广泛的观看授权支持,并为跨越内外部连接提供一条可实现的路径,不仅提高了集成度,也减少了数字显示的成本;此外,也能以更少的线缆来支持新兴中的显示需求,让消费者在分辨率、色彩鲜艳度和刷新率获得不错的感官体验。更重要的是,对生产厂家来说,其开放式的产业标准可让他们在不受IP囿制下,增加扩展性。
“DisplayPort”是由Genesis Microchip、Dell、HP、Samsung、Philips、ATi、NVIDIA、Molex、和Tyco(泰科电子)为首所共同制定,同时将display外部(PC到显示屏/投影仪/电视的音频接口)和内部(在笔记本电脑或屏幕内部的LCD面板接口)连接纳入考虑的产业标准,业已经过VESA(影像电子工程标准协会)组织批准,并于2005年8月15日正式发布DisplayPort 1.0版。其吸引人的特点在于:1.可选配音频和内容保护功能;2.小型用户能以外接方式解决连接问题,在一个PCI-E板卡上可容纳4个外部连接器;3.它克服了LVDS 1m的传输距离限制,可同时支持短距(3m)和长距(15m)的缆线传输。
DisplayPort采用点对点传输协议的“Micro-Packetized”系统,来支持音频和CEA-861B信息框架,其电气接口与PCI Express(PCI-E)的物理层相似,能广泛支持各种媒体链路而无需改变链路层。它采用了ANSI标准的8B/10B编码方式和嵌入式时钟技术,让时钟信息能直接写入数据流中,不需额外线路,不仅能节省传输对线(Lane)数量、降低EMI,也能提高传输效率;且拥有成对的AC压差接口,可支持1~4对的数据线传输,每对线的速率可固定在1.6 Gbps或2.7 Gbps。这个不支持模拟传输的“纯数字接口”,还具备一个可反向同时作用的备用通道,以命令并控制功能,速率可达1 Mbps。在外围元器件的支持上,Molex和Tyco已开始着手发展小体积且容易使用的内外部连接器。
在众所瞩目的“内容保护”(Content Protection,CP)议题方面,它是以数据包为基础,独立于物理层之外;可在标准的存储资源管理(SRM,Storage Resource Manager)系统中工作,并自动将“复制动作”默认为一种“恶意攻击行为”。其和DVI/HDMI保护高清数字内容的模式相似,在开机和兼容性都有完善的规定:授权架构和一般视频内容保护机制雷同,采用128位的AES(Advanced Encryption. Standard)高速内容加密技术,以独立编码建立完整的授权和存取安全认证;而收费标准则比照高清内容办理。这将有利于推广工作,已获美国联邦通信委员会(FCC)、多数内容提供者的支持和其它相关组织的认可,目前飞利浦正以option方式积极发展内容保护系统。
根据Genesis Microchip公司企业营销副总裁Robert Haefling的说法,HDMI在使用上有一个限制:它的音频是单独进行传输的,一旦使用要求较高,其效果就差强人意。DisplayPort也有一个内嵌高速编码器的DSPROT以担负内容版权保护的任务。DSPORT是一个微型结构,它可以传输一些信息,可支持长达15m米传输,以4种不同的带宽来进行连接。它并不是固定与一个物理的显示层面上,有一个可供选择的内容保护系统,理论上可以运用于所有的电脑,可将笔记本的16根连接线减少至2根联线。
DisplayPort体积非常小,可在集成电路上面可以把它至于一个持续的控制器上,且成本非常低,使进入门槛大为降低。目前必须在电视当中安装不同的界面,从数据、信号到显示都有不同的主板和芯片;使用了DisplayPort以后,就能用单一的连接进行图像显示,且其连接器要比DVI要小的多,但性能却是DVI的2倍。他也曾表示,在TV方面的运用,未来也不排除用一个高带宽的纳米级芯片来取代连接器,实现板到板(输入板到视频板)的连接。
DisplayPort发起成员之一Dell在公开技术白皮书中公开阐述,DisplayPort将被发展成为一种可扩展的行业标准,不仅用于外部设备与设备间的接口连接,还可成为设备内部的板间接口,甚至是芯片与芯片之间的数据接口,可“直接驱动”(direct drive)数字显示。该份文件也表明,DisplayPort将从明确定义电路和协议规格以加速面板时钟、图像/媒体处理和显示器控制开始,争取被业界广泛接受并采用,简化内外部连接技术、极大化可应用范围、确保数字化技术能减少相关连接设备成本,其欲取代多种既有标准──包括当红的LVDS、DVI和HDMI在内──的意图不言可喻。
UDI当仁不让 凭添诡谲气氛
无独有偶,同样野心勃勃的,还有纵横半导体界数十年之久的巨人──Intel。继DisplayPort正式出台后,以Intel为首的多家PC与消费电子主导厂商也随后宣布,他们正在研拟一种兼容于高清电视信号的PC数字显示接口标准──UDI(Unified Display Interface,统一显示接口),它将取代逐渐过时的VGA模拟标准,并兼容于DVI和HDMI。
几家志同道合的国际大厂已经成立了一个SIG特别小组(Special Interest Group),共同研拟UDI标准。核心成员除了Intel外,还包括:Apple、LG Electronics、美国国家半导体(NS)、三星电子(Samsung)和Silicon Image;而赞助厂商则包括了:绘图芯片制造商Nvidia、半导体制造商THine电子、电缆与连接器制造商FCI、Foxconn(富士康科技集团,鸿海精密工业)与JAE电子。UDI在2005年12月已完成起草阶段的0.8版,预计在2006年第二季时可以完成1.0正式版。
对于中下游系统或整机厂商来说,莫不希望所采用的技术能拥有合理的性价比、转移风险要低,且拥有背景强大的行业组织来统筹。紧咬着这个需求缺口,Intel趁势推出替代方案──UDI。与DisplayPort的雄心壮志略有不同,或许是深黯产业生态的利益均沾法则,Intel延续先前WiMAX“和平共存”的基调,祭出“把CE留给HDMI,把PC留给自己”的各有所适、分向发展对策:HDMI依旧主宰着消费类的市场,而UDI则锁定电脑系统而来,主张“UDI是为PC优化后的HDMI最佳后继者”。
UDI接口标准将可以使用目前广泛使用在HDMI兼容产品的高带宽数字内容保护技术(HDCP)规格,因此,具备UDI接头的平台将可以接取显示器与具备HDMI显示功能的设备,包括了搭载完整功能的数字内容使用管理及与高分辨率视频兼容的能力,因此也获得华纳和微软等数字内容相关业者的所支持。UDI的通用软件层具有接口和显示功能的自我恢复、初始化和控制,以及新的事件池(event sink)通知功能,使用I2C总线控制传输对线,拥有分别对应到R、G、B三原色的3对外接数据线和1对时钟缆线(频率仅供参考用)。
在嵌入式应用上,可接1或3条管线,同样对应到RGB三色;值得留意的是,它还拥有一种名为“Display Enable”(DE)的单一帧联(Framing),可依需要决定是否要以有源方式呈现影像或关闭影像;可以空白方式启始影像,也能以预先设置好的指标启始。在通用物理层方面,它拥有作为备份之用的逻辑子层,可使从协议到规格的编解码流程顺利实现;另具有电气子层,集成可优化PCI-E的I/O接口缓存技术,连接器规格也不再停留在管脚布线,且发送端的中心眼能对目标字节的属性进行辨别。
此外,为增补过去HDMI所缺,UDI的接头将会朝更小型化、成本更低廉的方向来发展,以期能有制造上的成本优势与设计时的弹性便利,在接线固定的方式也有所改进。UDI的出现,将取代现有陈旧的VGA标准,以及广泛用于笔记本电脑的低分辨率电视信号S-Video接口,并向下兼容DVI标准。秉持开放态度的UDI,可以很容易且快速地被采用;支持者对于此标准能易于被业界接受充满信心,他们认为UDI将可在电视和PC的整合过程中扮演桥梁,通过单一连接器连接到具有高清效果的PC。
结语
从技术本质来看,DisplayPort的微封包架构(Micro-Packet Architecture),在传输与应用的扩展较容易,日后可发挥更多种潜在的视频应用;而UDI可视为DVI、HDMI的扩充延伸,是将DVI、HDMI的核心技术──TMDS(Transition Minimized Differential Signaling)──进行再规划、设计与重新诠释而成;因此日后依然有机会在相同对线数上与DisplayPort较劲传输,或以B类HDMI与DisplayPort较量整体性传输(DVI收发器的原订规格标准为1.65Gbps,现已可达2.25Gbps)。
另一个值得留意的技术指标是“音频”。DisplayPort在管理性传输上另辟“辅助性通道”,且以此支持双向式音效传输,可用于互动、对话性应用(HDMI仅提供与视频传输同向的8声道单向式无压缩数字音频传输);而HDMI继陆续支持一般音效CD所常见的Stereo双声道编码,以及DVD-Audio的音效格式与编码后,输人不输阵,HDMI 1.2版除了拥抱PC外,也进行其它方面的提升,例如追加支持1-Bit的音效格式,即是SuperAudio CD(简称:SACD)的Direct Stream Digital(简称:DSD)编码传输技术。
除技术面外,授权花费也将是个重要考虑;单就HDMI和DisplayPort比较,力推开放标准的DisplayPort似乎诱因较大。不过HDMI亦有不可小觑的先天优势:全球已有超过250家业者授权使用HDMI技术,并有超过470种已出货的视频应用产品支持HDMI。UDI由于细节未定,尚无法评论;但如果它也采开放态度来推展市场,加上与HDMI的同气连枝,未来着实“后生可畏”。
自从“数字家庭”概念成形以来,电脑与家电之间的界线就日益模糊,两派之间的攻战却正如火如荼。以微软和Intel为首的IT流派,为使电脑成为“家庭媒体中心”,分别推出Windows XP的媒体中心版和ViiV PC规范来进行圈地;而致力开发家电领域的Silicon Image族群,则以HDMI快速进驻数字家庭。
DisplayPort和UDI之争,似乎也是这种竞争关系之下的产物。耐人寻味的是,nVidia和三星同为UDI和DisplayPort的支持者;而原本常有意无意处于敌对状态的Intel和nVidia,这回竟站在同一阵线,同声支持UDI,反倒是自2000年后与Intel关系密切的盟友ATi,目前仅表态支持DisplayPort。商场局势变幻莫测,DisplayPort与UDI之争,这场斗智斗“利”、比拼规格配套智力,也比拼商业操作利益的角力赛,最后究竟谁会胜出?胜负恐怕还在未定之天。