典型视频接口

2019-04-25 10:12专题 标签:视频接口

要想了解近期接口变化甚至完全更新换代的意义,我们首先要知道数字接口以及被淘汰的模拟接口到底是什么?它们到底有什么区别?

● HDMI接口

HDMI(High Definition Multimedia Interface,高清晰度多媒体接口)是一种数字化视频/音频接口技术,它是目前我们日常生活中最常见到的一种视频接口,被普遍应用于PC和电视等家庭多媒体设备上。它可以同时传送无压缩的音频信号及高分辨率视频信号,使用非常方便。

HDMI有多个版本,不过早期的1.0、1.1版本等已经基本淘汰,也有些版本生命周期较短,目前在使用的主要版本包括1.2、1.4、2.0以及刚退出不久的2.1。其接口样式包括标准HDM接口和Micro HDMI两种,还有一种特殊的USB接口转HDMI接口的模式,即HML(Mobile High-Definition Link移动高清连接),可以更方便地连接手机、平板等移动设备,除了传输视频信号外,还能对移动设备充电(图4)。

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HDMI也是一种高带宽视频接口,1.0版本的带宽就达到了5Gbps左右,1.3、2.0、2.1版本更是分别达到10Gbps、18Gbps和48Gbps(图5)。足够的带宽使其在显示能力非常强大,例如1.4版本就可以支持4K分辨率,但图像帧速只能达到每秒30帧,勉强满足流畅播放视频的要求,长时间观看很容易引起视觉疲劳,也不适合对帧速要求较高的游戏、VR等应用;2.0版本则可支持每秒60帧的4K图像传输,播放视频和游戏效果都不错,因此是新型4K设备的标配接口。而新的2.1版本不仅能支持每秒120帧的4K图像,8K图像的传输速度也可达到每秒60帧,是一种面向未来设备的接口。

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● DisplayPort接口

DisplayPort接口(图6)常常被简称为DP接口,从基本能力上看,它与HDMI很类似,都可以同时传输音频与视频信号,是一种高带宽数字视频接口。不过它出现的略晚一些,因此在传输带宽、分辨率和色深支持等方面都比同期的HDMI更有优势,例如DisplayPort 1.1的带宽为10.8Gbps,而同期的HDMI 1.3带宽为10.2Gps,并且可以很好地支持WQXGA+(2560×1600)、QXGA(2048×1536)等特殊分辨率,以及10/12bit色彩等。

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需要注意的是,HDMI的设计初衷是满足全高清电视、机顶盒、游戏主机等家电的需求,之后发展到PC上的;而DisplayPort是一种为PC优化设计的接口,逐渐被家电接受,因此两者的功能有一定差别。相对来说支持HDMI的产品比较多,使用方便,兼容性好;而DisplayPort从接口的锁定设计到分屏输出能力等,都更适合PC的需求。

此外DisplayPort传输标准、接口的设计适合各种数字信号而不仅是视频信息,因此也发展出了很多特殊能力,例如雷电(Thunderbolt)接口就直接使用了mini DisplayPort接口(图7),很多相应接口可以同时提供数据传输功能和DisplayPort视频信号输出功能。其后出现USB Type-C接口同样有DisplayPort视频输出的能力。目前甚至有一些设备使用USB Type-C接口连接充电器和所有外设,成为了该设备的唯一一种接口(图8)。

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● DVI接口

目前主流的Radeon RX系列、NVIDIA的10系列,以及最新的RTX 2070显卡上,除了HDMI和DisplayPort接口外,还常常能看到DVI接口。尽管这里使用的DVI-D是毋庸置疑的数字视频接口,只是目前的设计已显落伍,其庞大的体积和其他数字视频接口比起来,多少有点不和谐的感觉(图9)。

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DVI接口的全称就是Digital Visual Interface(数字视频接口),可见它本身就是为传输数字信号而设计的,甚至同样具有音频传输能力,不过由于生不逢时,因此不得不发展出了只支持数字信号的DVI-D与兼容模拟和数字信号的DVI-I版本,此外还有一种已被基本淘汰的精简型产品——仅支持模拟信号的DVI-A,而且极少有支持其音频传输能力的设备。

DVI-D接口只能接收数字信号,不兼容模拟信号,接口上有3排8列共24个针脚,以及一个确定安装方向的防呆针脚(图10)。DVI-I接口则可同时兼容模拟和数字信号,其中24个针脚的定义与DVI-D一样,模拟信号主要由防呆针脚边的4个额外针脚传输(图11)。目前主流显卡和主板上配置的DVI接口,基本已全部是DVI-D模式。

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需要注意的是,24针脚的数字信号实际上是一种双通道设计,借此实现2560×1600@60Hz或1920×1080@120Hz的输出能力,考虑到实际需求,很多设备仅支持单通道输出,表现在针脚上就是减少了中部的两排针脚,形成18+5或18+1布局(图12),输出能力降至 

1920×1200@60Hz。另外,虽然理论上讲DVI是具有热插拔能力的,其中有电压传感针脚,但由于种类繁多,而且相关产品大都存在设计精简问题,所以最好不要进行热插拔,否则可能造成危险。

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一些旧式设备还会采用DVI-A接口(图13),其布局为12+5针脚,最大只支持1920×1200分辨率,从某种程度上看,它其实可以看作DVI与VGA转换的过渡产物,目前实际上已经被废弃。

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● VGA接口

对当代电脑用户来说,仍使用的最“古老”的PC视频接口应该就是VGA了,尽管在之前还有一些其他形式的接口,但已经在21世纪前几年,甚至是更早的时代就从PC机上完全淘汰了,比如9针接口,多种同轴电缆接口等。

从彩色CRT时代到不久之前,VGA一直都是比较主流的视频接口。它外形类似于横置的字母“D”,因此也被称为D-Sub接口。它采用15个针脚,分别传输色彩与地址信号,是一种色差模拟传输接口。

理论上讲,VGA是可以支持2K级别分辨率信号(2048×1536@60Hz)的,但由于采用的是模拟信号,易受干扰,并且要承担显卡上数/模信号转换带来信息损失,所以只建议1920×1080或更低分辨率的设备使用。

● 其他接口

如果仍在使用老式PC、显示器、电视机、机顶盒、游戏机等设备,抑或接触一些专业设备,那么大家还可能接触到一些老式或商用接口,如TV接口、AV接口、S-Video接口、SDI接口等。

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TV接口是在电视机上最早出现的接口,也被一些早期显示器采用(图15),它又称RF射频输入,将视频信号(CVBS)和音频信号(Audio)相混合编码后输出,然后在显示设备内部进行一系列分离/ 解码的过程输出成像。由于需要较多步骤进行视频、音视频混合编码,所以会导致信号互相干扰,画质比较差。

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AV接口(图16)传输的是将亮度与色度混合的视频信号,所以依旧需要显示设备进行亮度和色彩分离,并且解码才能成像,所以画质并不算很出色。但它没有RF射频信号复杂的调制、放大、检波、解调等过程,因此比TV接口的信号好一些,分辨率一般可达350线~450线。由于它是模拟接口,图像品质影响受使用的线材影响大,而且用于数字显示设备时,需要一个模拟信号转数字信号的过程,会损失信噪比。

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S-VIDEO接口(图17)将亮度和色度分离输出,避免了混合视讯讯号输出时亮度和色度的相互干扰,一般情况下AV信号的分辨率为640线左右,S端子可达到1024线,在旧式影像产品、家电中使用广泛。

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1394接口(图18)也称为火线或iLink,可以传输不同类型的数字信号,包括视频、音频、数码音响、设备控制命令和计算机数据,具有较高的带宽,十分稳定。它在Windows PC上通常用来连接数码摄像机、DVD录像机等设备,而在较老的苹果电脑及设备上曾经是通用型接口,可以连接各种外设,包括显示器。1394接口有两种类型:6针的六角形接口和4针的小型四角形接口(图19)。6针接口可向所连接的设备供电,而4针接口则不能供电。

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其实还有不少有趣或者强大的其他视频接口,例如在商用领域有最好的模拟视频传输接口RGBHV,传输距离可达30米,并且能提供高分辨率画面,SDI则是传输距离达到250米的数字视频接口。另外还有Intel主推的UDI(Unified Display Interface,通用显示接口),从名称就可以看出其一统视频接口的野心,它的最初版本就能提供16Gbps的带宽,只是由于需求、兼容等问题,以及HDMI和DisplayPort的快速发展迭代,使其失去了继续发展的动力。