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DisplayPort與HDMI各擁一片天
 

【作者: 鍾榮峰】   2008年12月08日 星期一

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高速傳輸介面後勢看好

隨著高畫質解析度的不斷提升和顯示螢幕尺寸的不斷增加,高速傳輸與接收顯示數位影音視訊的應用需求正日益普及。以往外部連接類比式VGA和數位DVI和內部LVDS介面已無法滿足上述需求,高解析多媒體介面HDMI正在外部連接式高速傳輸介面的消費電子產品領域取而代之,新一代高速串列資料傳輸介面DisplayPort亦順勢而起,欲統合內外部連接標準。


DisplayPort標準發展現況

由VESA(Video Electronics Standards Association)所訂定的DisplayPort,以嵌入式時脈技術,採取開放標準,且在符合性測試(Compliance Test)無須技術授權費用,目前已發展到1.1a階段。市場調查研究機構iSuppli預估,2012年具備DisplayPort裝置的出貨量,可達2億6330萬台。在DELL、HP以及Genesis等推動下,DisplayPort主要應用於PC或是Notebook的顯示介面,將來將擴大至監控螢幕、大尺寸LCD數位電視領域或是下一代多媒體視訊系統。


《圖一 2008台北Intel Development Forum現場所展示支援DisplayPort的大尺寸液晶螢幕》
《圖一 2008台北Intel Development Forum現場所展示支援DisplayPort的大尺寸液晶螢幕》

目前DisplayPort 1.1a每通道串列介面高速傳輸速率約為2.7Gbps,能使用4個通道取得10.8Gbps的高頻寬,亦可讓顯示裝置透過同一條數位視訊訊號纜線傳輸高傳真數位音效,傳輸佈線距離可達15公尺。VESA正在規劃下一代的DisplayPort 2.0版本,高速串列傳輸每通道速率則是5.4Gbps,傳輸速度共可達21.6Gbps。


DisplayPort規格特性優勢

DisplayPort通訊協定採封包式架構,能支援彈性化的外接介面標準,在高階PC產品端領域可與HDMI、VGA、PVI等介面共存;DisplayPort可整合電腦顯示器、筆記型電腦顯示面板和LCD電視面板等,提升數位訊號完整度,並可提供客戶在選擇PC外接傳輸介面架構的多樣性。此外,顯示器通常是透過VGA或DVI介面與PC相連,傳統筆記型電腦的LCD面板是透過LVDS排線與顯示卡連接,而顯示面板的時脈控制(TCON)則由LVDS驅動,DisplayPort可直接驅動TCON,簡化顯示器內部設計並進一步整合接收器,並可減少纜線達到傳輸同樣解析度的效果。


另一方面,相較於只支援720p解析度、8~10 bit色深的Dual LVDS,DisplayPort不僅可支援1080p和10~16 bit色深(bit per pixel/color),在腳位線數上可縮小超過40%,頻寬卻可增加25%,縮小電子元件數亦可降低功耗。


《圖二 Intel積極與台灣面板廠商合作推廣支援DisplayPort的顯示螢幕》
《圖二 Intel積極與台灣面板廠商合作推廣支援DisplayPort的顯示螢幕》

在主要支持者Intel的晶片組系列全力支援DisplayPort的推波助瀾下,DisplayPort可順勢帶動類似電路訊號特性、顯示晶片組常使用的PCI-Express的廣泛應用,DisplayPort可因此大幅簡化視訊端的設計,也因此2.0版本也可能與下一代5Gbps的PCI Express標準同步推出。


DisplayPort整合時脈控制與接收器設計

因此,採用整合時脈控制與接收器設計,可簡化顯示器內部DisplayPort硬體架構。以IDT的PanelPort解決方案為例,其便以DisplayPort 1.1a版本為核心,結合可編程等化器(EQ)、mini-LVDS和RSDS的接收器,將時脈控制TCON整合於一個元件中,並運用時脈展頻技術(spread spectrum clocking technology),可降低每個數位影音連結介面的電磁干擾(EMI)。


DisplayPort需結合數位訊號處理技術

傳輸介面需掌握視訊處理技術

未來DisplayPort產業的發展關鍵,在於晶片設計業者需進一步結合數位類比混合訊號的影像處理技術,滿足面板廠商和消費電視製造商的整合元件解決方案需求,才能整體提升高畫質視訊傳輸顯示的品質。


《圖三 IDT策略行銷資深總監Tom Kao》
《圖三 IDT策略行銷資深總監Tom Kao》

IDT策略行銷資深總監Tom Kao表示,高畫質Full HD數位顯示解析度1080p即將在市場逐漸普及,解析度2160p的QHD也將出現於可預期的未來,電視品牌大廠也已宣布可支援240Hz畫面頻率(Frame Rates)的LCD螢幕樣品。這些市場趨勢均顯示由於面板影像反應速度越來越快,面板廠商對於高畫質視訊影像傳輸品質、以及提升高速串列(high-speed serial)傳輸介面在數位訊號的完整性要求,也會越來越殷切。因此,面板廠商也需兼顧以往由TV製造商需注意的影像處理(video processing)技術環節,包括FRC(Frame Rates Conversion)、NR(Random Noise Reduction)、影像解碼(decode)等等。


掌握面板產業發展趨勢

Tom Kao進一步指出,數位視訊處理和分散傳輸技術,需符合面板顯示產業鏈的市場發展趨勢。面板顯示技術不僅要掌握時序控制(timing controller)設計、提高畫面頻率降低Judder延遲,背光模組也將由白光LED區域控制(local dimming)動態背光,朝向RGB LED場序式(field sequential)發展。因此,半導體供應商需掌握面板產業鏈技術發展趨勢,採取併購視訊處理技術的策略,在面板廠商背後,支援一套整合關鍵混合訊號(mixed signal)、影像處理技術以及DisplayPort高速串列介面的元件解決方案,便能在顯示面板市場中脫穎而出。


HDMI市場應用現況

從DVI基礎衍生的HDMI規格,是由SONY、Panasonic、Philips、Hitachi、Silicon Image、Thomson、Toshiba所共同建立。從2003年發展迄今,目前已進展到1.3版本,相關生態系統已經相當成熟,已成為大尺寸顯示螢幕、數位電視等消費電子領域高速傳輸介面的重要連接規格。去年支援HDMI規格的產品裝置已達1億9300萬台,截至9月為止,目前採用HDMI標準的多媒體影音廠商已達851家,其中台灣部分便佔25%,整體亞太地區就佔71%,HDMI在亞太地區的發展十分蓬勃且至為關鍵。


《圖四 2005~2011年HDMI 裝置成長趨勢圖 》
《圖四 2005~2011年HDMI 裝置成長趨勢圖 》資料來源:HDMI Licensing LLC

今年預計將有超過800家廠商所出貨的2.29億個終端裝置,採用HDMI規格的連接埠,預計2009年此一數字將達到3億個。根據市場調查研究機構In-Stat統計數據預估,到2011年具備HDMI傳輸連接埠功能的終端裝置將達4.8億組。此外iSuppli的研究報告指出,2012年具有HDMI規格的設備可達7 億7280 萬台,年複合年成長率將達32%。


HDMI規格特性優勢

目前HDMI1.3c版是為1.3a設計的測試標準,增加線材測試條目或修正其內容有助於HDMI裝置的互連相容性。HDMI1.3a規格資料傳輸和時脈傳輸各自獨立,每組資料傳輸通道最高可提升至3.4Gbps,HDMI轉換器適應不同資源間的多種傳輸線長度,可在長20公尺的傳輸線上,傳輸12位元深色的1080p媒體串流,並可支援1440p、48bit的高品質畫質輸出。HDMI可傳輸全數位無須經過壓縮的高畫質視訊內容及高傳真多聲道音訊,能夠確保不失真的傳輸品質,一條HDMI連接埠傳輸線可取代11條類比連接線,能大幅簡化複雜線路的不便。


HDMI Licensing LLC發展策略

2009年HDMI推廣與標準驗證組織HDMI Licensing LLC的發展策略,在技術上主要是強化HDMI功能在市場的競爭差異性,包括HDMI 1.3支援新一代動態畫面標準Deep Color、採用IEC 61966-2-4色彩標準的xvYCC;以及高傳真音訊格式Dolby TrueHD和DTS-HD等等。晶片設計業者也朝向此一趨勢設計發展,例如ADI的整合型類比介面與HDMI接收器,便支援完全12位元色深的Deep Color準確度以及高達1080p的所有高畫質(HD)電視格式,顯示解析度可達UXGA;此接收器還支援RGB與YPrPb視頻信號轉換成數位YCrCb或RGB像素輸出流的轉換。其支援的分量(component-video)視頻包括525i、625i、525p、625p、720p、1080i、1080p與1250i標準,以及許多其他的HD與SMPTE(美國動畫和電視工程協會)標準。


《圖五 HDMI Licensing LLC總裁Steve Venuti》
《圖五 HDMI Licensing LLC總裁Steve Venuti》

HDMI Licensing LLC總裁Steve Venuti表示,在推動市場應用上,HDMI Licensing LLC將進一步推動支援可攜式裝置,發展諸如星級旅館等企業垂直市場應用深度,並結合光纖及其他有線高畫質影音視訊傳輸環境,同時協助好萊塢電影工業鞏固高畫質3D電影內容的傳輸品質並提高頻寬的需求,進一步強化HDMI在PC領域的影響力。


CEC遠端遙控技術

比起DisplayPort,HDMI擁有更為深厚的市場影響力。為提升HDMI終端裝置之間的相互操作性(Interoperability),HDMI Licensing LLC正積極推廣自行研發的CEC遠端遙控(Consumer electronics Control)技術在市場的整合度。


CEC技術可藉由單鍵無線控制、自動分辨家庭影音劇院內所有支援HDMI規格的終端裝置,再透過接收器傳輸播放高畫質影像,CEC技術同時支援系統開關、單鍵錄影、按鍵控制、終端裝置選單控制等功能。例如ADI推出業界最小的低功耗HDMIv 1.3發射器,支援利用單一遙控器即可控制多個HD設備運行的CEC功能,可將在數位相機、DSLR相機、攝影機、可攜式媒體播放器及手機等可攜式多媒體設備中的視訊發送至高畫質電視。NXP的HDMI 1.3a轉換器也內建CEC)功能,可透過單一遙控器對具備CEC功能的設備和環境進行管理。


Steve Venuti深入剖析表示,這項CEC技術其實已應用於許多自有品牌大廠的多媒體影音設備中,包括SONY的Theatre Sync、Samsung的Anynet、Panasonic的VIERA Link、LG的SimpLink、Toshiba的REGZAlink和Sharp的AQUOS Link等。由於各家廠商將CEC技術視為自身產品具備市場差異性的重要基礎,因此多內建封閉控制指令,以致於HDMI產品之間的潛在相容性因而被忽略。有鑑於此,HDMI Licensing LLC正在定義整合性的指令平台,藉由一定的指令控制方式,便可使不同廠牌具備HDMI連接功能的裝置得以相容,如此不僅提升裝置間的相互操作性,同時更擴大了HDMI規格的應用廣度。


Display/HDMI介面轉換設計方向

PERICOM亞太區行銷總監吳韶阡表示,美國市場為基礎的OEM/ODM廠商多以DiplayPort為主要發展方向,而日本廠商則以HDMI為核心,不過市場一般預估在消費電子領域,Display/HDMI高速傳輸介面應用發展可能同時並存,此外PC和消費電子產品之間高速傳輸連結需求也日益明顯。因此針對Display/HDMI之間在protocol以及訊號轉換的介面設計也就越來越重要,PERICOM在高速傳輸介面單模和雙模解多工器(Demux)和訊號重驅動晶片(Redriver)設計、以及Display/HDMI與類比DVI訊號轉換介面設計的設計方向,也須與OEM/ODM廠商維持密切聯繫,所以PERICOM同時參與HDMI Licensing LLC和DisplayPort協會的標準制訂作業。


《圖六 PERICOM在台北Intel Development Forum會上展示支援DisplayPort/HDMI的解多工器及轉換介面方案》
《圖六 PERICOM在台北Intel Development Forum會上展示支援DisplayPort/HDMI的解多工器及轉換介面方案》

Display/HDMI驗證測試角色關鍵

Display/HDMI對於高速串列Giga資料傳輸的需求,也提高相關訊號完整性量測除錯重複測試的複雜度。在HDMI和DisplayPort測試流程當中,接收器測試測試流程重要且最複雜,其中就規範數十種的電氣特性測試以及抖動容忍度測試。無論是設計還是測試階段,工程師都需要嚴苛的標準和先進的相容性測試解決方案,更需要集中高效能量測儀器成立有效率的量測作業流程,才能夠支援發射器、接收器和通道測試的訊號完整性量測,其整合挑戰度不低。


《圖八 Agilent電子量測事業群全球信號分析部門行銷經理Jim Curran和全球示波器產品線業務部經理Dave Rishavy》
《圖八 Agilent電子量測事業群全球信號分析部門行銷經理Jim Curran和全球示波器產品線業務部經理Dave Rishavy》

測試驗證服務

Tektronix全球銷售、服務與行銷副總裁Martyn Etherington指出,Tektronix的高速串列技術測試解決方案中心,便可協助客戶測試高畫質顯示傳輸介面DisplayPort CTS 1.1 Draft12和HDMI CTS 1.3c等標準,也提供先期驗證(Pre-Compliance)服務,可為中小型企業提供在授權測試中心(ATC)認證測試之前先驗證產品的有效方式。Agilent電子量測事業群全球信號分析部門行銷經理Jim Curran和全球示波器產品線業務部經理Dave Rishavy表示,Agilent目前正積極推出DisplayPort和HDMI 1.3數位高速匯流排相容性驗證測試軟體模組及解決方案。PERICOM亞太區行銷總監吳韶阡亦表示,PERICOM在台、港、美等地均設有DisplayPort/HDMI訊號完整度的測試實驗室。


《圖九 Tektronix在台北高速串列測試中心的HDMI/DisplayPort先期測試量測設備一隅》
《圖九 Tektronix在台北高速串列測試中心的HDMI/DisplayPort先期測試量測設備一隅》

測試實驗室與量測儀器廠商密切合作

測試實驗室與量測儀器的緊密配合尤其重要。例如DisplayPort唯一驗證測試實驗室百佳泰(Allion),便選用Tektronix以及Agilent的DisplayPort測試解決方案進行DisplayPort相容性測試。DisplayPort半導體領導廠商Analogix也採用Agilent DisplayPort發射端測試解決方案。


另外像是HDMI 的主要制定者之一Philips位於印度 Bangalore 的高品質多媒體介面授權測試中心(Philips HDMI ATC),以及Silicon Image 上海 HDMI ATC授權測試中心,採用Tektronix的 HDMI V1.3b1 符合性測試解決方案(CTS),此外Sony和 Panasonic也採用 Tektronix HDMI 符合性測試解決方案。


《圖十 Agilent所展示的DisplayPort相容性測試解決方案》
《圖十 Agilent所展示的DisplayPort相容性測試解決方案》

此外為深化相關產業生態體系對於HDMI的專業認識、提升相互操作性,HDMI Licensing LLC也積極組織工作小組,針對包括裝置變動、規格變更、或是更動測試儀器等改正界定作業進行探討,確保HDMI更新規格時測試工具的即時可用性。Steve Venuti指出,目前全球共有8座支援HDMI規格驗證的實驗室,今年NXP所支持的ATC也在印度正式運作,全球8個HDMI認證實驗室也均採用Agilent的解決方案。此外在美國奧勒岡州也成立針對HDCP規格測試驗證的實驗單位,整體確保強化HDMI訊號傳輸驗證測試的品質。


結語

DisplayPort和HDMI之間在擴展應用影響力的競爭越來越白熱化。充分發揮自身規格優勢、有效整合發射接收顯示介面控制技術、掌握面板產業鏈變遷與介面轉換發展趨勢,並提升測試驗證效能,正是DisplayPort或是HDMI何者最終能脫穎而出、一統複雜分歧的數位多媒體介面標準的關鍵。


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