共存或取代 DisplayPort与HDMI之争

近段时间，DisplayPort的利好消息可是不断，Intel在Clarkdale核心的平台上偏向DisplayPort，AMD的Radeon HD5870最高将支持6个DisplayPort输出，NVIDIA亦将在下月推出原生DisplayPort的显卡。而HDMI方面，在今年6月份推出了最新的HDMI V1.4标准，但只能说雷声大雨点。在Displa

导言

近段时间，DisplayPort的利好消息可是不断，Intel在Clarkdale核心的平台上偏向DisplayPort，AMD的Radeon HD5870最高将支持6个DisplayPort输出，NVIDIA亦将在下月推出原生DisplayPort的显卡。而HDMI方面，在今年6月份推出了最新的HDMI V1.4标准，但只能说雷声大雨点。在DisplayPort已经磨刀霍霍向猪羊的时候，重新检视一下二者优劣之处、探讨它们的日后的斗争形势显得很有必要。

对于HDMI、DisplayPort出现，往往是给出这样一个原因：VGA采用落后的模拟信号，无法满足高清的需求；而DVI这一落后的标准已经不能时代的需求了，连音频都不能传输了。现在必须对这个答案say“NO”，用模拟信号传输数据并不代表是落后，高带宽的模拟信号传输方式对于IT产品来说成本实在太高，同时也不利于产品设计的简化，但模拟信号的高可靠性是数字信号无法代替的。至于DVI那一问题，压根不是问题，HDMI能达到的性能DVI照样能达到，HDMI能实现的功能DVI也能做到，要做的也就是更新标准，HDMI不过是穿了一件插件马甲的DVI罢了，出现前文的言论只不过为了推销HDMI罢了。HDMI出现的原因可以简单归纳为HDMI Licensing想省钱与收钱，省钱是HDMI Licensing觉得DVI的插件太贵了、想换个插件省点成本，收钱是指想收取专利费，但在实践当中收钱成功了、省钱失败了。而DisplayPort出现的主要原因则是要取代VGA成为最广泛的视频接口，同时收编复合端子等接口，一定程度上统一音频视频接口。

DisplayPort接口，我们可以清晰看到上面的自动锁

而本文将从硬件层上对上诉的观点进行解析，讲述DisplayPort与HDMI的性能差异，还会研判到这两个接口成本与未来发展。之所以选择硬件层而不是传输层进行解析是因为硬件层决定了本质属性，硬件层的好坏会决定接口的性能好坏、功能多少，而传输层更多的是在硬件层进行量变。

HDMI简介

不同类型HDMI接口大小对比，TypeA跟TyepeB是等大，但内部针脚定义不同

在对比之前，我们先了解二者的的历史与技术特点。HDMI（High Definition Multimedia Interface，高清晰度多媒体接口）是HDMI Licensing在2002制定的接口标准，用来取代SCART、VGA或RCA等端子的接口，最新的标准是HDMI V1.4。HDMI包含了了TypeA、TypeB、TypeC（Mini HDMI）与TypeD（Micro HDMI）四种不同类型的接口，TypeA即是我们常见的HDMI，TypeB是Dual Link（双通道）输出的版本、至今仍无厂商采用，TypeC、TypeD是迷你版TypeA，用于DC、DV等移动数码产品。

与DVI一样，HDMI同样基于TMDS（Transition Minimized Differential Signaling，最小化传输差分信号）技术，如上图所示HDMI主要由三个通信通道组成。TMDS通道：主要负责视频数据与音频数据的传输，辅助数据，如AVI InfoFrame、Audio InfoFrame等也是通过TMDS通道传输。主通道中包含了由3个TMDS数据对与1个时钟对组成的4个差分对，在165MHz的最大时钟频率下，最大带宽是4.95Gbps(3个TMDS数据对，每个传输的速率为1.65Gbps)。若要提高带宽，可以利用两个TMDS进行Dual Link输出——每个TMDS提供3个TMDS数据对，共享一个时钟对，最大的时钟频率始终为165MHz时，可以提供9.9Gbps带宽。但无论是Single Link TMDS输出，还是Dual Link TMDS输出，所有的数据信号和时钟信号都必须一起同步，这要求传输各个时钟通道和数据通道的数据线等长。不过由于成本原因，至今还没使用Dual Link HDMI的产品出现（Dual Link只能由TypeB实现）。DDC通道：HDMI源端，通过这个通道来读取接收端（Sink）的E-EDID数据结构，进而得知接收端内含的机能与特性。CEC通道：这是一个可选项（Option），它提供更高层次的使用方式让消费者使用，例如自动设定的细节、遥控与电视同步关闭电源等。简单来所，HDMI就是省去模拟信号输出、更换插件的DVI接口。

HDMI新发展

而在今年的早些时间HDMI Licensing发布了新的HDMI V1.4标准，从性能与功能多方面进行改进。具体而言，HDMI V1.4包括以下新功能：

* HDMI以太网通道HDMI V1.4规格为HDMI线缆增加了一个数据通道，并支持高速双向通讯。包含这个特点的连接设备将能够通过100 Mb/s的以太网收发数据，使其能够立即支持任何基于IP的应用。这个HDMI以太网通道将使得支持互联网的HDMI设备与其它HDMI设备共享其互联网连接，无需单独的以太网线缆。这个新特点还将提供连接平台，允许支持HDMI的设备之间共享内容。

* 音频回传通道
新规格增加了一个音频回传通道，将可以减少用于传输音频和回放所需的线缆数量。在高清电视直接接收音频与视频内容的情况下，这个新增的音频回传通道允许高清电视通过HDMI线缆向A/V接收器传送音频流，不需要额外的线缆。

* 3D Over HDMI V1.4版规格为支持HDMI的设备定义了普通的3D格式和分辨率。该规格对家庭3D系统的进/出部分进行了标准化，并将对最高达双流1080p的分辨率作出规定。

* 支持4K x 2K分辨率
这个新规格使得HDMI设备能够支持四倍的1080p高清分辨率。支持4K x 2K的分辨率，将允许HDMI接口以许多数字影院格式支持的分辨率传输内容，包括：
3840x2160 24Hz/25Hz/30Hz
4096x2160 24Hz

HDMI TypeA to HDMI TypeC线。在早期的HDMI线中，由于没有自动锁或是螺丝固定设计，因此容易出现脱落的问题，而到了最近为了适应车载使用，终于在HDMI V1.4中加入自动锁设计，但是并没有推向所有类型的HDMI接口中

* 扩大对色空深的支持
HDMI技术目前支持专门为数码相机设计的色空间。通过支持sYCC601、Adobe RGB和AdobeYCC601，具备HDMI接口的显示设备在与数码相机相连时就能够再现更加逼真的颜色。

* Micro HDMI连接器
Micro HDMI连接器是尺寸大幅缩小的19针连接器，最高可支持1080p分辨率，面向便携设备。这种新型连接器比现有的Mini HDMI连接器大约小50%。

* 汽车连接系统
该汽车连接系统是一个缆线规格，准备充当车内高清内容分配的基础。HDMI V1.4规格将提供一个旨在满足严格和恶劣的汽车应用环境要求的解决方案，比如高温、振动和噪声。利用这个汽车连接系统，汽车制造商将获得一个可行的解决方案，用于在车内传送高清内容。

DisplayPort

话题从HDMI转到DisplayPort上，DisplayPort是VESA在2006制定的数字多媒体接口标准，基于PCI Express技术，含有标准Displayport和Mini Displayport两种规格的接口。

如上图所示，DisplayPort由一条传送高带宽数据的主通道和设备管理使用的一条辅助通道，以及一条用于接收设备发起的中断请求的热插拔检测线组成，采用嵌入式时钟架构 。主通道由1条、2条或是4条lane(差分对，通道）组成，这些lane实质为单向传输的PCI Express。根据现在最新的DisplayPort V1.1a标准，现阶段每个lane提供最高2.7Gbps带宽,4 lanes下的DisplayPort最高提供10.8Gbps的带宽。根据分辨率、刷新率、色深不同，4 lanes的DisplayPort分别能达到不同的性能。（如下图）Auxiliary（辅助）通道可利用融入USB 2.0标准的新一代功能提供1Mbps的数据，实现双向视频和音频通信。Hot Plug Detect(热插拔检测)通道用于建立链路，并确定设备何时相连。热插拔检测时通过一个叫做链路训练的程序通知发射源建立一个链路，在此过程中，发射源和接收器将确定是否这四个通道都需要。

虽要提醒的是，lane分为1.6GHz与2.7GHz两种频率，前者用于长距离、低成本、低带宽需求的的应用环境，后者主要应用于短距离、高带宽需求的应用环境。（如下图所示）而现在显卡上出现的DisplayPort接口皆是是4 lanes的DisplayPortable。

由于DisplayPort出现的时候并不长，现在最高版本还是停留在DisplayPort V1.1a，但是下一代DisplayPort V1.2已经在制定当中，根据目前透露出来的消息DisplayPort V1.2将支持多台显示器的菊花链接、支持USB、速度较低的以太网性能，保持兼容性的同时让带宽翻倍。

除了上述介绍，DisplayPort具有一个HDMI不具备的能力，能提供1.5W的电能输出。

性能与功能分析

从前文中简介中，我们可以大致了解到DisplayPort与HDMI之间的性能、功能差异，现在总结一下。

在现阶段下，由于TMDS普遍最高的运行频率在165MHz，同时没有Dual Link的HDMI出现，提供最大带宽仅有4.9Gbps；而4 lanes的Display最能能提供10.8Gbps的带宽，即使是在1.6Ghz下依然能提供6.4Gbps带宽，远高于HDMI。但是到了HDMI V1.4，由于TMDS提高到了340MHz，比165MHz提高约1倍，因而带宽也提高了约1倍，跟DisplayPort提供的带宽差不多。但DisplayPort V1.2中，将实现带宽翻倍，HDMI必须Dual Link才能抗衡。而在功能方面，由于HDMI出来较早，传输层定义亦较为完善，已经可以传输音频了，进一步的功能亦将在HDMI V1.4上实现。DisplayPort V1.1现在尚未支持音频传输，但是在接下来的DisplayPort V1.2中音频、附加功能等东西亦将完善，此外能传输电能。简单来说，现在DisplayPort性能占优，但是HDMI功能占优，日后DisplayPort性能占有、功能略胜。不过这仅是纸面上是如此，事实又是另外一回事了。

NVIDIA的QuadroFX系列为了实现SDI输出，都采用专用的SDI子卡，这子卡比绝大多数显卡还要贵

在这里必须提到另外一个基于TMDS技术的接口，SDI（Serial digital interface，串行数字接口），而SDI最新的版本是3G-SDI。SDI是目前基于TMDS技术、性能最佳的视频输出接口，同时也是最贵的基于TMDS技术的输出方案。为了实现阻抗的匹配、提高抗干扰能力、长距离传输、减少插入损耗和信号衰减等等，SDI采用同轴线作为传输线，每个TMDS通道各自拥有独立的BNC接口作为输出，由于TMDS是采用并行方式传输信号，也就要求一个完整的SDI接口输出需要三根高度等长的同轴线。使用同轴线的代价是十分高昂的，专业领域以外的消费者是难以承受的。除了采用同轴线外，SDI还采取多种方式保证TMDS信号能实现长距离、低误码率传输。在对于HDMI来说，要实现长距离传输得采用电缆均衡芯片、阻抗匹配的线材，但这得增加额外的成本（美信2004年出品的MAX3815每千颗报价仍高达4.95美元）。

而DisplayPort由于是基于PCI Express技术的，而PCI Express是差分电流串行输出方式，只需要在信号接收端保证电压差值准确即可，电压的绝对值不会影响误码率。同时由于PCI Express内置了缓存，每个lane都是采用嵌入式时钟架构，因此允许了每个lane可以拥有不同的长度，只需要lane内部的两条数据线等长且空间形状对称即可。这样的设计不仅允许了DisplayPort能否轻易实现长距离传输，同时大幅度降低数据线的成本，尤其是长距离的数据线。

纸上谈兵

同时还必须指出的，HDMI V1.4标准里把TMDS提升到340MHz纯粹就是一个纸上谈兵的举动，SDI对此也只能泪流满面。首先是工艺的线宽缩小会给TMDS带来不利影响，例如，当采用45nm工艺时，标准晶体管仅能够支持2.5V的最大摆幅，这就给TMDS强加了一项苛刻的设计制约条件，原因是它需要3.6V（用于高速信号）和高达5.25V（用于低速边带信号）的电压。因此即使TMDS频率维持在165MHz的今天，其输出品质仍然难以难以让人满意，尤其是在显卡里。若是想拥有高品质的TMDS输出的话，请购买MatroxP系列显卡或是具有独立2D输出芯片的显卡。当然芯片设计人员可以透过工艺、芯片设计来改善这些问题，但这只能通过增加芯片的复杂性、尺寸和成本来实现，还不如增加一块外置TMDS芯片来的简单。再次，在TMDS运行在165MHz频率下，开关就必须具有至少825MHz的带宽(因为数据速率传输为1.65Gbps，并同时在上升和下降沿触发)，因而开关的信号损耗不得大于3dB，若是频率提升到340MHz后，信号损耗要求就更高了……这里讲述的只是其中一部分问题，由于篇幅有限，就不再多言了。只能说HDMI Licensing提出HDMI V1.4某个程度上是画饼充饥。

Intel数字企业事业群营运副总裁暨总监Steve Smith手持Clarkdale实物，Intel在该CPU上集成了GPU

对HDMI来说更悲剧的是，DisplayPort使用高速电信号使用的电压不但绝对不会升至2V以上，还能使用跟GPU（或集成它芯片）相同的电压来驱动，这就是为何Intel在Ibex Peak系列的数字显示是采用DisplayPort规格的缘由。除此之外，由于DisplayPort是基于PCI Express技术的，PCI Express带宽提升会为DisplayPort提供增加带宽的可能。同时也是得益于PCI Express技术优异的应用裁剪带宽的能力，DisplayPort可以轻松透过增加lane的数量来提高带宽，而且是基本不用考虑数据线等长下实现，当然这需要更改物理层，比较麻烦，除非是专用接口。

此外，由于HDMI V1.4为了实现太网通道而增加了一个数据通道，这个必然涉及线材、接口插件的更改，势必造成兼容性问题，而DisplayPort则是依靠预留通道通道实现，无此麻烦。

现在读者应该明白，虽然HDMI在功能上并不会输给DisplayPort多少，但是在性能上无论是现在还是将来都是完败给DisplayPort的。最后说一句，只要物理层足够强劲并有冗余的话，功能这一问题是最不是问题的问题，只要在传输层上做好定义就行了，喜欢的话，拿VGA传输音频也是可以轻易实现的。

专利费不贵

谈完性能、功能问题，我们把话题转到成本上吧，就算性能再好，但是成本过高对消费者太高也是没意义的。

众所周知，然要在设备上原生HDMI接口的话，必须每年向HDMI Licensing交纳定额的专利费，同时每一个原生HDMI接口的设备亦要向HDMI Licensing专利费。但是必须指出的是，专利费只是皮毛，更高昂的还是在设备本身。

在前文中说到，由于TMDS采用的是并行的传输方式，3个（7个，Dual Link下）TMDS通道必须要与时钟通道保持同步，因而对线材的需求很高，必要时还得加上电缆均衡芯片。一条优质的HDMI传输线的价格就抵上很多设备的授权金，一个设备的授权金也就几美分。相反的是，DisplayPort线的线材成本虽然比VGA线的线材稍高，但是DisplayPort线的插件成本比VGA线的要低。或许有些读者奇怪，为何我会拿VGA线的价格跟DisplayPort线相比。这是一个蛮好理解的问题，若是关注显示器的话，会发现自2000年至今，显示器标配的视频线大部分时间都是VGA线，而DVI则是近两三年才开始普及，即使现在便宜的显示器也是配VGA线。原因无它，便宜、好用。虽然现阶段DisplayPort线价格仍是比较贵，但这是由于要摊分模具成本造成的，等DisplayPort普及后，廉价的DisplayPort线便会涌现。而Intel的行动，即将会带动DisplayPort的普及。

Apple笔记本上的Mini DisplayPort

在前段时间，Intel宣布了新一代IGP芯片组平台的细节，该平台其中一个特点就是Clarkdale处理器集成了图形核心。但是该图形核心是被放置于Ibex Peak系统单芯片中，Ibex Peak通过MCM工艺与主芯片封装在一块基板上，进而形成一块CPU。输出方面，Ibex Peak系统单芯片支持一组模拟及两组数字输出，并支持双独立显示输出，不再需要额外的芯片。数字输出方面原生支持DVI、HDMI及DisplayPort输出配置，并已把HDCP Key已内建于芯片组中，并不需要额外芯片。但是，Ibex Peak系列的数字显示输出是采用DisplayPort规格，如果主板厂商要提供DVI及HDMI输出，需要加入一颗Level Shifter电压调整芯片，把输出信号转化为DVI及HDMI作用的电压标准，Level Shifter芯片成本大约为1美元。我们不要忘记了Intel是最大图形处理器供应商，若是在品牌机中采用HDMI或是DVI接口，而不是DisplayPort的话，一年增加的成本可是以千万美元计算的。

直驱者胜

DisplayPort在成本上的优势还不止如此，它还能降低显示器的成本。谈到这个问题，必须先介绍一下LVDS（Low Voltage Differential Signaling，低压差分信号），大多数字电视、显示器还在使用系统芯片间或电路板间的LVDS接口。因其简单易用、省电，也不需要授权金，已经存在了很多年，而且不断进行扩展，在速度和距离方面远远超过了最初预期。而笔记本更是图形处理器直接LVDS输出，驱动显示器，连ADC、TMDS都省了。

LVDS原理简图

尽管如此，LVDS因其高电压和摆幅限制了其支持更高的分辨率、更快的刷新率和长距离应用技术的发展。高达135MHz的双通道LVDS可支持120Hz 1080p的分辨率，但是误码率过高，所以无法支持更高的分辨率。如果使用一半速度的四通道LVDS，那么连接电缆数将变得很多，以至于电路板布局都成了问题。每个LVDS通道以指定频率的7倍运行，也就是说，135MHz频率对应的是945MHz的通道速度。此外，增加的通道数、高共模电压和摆幅，以及LVDS通道上的解密数据，会导致严重的电磁干扰问题。

而DisplayPort出现，正好成为了LVDS可行和强大的替代品。DisplayPort还可以实现显示器、电视面板的直接驱动，甚至是菊花链接，使得定标器或视频处理器集成到TCON（timing controller，计时控制器）中或者直接放入机顶盒中，而DisplayPort V1.1标准中已经包含了EDID 1.4。如下图所示，若是采用VGA输入显示器的话，需要经过ADC（Analog to digital converter，模拟数字转换器）、EDID（Extended Display Identification DATA，即扩展显示识别数据）与Display Controler（显示器控制器）后，才能连接TCON。DVI则是经过LVDS Receiver（LVDS接收器）——Display Controler后，才能连接TCON。由于DVI与HDMI同样是基于TMDS，因此HDMI也必须经历这一过程。若是换成DisplayPort后，将省去Architecture with VGA（VGA架构），直接驱动TCON，这将至少节省至少两位数美元的成本。

在线材上，HDMI线是随着长度增加才明显的，在短距离下HDMI线的成本不会跟DisplayPort相差太大（除非是误码率方面要求很高），因此线材上的成本并不是每个用户都能感受到。但是DisplayPort直接驱动显示器则不同，这里省下的成本是每个消费者、厂商的都能受惠。现在我们来做一个假设，DisplayPort直接驱动节省10美元成本（实际上远不止），一年内采用DisplayPort直驱的显示器数量为2两千万台，那剩下来的金额将达到2亿美元，一个非常可观的数字。

还有一点必须指出的是，以电脑为首的电子产品其内外总线正往高速串行方向走去，若是继续TMDS这种并行高速总线的话，势必增加的设备的设计、检测与生产成本。而且当DisplayPort代替LVDS成为显示器、电视内接口时，外部接口仍采用HDMI的话，将会是一个很吃饱撑着没事干且高成本的办法。

HDMI短期不灭

说了这么多，相信读者都了解到DisplayPort对于HDMI在性能、成本上都有压倒性的优势，那是否意味着DisplayPort很快会统一江湖、千秋万代呢。答案是否定的，HDMI Licensing为了保护自身的利益，必定会尽可能让HDMI走更远的路，用比较科教科书的话说就是：封建统治者为了维护其专制统治，进行最后的反扑。

现在来看看HDMI Licensing的组成，HDMI Licensing包括了 Hitachi、Panasonic、 Philips、Silicon Image、 Sony、Thomson和Toshiba七家企业，很明显这是一个以家电、移动设备企业主导的组织，同时还是一个以日系企业为主的组织。而DisplayPort支持者包括了Analogix、Apple、AMD、Dell、HP、Intel、Lenovo、Molex、Microsoft、NVIDIA、Philips、Samsung等等众多企业，与HDMI Licensing相比，DisplayPort的支持者组成更为复杂，PC界的硬件大亨Intel，PC占有率前列的Dell、HP，插件强者Molex（富士康跟它相比也就是个来料加工的罢了），家电数码新星Samsung等等。显然，HDMI Licensing的优势在于数码家电、移动设备产品等方面，虽然这七家厂商字制定HDMI之前从没有制定接口标准的经验，HDMI普及过程也出现热插拔HDMI烧掉TV、产品间兼容性问题突出等一系列严重问题。但是他们还是凭借自己在业界中的影响力、占有率、时间差顺利在TV等上普及了HDMI接口，而且可以肯定的是他们在将来会继续推行HDMI下去。推行HDMI除了给他们带来丰厚的利润外，还能让他们强化在业界里的影响力，以便制定更利于自己的游戏规则。只有当的HDMI无法推行下去时，他们才会真正放弃HDMI，转而支持DisplayPort或其它，但此时他们已经获得足够的利益，HDMI对于他们来说不过是一场不败的赌局罢了。

IDT推出集成LED背光控制、基于DisplayPort的TCON

而PC方面，虽然在不久的将来会在Intel的带动下，会迅速开始DisplayPort普及之路。（没办法，谁叫DisplayPort既省钱，又能提高输出质量，能不爱么）但是对于HDMI的支持仍不能放弃，不管是采取原生方式，还是桥接的方式，原因无它——为了保持对数码家电、移动产品产品的兼容。DisplayPort支持者在数码家电、移动、产品上，不如HDMI Licensing强势。但是长远上来看，DisplayPort一定会战胜的HDMI，落后的生产力必然给先进的生产力所取代，虽然落后的生产力会进行最后的挣扎。

结语

经过长篇的探讨，现在应该做一个简单的总结了。由于HDMI是基于老旧的TMDS技术，除非大幅度增加成本外，HDMI已经难以提高带宽与实现长距离传输了。而且HDMI除了专利费外，在接口插件、线材上成本并不低廉。相反的是，DisplayPort是基于PCI Express发展而来的输出接口，功能能与HDMI不相上下，在带宽与长距离上有压倒性优势，线材、插件成本上占优，更重要的是能够直驱显示器、TV，因而在成本上的优势是压倒性的。

HDMI正式商标

但是这些因素并不能决定谁在短期内消灭谁，由于HDMI Licensing的存在与力挺HDMI，HDMI仍会风魔数年。而在PC上，DisplayPort迅速会流行普及起来。但若是为了兼容其它IT产品，PC必须保留HDMI，但是HDMI的保存会逐渐从原生走向DisplayPort桥接HDMI。但若是不需要考虑外接除PC外的设备，如部分品牌机，则HDMI大可抛弃。由于DisplayPort自身的优异性与开放性，亦会让它走向PC外的IT产品。HDMI与DisplayPort二者仍在历史的舞台共同表演一段时间。

由于篇幅、时间所限，未能对DisplayPort与HDMI的其它问题进行深入探讨，亦未能介绍二者的实际应用，如DisplayPort的HDMI的ESD保护、传输层问题、菊花链接、HDCP Key等等，忘请海涵以及感觉读者的支持。