視頻要從“頭”看——視頻接口發(fā)展史

對(duì)于90后來(lái)說(shuō)，可以說(shuō)見(jiàn)證了視頻接口的發(fā)展，記得筆者在小時(shí)候，每逢周末，都會(huì)拿出一臺(tái)索尼的PS1，玩上一兩個(gè)小時(shí)，那經(jīng)典的三色RCA插頭，至今都是我童年回憶的一部分；不知何時(shí)家中更新了臺(tái)式電腦，接口從經(jīng)典的紅白黃變成了統(tǒng)一的VGA接口，接口上兩枚需要手動(dòng)擰緊的螺絲，成了它最明顯的標(biāo)志。如今來(lái)到了HDMI和DP（DisplayPort ）接口雙雄并立的時(shí)代，經(jīng)歷了數(shù)十年的發(fā)展，視頻接口從模擬信號(hào)變?yōu)榱藬?shù)字信號(hào)，從復(fù)雜的三接口發(fā)展到了如今的單接口，視頻接口經(jīng)過(guò)市場(chǎng)大浪淘沙，大部分視頻接口已經(jīng)被淘汰，今天就讓我們一起回顧和介紹一下歷史上種種的視頻接口。

各種視頻接口

首先，是早期的復(fù)合視頻接口（AV接口或Video接口），這是曾經(jīng)最普遍的一種視頻接口，它被廣泛的運(yùn)用在DVD、電視、游戲機(jī)、機(jī)頂盒之上。紅白黃的三根線就是它最大的特征，相信也是大部分90后乃至80后的童年回憶。其中V接口連接混合視頻信號(hào)，為黃色插口；L接口連接左聲道聲音信號(hào)，為白色插口；R接口連接右聲道聲音信號(hào)，為紅色插口。之所以會(huì)采用這種將聲音和視頻分開(kāi)傳輸?shù)姆绞?，是避免了因?yàn)橐?/span>/視頻混合干擾而導(dǎo)致的圖像質(zhì)量下降。但由于AV接口傳輸?shù)娜允且环N亮度/色度（Y/C）混合的視頻信號(hào)，必然會(huì)造成色彩信號(hào)的損失，而且它是模擬接口，當(dāng)用于數(shù)字設(shè)備時(shí)，需要一個(gè)模擬轉(zhuǎn)數(shù)字的過(guò)程，還會(huì)損失不少信噪比，因此隨著視頻是數(shù)字化、高清化的進(jìn)程，逐漸被淘汰、淡出了視頻接口的領(lǐng)域。

AV接口經(jīng)典的三色線材

為了改善復(fù)合視頻接口圖像質(zhì)量普遍較差的表現(xiàn)，S-端子接口應(yīng)運(yùn)而生，它是復(fù)合視頻接口的升級(jí)版，依然還是傳輸模擬信號(hào)，但是采用了視頻亮度信息和色度信息分開(kāi)傳輸?shù)姆桨?，使得圖像之間的干擾變小，不像復(fù)合視頻信號(hào)接口是將所有信號(hào)打包成一個(gè)整體進(jìn)行發(fā)送。由于省去了圖像信號(hào)Y與色度信號(hào)C的綜合、編碼、合成以及電視機(jī)機(jī)內(nèi)的輸入切換、矩陣解碼等步驟，有效防止亮度、色度信號(hào)復(fù)合輸出的相互串?dāng)_，提高圖像的清晰度。

其次，隨著個(gè)人電腦的逐漸普及，VGA接口逐漸走進(jìn)了大眾的視野之中。事實(shí)上，早在1987年，VGA就已經(jīng)作為一種視頻傳輸標(biāo)準(zhǔn)被IBM公司所推出。最開(kāi)始，它是隨著IBM在同年推出的PS/2（Personal System 2）個(gè)人電腦一起推出的一種視頻標(biāo)準(zhǔn)。在當(dāng)時(shí)具有分辨率高、顯示速率快、顏色豐富等優(yōu)點(diǎn)，在彩色顯示器領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。由于，早期個(gè)人臺(tái)式電腦的CRT顯示器因?yàn)樵O(shè)計(jì)制造上的原因，只能接受模擬信號(hào)輸入，這就需要顯卡能輸出模擬信號(hào)，VGA接口就是顯卡上輸出模擬信號(hào)的接口。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于現(xiàn)今的個(gè)人電腦市場(chǎng)已經(jīng)十分過(guò)時(shí)。即使如此，VGA仍然是最多制造商所共同支持的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，個(gè)人電腦在加載自己的獨(dú)特驅(qū)動(dòng)程序之前，都必須支持VGA的標(biāo)準(zhǔn)。例如，微軟Windows系列產(chǎn)品的開(kāi)機(jī)畫(huà)面仍然使用VGA顯示模式，這也說(shuō)明其在顯示標(biāo)準(zhǔn)中的重要性和兼容性。

VGA接口是一種D型接口，上面共有15針孔，分成三排，每排五個(gè)。 其中，除了2根NC（Not Connect)信號(hào)、3根顯示數(shù)據(jù)總線和5個(gè)GND信號(hào)，比較重要的是3根RGB彩色分量信號(hào)和2根掃描同步信號(hào)HSYNC和VSYNC針腳。使用VGA傳輸視頻模擬信號(hào)，計(jì)算機(jī)內(nèi)部以數(shù)字方式生成的顯示圖像信息，被顯卡中的數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>R、G、B三原色信號(hào)和行、場(chǎng)同步信號(hào)，信號(hào)通過(guò)電纜傳輸?shù)斤@示設(shè)備中。VGA最大支持1600x1200的分辨率，現(xiàn)如今已經(jīng)不夠看了，加之其價(jià)格昂貴、只能傳輸視頻不能傳輸音頻、易受干擾等缺點(diǎn)，已逐步走出歷史舞臺(tái)。

在這之中還有一種名為DVI（Digital Visual Interface）的接口，曾經(jīng)被市場(chǎng)上應(yīng)用過(guò)，它在誕生之初的使命就是來(lái)取代只能傳輸模擬信號(hào)的VGA接口，它使用規(guī)范的數(shù)字化傳輸來(lái)提高顯示設(shè)備的畫(huà)面品質(zhì)，并使用了最小化轉(zhuǎn)移差動(dòng)信號(hào)（Transition Minimized Differential Signaling，TMDS）技術(shù)來(lái)確保高速串列數(shù)據(jù)發(fā)送的穩(wěn)定性。但是由于其接口體積大、帶寬有限，在2002 年 4 月，日立、松下、飛利浦、Silicon Image、索尼、湯姆遜、東芝 7 家公司聚在一起，成立了 HDMI 高清多媒體接口的組織，從 2002 年 12 月開(kāi)始不斷發(fā)布 HDMI（High Definition Multimedia Interface） 的標(biāo)準(zhǔn)，最終DVI接口很快就被更加先進(jìn)、拓展性能更好的HMDI接口所取代。HDMI 接口影音都能傳輸，而且有升級(jí)潛力，但它需要每年向HDMI組織繳納 1 萬(wàn)美元的年費(fèi)才能使用。而這也間接促成了另一家標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)VESA （Video Electronics Standards Association）于2006年，推出了一個(gè)完全免費(fèi)的視頻接口DP（DisplayPort）標(biāo)準(zhǔn)接口。如今是HDMI 與 DisplayPort 雙雄爭(zhēng)霸的時(shí)代，我們先來(lái)簡(jiǎn)單介紹一下目前應(yīng)用相對(duì)最廣的HDMI接口。

HDMI接口

HDMI支持各類(lèi)電視與計(jì)算機(jī)視頻格式，包括SDTV、HDTV視頻畫(huà)面，支持多聲道數(shù)字音頻。并且，視頻內(nèi)容都以即時(shí)、專(zhuān)線方式進(jìn)行傳輸，這可以保證視頻流量大時(shí)不會(huì)發(fā)生堵塞的現(xiàn)象。HDMI 主要由發(fā)射端和接收端構(gòu)成。HDMI 擁有顯示數(shù)據(jù)通道（DDC）、TMDS 和 CEC 三個(gè)通信通道，并且所有通過(guò) HDMI 電纜傳輸?shù)囊纛l和視頻信號(hào)都使用 HDCP（高帶寬數(shù)字內(nèi)容保護(hù)）技術(shù)進(jìn)行編碼，由播放器加密信號(hào)，電視（或其他顯示輸出設(shè)備）解密。在HDMI接口誕生之初，也就是HDMI1.0的時(shí)代，它可以傳輸1080@60Hz全高清的影像輸出，帶寬達(dá)到4.85Gbps。隨著HDMI組織對(duì)HDMI接口的不斷優(yōu)化升級(jí)，到了2013年，HDMI2.0版本推出，帶寬達(dá)到18Gbps，可以支持4K@60FPS畫(huà)面輸出，進(jìn)入真4K時(shí)代。現(xiàn)在HDMI已經(jīng)進(jìn)入了2.1接口，可提供48Gbps的帶寬，并且支持8K@60Hz以及4K@120Hz視頻傳輸。而不支持144hz或者更高的視頻幀率傳輸，也就成了HDMI的阿喀琉斯之踵，也是DP接口的破局點(diǎn)，記得筆者在今年年初，更換了一臺(tái)2k 165hz的顯示器，照常使用HDMI連接，不論如何都激活不了165Hz的刷新率，一開(kāi)始還覺(jué)得是顯示器發(fā)錯(cuò)了貨，后來(lái)才知道，追求更高的屏幕刷新率，那就要更換DP接口和對(duì)應(yīng)線材了。

DP接口

上文說(shuō)到，DP是由VESA標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)于2006年推出的一個(gè)完全免費(fèi)的視頻接口，DP（DisplayPort）是第一個(gè)依賴(lài)數(shù)據(jù)包化數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的顯示通信端口，它既可以用于內(nèi)部顯示連接，也可以用于外部的顯示連接。與過(guò)去的標(biāo)準(zhǔn)需要在每個(gè)輸出端的差分對(duì)里面固定傳輸定時(shí)器信號(hào)不同的是，DP協(xié)議是基于小的數(shù)據(jù)報(bào)文被稱(chēng)為微報(bào)文，這種微報(bào)文可以將定時(shí)器信號(hào)嵌入在數(shù)據(jù)流中。其優(yōu)點(diǎn)是較少的引腳數(shù)，就可以實(shí)現(xiàn)更高的分辨率。數(shù)據(jù)報(bào)文的應(yīng)用也允許使用DP可擴(kuò)展，這就意味著隨著時(shí)間的推移，物理通信端口本身不需要顯著的變化就可以增加額外的功能了。DP對(duì)比HDMI的一個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)就是帶寬更高HDMI 2.1 標(biāo)準(zhǔn)帶寬達(dá)到了 48 Gbps，支持單個(gè) 8 K (7680 × 4320) 顯示器 60Hz / 4:2:0/12bit。而 DisplayPort 2.0 帶寬達(dá)到 77.37 Gbps，可以支持實(shí)現(xiàn) 16 K 60 Hz 的視頻輸出。這就是為什么，對(duì)于追求更高的刷新率（120hz以上），目前只有DP這一種接口可以選擇，同時(shí)，DP的內(nèi)容防拷貝協(xié)議 使用了AES 技術(shù)，提供高達(dá) 2048 位的密鑰長(zhǎng)度，保護(hù)技術(shù)比 HDMI 所使用的HDCP更可靠。

HDMI對(duì)比DP

由于HMDI的先發(fā)優(yōu)勢(shì)，和各大顯示器面板的生產(chǎn)商的持續(xù)推進(jìn)，目前HDMI的普及程度是最高的；而DP接口則是憑借自己更高的技術(shù)力，在高端顯示器市場(chǎng)攻城略地，也獲得了自己的一席之地， DP和HDMI未來(lái)誰(shuí)能一統(tǒng)視頻接口的市場(chǎng)，我們目前還不得而知，但是可以確定的是，隨著廠商的競(jìng)爭(zhēng)，更大的帶寬，更好的加密技術(shù)，一定會(huì)在未來(lái)為各位消費(fèi)者帶來(lái)更加高清和便捷的視頻體驗(yàn)。