現今許多連接顯示器的個人電腦、筆電或智慧型手機會搭載DisplayPort的介面,DisplayPort已經成為普遍用於連接器材的標準之一,此介面主要用來輸出數位影音至連接的顯示器、通訊協定轉換器或對接設備,且傳統上在個人電腦應用中一直是以原生DisplayPort或mini DisplayPort形式存在的插孔。但自其誕生以來,它已演化成更多形式。
拜幾項關鍵性發展所賜,DisplayPort已經有機會整合進許多個人電腦以外的應用:
DisplayPort是由視訊電子標準協會(VESA)開發與管理。自1988年成立以來,VESA最初專注於創立一個「超級VGA」標準,以接替由IBM開發的VGA標準。十年之後,VESA建立了平面顯示器安裝介面(FDMI)標準,也稱為VESA安裝標準。而DisplayPort的開發,則是因現今AV標準無法滿足某些主要產業的特別需求而產生。
VESA制定DisplayPort標準
在VESA近30年的歷史中,由眾多企業會員使用並發展DisplayPort、其衍生分支(Offshoots)及其他的標準,同時預測幾年後顯示市場的需求,並在需求出現前就增加新功能。VESA為開放標準的組織,其能因應消費者在科技方面的新需求發展新的DisplayPort標準,如表1中所顯示不斷提升的解析度(4K、5K、8K),新的顯示規格如超高解析(UHD)與高動態範圍(HDR),以及擴增實境與虛擬實境(AR/VR)等新的應用。DisplayPort帶來的較高頻寬,也讓它非常適用於需要密集資料的應用,例如高效能遊戲,以及從單一桌上型電腦或筆電的視訊輸出進行獨立的視訊串流。
圖1顯示在典型的個人電腦顯示介面應用中DisplayPort使用的訊號。自DisplayPort首次推出以來,已經發布超過20個新版本。這些不但包括對原始DisplayPort標準的更新,同時包含促成內部(嵌入)連接與使用行動裝置規格的全新版本。
DisplayPort開放標準
視訊介面的發展從電視開始,多年來電視一直使用類比複合視訊介面,通常在射頻頻道上進行調變;個人電腦出現後,類比的VGA介面也是一樣,它使用分離的色訊號以傳送更精準的色彩與色解析度。隨後,DVI等介面開始因為保護軟體內容的需求而出現,其實DVI本質上就是數位版的VGA及HDMI。
DisplayPort標準的第一個版本DP 1.0於2006年5月正式發布。DisplayPort是個完全開放且無須支付授權版稅的標準,特色包含:
VESA於2007年初推出此標準的下一個版本:DP 1.1/1.1a。它具有兩項值得一提的新功能:高頻寬數位內容保護(HDCP),這也是在DVI或HDMI之外,首次使用HDCP的標準;以及主動與光學訊號線功能,可將DisplayPort的使用擴大至數位看板,及醫療與其他需要高效能與高可靠性的顯示應用。
嵌入式DisplayPort將標準移入機內
隨後沒多久,內部版本的DisplayPort需求極為明顯,因嵌入顯示的解析度持續提升,讓傳統LVDS介面顯得笨重。因此,基於DP 1.1a的最初版之嵌入式DisplayPort規格eDP 1.0於2008年12月發布。
eDP1.0讓DisplayPort得以在嵌入面板上落實應用,並讓CPU、GPU或系統單晶片(SoC)能使用DP連接埠,而不是專用的介面。此世代的關鍵特色與LVDS相比,是無論導線數量與干擾(電磁干擾(EMI)/無線射頻干擾(RFI))都雙雙降低,對於較小型裝置中快速成長的無線連接之使用,相當必要。此外,eDP也結合降低耗電功能,來延長攜帶式裝置的電池壽命。
隨著DP與eDP的發展,VESA的會員開始著手研發DisplayPort的更新,以滿足未來先進技術的需求。在隨後的數年內,在新版本DP的發布後,會緊接著更新eDP(及最後其他相關標準的更新),此模式會持續進行,而這也確保其具有無縫的相容性。
2010年1月發表的DP 1.2,由數個新功能組成:
更新版的eDP 1.2在參考DP 1.2之後也緊接著推出,並使用AUX通道新增HBR與背光控制功能,後者也代表它與標準DisplayPort的區別。
隨著強化嵌入功能需求的增加,eDP 1.3於2011年1月問世,並新增面板自動刷新(PSR)的支援。這讓單一視訊框得以儲存於顯示器內,讓CPU或GPU在靜態顯示時進入低耗能狀態。PSR特別值得一提的原因,是它帶來顯著的節能效果,讓電池驅動的裝置可以使用體積更小、更輕的電池。2013年2月發布的eDP 1.4新增了PSR2的支援,此新版本的PSR功能包括部份視訊框刷新,因此,在靜態模式下處理器只須刷新部分變動的影像,而不用刷新整個圖框,進而透過PSR達到更加節能的效果。
突破4K畫質
2011年,蘋果與英特爾推出基於Thunderbolt的產品,而Thunderbolt當時是使用mDP連接器的獨門介面標準,並使用兩個雙向通道以10Gbps速度傳輸PCIe與DisplayPort資料。英特爾在2011年5月推出首批支援DP 1.1a顯示器的Thunderbolt規格,同時保有與以mDP為基礎的周邊設備之相容性。
Thunderbolt問市兩年後,隨著4K解析度視訊被喻為是「下一個巨大變動」,Thunderbolt 2於2013年6月推出。此一更新讓兩個分開的10Gbps通道,加總成為每一個方向為20Gbps的單一通道,以便支援DisplayPort 1.2使用Thunderbolt的通訊協定標準,來進行最高的資料傳輸率。4K顯示器也可透過eDP接頭與整個Thunderbolt傳輸架構獲得支援,提供4K視訊編輯必備的能力。
另一個重大的更新是於2014年9月發布的DP 1.3,此版新增快速HBR3(每管線8.1Gbps),並能透過單一連接達到超越4K的解析度。其規格還包含透過DisplayPort操作HDMI主動通訊協定轉換器,可支援高達包含4K HDR的4K解析,同時新增訊號重覆功能,在系統配置時,能使用更長的訊號線,並擁有較高的彈性。
推Alt Mode轉戰行動裝置市場
DisplayPort Alt Mode在2014年9月問世的最初版本,代表VESA與USB開發者論壇首次的重大合作,並讓世人知道DisplayPort正透過有意義的方式,將目光轉至行動裝置。此全新的衍生標準依據三個關鍵標準DP 1.3、USB 3.1及USB Type-C 1.0,並利用USB Type-C(USB-C)接頭,定義DisplayPort在Alt Mode下的運作。USB-C接頭乍看之下很像micro USB接頭,不過,與Lightning及MagSafe接頭一樣,它沒有朝上或朝下的方向性,因此可以很快地插入使用。訊號線兩端的插頭都一樣,更增加使用上的便利性。此一連接同時與USB資料與電力傳輸共用(圖2)。
DisplayPort Alt Mode藉由讓USB資料、電力與完整視訊效能透過單一接頭傳送,大幅擴展DisplayPort潛在的觸角,並讓筆電的外型有機會變得更小、更薄,同時為智慧型手機帶來新功能。由於USB-C具有極小的接頭尺寸與能處理更大充電量的能力,它也取代手機上的micro USB接頭,並額外帶來提供DisplayPort Alt Mode,及支援高達4K視訊的優勢。
透過USB-C的DisplayPort(DP Alt Mode 1.0b)也協助取得下一世代AR/VR頭戴式裝置所需之高解析度、HDR色彩、裝置電力與USB資料。此外,VESA認證的DP8K訊號線也在2018年初推出,以支援HBR3。VESA目前已針對HBR3、DP Alt Mode裝置與DP8K訊號線推出認證計畫。
eDP結合DSC實現輕薄面板
隨著2015年的到來,VESA發表具有數個新特性的eDP 1.4a,將eDP定位為行動PC裝置通用的嵌入顯示介面,包括更高解析度的平板。這些新功能的目的,在於讓內建嵌入面板的裝置變得更輕薄、價格更親民。eDP 1.4a此次除了透過配備更先進之PSR2等改善來進一步降低功耗外,還包括兩項關鍵功能:
同時於2015年,目前版本的Thunderbolt 3開始在市場出現,它使用USB-C接頭,並針對USB 3.1與DisplayPort Alt Mode提供原生支援。Thunderbolt 3的資料傳輸率增加一倍,來到每條管線20Gbps(每個方向40Gbps),這讓Thunderbolt能運用單一接頭支援雙4K顯示器,並協助最佳化圖像、視訊編輯與儲存應用。
最新版本DisplayPort 1.4
2016年初發表的DisplayPort 1.4,是此規格目前的最新版本(表2),並包含許多必要的功能,包括:
現今4K解析度螢幕都已採用HDR及更高的畫面更新率,也因此,其最高效能影像的頻寬需求已經超越HDMI。DisplayPort 1.4在無壓縮情況下可支援5K顯示器,並在DSC 1.2動作下支援8K顯示器。
據市調公司Strategy Analytics於2017年11月發表的數據顯示,搭載原生DisplayPort或DisplayPort Alt Mode的手機、個人電腦與平板的出貨量,將從2017年的近2.15億,到2018年成長至超過3.45億,年成長率達61%。此一數字預計至2021年,將成長至8.55億。
手機市場的成長近來特別強勁,而諸如高通Snapdragon 835與845、三星的Exynos及海思麒麟970系統單晶片等手機晶片組,都有DisplayPort Alt Mode。在USB-C加入DisplayPort後,在解析度、HDR與系統能力等領域,都能帶來更高的視訊效能與新功能。除了智慧型手機,數量愈來愈多的AR/VR頭戴式裝置,如DAQRI Smart Glasses及華為VR2,都具有透過USB-C傳送DisplayPort的功能。
未來可見的發展
展望未來,VESA的成員正緊鑼密鼓的合作以開發下一世代的DisplayPort標準,目前的計畫是將位元率提高兩倍以上,並在未來的18個月內發表此標準的更新版本。不久的將來,更多的應用需要用到比今日所能達成之更高的位元率,不過其中特別搶眼的應用則屬AR/VR。
考量AR/VR顯示器提供的超寬視野與動作,虛擬世界對於解析度、更新率與色彩深度的需求更高。此外,AR/VR的應用需用到雙顯示器(一眼一個顯示器),使資料傳輸率的需求倍增。同時為了支援HDR效能及傳統顯示器8K以上解析度的提升,也需要更高的資料傳輸率。VESA正持續精進DisplayPort,以因應未來這些應用對更高效能表現的需求。
近30年來,VESA持續推出並開發新的顯示標準,DisplayPort與eDP是個人電腦、筆電、行動手機與其他智慧型裝置無縫介面連接的黃金標準。在此同時,更新且更先進的發展,也將協助確保此標準在下一世代顯示器、甚至更遠的未來中的應用性。DisplayPort未來在如AR/VR與汽車等新市場,都有其發展潛力。對於eDP而言,車用顯示器為另一個新興領域,而它提供以下關鍵優勢,包含:
此外,面板更新對於儀表板、控制與其他非即時視訊顯示面板來說,格外有用。
現今DisplayPort認證的產品數量持續增加,而顯示介面DisplayPort也出現在各式各樣的GPU、監視器、筆電、平板,甚至於電視面板上。這雖與當初設計時鎖定的高預算GPU與監視器不同,但受惠於4K顯示器與具靈活連接性之小型裝置的需求持續增加,更廣泛的整合只會增加,不會減少。