DP搭配USB Type-C 解決VR顯示器影像傳輸問題

2016-05-30
虛擬實境(Virtual Reality, VR)和擴增實境(Augmented Reality, AR)是新出現的一種個人運算和娛樂新媒介。
整合型虛擬實境系統,可以簡化顯示電子設備,提高其性能(減少延遲),並降低成本和複雜性。實現虛擬實境的方式有四種,如:

.個人電腦虛擬實境(PC VR)
此方法使用效能強大的繪圖處理器(GPU),為身臨其境的VR體驗執行即時的三維渲染。它包括一台內建先進GPU的PC和一個高級的頭戴式顯示器(Head-Mounted Display, HMD)。 這些都是最專業的設備,因此這種方法通常也是最昂貴的。同時,由於用戶受限於PC,所以它只能在室內或至少是「虛擬實境安全」(VR Safe)的空間內使用。

.Google Cardboard
這種方法巧妙而方便地改變了智慧手機的顯示器、感測器和處理器用途,使其變成一個頭戴顯示器。
智慧手機的處理能力變得越來越好,但是還達不到在PC VR方法中所使用的個人電腦的處理水準,其虛擬實境體驗品質不如PC VR。因為用戶必須把整支手機戴在眼前,其內含的CPU、電池和無線通訊硬體會導致系統多出不必要的重量,不易於使用。

.多和一虛擬實境(All-in-One VR)
Microsoft Halolens和其他裝置都是完全無線的,使用者可自由移動,其顯示器、CPU、電池和無線電皆被置入於頭戴顯示器中,使得頭戴顯示器重量增加。
為解決此問題,這些裝置使用更小的電池和CPU來減輕重量,但也間接減弱該裝置提供高解析VR圖像的處理能力。

.可攜式連接虛擬實境(Portable Connented VR)
這是一種將頭戴式顯示器與手機相連的應用模式。利用手機高效能處理器和無線電設備,但頭戴式顯示器可以更小、更輕便,價格也會更親民。這種方法可以實現兩全其美的效果,像是處理能力和可攜式的方便性。只須將這樣一個手機放在口袋裡,使用者便可以在公車或飛機上,甚至是野外旅行時玩VR。

隨著VR市場的發展和成熟,四種方法都擁有一定的市場份額。圖1分別以VR的現實經驗和便攜性為二維坐標軸,按照品質列出圖表。如圖所示,「可攜式連接接虛擬實境」方法將會發展成為市場主流,因為消費者都希望VR裝置具備便攜性以及有吸引力的價格。

圖1 VR市場前景

AR是另一個具有意義又令人關注的技術,它將推動許多有趣的使用案例。隨著AR這種新的虛擬要素在現實中增加,可以讓使用者以全新的方式與周圍的事物打交道。例如,開發商可以將他們的產品使用情境變得更視覺化、導航系統可以直接指向你需要去的地方,甚至是應用於教學軟體中,可以讓學生看到一隻站在學校附近的恐龍,營造出一種真實的體驗教學。 混合實境(Mixed Reality)是將AR和VR結合在一起,可以讓用戶享受完整的VR以及AR。AR和MR需要一個透明顯示器,才有能力疊加虛擬物件。傳統的有線方法根本無法實現,因為用戶被綁在室內,場景無法讓人感到有趣。利用「Google Cardboard」方法也無法實現,因為智慧手機不是透明的。只有一體成型(AIO)的VR和可攜式連接虛擬實境方法才能實現AR。

VR產業將會蔓延到智慧手機。隨著VR市場成熟,其產品也會變得更加適於使用。因此,「GoogleCardboard」方法將會占據正在萎縮的低端市場。另一方面,最近才被引進「AIO VR」和「可攜式連接虛擬實境」方法也將會隨著時間的推移,占領以一般消費者為目標物件的主流市場。也就是說,我們今天使用的音訊耳機(Audio Headsets)會慢慢地被音訊或視訊頭戴式顯示器取代。這會使消費者隨時隨地體驗VR或AR成為可能。

PC VR也正在經歷類似的發展趨勢。以典型的VR方法處理高配置PC機的方式,通常是一種高端方式。現階段,PC可以利用USB和HDMI兩種纜線連接到頭戴式顯示器,當然,全功能的USB Type-C纜線也能提供同樣的功能。因此,使用USB Type-C纜線來取代這USB和HDMI纜線也合乎情理(圖2)。

圖2 VR應用需DisplayPort和USB3傳輸介面

繼樂金(LG)G5和360 VR之後,LG推出了進入虛擬實境的一種新方法,稱之為「可攜式連接虛擬實境」,該產品皆都具備SlimPort連結能力。

SlimPort USB Type-C加持 可攜式連接虛擬實境成真

LG 360 VR耳機可利用手機的處理能力,經由USB線接入手機的USB Type-C連接器,利用SlimPort經由USB Type-C提供DisplayPort視訊輸出,並通過下列IC管理功耗方案:
.LG G5:SlimPort ANX7816訊號發送器和ANX7418 USB Type-C開關和控制器
.LG 360 VR:SlimPort ANX7737轉換器和ANX7402 USB Type-C控制器。

為了給消費者提供流暢和身臨其境的體驗,頭戴式顯示裝置需要更高的解析度和更快的刷新速率。

USB Type-C介面可以讓頭戴式顯示器,在不增加內建電池和其他電子零件重量的情況下接收電力。不過,支援DisplayPort的USB Type-C在設計上必須特別注意訊號干擾問題。因為手機無線訊號所使用的頻段與高速傳輸介面訊號有些許重疊,若設計不慎,可能會影響到手機通訊。因此在設計這些應用裝置時,設計人員必須小心處理高速介面的繞線與手機天線的隔離。

DisplayPort的技術規格本身適合應用在手機上,這使得它成為提供未壓縮低延時訊號,低功耗傳輸和穩定內置設計的虛擬實境應用程式的首選介面,可以將電線的數量減到最少。

此外,DisplayPort 1.4的規格可允許高達8K的解析度,可以通過USB Type-C類線纜傳輸。最近幾年,電視和電腦顯示器的解析度已經提高至4K。但是,虛擬實境不會止步於4K,需要盡可能提供更多的像素滿足AR或VR使用者的眼睛。

同時,人眼對於動作是非常敏感的,當沉浸在虛擬世界時,需要更高的視訊畫面播放速率,如90畫面更新率(FPS)或120FPS。

隨著時間的推移,虛擬實境顯示器將使用超過8K的解析度,這在只有無線或USB數據的情況下是無法實現的。

DisplayPort是實現虛擬實境所需的高解析度和畫面播放速率唯一數位視訊介面(圖3)。現有虛擬實境解決方案在發送器和接收器上都有幾個顯示器晶片和橋接晶片。

圖3 DisplayPort是虛擬實境應用的首選介面

目前已有業者推出相關產品,像是在今年2月份,Analogix即推出SlimPort ANX7688,該晶片為首款4k 60FPS單晶片發送器,通過USB Type-C支援智慧手機和平板上的DisplayPort介面。4K或全高畫質(FHD)的視訊解析度,使得它成為像AR和VR應用程式的理想選擇,因為它們都需要超高的視訊處理能力和性能。

(本文作者任職於Analogix)

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