帶寬飛躍，獨(dú)孤求敗DisplayPort 2.0解析

張芮

2017年，在HDMI聯(lián)盟發(fā)布HDMI 2.1版標(biāo)準(zhǔn)之后，老對手DisplayPort（后文簡稱DP）—直沒有任何反應(yīng)。是就此沉寂還是等著“放大招”？答案現(xiàn)在已經(jīng)揭曉：6月26日，VESA發(fā)布了DP 2.0版標(biāo)準(zhǔn)，堪稱DP標(biāo)準(zhǔn)誕生以來最重要的一次更新。主要提供了對8K顯示器的完美支持，讓用戶能夠享受到超高清畫質(zhì)帶來的精細(xì)化體驗(yàn)。質(zhì)的飛躍

DisplayPort和HDMI在視頻標(biāo)準(zhǔn)的競爭方面—直是你追我趕互不相讓。2017年，HDMI聯(lián)盟發(fā)布了HDMI 2.1版標(biāo)準(zhǔn)。我們先來復(fù)習(xí)一下這個版本有多厲害：

1.帶寬48Gb，s，支持8K@60Hz和4K@120Hz視頻分辨率，最高可以傳輸10K（10240x4320）的視頻;

2.能讓每一幀畫面都呈現(xiàn)出各種完美細(xì)節(jié)的動態(tài)HDR技術(shù);

3更強(qiáng)大的eARc音頻回傳技術(shù);

4.增強(qiáng)畫面刷新率，確保游戲、電影和視頻畫面實(shí)現(xiàn)流暢且無縫地移動和轉(zhuǎn)換。此特性包合三個方面：面向游戲的可變刷新率（VRR）、面向電影和視頻的快速媒體切換（QMS）和面向VR的快速幀傳輸（QFT）;

5自動設(shè)置理想延遲的自動低延遲模式（ALLM）;

6可逆向兼容早期的HDMI版本。

而同一時期，DP還是1.4版本。其實(shí)DP 1.4的標(biāo)準(zhǔn)也不能說低，畢竟大多數(shù)人的顯示器還停留在2K@60Hz時代。技術(shù)的車輪終歸要緩慢前行，顯示器的分辨率和刷新率一直在不斷提高。與此同時，為了更好地重現(xiàn)這個五彩斑斕的花花世界，10bit甚至12bit色深、HDR等也開始成為顯示器標(biāo)配。高分辨率、高刷新率加上廣色域必然帶來海量的數(shù)據(jù)，DP1.4傳輸這樣的數(shù)據(jù)也會頗感吃力。

面對HDMI升級到21的“挑釁”，VESA直到今年6月才放出了“大招”：DP 2.0。這里我們也可以看出這對“冤家”斗得真是難解難分：HDMI從1.4直接跳到了2.0，那么DP呢？“對手都2.0了不能讓人覺得咱們還在1.0的基礎(chǔ)上修修補(bǔ)補(bǔ)”，于是也有樣學(xué)樣。

這種數(shù)字游戲我們在手機(jī)廠商身上看得很多，但DP版本從1.4跳到2.0確實(shí)是有理有據(jù)的。本次是DP標(biāo)準(zhǔn)自2007年誕生以來最大的一次更新，或者說是飛躍也不為過。此前，DP 1.3和1.4的理論帶寬是32.4Gbps，在10bit編碼下，有效帶寬只能達(dá)到80%，也就是25.9Gbps。對于一臺1670萬顏色（24bit）、4K@120Hz分辨率，或者10億顏色（30bit）、4K@98Hz～辨率的顯示器而言這已經(jīng)足夠了，但它對付不了下一代顯示器，例如分辨率高達(dá)6016x3384的蘋果Pro Display XDR，以及今后的8K顯示器。這些超高清的顯示設(shè)備對帶寬的渴求就像黑洞一樣，此前只有HDMI 2.1能滿足它們。

DP 2.0也終于跟上了步伐。它引入了幾種比特率模式，最高可達(dá)到80Gbps帶寬。在此基礎(chǔ)上，DP2.0還采用了全新的編碼機(jī)制128/132b將帶寬有效率提升至97%，實(shí)際帶寬達(dá)到77.4Gbps，是DP 1.4的三倍，也徹底碾壓了HDMl 2.1的48Gbps。DP 2.0這康莊大道般的帶寬為VEsA的成員制造商打開了新世界的大門，讓顯示器可以輕松輸出8K@60Hz HDR、>8K@60Hz SDR、4K@144Hz HDR、2x5K@60Hz等視頻規(guī)格，還可以支持到30bit色深（超過10億色），并目在不壓縮任何數(shù)據(jù)（包括色度子采樣）的情況下達(dá)到10K9辨率、24bit色深。

他山之石

在過去的五年左右的時間里，VEsA的成員都在討論DP未來的發(fā)展方向。如果標(biāo)準(zhǔn)升級后還需要開發(fā)全新的外部接口，對于廠商和用戶都是難以接受的，圍繞現(xiàn)有的物理層和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)作出改進(jìn)才是明智的出路，VEsA顯然非常清楚這一點(diǎn)。但DP的物理層設(shè)計于十多年前，初衷是為了取代VGA和DVI這兩個“老家伙”，那時候根本想不到要擴(kuò)展到今天這樣的帶寬。

VESA采用了一個很聰明的辦法：借道。他們參考了Intel近期開放的雷電3標(biāo)準(zhǔn)?；赨SB Type-C介質(zhì)面的雷電3最早的應(yīng)用可以追溯到2015年，它共有4個20Gbps的數(shù)據(jù)傳輸通道，—共能提供80Gbps的最大帶寬，在默認(rèn)的雙向全雙工工作狀態(tài)下，帶寬為40Gbps。我們并不青楚vEsA這些年是在等待InteI開放雷電3，還是因?yàn)槔纂?的開放給VEsA指明了道路。總之Intel此舉真是功德無量，一下拯救了USB 4和DP 2.0兩大標(biāo)準(zhǔn)。

USB 4幾乎就是把雷電3拿去改了個名字，將它大眾化了（因?yàn)槭褂美纂?必須經(jīng)過InteI的嚴(yán)格認(rèn)證），另外usB雙向數(shù)據(jù)通信的特性決定了它基本上就只能工作在40Gbps的帶寬上。但對于DP而言，視頻信號是單向傳輸，不需要全雙工，這樣就能夠單向利用到雷電3的全部帶寬。這可比從零開發(fā)簡單多了，也更能被市場認(rèn)可。同時，DP還繼承了雷電3那無比高效的信號編碼方案，也就是128/132b，讓DP 2.0不僅得到了更多的帶寬，并且更有效地利用它。

從“新”連接

鑒于雷電3、DP 2.0、USB Type-C在物理結(jié)構(gòu)上是一樣的，這使得uSBType-cZ成了DP官方接口標(biāo)準(zhǔn)之一。VESA綜合考慮成本、技術(shù)、市場等多方面因素后，最終決定DP 2.0采用了兩個物理接口：一是繼續(xù)利用原有DP接口并向下兼容，二是利用USB Type-C接口（工作在DP alt模式）。但原有的DP接口物理層已經(jīng)改變，老版本的DP線纜并不能滿足需求，又不能把所有老的DP線纜一棍子打死然后強(qiáng)制推行新線纜。為此VEsA制定了符合DP 2.0特性的線纜新標(biāo)準(zhǔn)：UHBR（UltraHigh Bir Rate超高比特率）標(biāo)準(zhǔn)。

uHBR將線纜分為三個等次：UHBR 10、UHBR 13.5、UHBR 20，里面的數(shù)字實(shí)際上就是各自的每通道帶寬。uHBR 10作為最低標(biāo)準(zhǔn)的擁有10x4=40Gbps的理論帶寬，單純傳輸8K視頻已經(jīng)足夠了，關(guān)鍵是它對線纜要求很低，普通的無源銅線纜已經(jīng)足夠，并且傳輸距離可以達(dá)到2-3米。UHBR 10也符合VEsA曾經(jīng)推出的DP 8K線纜認(rèn)證項(xiàng)目，也就是說，通過了8K認(rèn)證的DP線纜就符合UHBR 10的信號傳輸要求。

至于UHBR 13.5和UHBR 20，理論帶寬為54Gbps和80Gbps。帶寬提升帶來的副作用就是傳輸距離幾何級數(shù)般減少。無源線纜只能用作極短距離的傳輸，例如筆記本擴(kuò)展塢。要想長距離傳輸，只能在線纜中加入放大器和控制電路，這必然導(dǎo)致成本上升，但VEsA似乎也沒有其他更好的商去。其他改進(jìn)

DP1.4的特性中有一個可選項(xiàng)是前向糾錯技術(shù)FEc（Forward ErrorCorrection），這是顯示流壓縮技術(shù)DSC（Display Stream Compression）標(biāo)準(zhǔn)的一部分。DSC是VESA的無損圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)，提供大概3：1的壓縮比，讓壓縮后的圖像剛好足夠節(jié)省電力和帶寬，也不會顯著增加延遲。在DP 2.0中，F(xiàn)Ec默認(rèn)對所有未壓縮和經(jīng)過Dsc壓縮的數(shù)據(jù)流都開啟。它也成為DP 2.0的核心特性之_，任何支持DP 2.0標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備都必須同時支持對Dsc數(shù)據(jù)流的編解碼與傳輸。但需要說明的是，DP2.0并不強(qiáng)制使用DSC，當(dāng)帶寬允許時，自然是首選未壓縮的圖像進(jìn)行傳輸。對于設(shè)備制造商而言，這也能為他們開發(fā)帶DSC模式的顯示器打下基礎(chǔ)。

DP 2.0在電源效率方面也進(jìn)行了改進(jìn)，采用了VESA的Panel Replay技術(shù)。這是從當(dāng)年的PSR（Panel Self Refresh，面板自刷新）技術(shù)演化而來的，它允許系統(tǒng)只傳輸和更新與上一個視頻幀不同的圖像部分。當(dāng)初PSR主要用在筆記本電腦和其他移動設(shè)備上，通過減少傳輸數(shù)據(jù)量進(jìn)而降低數(shù)據(jù)通道和cPu的負(fù)荷，達(dá)到節(jié)能目的。DP2.0的Panel Replay延續(xù)了這一理念，且不需要額外的控制芯片來達(dá)到目的。

DP2.0還對此前誕生于1.2版本的分支功能進(jìn)行了改進(jìn)。DP的分支功能允許多臺顯示器通過菊花鏈的方式連接，但1.x版本需要各分支設(shè)備能夠解碼DP數(shù)據(jù)流，如今面對DP 2.0超高帶寬帶來的巨大數(shù)據(jù)流，解碼將會非常困難。DP 2.0只要求分支設(shè)備能夠傳遞數(shù)據(jù)而不需要解碼，使得MsT乖口菊花鏈更容易實(shí)現(xiàn)。此外，VESAAdaptive Sync在DP 2.0中仍是作為—項(xiàng)可選功能。

前途展望

目前，業(yè)界正在努力推動4K UHD視頻廣播的普及，8K電視和顯示器也開始投放市場，日本廣播公司NHK已經(jīng)宣布了2020年東京奧運(yùn)會的8K轉(zhuǎn)播計劃。同時，游戲平臺也在通過不斷提升沉浸式玩法的體驗(yàn)，推動PC和移動平臺向更高分辨率和刷新率發(fā)展。DP 2.0完全就是為順應(yīng)這些需求打造的。由于有成熟的雷電3物理層作為基礎(chǔ)，VEsA預(yù)計首批DP 2.0的零售產(chǎn)品將在2020年下半年問世。

必須承認(rèn)，DP 2.0背后最大的功臣是InteI，如果雷電3沒有開放授權(quán)，DP 2.0不知還要“難產(chǎn)”多久。USBType-C接口體積小、無正反、速度決、供電能力強(qiáng)的特點(diǎn)，已成為當(dāng)前Pc的首選接口類型。讓DP使用雷電3的物理層，使得USB Type-c更加如虎添翼，成為顯示性能最高的端口。而HDMI必須考慮與家電的連接，接口無法輕易更改。很顯然，DP 2.0未來應(yīng)用的廣泛程度與靈活程度都將遠(yuǎn)超HDMI。