9012年了,玩游戏应该用什么视频接口?带宽与你分辨率/刷新率的故事

2019-09-23 16:04:54 92点赞 445收藏 43评论

本文经超能网授权转载,原标题《超能课堂(103)显示器刷新率上不去?可能是线材、接口的锅》,作者:梁俊豪,未经允许请勿转载。

这篇超能课堂诞生过程是这样的:某天某小编利用上班时间在“吃鸡”(玩绝地逃生),用着最牛X的超级小钢炮游戏配置(i7-7700K+GTX1080 Ti),按道理来说4K画质下起码流畅才是,可总觉得一卡一顿的,游戏体验十分糟糕,最后连“鸡”都吃不成。检查驱动、显卡设置都没有问题,某小编一时间犯了难,难道真的是技不如人?经过高人指点,终于发现了端倪,在游戏显示选项中,我们赫然发现4K分辨率下屏幕刷新了最高只有30帧,原来是我们用的视频输出接口线有问题!HDMI 1.4线材先天条件决定其最高仅支持3840×2160@30Hz或4096×2160@24Hz。换而言之,某小编用错线材了,要想体验完美的4K@60Hz还需DisplayPort 1.4/HDMI 2.0的线。那么HDMI、DVI、DisplayPort不同版本线材又一一对应什么样的分辨率和功能呢?我们将一一为你解答。

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VGA的历史

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VGA接口的历史可谓是悠久,诞生于1987年,发明者正正是蓝色巨人IBM,采用模拟信号的视频标准。VGA接口共有15针,分成3排,每排5个孔,用于传输红、绿、蓝三色模拟信号以及行场同步信号(水平和垂直信号)。

大部分都知道VGA分辨率指的就是640×480,但并不清楚其实VGA接口其实能支持输出1080P以上分辨率的图像,但是为什么它被淘汰了呢?

原因很简单,因为VGA是模拟接口,传输的还是模拟信号,首先抗干扰能力差,长距离线缆会有画面失真情况;其二现在的显示器都是基于LCD背光、液晶面板,控制信号为数字信号,VGA接口的模拟信号要经过多次数模、模数转换,转换过程中部分信息被丢弃,造成画质下降。但是对于旧式CRT阴极射线管显示器来说,VGA接口就很方便了,毕竟显卡输出的模拟信号直接输出到CRT显示器控制输出就可以了。目前很多工厂生产线、医院医疗仪器仍会采用VGA接口。


逐渐式微的DVI

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DVI接口全称是Digital Video Interface,即数字视频接口。基于TMDS(Transition Minimized Differential Signaling,转换最小差分信号)技术来传输数字信号,TMDS使用一定的压缩编码算法将RGB每路8Bit的数据转成成10bit数据,其包含有行场同步信息、时钟信息、数据DE、纠错等,经过DC平衡后,采用差分信号(什么?你不知道什么叫差分信号,请翻开《现代通信原理》课本第182页好好复习)传输数据。

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因为DVI拥有更为良好的电磁兼容性,可以实现长距离、高质量的数字信号传输。但是问题来了,DVI接口居然有五种版本,DVI-A、DVI-D(单/双通道)、DVI-I(单/双通道),我们该怎么分?其实还挺简单的我们记住下面这些就好。

DVI-A:A是Analog(模拟)的意思,也就是说这个DVI-A完全是当时为了从VGA模拟时代想DVI数字时代过渡的兼容性产物,用了DVI接口形式,却传递的是模拟信号。以往在一些在大屏幕专业CRT中能看见,不过由于和VGA没有本质区别,性能也不高,故已经在废弃的边缘。

DVI-D:正宗DVI接口,D就是Digtal(数字)的意思啦,线缆中传输的是纯正数字信号,因此抗干扰能力特别强,而且画质不容易失真。由于数字信号不需经过任何转换,就能被LCD显示器直接识别和使用,减少了数字→模拟→数字繁复的信号转换过程,既节省了时间,又能消除拖影现象,在LCD显示器诞生之初就被人所支持。

DVI-I:这个是个奇葩的纯在,它既支持数字信号又支持模拟信号的传递,兼具DVI-A和DVI-D产品特点,明显也是过渡性产品。

那么DVI-D、DVI-A单双通道又是怎么回事呢?

我们日常情况下看到的都是双通道版,因为双通道版DVI接口能提供更高的分辨率和刷新率。单通道DVI通道包括了四条双绞缆线(红,绿,蓝,时钟频率信号)。将RGB信号与H.V信号进行组合编码,其每路码流速率为原像素点时钟的10倍,以1024×768×70的分辨率为例,码流时钟为70Mbps×10,折合为0.7Gbps。而一般DVI1.0的码流在0.24Gbps到1.65Gbps之间。单通道DVI最大可发送的分辨率为2.6百万像素,每秒钟更新60次。而双通道DVI使用时可以提供额外的一组数据通道,称为双通道(Dual-link DVI)运作模式。DVI规格中规定以165MHz的带宽为界,当显示模式需求低于此带宽时应只使用单通道运作,高于则应自动切换为双通道。

以往我们去电脑卖场总会听见JS们口中说“你要什么DVI线,18+1、24+1还是12+5、18+5、24+5的?”,可能你听到的一瞬间,脑子里就不知所措了。那么教给大家最方便的辨认方法,只要+1的就是纯数字接口DVI-D,+5的可能是DVI-I或DVI-A(都能传模拟信号),18的是单通道,而24则是双通道,最特别当然是12+5,这就是DVI-A啦。

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DVI接口式微主要原因在于标准制定之初就先天不足,后续难以提升传输带宽,而且DVI使用的3.3V,在显示器驱动面板中还要转换成LVDS,显示器的驱动模块就要做得很复杂,而且不易于小型化,所以在数码设备逐渐缩小的今天,加之不能提供4K 60Hz的画面,DVI接口被抛弃是迟早的事情。


电视机最爱的HDMI

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随着图像显示技术、显示器发展,消费者越发觉得DVI这么多版本、接口这么大,提供的分辨率并不高,而且用起来好麻烦,HDMI就应运而生。

HDMI全称是High Definition Multimedia Interface(高清晰多媒体接口),它的特点就是高清而且接口小,是一种全数字化视频和声音传输接口,可以发送未压缩的音频及视频信号。由于具备音视频同时间传输特点,这个特性被电视机制造商广泛接纳,成为数码产品中出境率最高的接口,可用于机顶盒、DVD机、PC、笔记本、游戏主机、数字音响与电视机等设备上。

规格初制订时其最大像素传输率为165Mpx/s,足以支持1080P分辨率画质下60Hz刷新率;后来在HDMI 1.3规格中扩增为340Mpx/s,支持2K分辨率60Hz刷新率,以匹配未来可能的需求。

HDMI也支持非压缩的8声道数字音频发送(采样率192kHz,数据位宽24bit),以及任何压缩音频流如Dolby Digital或DTS,亦支持SACD所使用的8声道的1bit DSD信号。在HDMI 1.3规格中,又追加了超高数据量的非压缩音频流如Dolby True HD与DTS-HD的支持。

HDMI接口没有DVI那么复杂,全都是同一个版本,但是有形态大小之分。分为HDMI A Type、HDMI C Type、HDMI D Type三种,接口大小体积依次递减。

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HDMI A Type:应用于HDMI1.0版本,总共有19pin,规格为4.45 mm×13.9 mm,为最常见的HDMI接头规格,相对等于DVI Single-Link传输。

HDMI C Type:我们叫mini-HDMI,应用于HDMI1.3版本,也是19pin,可以说是缩小版的HDMI A type,规格为2.42mm×10.42mm,为了适应尺寸变小,脚位定义有所改变。主要是用在便携式数码设备上,例如DV、数码/单反相机

HDMI D Type:应用于HDMI1.4版本,总共有19pin,尺寸更小了,只有2.8 mm×6.4 mm,脚位定义也有所改变,整体长得跟Micro USB似的。比现在HDMI C Type接口小50%。

HDMI接口由于进入市场较早,而且性能好、接口易用被广大民众所接受,很快成为大部分电子产品的首选接口,可惜好景不长,HDMI标准未能快速跟随市场的发展,不适用于内部连接应用以及未来超高带宽需求,很快就被DisplayPort接口威胁到其生存空间。


独领风骚的DisplayPort

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DisplayPort是视频电子标准协会(VESA)推动的数字式视讯接口标准,诞生于2006年5月,因此它还很年轻并且充满了活力。DisplayPort对比HDMI接口的优势很明显,使用DisplayPort接口免认证授权费用(但相关专利集合公司有权收取合理而统一的费用),还有最主要的是能直接驱动TCON,大大简洁化显示器内部设计,液晶面板厂商们特别喜欢,所以你会看到某些显示器同款多个HDMI就要多50块。而且DisplayPort在发展中过程中,目标主要是主要适应于连接计算机和屏幕,或是计算机和家庭剧院系统。

DisplayPort可以说是最特别的一个,传输数据方式很有意思,是第一个使用数据包方式传输数据的显示连接端口,一般数据封包传输在以太网、无线通信领域很常见,它最大好处就是抛弃了时钟同步信息,数据包根据包头标签找到自己的对应传输位置实现同步。而以往的视频接口大都需要信号固定的时钟发生器来进行数据同步。而DisplayPort引入的这种数据包封装数据,使得定时同步信号、接受地址内嵌于数据包中,那么其引脚数量就可以大大减少,但是可以实现更高的分辨率,而且后期拓展非常方便。

由于DisplayPort非常特别的数据传输方式,因此其信号不兼容DVI或HDMI,转换接头都要使用转换芯片。早在第一代DisplayPort 1.1传输带宽就非常足,达到了10.8Gbps,可以支持2560×1600分辨率及最高12bit的色彩,1080P分辨率的色彩支持24Bit(这么高都没用啊,液晶屏幕不支持,原生10bit非常贵,市面都基本都是8bit靠抖动成10Bit的)。

最新的DisplayPort 1.4a规范,带宽进一步提升至32.4Gbps的带宽,可支持8K 60Hz 、4K 120Hz HDR超高分辨率,我们可以预见DisplayPort接口很可能会率领未来高清显示器的发展趋势。此外DisplayPort还加入了显示压缩流(Display Stream Compression)技术、前向纠错(Forward Error Correction)、高动态范围数据包(HDR meta transport),声道也提升到32声道1536 KHz采样率。

DisplayPort还有另一种尺寸的接口,Mini DisplayPort是缩小版的DisplayPort。而它的诞生也富有戏剧性,是苹果公司觉得目前所有的视频接口都太大、太蠢了,DisplayPort虽然技术先进,但是尺寸还是过大,最后苹果将其精简成于Mini DisplayPort。

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DisplayPort目前发展势头很猛,几乎所有电脑都会带有该标准接口,稍微遗憾的是它依旧未能打破HDMI接口在电视机上的垄断,成为一个更加广泛的标准。


标准最先进的Thunderbolt 3

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Thunderbolt是由英特尔发表的标准,目的在于当作电脑与其他设备之间的通用总线,接口形式与Mini DisplayPort相同,最主要的原因是苹果看上了Intel这个高速、多功能的传输协议,并且将其商业化、商品化。

2011年诞生第一代Thunderbolt,那时候带宽就已经高达10Gbps,那时候人们更是熟悉的是Thunderbolt数据传输功能,往往忽略了还有视频接口功能。Thunderbolt技术采用两种通信协议 ,包含数据传输的 PCI Express ,以及用在显示的DisplayPort,可完整兼容现有的DisplayPort设备。通过菊花链(Daisy-chain)形式连接最多六个周边设备(多屏系统、存储空间拓展),提供10W电力给周边设备。

时隔两年,到了2013年intel拿出了Thunderbolt 2协议,它是通过合并了第一代的两条独立10Gbps通道,使得最高传输速度翻倍到20Gbps。

再过了两年Thunderbolt 3诞生于Computex 2015 ,带宽再度翻倍至40Gbps 。Thunderbolt 3接口形式采用了USB Type-C型,Thunderbolt 3最大供电100W,整合两个DisplayPort 1.2通道在内部,可连接两个4K(4K@60Hz)显示屏或一个5K(5K@60Hz)显示屏。

可以说Thunderbolt 3是迄今为止最为强大的接口标准,它是目前集合显示、数据传输、充电一系列接口标准,换用了USB Type-C形态接口以后,使得易用性更加,可惜Thunderbolt 3的控制芯片成本太高,目前线缆成本极高,同时只有高端主板、笔记本才会拥有这种接口,成为Thunderbolt 3接口普及的拦路虎。

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不知道大家看完这期的超能课堂以后,对于这五种视频接口有没有新的认识,还能分得清楚他们之间的区别吗?记得别再像某小编一样傻乎乎地用错线缆了。

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