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【超级课堂】显示器刷新率调不上去?可能是线材或者接口的问题……刷新率过高

发布时间:2024-07-09浏览:0

这个超类诞生的过程是这样的:某日,某编辑利用工作时间玩《绝地求生》(PlayerUnknown's Battlegrounds),用的是目前最强的超级小钢炮游戏配置(i7-7700K+GTX 1080 Ti)。按理说在4K画质下应该很流畅,但总感觉卡顿,游戏体验很差,最后连“吃鸡”都吃不上。检查了驱动和显卡设置,都没有问题。这位编辑一时之间很为难,难道真的是自己的技术不如别人吗?经过高人的指点,我们终于找到了线索。在游戏显示选项中,我们发现在最高4K分辨率下,画面刷新率只有30帧。原来是我们用的视频输出接口线有问题! HDMI 1.4线材的先天条件决定了它最高只能支持3840x2160@30Hz或者4096x2160@24Hz,也就是说,小编用错了线材,如果想要体验完美的4K@60Hz,需要DisplayPort 1.4/HDMI 2.0线材。那么不同版本的HDMI、DVI、DisplayPort线材分别对应哪些分辨率和功能呢?我们来一一为你解答。

VGA 的历史

VGA接口的历史非常悠久,是由蓝色巨人IBM于1987年发明的,采用的是模拟信号的视频标准。VGA接口共有15个针脚,分为3排,每排5个孔,用于传输红绿蓝模拟信号和行场同步信号(水平和垂直信号)。

大多数人都知道VGA分辨率是指640×480,但不知道VGA接口其实可以支持1080P以上分辨率的图像输出,那么它为何会被淘汰呢?

原因很简单,因为VGA是模拟接口,传输的是模拟信号,一是抗干扰能力差,长距离的电缆会造成图像失真。二是现在的显示器都是以LCD背光源和液晶板为主,控制信号都是数字信号,而VGA接口的模拟信号要经过多次模数转换,转换过程中会有一部分信息被丢弃,导致图像质量下降。不过对于老式的CRT阴极射线管显示器来说,VGA接口还是很方便的,毕竟显卡输出的模拟信号可以直接输出到CRT显示器控制输出。目前很多工厂生产线、医院医疗设备等仍然采用的是VGA接口。

DVI的逐渐衰落

DVI接口全称是Digital Video Interface,它是基于TMDS(Transition Minimized Differential Signaling)技术来传输数字信号的,TMDS通过一定的压缩编码算法,将RGB每个通道的8位数据转换成10位数据,这10位数据里包含了行场同步信息、时钟信息、数据DE、纠错等,经过DC平衡后,采用差分信号(什么?如果不知道什么是差分信号,请打开教科书《现代通信原理》182页仔细复习)来传输数据。

由于DVI具有较好的电磁兼容性,可以实现长距离、高质量的数字信号传输。但问题是,DVI接口有5个版本,DVI-A、DVI-D(单/双通道)、DVI-I(单/双通道),我们该如何区分呢?其实很简单,只要记住以下几点就可以了。

DVI-A:A代表Analog,也就是说DVI-A是VGA模拟时代向DVI数字时代过渡的兼容产品,采用DVI接口格式,但传输的是模拟信号,以前在一些大屏幕专业CRT上也能看到,但由于和VGA没有本质区别,性能也不高,已经濒临淘汰。

DVI-D:正宗的DVI接口,D代表Digital。该线传输的是纯数字信号,因此抗干扰能力强,画质不易失真。由于数字信号不需要经过任何转换,就能被液晶显示器直接识别和使用,减少了数字→模拟→数字的复杂信号转换过程,不仅节省了时间,而且杜绝了重影现象。自液晶显示器诞生以来就一直支持它。

DVI-I:这个比较奇怪,它同时支持数字和模拟信号的传输,兼具DVI-A和DVI-D产品的特点,明显是过渡产品。

那么DVI-D和DVI-A单通道和双通道又如何呢?

我们日常见到的都是双通道版本,因为双通道的DVI接口可以提供更高的分辨率和刷新率。单通道的DVI通道包括四条双绞线(红、绿、蓝、时钟频率信号),RGB信号和HV信号合并进行编码,每通道的码率为原像素时钟的10倍。以1024×768×70的分辨率为例,码率时钟为70Mbps×10,相当于0.7Gbps。一般的DVI1.0码率在0.24Gbps~1.65Gbps之间,单通道DVI能送出的最大分辨率为260万像素,每秒更新60次。当使用双通道DVI时,可以多提供一组数据通道,这被称为双链路DVI工作模式,DVI规范规定带宽以165MHz为界。 当显示模式要求低于此带宽时,只应使用单通道操作,如果高于此带宽,则应自动切换到双通道。

以前我们去电脑店的时候,总会听到店员问:“你要哪种DVI线,18+1,24+1,12+5,18+5,24+5?”听到这话,你可能一时不知所措。那么这里就给大家介绍一下最方便的识别方法。只要是+1就是纯数字接口的DVI-D,+5可能是DVI-I或者DVI-A(都可以传输模拟信号),18就是单通道,24就是双通道。最特殊的当然是12+5,也就是DVI-A。

DVI接口没落的主要原因在于标准制定之初就存在先天不足,后期传输带宽难以提升。另外,DVI使用的3.3V需要在显示驱动面板中转换成LVDS,这样显示驱动模块就得做得非常复杂,不易小型化。因此,在数码设备逐渐减少的今天,再加上无法提供4K 60Hz的画质,DVI接口被抛弃只是时间问题。

HDMI是电视的最爱

随着图像显示技术和显示器的发展,消费者越来越觉得DVI有这么多的版本,这么大的接口,其提供的分辨率不高,使用起来很不方便,于是HDMI应运而生。

HDMI 是高清晰度多媒体接口的缩写,其特点是清晰度高、接口小,是一种全数字视频和声音传输接口,可以发送无压缩的音频和视频信号。由于其可以同时传输音频和视频,这一特性被电视制造商广泛接受,成为数字产品中最受欢迎的接口。它可以用于机顶盒、DVD 播放器、PC、笔记本电脑、游戏机、数字音响和电视上。

在规范刚制定时,其最大像素传输率为165Mpx/s,足以支持1080P分辨率下的60Hz刷新率;后来在HDMI 1.3规范中将其扩展至340Mpx/s,以支持2K分辨率和60Hz刷新率,以匹配未来可能的需求。

HDMI还支持无压缩的8声道数字音频传输(采样率192kHz、数据宽度24bit),以及Dolby Digital或DTS等任意压缩音频流,还支持SACD使用的8声道1bit DSD信号。在HDMI 1.3规范中,增加了对Dolby True HD、DTS-HD等超高数据量无压缩音频流的支持。

HDMI接口不像DVI那么复杂,都是同一个版本,只是大小不同,分为HDMI A Type、HDMI C Type、HDMI D Type,接口大小依次从大到小依次减小。

HDMI A Type:适用于HDMI 1.0版本,共19个pin,规格为4.45mm×13.9mm,为最常见的HDMI连接器规格,相当于DVI Single-Link传输。

HDMI C Type:我们称之为mini-HDMI,是HDMI 1.3版本使用的,同样有19个pin,可以说是HDMI A type的缩小版,规格为2.42mm×10.42mm,为了适应更小的尺寸,pin定义有所改变,主要用在便携数码设备,比如DV,数码/单反相机等。

HDMI D Type:应用于HDMI 1.4版本,共有19个引脚,尺寸更小,仅为2.8mm×6.4mm,引脚定义也有所改变,整体外观与Micro USB相似。比目前的HDMI C Type接口小50%。

HDMI接口早早进入市场,凭借良好的性能和简单易用的接口被大众接受,很快成为大多数电子产品的首选接口。可惜好景不长,HDMI标准没能跟上市场的发展,不适合内部连接应用和未来的超高带宽需求,很快就受到了DisplayPort接口的威胁。

DisplayPort 是领导者

DisplayPort 是视频电子标准协会(VESA)推动的数字视频接口标准,诞生于2006年5月,所以还算年轻,充满活力。DisplayPort 相较于 HDMI 的优势显而易见,使用 DisplayPort 接口无需认证和授权费用(但相关专利收集公司有权收取合理统一的费用),最重要的是它可以直接驱动 TCON,大大简化了显示器内部的设计。液晶面板厂商尤其喜欢它,所以你会看到有些带多个 HDMI 的显示器,价格要贵 50 元。而且在发展过程中,DisplayPort 的目标主要是为了适应电脑与屏幕,或者电脑与家庭影院系统的连接。

DisplayPort可以说是最特殊的一个,它的数据传输方式非常有趣,它是第一个采用数据包传输数据的显示连接端口。一般数据包传输在以太网、无线通信等领域非常常见,它的最大优点就是抛弃了时钟同步信息,数据包根据头标签找到自己对应的传输位置,实现同步。而之前的视频接口大多需要一个带有固定信号的时钟发生器来实现数据同步。DisplayPort引入的数据包封装方式,可以将时序同步信号和接收地址嵌入到数据包中,因此可以大大减少引脚数量,却可以实现更高的分辨率,而且后期扩展也非常方便。

由于DisplayPort的数据传输方式非常特殊,其信号无法兼容DVI或HDMI,转换接头必须使用转换芯片。早在第一代DisplayPort 1.1的时候,传输带宽就非常充足,达到了10.8Gbps,可以支持2560x1600分辨率和高达12位色彩,1080P分辨率支持24位色彩(这么高的分辨率没啥用处,LCD屏都不支持,而且原生10位很贵,市面上大部分产品都是8位,抖动到10位)。

最新的DisplayPort 1.4a规范将带宽进一步提升至32.4Gbps,可支持8K 60Hz、4K 120Hz HDR超高分辨率。可以预见,DisplayPort接口未来很有可能引领高清显示器的发展趋势。此外,DisplayPort还加入了显示流压缩技术、前向纠错、高动态范围数据包(HDR meta transport)等功能,音频通道也提升至32通道,采样率为1536KHz。

DisplayPort 还有另外一种尺寸的接口,Mini DisplayPort 是 DisplayPort 的缩小版。它的诞生同样充满戏剧性。苹果觉得目前所有的视频接口都太大太笨了。虽然 DisplayPort 技术先进,但体积还是太大了。最后苹果把它简化成了 Mini DisplayPort。

DisplayPort目前发展非常迅速,几乎所有的电脑都搭载了这个标准接口,有点遗憾的是它还是无法打破HDMI接口在电视上的垄断,成为更加普遍的标准。

最先进的Thunderbolt3标准

Thunderbolt 是 Intel 发布的一项标准,其目的是作为计算机与其他设备之间的通用总线,其接口与 Mini DisplayPort 相同,主要原因是苹果看中了 Intel 的高速多功能传输协议,将其商业化。

第一代Thunderbolt诞生于2011年,当时带宽高达10Gbps,当时大家更熟悉Thunderbolt的数据传输功能,而常常忽略了视频接口功能。Thunderbolt技术采用两种通讯协议,其中PCI Express用于数据传输,DisplayPort用于显示,与现有的DisplayPort设备完全兼容,可以以菊花链形式连接最多6个外围设备(多屏系统、存储空间扩展),并为外围设备提供10W功率。

两年后,也就是2013年,英特尔又推出了Thunderbolt 2协议,通过合并第一代两个独立的10Gbps通道,将最高传输速度提升一倍至20Gbps。

两年后,Thunderbolt 3 在 2015 年 Computex 上诞生,带宽再次翻倍达到 40Gbps。Thunderbolt 3 采用 USB Type-C 作为接口,最高供电可达 100W,内部集成两个 DisplayPort 1.2 通道,可连接两台 4K(4K@60Hz)显示器或者一台 5K(5K@60Hz)显示器。

可以说,雷电3是目前为止最强大的接口标准,是目前集显示、数据传输、充电为一体的一系列接口标准,在换用USB Type-C接口之后,变得更加人性化。可惜的是,雷电3的控制芯片成本太高,加上目前的线缆成本极高,同时只有高端主板和笔记本才有这个接口,这也成为了雷电3接口普及的绊脚石。

不知道大家看完这期超级课堂,对这五种视频接口有没有新的认识,还能清晰的分辨出它们之间的区别吗?切记不要像某位小编那样用错了线材。

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