原创 displayport规格介绍(2)

DisplayPort規格重點剖析雖然DisplayPort與HDMI皆是視訊傳輸介面。但是設計思想的差異，使規格制定上迥異其趣。不過DisplayPort規格並不複雜，僅有228頁，比起USB的600多頁，或是PCI Express的複雜度，可算是小Case。

DisplayPort乃是由知名老牌的VESA組織所制定，先天上就有優勢去支援既有的VESA以及CEA標準。打開規格介紹，總共分為5個章節，除了首章的介紹外，重點就分散在其餘四個章節中，節奏明快。由於與PCI Express的階層式架構類似，整份規格介紹的重點可歸納如下：


連結層（Link Layer）
與所有的IO或是網路相似，資料流的協定規範乃是重點。DisplayPort採用了封包的載送方式，稱之為「微封包（Micro-packet）」。


實體層（Physical Layer）
任何介面還是匯流排必然有傳送器與接收器的電氣規範，也包含了編碼的機制，與連結層（Link Layer）之間的溝通當然一定有。

編碼（Encoding）可是一門複雜的學問，放眼望去、SATA、PCI Express、1394b、10Gb乙太網路等皆是採用了8b/10b【註2】這種20多年前由IBM所開發出來的機制。DisplayPort也是採用了8b/10b的方式，直流平衡（DC Balance）效果較佳，而且此種編碼方式先天上又具有內置時脈（Embedded Clock）的特徵，可以降低EMI電磁干擾問題。

不過，請留意，8b/10b編碼在DisplayPort僅使用於主通道（Main Link）。

【註2】8b/10b編碼業已成為ANSI的標準，ANSI X3.230-1994（ANSI 8B/10B）

HDMI則是因為承襲了DVI，所以也必須採用DVI所獨創的T_MDS方式。此種編碼方是有點逆向思考而得的方式，但也具有降低EMI的效果。

另外，DisplayPort也從PCI Express借東風（PCI Express則是＂參考＂Infiniband），導入了傳輸道（Lane）的空間延伸方式；一個從視訊來源端到顯示終端的傳輸通道，最多可以延展到4個傳輸道。

主要的通道有負責丟影音視訊的單向資料通道（視訊來源到顯示終端）以及雙向的輔助通道（AUX Channel）。輔助通道的主要功用不外乎是「連結的管理」以及「裝置的控制」，也是採用微封包的架構，是半雙工（half-duplex）的通道，傳送頻寬達1Mbps。

AUX Channel通道的編碼方式，卻是採用了Manchester II【註3】的編碼。
　

圖4. DisplayPort的資料傳輸通道（取自DisplayPort 1.1版規格說明）。
　

【註3】Manchester code，也稱為相位編碼PE（Phase Encoding），是一種很簡易的編碼方式，廣泛用於通信，如乙太網路。8b/10b編碼技術雖然比較複雜，卻可以用較少的頻寬來達成同樣的資料速率。
　

圖5. Manchester code的編碼方式（取自維基百科）。
　

DisplayPort也從USB借了一招：提供電源接腳供外部裝置，比如說信號中繼器（Repeater）等。此招造就了大姆哥隨身碟以及2.5吋硬碟的蓬勃發展。


機構篇
連接頭與連接線，任何介面或匯流排勢必有所規範。DisplayPort野心勃勃，企圖內外皆吃。內部晶片對晶片（Chip-to-Chip）、或是外部裝置對裝置，都能夠適用。內部的應用針對筆記型電腦繪圖晶片到面板，因此定義了一個標準的模組連接器。

DisplayPort連接器的大小接近USB，有小型化的優勢。當設計顯示卡時，無論是架在PCI、PCI Express、還是AGP，ATX/BTX基板大小的外接孔允許讓一張顯示卡容納四個連接器。不過，在小型化部份，HDMI其實也追加了Type C小型連接器規格，使其適用於消費性手持式產品，例如數位攝影機上頭。

DisplayPort的外接連接器有一個特色，即採用對稱式理念，也就是在傳送端與接收端可以採用相同的連接器。
　

圖6. DisplayPort連接器（取自VESA）。
　

圖7. DVI / VGA / DisplayPort連接器的比較（取自Engadget Japan）。
　

圖8. DVI端子的規劃包袱太重，反而複雜化了（取自維基百科）。
　

DisplayPort連接器的相關電氣與機械特性，皆是參考ANSI/EIA-36?—xxx的一些文件。


來源（Source Device）與終端（Sink Device）裝置互連性（Interoperability）【註4】
這可是要命的課題，回想USB介面征服世界總共花了多少年的光陰，才將互連性的問題擺平。目前HDMI也尚未完全克服這方面的問題，尤其是在音訊部分。

【註4】視訊介面慣以「Source Device」來表示內容送出裝置；「Sink Device」表示顯示終端或是列印終端裝置。至於信號中繼器（Repeater）或是信號加強器、轉換器等裝置，DisplayPort是以「Branch Device」來通稱。HDMI則有「HDMI Repeater」的定義，譬如AV擴大機就可以扮演這個中繼角色。

PnP隨插即用乃是當代任何的輸出入介面所必要的條件。USB、1394、PCI Express、SATA/eSATA等皆是明例。但要達成這個使用情境，一定存在有特定機制，讓彼此雙方在連接時可以先行互通資料。但要做好熱插拔（Hot Plug），電子上的保護是要付諸實行的。目前為止，USB算是做得最好的模範。

DisplayPort與HDMI一模一樣，顯示端都是採用了EDID（Extended Display Identification Data）的格式。EDID是一種資料結構，讓顯示器來告知顯示卡關於顯示器所具有的機能，是故，這些資料通常都儲存在顯示器內部的EEPROM記憶體中。EDID係由VESA組織所制定，版本演進如下：

1.0版本：1994年
1.1版本：1996年
1.2/1.3版本：2000年

以上這些版本是128位元組的長度。而2.0版本EDID 2.0除了增長到256位元組的長度，還有一種延伸：E-EDID（Enhanced EDID）的存在。

而顯示器傳送EDID資料到顯示卡，通常是採用了I2C匯流排。EDID資料結構以及I2C匯流排的王牌結合，業界冠以DDC2（Display Data Channel version 2）的稱呼，之所以會冠上「2」，乃是為了與原本VESA所定義的DDC有所區別之故。
　

圖9. Envision EN-775e顯示器的EDID範例（取自維基百科）。
　

DisplayPort由於頻帶夠寬，對於視訊的色彩展現，RGB、YCbCr 4:2:2、YCbCr 4:4:4都不是問題。音訊傳輸能力也毫不含糊，能夠支援192KHz、八個聲道的LPCM（Linear Pulse Code Modulation）格式。

內容保護機制方面，規格書是建議採用DPCP（Display Port Content Protection）Version 1.0或是HDCP Version 1.3。目前來看，似乎HDCP比較佔優勢。從一些市面販售的機器，約略可以感覺出來。
　

圖10. 階層式架構的DisplayPort連接方塊圖。