新一代数字多媒体接口的架构及应用

　　视频电子标准组织（ＶＥＳＡ）不久前正式发布了ＤｉｓｐｌａｙＰｏｒｔ标准的１．０版本。ＶＥＳＡ对这个标准有着宏伟的蓝图，即一统纷繁复杂的数字多媒体接口标准领域。

　　在ＤｉｓｐｌａｙＰｏｒｔ之前，数字多媒体接口标准经历了多次纷争，逐渐形成了外部连接（Ｂｏｘ－ｔｏ－Ｂｏｘ）与内部连接（Ｃｈｉｐ－ｔｏ－Ｃｈｉｐ）两块相互独立的阵地。在外部连接方面，ＰＣ已有ＤＶＩ；而ＣＥ方面也有方兴未艾的ＨＤＭＩ；至于内部连接则是约定俗成的标准——ＬＶＤＳ。既然ＤｉｓｐｌａｙＰｏｒｔ力求一统，那它究竟有哪些先进之处呢？下面，分别从链路层、物理层、内外部接头三方面来详细阐述ＤｉｓｐｌａｙＰｏｒｔ的技术特点，结合ＰＣ和ＣＥ应用来论述它的优势。

　　ＤｉｓｐｌａｙＰｏｒｔ概述

　　ＤｉｓｐｌａｙＰｏｒｔ由三部分组成，分别为主链路、辅助通道和热插拔信号检测（ＨＰＤ）。其中，主链路是一条单向、高带宽、低延时的传输链路，用于传输无压缩的时钟同步视频、音频流；辅助通道是一条双向通道，用于传输状态信息、控制命令等；热插拔信号则实现了终端设备（Ｓｉｎｋ　Ｄｅｖｉｃｅ）中断请求（如图１所示）。

　　１．　主链路的构成

　　主链路实际由４条线路（Ｌａｎｅ）组成，每一条线路都是一对差分线。根据实际需要，ＤｉｓｐｌａｙＰｏｒｔ可以分别使用１、２或４条线路。每一条线路都支持两种传输速率：２．７Ｇｂｐｓ或１．６２Ｇｂｐｓ，４条线路则可以实现１０．８Ｇｂｐｓ的传输速率，在相同的线路数下ＤｉｓｐｌａｙＰｏｒｔ比ＤＶＩ快２．２倍。

　　在这种高带宽的支持下，ＤｉｓｐｌａｙＰｏｒｔ可以满足各种多媒体、特别是视频应用的需求。任何色深（Ｃｏｌｏｒ　Ｄｅｐｔｈ）、解析度和画面刷新频率（Ｒａｔｅ）都可以自由转换。例如，使用２．７Ｇｂｐｓ的传输速率，ＤｉｓｐｌａｙＰｏｒｔ可以支持视频分辨率如下：

　　１．　１２ｂｐｃ　ＹＣｂＣｒ　４：４：４（３６ｂｐｐ），１，９２０×１，０８０ｐ＠９６Ｈｚ

　　２．　１２ｂｐｃ　ＹＣｂＣｒ　４：２：２（２４ｂｐｐ），１，９２０×１，０８０ｐ＠１２０Ｈｚ

　　３．　１０ｂｐｃ　ＲＧＢ（３０ｂｐｐ），２，５６０×１，５３６＠６０Ｈｚ

　　值得注意的是，每一条线路都是数据线，这意味着ＤｉｓｐｌａｙＰｏｒｔ没有单独的时钟通道。实际上，ＤｉｓｐｌａｙＰｏｒｔ在主链路上采用的是ＡＮＸＩ　８Ｂ／１０Ｂ编码，时钟信号是从数据流中提取出来的。这个区别于ＤＶＩ和ＨＤＭＩ的特点，大大降低了ＤｉｓｐｌａｙＰｏｒｔ产品ＥＭＩ设计的难度。同时，由于ＤｉｓｐｌａｙＰｏｒｔ传输线路采用的是交流耦合，发送端和接收端有不同的共模电压，这使芯片可以拥有更小的特征尺寸（如６５ｎｍ），也大大方便了ＤｉｓｐｌａｙＰｏｒｔ与其它新兴高速数字接口（如ＰＣＩ　Ｅｘｐｒｅｓｓ）连接、耦合。

　　图１：ＤｉｓｐｌａｙＰｏｒｔ接口的传输层架构

　　２．　辅助通道

　　辅助通道由一对交流耦合差分线组成的双向、半双工通道。其中，源端设备为主、终端设备为从。所有的通信都必须由源端设备发起，终端设备也可以通过热插拔信号来提出通信请求。辅助通道在１５米的传输距离上提供１Ｍｂｐｓ的传输速率，同时对传输延时做了严格要求：通信必须在５００ｕｓ内完成。

　　３．　链路层

　　ＤｉｓｐｌａｙＰｏｒｔ分层结构如图２所示。

　　图２：ＤｉｓｐｌａｙＰｏｒｔ接口的分层结构

　　其中，终端设备传输层的ＤｉｓｐｌａｙＰｏｒｔ配置数据（ＤＰＣＤ）描述了该设备的能力。同时，ＤＰＣＤ还存储了链路的相关信息，如链路是否同步等。

　　链路层主要实现两项功能：时钟同步数据流传输服务和链路与设备服务。其中，时钟同步数据流传输服务保证了视频、音频数据流通过一定的规则从主链路传输到终端，以使终端设备能够正确地恢复和识别原始数据和时钟信号；链路与设备服务通过读取终端设备ＤＰＣＰ和ＥＤＩＤ，识别其工作能力和状态，分别在链路级和设备级配置和维护传输。ＤｉｓｐｌａｙＰｏｒｔ的链路层的主要特点是微封包架构（Ｍｉｃｒｏ－Ｐａｃｋｅｔ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）传输。

　　４．　微封包架构传输

　　在ＤｉｓｐｌａｙＰｏｒｔ的主链路上，所有的视频、音频数据流都被打包为微封包，这些微封包被称为传输单元。每一个传输单元都由６４个码组成。如果被传输的数据流小于６４个码，ＤｉｓｐｌａｙＰｏｒｔ会自动将它补足为６４个。使用微封包传输使数据完整性得到了大大的提高，这种微封包与传统的模拟、数字多媒体接口有很大不同。以ＨＤＭＩ为代表的传统接口，都采用的是类似交换式传输方式，即视频以即时的方式传输。相比之下，虽然封包式传输较难保证传输流量与实时性，但只要有适当的带宽、流量管理配套，它能比交换式传输提供更多的功能和更广的上升空间。

　　由于采用微封包式传输，ＤｉｓｐｌａｙＰｏｒｔ的传输数据完整性得到了很大的提高，达到了１Ｅ－１２，这远远超过了ＨＤＭＩ标准的１Ｅ－９。同时，微封包架构相当弹性，可以在同一条线路内传输多组视频，反之交换式传输就得限定一条链路只能传输一组视频。此外，这种架构也能轻易地在既有传输中追加新的协定内容，特别是内容防拷协定。

　　微封包架构让ＤｉｓｐｌａｙＰｏｒｔ跳脱单纯的视频、音频传输角色，进而提升成可汇聚、整合各种音视频应用的传输方式。此点也是ＤｉｓｐｌａｙＰｏｒｔ大幅超越ＤＶＩ、ＨＤＭＩ之处，即便ＤＶＩ、ＨＤＭＩ在后续版本中进一步提升传输速率，但在无法改变其基础本质（ＴＭＤＳ传输）的情况下，依然难以在架构上超越ＤｉｓｐｌａｙＰｏｒｔ。

　　５．　物理层

　　按照功能划分，ＤｉｓｐｌａｙＰｏｒｔ的物理层分为两个子模块：逻辑子模块和电气子模块。这两个子模块在主链路、辅助通道和热插拔检测三部分中的功能如表１所示。

　　表１：逻辑子模块和电气子模块在主链路、辅助通道和热插拔检测三部分中的功能

　　６．　内外部接头

　　ＤｉｓｐｌａｙＰｏｒｔ内部接头和外部接头具有不同的形态。内部接头仅宽２６．３ｍｍ、高１．１ｍｍ，尺寸比ＬＶＤＳ小３０％，但传输率却是ＬＶＤＳ的３．８倍，因为ＬＶＤＳ的每组对线仅有０．９４５Ｇｂｐｓ的传输率。此外，内接的ＤｉｓｐｌａｙＰｏｒｔ允许线路达６１０ｍｍ之长，这在设计大尺寸ＤＴＶ时格外受用。

　　图３：ＤｉｓｐｌａｙＰｏｒｔ接口的外部（左）和内部（右）连接插头。（资料）

　　而外部接头有两种，一种是标准型，类似ＵＳＢ、ＨＤＭＩ等接头，但多了一个可让接头反扣于连接处的牢固设计，用于防止意外冲撞致使接头掉落，使用者只要用拇指按压接头即可解除反扣。另一种则是低矮型（Ｌｏｗ　Ｐｒｏｆｉｌｅ），这是针对连接面积有限的应用制定的。这种应用以超薄笔记型电脑为明显，同时也适用于其他方面，例如，同一部桌上型电脑要进行多组视频输出，在Ｉ／Ｏ面板面积有限的情况下也适合用低矮型的ＤｉｓｐｌａｙＰｏｒｔ接头。

　　无论是标准型接头还是低矮型接头，其长外接距离均为１５ｍ，而且接头的相关规格都已经为日后的速率升级做好准备。ＶＥＳＡ预计在２００８、２００９年提出２ｘ的新速率标准，届时Ｍａｉｎ　Ｌｉｎｋ将达２１．６Ｇｂｐｓ，ＡＵＸ　ＣＨ也有可能对应提升，然而这些提升都不需要再对接头、接线进行变更。

　　ＤｉｓｐｌａｙＰｏｒｔ应用

　　ＤｉｓｐｌａｙＰｏｒｔ拥有如此优异的技术特性，那么它在实际的ＰＣ和ＣＥ应用中，能带来哪些好处呢？下面通过将ＤｉｓｐｌａｙＰｏｒｔ与传统接口在实际应用中的对比来详细论述。

　　１．　显示器应用

　　当今的显示器一般是通过ＶＧＡ或者ＤＶＩ接口与ＰＣ相连。但以由于显示面板的时序控制器（ＴＣＯＮ）都是由ＬＶＤＳ驱动的，所以显示器主板的设计都非常复杂。与此形成鲜明对比的是ＤｉｓｐｌａｙＰｏｒｔ可以直接驱动ＴＣＯＮ，这就大大简化了显示器的内部设计（如图４所示）。

　　图４：在显示器中使用ＤＶＩ与ＤｉｓｐｌａｙＰｏｒｔ之间的比较。（资料．ｏｒｇ）

　　２．　笔记本电脑应用

　　传统笔记本电脑的ＬＣＤ面板是通过ＬＶＤＳ排线与显卡连接。使用ＤｉｓｐｌａｙＰｏｒｔ可以以更少的线缆来实现同样分辨率的传输。例如：传输ＸＧＡ分辨率需要的线数由１６条减为２条，传输ＵＸＧＡ分辨率需要的线数由２０条减为８条。这些节省出来的空间就为笔记本电脑的扩展应用提供了可能。

　　图５：ＤｉｓｐｌａｙＰｏｒｔ在笔记本电脑中的应用。（资料）

　　３．　视频源端应用

　　如前文所述，ＤｉｓｐｌａｙＰｏｒｔ采用了交流耦合，其信号电气特性与显示芯片组常用的ＰＣＩ　Ｅｘｐｒｅｓｓ非常相似。使用ＤｉｓｐｌａｙＰｏｒｔ将大大简化视频源端（如显卡）的设计。

　　图６：使用ＤｉｓｐｌａｙＰｏｒｔ简化视频源端的设计。（资料）

　　从上述的技术特性和典型应用来看，ＤｉｓｐｌａｙＰｏｒｔ无论是从传输速率、安全性还是可扩展性都远远超过了现有的数字多媒体接口，其特性很好地符合了ＰＣ和消费类电子领域对数字多媒体接口地需求。更为重要的是，ＤｉｓｐｌａｙＰｏｒｔ是一个开放的标准，这非常有利于其推广与使用。毫无疑问，所有这些特点都将使ＤｉｓｐｌａｙＰｏｒｔ在不远的将来一统数字多媒体接口标准。