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    超高分辨率时代已经到来,4k已经普及,8k也在路上了,比如NHK就已经宣布2020年的夏季奥林匹克运动会将会提供8k的视频实时转播。超高分辨率对于目前的视频接口标准就是意味着新的挑战:之前版本的DP标准,每通道带宽为8.1Gbps,四通道的DP标准最大仅能实现32.4Gbps的带宽。而8位色深的8k@60fps所需的带宽已经高达44.49Gbps,老版本的DP已经完全不能满足高分辨率的带宽需求,即将落后于时代的需求,所以VESA(视频电子标准组织)昨天正式公布了新一代的DisplayPort标准,简称DP 2.0,实现了比前代多达2.47倍的带宽提升,如此夸张的提升背后究竟是采用了什么技术?本文就来分析一番DP 2.0背后的技术提升。

    物理层变动

    采用雷电3的物理层设计

    之前的DP标准的物理层一直没有变动过,使用了超过十年的时间,已经跟不上时代的发展,在面对高分辨率带来的带宽挑战时力不从心。于是VESA组织在制定DP 2.0标准时参考了Intel近期开放出来的雷电3标准,它一共有4个数据传输通道,正巧DP也是设计了4个通道。雷电3标准一共能够提供80Gbps的带宽,在默认的双向全双工工作状态下,带宽为40Gbps,而视频信号传输为单向,并不需要全双工,所以可以利用上雷电3的最大带宽——80Gbps。

    物理层引入新的标准带来变化首先体现的就是线缆的改变,不过好在雷电3采用的接口就是USB-C接口,而USB-C标准天生就支持DP替代模式来进行视频信号的输出,因此USB-C也正式成为了DP官方指定的接口标准之一,另外原来的DP接口继续保留,不过需要新的线材才能支持DP 2.0。

    线材分级

    对于原有的DP接口,因为物理层的改变,老版本的线材无法兼容2.0标准,因此VESA一并制定了符合2.0新标准的DP线材标准——UHBR(Ultra High Bit Rate 超高比特率)标准,分为三档,以每通道带宽为名,分别命名为UHBR 10、13.5、20。最低一档的UHBR 10线材拥有40Gbps的理论带宽,满足8k的传输要求,并且线材要求较低,普通的铜线即可满足要求。而高档的UHBR 13.5和UHBR 20就不一样了,高带宽带来的副作用就是传输距离的下降,为了解决长距离通信信号衰减的问题,线材中需要加入相应的放大和控制芯片,成本自然也会上升。

    编码效率提升

    在物理层上引入了雷电3的设计,那么编码方式也需要做出对应的改进才能达到相应的带宽。之前版本的DP标准采用的是8b/10b的编码方式,这种编码方式的效率仅为80%,所以DP 2.0如同USB 3.1 Gen 2标准改变了USB原来的8b/10b编码标准那样,引入了同样的128b/132b编码方式,在编码效率上从原来的8b/10b的80%提高到了97%,几乎榨取干净了编码方式的效率提升可能性。

    同样做出改变的还有在DP 1.4时引入的DSC(Display Stream Compression 显示流压缩技术)采用的前向纠错技术。现在前向纠错将默认对所有数据流开启,包括未压缩的和经过DSC压缩的都会有前向纠错技术加持。

    其他改进

    数据压缩

    DP 1.4引入的DSC在新版本中加强成为了核心标准,任何支持DP 2.0标准的设备都必须同时支持对DSC数据流的编解码与传输,不过并不会强制使用DSC技术进行视频流的传输。

    电源效率改进

    而在节能方面,DP 2.0同样支持VESA新的“面板重放(Panel Replay)”技术,这项技术允许系统只传输有图像更新部分的数据来达到节能的目的。对于小型电子设备,面板重放技术的节能效果可以延长续航时间,并且因为特性内置于DP 2.0标准中,不再需要额外的控制芯片来达成目的,变相达到了更加节能的目的。

    多显示流支持改进

    DP 1.X时代的多显示流特性需要显示设备同时支持解码DP数据流,对于一个超高带宽的数据流来说,要去解码它并不容易。而DP 2.0改进了这一点,现在只要求显示设备支持DP数据流的传递即可使用多显示流特性。

    总结与展望

    以上种种手段,最后带来的成果便是DP 2.0带宽的飞跃,最大理论带宽从32.4Gbps进步了2.47倍达到了80Gbps,而最大有效带宽从25.92Gbps提升到了77.4Gbps,接近提升了3倍之多。

    作为一个无授权费用的开放标准,DP在显示器端已经基本普及,而在高刷新率显示器逐渐流行的今天,DP的使用率正在不断上升。在笔记本领域,DP因为USB-C的普及与以苹果为代表的一众笔记本厂商的推动,已经有了非常高的使用率。从技术角度来看,DP标准拥有着目前市场上最先进的技术与最高的带宽,其主要竞争对手HDMI最新版本的带宽也仅有48Gbps,刚刚满足8k@30fps的需求,对于更高分辨率,就需要使用DSC来支持了。

    未来终有一天采用电信号进行的数据传输将走到带宽提升的尽头,到那时,目前在网络传输上已经普及的光纤通信会走进PC主流市场成为桌面各种连接的物理基础吗?让我们拭目以待。

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