超能課堂：顯示器刷新率上不去？很可能是線材、介面的鍋

這篇超能課堂誕生過程是這樣的：某天某小編利用上班時間在「吃雞」（玩絕地逃生），用著最牛X的超級小鋼炮遊戲配置（i7-7700K+GTX 1080 Ti），按道理來說4K畫質下起碼流暢才是，可總覺得一卡一頓的，遊戲體驗十分糟糕，最後連「雞」都吃不成。檢查驅動、顯卡設置都沒有問題，某小編一時間犯了難，難道真的是技不如人？經過高人指點，終於發現了端倪，在遊戲顯示選項中，我們赫然發現4K解析度下屏幕刷新了最高只有30幀，原來是我們用的視頻輸出介麵線有問題！HDMI 1.4線材先天條件決定其最高僅支持3840×2160@30Hz或4096×2160@24Hz。換而言之，某小編用錯線材了，要想體驗完美的4K@60Hz還需DisplayPort 1.4/HDMI 2.0的線。那麼HDMI、DVI、DisplayPort不同版本線材又一一對應什麼樣的解析度和功能呢？我們將一一為你解答。

VGA的歷史

VGA介面的歷史可謂是悠久，誕生於1987年，發明者正正是藍色巨人IBM，採用模擬信號的視頻標準。VGA介面共有15針，分成3排，每排5個孔，用於傳輸紅、綠、藍三色模擬信號以及行場同步信號(水平和垂直信號)。

大部分都知道VGA解析度指的就是640×480，但並不清楚其實VGA介面其實能支持輸出1080P以上解析度的圖像，但是為什麼它被淘汰了呢？

原因很簡單，因為VGA是模擬介面，傳輸的還是模擬信號，首先抗干擾能力差，長距離線纜會有畫面失真情況；其二現在的顯示器都是基於LCD背光、液晶面板，控制信號為數字信號，VGA介面的模擬信號要經過多次數模、模數轉換，轉換過程中部分信息被丟棄，造成畫質下降。但是對於舊式CRT陰極射線管顯示器來說，VGA介面就很方便了，畢竟顯卡輸出的模擬信號直接輸出到CRT顯示器控制輸出就可以了。目前很多工廠生產線、醫院醫療儀器仍會採用VGA介面。

逐漸式微的DVI

DVI介面全稱是Digital Video Interface，即數字視頻介面。基於TMDS(Transition Minimized Differential Signaling，轉換最小差分信號)技術來傳輸數字信號，TMDS使用一定的壓縮編碼演算法將RGB每路8Bit的數據轉成成10bit數據，其包含有行場同步信息、時鐘信息、數據DE、糾錯等，經過DC平衡後，採用差分信號（什麼？你不知道什麼叫差分信號，請翻開《現代通信原理》課本第182頁好好複習）傳輸數據。

因為DVI擁有更為良好的電磁兼容性，可以實現長距離、高質量的數字信號傳輸。但是問題來了，DVI介面居然有五種版本，DVI-A、DVI-D（單/雙通道）、DVI-I（單/雙通道），我們該怎麼分？其實還挺簡單的我們記住下面這些就好。

DVI-A：A是Analog（模擬）的意思，也就是說這個DVI-A完全是當時為了從VGA模擬時代想DVI數字時代過渡的兼容性產物，用了DVI介面形式，卻傳遞的是模擬信號。以往在一些在大屏幕專業CRT中能看見，不過由於和VGA沒有本質區別，性能也不高，故已經在廢棄的邊緣。

DVI-D：正宗DVI介面，D就是Digtal（數字）的意思啦，線纜中傳輸的是純正數字信號，因此抗干擾能力特彆強，而且畫質不容易失真。由於數字信號不需經過任何轉換，就能被LCD顯示器直接識別和使用，減少了數字→模擬→數字繁複的信號轉換過程，既節省了時間，又能消除拖影現象，在LCD顯示器誕生之初就被人所支持。

DVI-I：這個是個奇葩的純在，它既支持數字信號又支持模擬信號的傳遞，兼具DVI-A和DVI-D產品特點，明顯也是過渡性產品。

那麼DVI-D、DVI-A單雙通道又是怎麼回事呢？

我們日常情況下看到的都是雙通道版，因為雙通道版DVI介面能提供更高的解析度和刷新率。單通道DVI通道包括了四條雙絞纜線（紅，綠，藍，時鐘頻率信號）。將RGB信號與H.V信號進行組合編碼，其每路碼流速率為原像素點時鐘的10倍，以1024×768×70的解析度為例，碼流時鐘為70Mbps×10，摺合為0.7Gbps。而一般DVI1.0的碼流在0.24Gbps到1.65Gbps之間。單通道DVI最大可發送的解析度為2.6百萬像素，每秒鐘更新60次。而雙通道DVI使用時可以提供額外的一組數據通道，稱為雙通道（Dual-link DVI）運作模式。DVI規格中規定以165MHz的帶寬為界，當顯示模式需求低於此帶寬時應只使用單通道運作，高於則應自動切換為雙通道。

以往我們去電腦賣場總會聽見JS們口中說「你要什麼DVI線，18+1、24+1還是12+5、18+5、24+5的？」，可能你聽到的一瞬間，腦子裡就不知所措了。那麼教給大家最方便的辨認方法，只要+1的就是純數字介面DVI-D，+5的可能是DVI-I或DVI-A（都能傳模擬信號），18的是單通道，而24則是雙通道，最特別當然是12+5，這就是DVI-A啦。

DVI介面式微主要原因在於標準制定之初就先天不足，後續難以提升傳輸帶寬，而且DVI使用的3.3V，在顯示器驅動面板中還要轉換成LVDS，顯示器的驅動模塊就要做得很複雜，而且不易於小型化，所以在數碼設備逐漸縮小的今天，加之不能提供4K 60Hz的畫面，DVI介面被拋棄是遲早的事情。

電視機最愛的HDMI

隨著圖像顯示技術、顯示器發展，消費者越發覺得DVI這麼多版本、介面這麼大，提供的解析度並不高，而且用起來好麻煩，HDMI就應運而生。

HDMI全稱是High Definition Multimedia Interface（高清晰多媒體介面），它的特點就是高清而且介面小，是一種全數字化視頻和聲音傳輸介面，可以發送未壓縮的音頻及視頻信號。由於具備音視頻同時間傳輸特點，這個特性被電視機製造商廣泛接納，成為數碼產品中出境率最高的介面，可用於機頂盒、DVD機、PC、筆記本、遊戲主機、數字音響與電視機等設備上。

規格初制訂時其最大像素傳輸率為165Mpx/s，足以支持1080P解析度畫質下60Hz刷新率；後來在HDMI 1.3規格中擴增為340Mpx/s，支持2K解析度60Hz刷新率，以匹配未來可能的需求。

HDMI也支持非壓縮的8聲道數字音頻發送（採樣率192kHz，數據位寬24bit），以及任何壓縮音頻流如Dolby Digital或DTS，亦支持SACD所使用的8聲道的1bit DSD信號。在HDMI 1.3規格中，又追加了超高數據量的非壓縮音頻流如Dolby True HD與DTS-HD的支持。

HDMI介面沒有DVI那麼複雜，全都是同一個版本，但是有形態大小之分。分為HDMI A Type、HDMI C Type、HDMI D Type三種，介面大小體積依次遞減。

HDMI A Type：應用於HDMI1.0版本，總共有19pin，規格為4.45 mm×13.9 mm，為最常見的HDMI接頭規格，相對等於DVI Single-Link傳輸。

HDMI C Type：我們叫mini-HDMI，應用於HDMI1.3版本，也是19pin，可以說是縮小版的HDMI A type，規格為2.42mm×10.42mm，為了適應尺寸變小，腳位定義有所改變。主要是用在攜帶型數碼設備上，例如DV、數碼/單反相機。

HDMI D Type：應用於HDMI1.4版本，總共有19pin，尺寸更小了，只有2.8 mm×6.4 mm，腳位定義也有所改變，整體長得跟Micro USB似的。比現在HDMI C Type介面小50％。

HDMI介面由於進入市場較早，而且性能好、介面易用被廣大民眾所接受，很快成為大部分電子產品的首選介面，可惜好景不長，HDMI標準未能快速跟隨市場的發展，不適用於內部連接應用以及未來超高帶寬需求，很快就被DisplayPort介面威脅到其生存空間。

獨領風騷的DisplayPort

DisplayPort是視頻電子標準協會（VESA）推動的數字式視訊介面標準，誕生於2006年5月，因此它還很年輕並且充滿了活力。DisplayPort對比HDMI介面的優勢很明顯，使用DisplayPort介面免認證授權費用（但相關專利集合公司有權收取合理而統一的費用），還有最主要的是能直接驅動TCON，大大簡潔化顯示器內部設計，液晶面板廠商們特別喜歡，所以你會看到某些顯示器同款多個HDMI就要多50塊。而且DisplayPort在發展中過程中，目標主要是主要適應於連接計算機和屏幕，或是計算機和家庭劇院系統。

DisplayPort可以說是最特別的一個，傳輸數據方式很有意思，是第一個使用數據包方式傳輸數據的顯示連接埠，一般數據封包傳輸在乙太網、無線通信領域很常見，它最大好處就是拋棄了時鐘同步信息，數據包根據包頭標籤找到自己的對應傳輸位置實現同步。而以往的視頻介面大都需要信號固定的時鐘發生器來進行數據同步。而DisplayPort引入的這種數據包封裝數據，使得定時同步信號、接受地址內嵌於數據包中，那麼其引腳數量就可以大大減少，但是可以實現更高的解析度，而且後期拓展非常方便。

由於DisplayPort非常特別的數據傳輸方式，因此其信號不兼容DVI或HDMI，轉換接頭都要使用轉換晶元。早在第一代DisplayPort 1.1傳輸帶寬就非常足，達到了10.8Gbps，可以支持2560×1600解析度及最高12bit的色彩，1080P解析度的色彩支持24Bit（這麼高都沒用啊，液晶屏幕不支持，原生10bit非常貴，市面都基本都是8bit靠抖動成10Bit的）。

最新的DisplayPort 1.4a規範，帶寬進一步提升至32.4Gbps的帶寬，可支持8K 60Hz 、4K 120Hz HDR超高解析度，我們可以預見DisplayPort介面很可能會率領未來高清顯示器的發展趨勢。此外DisplayPort還加入了顯示壓縮流(Display Stream Compression)技術、前向糾錯(Forward Error Correction)、高動態範圍數據包（HDR meta transport），聲道也提升到32聲道1536 KHz採樣率。

DisplayPort還有另一種尺寸的介面，Mini DisplayPort是縮小版的DisplayPort。而它的誕生也富有戲劇性，是蘋果公司覺得目前所有的視頻介面都太大、太蠢了，DisplayPort雖然技術先進，但是尺寸還是過大，最後蘋果將其精簡成於Mini DisplayPort。

DisplayPort目前發展勢頭很猛，幾乎所有電腦都會帶有該標準介面，稍微遺憾的是它依舊未能打破HDMI介面在電視機上的壟斷，成為一個更加廣泛的標準。

標準最先進的Thunderbolt3

Thunderbolt是由英特爾發表的標準，目的在於當作電腦與其他設備之間的通用匯流排，介面形式與Mini DisplayPort相同，最主要的原因是蘋果看上了Intel這個高速、多功能的傳輸協議，並且將其商業化、商品化。

2011年誕生第一代Thunderbolt，那時候帶寬就已經高達10Gbps，那時候人們更是熟悉的是Thunderbolt數據傳輸功能，往往忽略了還有視頻介面功能。Thunderbolt技術採用兩種通信協議 ，包含數據傳輸的 PCI Express ，以及用在顯示的DisplayPort，可完整兼容現有的DisplayPort設備。通過菊花鏈（Daisy-chain）形式連接最多六個周邊設備（多屏系統、存儲空間拓展），提供10W電力給周邊設備。

時隔兩年，到了2013年intel拿出了Thunderbolt 2協議，它是通過合併了第一代的兩條獨立10Gbps通道，使得最高傳輸速度翻倍到20Gbps。

再過了兩年Thunderbolt 3誕生於Computex 2015 ，帶寬再度翻倍至40Gbps 。Thunderbolt 3介面形式採用了USB Type-C型，Thunderbolt 3最大供電100W，整合兩個DisplayPort 1.2通道在內部，可連接兩個4K（4K@60Hz）顯示屏或一個5K（5K@60Hz）顯示屏。

可以說Thunderbolt 3是迄今為止最為強大的介面標準，它是目前集合顯示、數據傳輸、充電一系列介面標準，換用了USB Type-C形態介面以後，使得易用性更加，可惜Thunderbolt 3的控制晶元成本太高，目前線纜成本極高，同時只有高端主板、筆記本才會擁有這種介面，成為Thunderbolt 3介面普及的攔路虎。

不知道大家看完這期的超能課堂以後，對於這五種視頻介面有沒有新的認識，還能分得清楚他們之間的區別嗎？記得別再像某小編一樣傻乎乎地用錯線纜了。

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