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高速影音传输技术规格演进与技术趋势

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透过手机或转接线内建MHL 3.0收发控制芯片,透过microUSB连接线与液晶电视进行影音信号传递与互动控制。Source:SiliconImage/MHL
透过手机或转接线内建MHL 3.0收发控制芯片,透过microUSB连接线与液晶电视进行影音信号传递与互动控制。Source:SiliconImage/MHL

无论是有线的HDMI、Display Port、MHL、USB 3.1、Thunderbolt,到无线影音传输技术如WiDi、Wi-Fi-Miracast、802.11ac甚至60MHz超高频WiGig、WiHD等跨装置之间的影音传输技术,不仅在传输速度上大幅提升,同时强调更简易的连接与更广泛的应用。已满足从手机、平板、笔记本电脑、桌电、家中平面电视、白板、投影机、数码看板等所谓「多屏一云」的跨界显示的应用…

大数据、大画面驱动影音规格的不断进化

HDMI与DisplayPort是目前竞逐4K UHD超高画质电视?显示器的高速显示界面的两大主流。Source:VESA/Panasonic/Toshiba

HDMI与DisplayPort是目前竞逐4K UHD超高画质电视?显示器的高速显示界面的两大主流。Source:VESA/Panasonic/Toshiba

各种高速影音传输规格列表。

各种高速影音传输规格列表。

PC从80年代初期的单色文字模式,以及16色选4色的CGA(320x200)分辨率规格出发,随后进展到迈向EGA(640x350/640x400;64色选16色)、VGA(640x480;256K色中选256色)、QVGA(800x600)、XGA(1024x768),并开始迈向高彩(32K/64K色)、全彩(16M色)的时代;除了绘图与多媒体影音之外,显示卡也导入3D影像运算与光迹处理的能力,使得电脑游戏迈向一个全新的3D纪元。

伴随着液晶显示器的纯熟与面板制程工艺的精进,PC/NB的显示器已经从17寸起跳,同时分辨率提升到FullHD(1920x1080)、WQXGA(2560x1600)到4K UHD(3840x2160)。

而智能手机从旗舰手机引爆的双/4/8核与64位元处理能力的加持,加上当前云端运算技术的成熟,连智能手机面版尺寸主流也朝5?6寸迈进,甚至导入跳所谓视网膜(Retina)等级的HD(1280x720)甚至FullHD(1920x1080)的细腻规格;平板电脑也进入10?12寸为主流、动辄FullHD(1920x1080)甚至WQXGA (2560x1600)规格的高解析面板。

跨界显示「缆」上身  跨界显示玩多屏

当今各种高速影音传输界面,无论是走缆线的有线形式:HDMI v1.4/2.0、Display Port(DP) v1.2/v1.3、MHL、USB 3转A/V到Thunderbolt,到不再仰赖排线,直接以无线信号对传的Intel WiDi、Wi-Fi Direct、Wi-Fi Display(Miracast),采5GHz频段的WHDI、802.11ac等高速无线传输技术,到直接诉求移除一切连接缆线标准、以60MHz超高频段WiGig 802.11ad、WiHD等规格的推出,都是因应这波大画面、大数据浪潮下所进行的规格进化。.

当前主流缆线影音传输界面,首推入员费10,000美元起算的HDMI协会(High Definition Multimedia Interface)制定的HDMI界面,是一种传送无压缩的音讯?视讯信号的数码界面,累积至今全球有超过30亿装置配置HDMI界面,也是液晶平面电视、AV视听器材,电脑显示器与显示卡的必备界面之一。

HDMI连接头有桌机?笔记本电脑显卡常见到的Type A、Type B(未有产品使用)、适用于平板、手机的Type C(miniHDMI)、Type D(microHDMI),以及车用电子连接的Type E接头等。为了加速普及并与跟无授权金的DisplayPort(DP)竞争,HDMI也将授权金额下砍至每个HDMI接头收0.15美元。

HDMI采用TMD实体层线路技术,在2009年5月HDMI v1.4a用两条HDMI连接线即可支持到4K UHD(3840x2160)、4K Cinema(4096x2160)与3D显示;但是同年公布的DisplayPort(DP) v1.2抢先支持4K@60Hz规格,加上免权利金的优势,使得许多独立显卡、英特尔?超微的内建显卡芯片组平台,反而优先配置DP界面,进而威胁到HDMI的地位。

因此HDMI协会也在2013年9月公布HDMI 2.0版,总输出带宽提高至18Gbps,支持3840x2160@60Hz、4096x2160@60Hz(4K家庭剧院?FullDome)等4K格式输出,追加双屏幕与21:9特殊比例超宽屏幕格式等选项,环场声道数也提高32个。支持HDMI 2.0的4K UHD电视与相关影音设备,预计在2014年下半到2015年上半会问世。

Display Port(DP)显示埠界面是则是视讯电子标准协会(VESA)于2006年5月推动的数码式视讯界面标准,显示器与图形芯片(GPU)之间可用未经压缩的数码图像数据直接沟通。

从2009年DP v1.2规格,传输带宽就高达16.2Gbps(2lanes),可以支持到4K UHD(3840x2160p60),显像能力优于HDMI v1.4a,具备多屏幕并列输出的能力,加上无须任何授权金,近年来也开始一些高端电脑显示器开始普及。英特尔第四代Core i3/5/7-4xxx处理器,所内建Intel HD/Iris/Iris Pro图形芯片就支持到DP v1.2规格。

于2014年9月中旬正式公布的Display Port v1.3,支持4线道视讯串流,传输速率上限达32.4Gbps,最高分辨率也破表至3840x2160/4096x2304@120Hz,甚至最新5K x 3K(5120x2880)分辨率显示器下,也能支持到96?120Hz的刷新率;当然理论上限8K UHD(7680x3840)显示器也能支持到60Hz的刷新率(但目前还没厂商推出8K的显示器,仅电视才有)。

而DP也具备3D显示、DVI/HDMI双模式显示技术。随后Thunderbolt汇流排技术与USB 3.1的Type-C连接头,也纳入DP汇流排的传输协定。许多高端显示卡同时支持HDMI与DisplayPort两种显示规格,并提供适当的转接头。

坊间也能买到结合DP、PCI Express与GP I/O三合一的ThunderBolt汇流排为Intel于2011所发表,使用miniDP Port为连接头,采铜轴电缆与光纤等两种连接线设置信号线最长可达100米,具备双向10Gbps传输速率;可用菊花链(Daisy-chain)的方式,连接最多6个Thunderbolt周边。

2011年2月Apple推出首款搭载Thunderbolt汇流排的MacBook Pro笔记本电脑产品,因此目前内建Thunderbolt的以Apple桌电?笔记本电脑为最大宗,另外也有少数笔记本电脑、AIO一体桌机支持。而Thunderbolt 2.0的相关产品预计2015年面市。

MHL连接线称霸手机?平板装置

智能手机所支持的MHL(Mobile High Definition Link)界面,以最普及的microUSB连接头来实作MHL界面,在手机端与电视端只要各加一组MHL传送Transmitter传送芯片,就可以利用既有的microUSB/MHL连接线,同时传输HD高画质视讯?音讯数据到电视。

2013年8月MHL协会正式发表MHL 3.0标准,目前搭配的有晶鐌的SiI8620主控芯片、SiI6031转USB桥接芯片、SiI9394转HDMI 2.0桥接芯片等解决方案。

MHL 3.0规格上支持到4K UHD(3840x2160p30),8声道的影音内容,同时支持HDCP以及3D画面、以及透过电视提供高达10W电流为手机充电的功能。目前有SONY Xperia Tablet Z2、Sony Xperia Z2/Z3旗舰手机,中兴(ZTE)nubra Z7支持到MHL 3.0。

11ac双频成无线影音传输利器

至于无线影音传输界面,早期有由WHDI产业联盟以5GHz频段、40MHz操作带宽设计的WHDI无线传输技术,以3Gbps速率传递FullHD(1920x1080)影音画面,但后来更高速无线影音传输技术的出现而逐渐式微。

WiDi是英特尔于2011年第二代Core i处理器上市时,所推出的无线影音传输技术。采2.4Ghz/5Ghz双频,传输速率300Mbps,可无线传输H.264压缩的1080p影音画面;随着2014年英特尔正式将802.11ac纳入成为笔记本电脑无线网络标准时,WiDi技术形同融入802.11ac。

2012年802.11ac无线区域网络规格,应用到无线影音传输协定又称MiraCast。采用5GHz/2.4GHz双频段,单通道传输速率433Mbps,最大空间串流为8个(3.46?6.93Gbps),可做到传输FullJD甚至4K UHD实时压缩的影音串流。

60GHz超高频无线影音技术将进驻移动设备

除了802.11ac之外,2006年WirelessHD联盟(后来更名为WiHD)推出采60GHz频谱、IEEE 802.15.3c规格为基础的WiHD技术,传输速率10?28 Gbps,可传输未压缩4K UHD分辨率画面,传输距离被限制在0.3?1米。目前已有Alienware M14电竞笔记本电脑、EPSON EH投影机、Sony HMZ-T3W头盔式显示器、DVDO Air3 及Gefen Wireless Adapter无线影音传输盒等产品,采用晶鐌WiHD技术。

另一个采60GHz超高频段的WiGig于2009年被提出。其传输速率7Gbps仅次于WiHD,但WiGig寻求跟既有寻求2.4GHz 802.11n与5GHz 802.11ac等Wi-Fi规格整合,达到三频(2.4/5/60GHz)多模共享的境界。

晶鐌(SiliconImage)抢先于2013年,针对平板、手机推出UltraGig6400芯片,采超小SIP系统构装并整合Sil6400、天线与其他射频元件等,最大功耗500mW。WiLocity也于2014年2月发表手机、平板所使用的WIL6300芯片,采28纳米制程开发,支持60GHz/5GHz/2.4GHz三频Wi-Fi及蓝牙4.1,传输速率达4.6Gbps,工作功耗约200?300mW,于2014年第3季送样。

在这两强竞逐之下,预计最快2015年上半,市面上就会有第一个采60GHz WiGig或WiHD技术的平板、智能手机等移动设备,对移动设备提供高效能的FullHD/4K无线影音传输能力。


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