目前市面上的显示接口中,VGA和DVI已经逐渐退出历史舞台,Type-C还是少数,而DP(DisplayPort)和HDMI已经成为主流产品的标配。目前主流显卡主要基于这两个输出接口,一个新的问题诞生了:当两个接口都可以用的时候,哪个会更好?
对于大多数普通消费者来说,显示器可以正常连接主机。哪个接口无所谓,反正可以正常使用。但是对于DIY玩家来说,这个问题很重要。但是相对于显卡和显示器的性能参数,这又是一个容易被忽视的问题。
尤其是在配备了FreeS、HDR、高分辨率(4K以上)、高刷(144Hz以上)等功能的高端显示器中,连接同一设备的这两个接口通常会有差异。如果不能选择最佳的连接方式,可能会出现各种兼容性问题,导致无法充分发挥显卡和显示器的最佳性能。
要知道如何为自己做出正确的选择,首先要重新认识DP和HDMI接口。
DP和HDMI的发展历史
从发展史来看,HDMI算是前辈,早在2002年就出了第一个标准。目前最新的标准协议版本是HDMI2.1,而DP接口是后来者。第一个标准出现在2006年,最新的标准协议版本是DP2.0,这两个接口是视频传输接口全面进入数字时代的标志。以前的DVI接口虽然也是用数字信号传输,但是不能承载音频和数据流。
在闪电和USB3的Type-C接口中。*协议,它们的视频信号也是通过DP协议的通道传输的,严格来说是DP协议的一种特殊接口形式。2 Lightning支持DisplayPort 1.2,而Lightning 3和USB3.1兼容的全功能Type-C支持最新的DP3.0协议。但两者在带宽上是有区别的(lightning为40GB/s,USB3.1为10GB/s),在仅考虑视频传输能力时也有一些区别。我们以后会有机会讨论这个问题的。
经过多年的发展,虽然DP接口和HDMI接口的基本形式几乎没有变化,但不同协议版本的接口在传输能力上存在巨大差异。所以我们在考虑两者哪个更适合的时候,也要考虑具体的版本。
DP和HDMI标准向后兼容。你十年买的HDMI1.0线,现在还能和最新的RTX30系列显卡一起用。但由于显示器、线材和显卡连接的木桶效应,最大显示容量的上限只能是它们之间较低的一个。
连接这个可能意味着支持144 Hz和HDR的4K游戏显示器搭配RTX3080,最终只能运行在4K和24Hz模式,完全无法释放两个硬件的真实能力。这个例子可能比较极端,但它直接反映了选择HDMI还是DP的关键:硬件的性能能否充分发挥。
以下是历代关于DP接口和HDMI的资料。为了避免上面提到的尴尬情况,您可以在此表中快速找到支持的显示模式。
这两种接口在每一代中最重要的参数是传输速率和数据速率。在早期的DP和HDMI标记中,数字信号大多使用8b/10b比特率编码进行传输。在8b/10b编码模式下,意味着实际传输中每8比特数据需要10比特的传输带宽,而这些额外的冗余用来保证信号的完整性,也就是说只有其理论带宽的80%可以用来传输数据。
在最新协议下,DP 2.0使用128b/132b传输,编码效率提升至百分之九十七,而HDMI 2.1使用16b/18b传输,编码效率为88.9%。HDMI虽然配有辅助通道传输其他数据,但对数据速率影响不大。加同代DP接口一般传输速率更高。所以最新一代DP接口比HDMI接口的数据速率更高。要理解这一点,我们需要更好地理解传输带宽的含义。
数据传输带宽的含义
所有数字传输方式(包括DP、HDMI、DVI接口)传输的视频数据都需要一定的数据带带宽。显示屏上的每个像素都有红绿蓝(RGB)三个数据点,或者采用亮度、蓝***度差、红***度差(YCbCr/YPbPr)的形式进行数据传输。
在输出端,无论在显卡内部进行什么操作,最终生成的数据都会转换成信号进行显示。这些真实信号通常包含16位RGBA信息(其中A是α,表示透明信息)。
目前最常见的标准是24位彩色。在这种模式下,每个像素的红、绿、蓝分量数据分别占用8位数据,这也是我们计算机显示数据中位深度数据的来源。在HDR和高色深显示器中,为了显示更丰富的色彩数据,每种颜色的数据占用增加到10位数据,这意味着每个像素使用30位颜色可以带来更好的显示效果。
在一些顶级专业显示器中,位深甚至提高到12位、16位,但目前还是很少。我们在普通消费中能接触到的产品大部分是8bit,少数高清和HDR显示器是10bit。在这种情况下,显示信号每像素使用24位或30位数据。我们可以通过将这个数字乘以像素数和屏幕刷新率,快速计算出实现这种传输所需的最小带宽。
以上面的显示器为例,达到3440 * 1440 @ 100 Hz的显示效果所需的带宽:8位模式(数据每秒)所需带宽为24 * 3440 * 1440 * 100Hz = 11888***50000 bps≈13.8 Gbps,而10位模式所需带宽为30 * 3444。
当线材或者输出接口无法满足这个要求时,我只能通过降低分辨率、降低刷新率、关闭HDR来做出选择。以我的笔记本电脑连接为例,我用HDMI2.0接口(14.4Gbps)连接时可以流畅开启3440*1440@100 Hz模式,但我用全功能Type-C(USB3.1协议)连接时,接口的带宽(10Gbps
而且在实际应用中,满足这个最小理论传输带宽不够严谨,实际应用中还存在一定的冗余,需要通过更复杂的计算来确定所需的带宽。为了直观地反映带宽需求,视频电子标准协会(VESA)推出了一套直观的参考标准。
只要对照上述接口规范的带宽检查该表,就可以快速确定适用的分辨率。如果所需的数据带宽小于标准支持的最大数据速率,则可以正常使用该分辨率和帧速率。
需要注意的是,上图中设定的标准是基于未压缩的信号,为了在硬件带宽有限的情况下输出更高分辨率的图像,HDMI和DP接口还增加了对显示流压缩(DSC)的支持,可以帮助设备更好地克服接口带宽带来的物理限制。DP端早在1.4版本就加入了对DSC1.2的支持,HDMI端在最新的2.1版本加入了对该技术的支持。
在8K和60Hz下,基本的8位模式需要49.65 Gbps的数据带宽,当10位HDR模式开启时,需要62.06 Gbps的带宽。然而,当8K+120Hz+10位HDR模式打开时,在未压缩状态下,它需要高达127.75 Gbps的传输带宽。目前还没有满足这种需求的接口。
然而,通过转换为4: 2: 2或4: 2: 0 YCGCO,并使用增量脉码调制,DSC可以提供高达3: 1的压缩比,声称可以提供“视觉无损”的效果。通过使用DSC,8K+120Hz+HDR所需带宽仅为42.58 Gbps,在现有HDMI2.1和DP2.0接口下即可达到这种极致的显示效果。
除了视频传输,HDMI和DP也需要预留带宽来传输数字音频数据。在目前的标准下,他们目前使用高达36.86 Mbps(0.037 Gbps)带宽的音频进行音频传输。虽然会占用整体带宽,但整体影响不大。
从上面的介绍不难看出,单纯基于分辨率*刷新率*色深的带宽计算方法显然不够全面,因为具体表现还得考虑到定时标准、编码方式、音频占用带宽等因素。虽然占用带宽还是越大越好,但显然不是影响视频信号传输能力的唯一参考标准。
DP和HDMI接口的优缺点
在目前的主流市场上,DP1.4是DisplayPort标准中最强大、最通用的版本。虽然去年(2019年)6月发布了DP2.0规范,但到目前为止还没有推出支持该接口的消费级显卡或显示器。
前段时间推出的RTX30系列显卡依然配备了DP1.4接口。虽然可用带宽不如HDMI 2.1,但高达8K@65Hz的性能已经可以满足目前的需求。
但目前8K显示设备以电视为主,基本都是使用HDMI2.1接口实现8K信号传输。而且参考以往DP在电视市场的表现,短期内不太可能有使用DP2.0的产品。换句话说,在DP2.0大规模普及之前,DP的极限传输性能暂时还比不上HDMI 2.1。
DP的优势之一就是原生支持可变刷新率(VRR),这就像是DP1.2a之后成为DP标准一部分的技术这也是近年来FreeSync技术(兼容G-Sync)大规模普及的基础。要使用这项技术,就必须使用DP接口。
此外,由于采用了固定的卡扣开关,DP接口和线材的稳定性比HDMI更好,像HDMI这种不小心拉扯导致的“断头”风险几乎不存在。
而且DP可以通过多流传输(MST)将多个屏幕连接到一个端口,部分显示器也基于该技术支持DP串行功能(显示器之间通过DP接口直接连接),扩展性会更优秀。
由于HDMI需要认证的标准协议,而DP是开放的标准协议,很多显示技术的创新(比如DSC、G-Sync、FreeSync)都会先出现在DP上,然后慢慢出现在HDMI上。
然而,DP电缆上还有一个关键参数限制了它的使用场景:在当前标准下,它的最大长度被限制在3m。这一因素使得其不太可能用于家庭影院、远距离信号传输等应用场景。99%的情况下只能在桌面主机和显示器之间使用,间接限制了这种接口在电视和投影仪上的应用。
在最重要的传输带宽方面,由于DP协议的后发优势,HDMI在同期带宽性能上一直略逊于DP,HDMI2.1这次率先上市,算是成功的。虽然在纸面参数上已经“落后”了,但在非高分辨率+刷新率运行的情况下,目前最主流的DP1.4和HDMI2.0其实并没有明显的区别。
自2013年HDMI 2.0发布以来,HDMI接口已经可以在8bit色彩的情况下实现4K@60 Hz的传输效果,在4: 2: 0 YCBCR输出模式下可以实现8K@30Hz的最高显示效果,但会出现边缘模糊的情况。
对于可变刷新率技术的缺失,HDMI也从2.0b开始通过AMD的扩展芯片增加了对FreeSync和G-Sync技术的支持,并且这项技术已经被纳入HDMI 2.1协议的新标准中。
到目前为止,只有部分NVIDIA RTX20系列和最新的RTX30系列显卡会支持HDMI2.1接口(部分非公显卡只配备HDMI2.0接口),大部分显示器仍然配备HDMI2.0接口。所以考虑到综合特性,使用桌面连接显示器的最佳方式是DP。
虽然理论性能长期不占优势,但HDMI规范有着极高的普及性和兼容性。当该标准于2004年首次推出时,已有数百万台带HDMI的设备售出。到2020年,带HDMI的设备随处可见,主流的真实设备都会配备这个接口。
虽然目前还没有在显卡上支持全规格HDMI2.1接口的产品,但是大量的HDMI 2.1设备已经在电视机、蓝光播放器、家庭影院等消费设备上率先销售,短期内其普及性和通用性仍然会强于DP。
与DP相比,HDMI在实用性上最大的优势是15m的线缆长度,是DP线缆的5倍。这个特性对于使用台式电脑连接显示器的玩家来说非常重要,但是对于家庭影院等需要远距离连接的场景来说非常重要,让这种线缆有更丰富的应用场景。
DP和HDMI:游戏玩家如何选择
我们已经介绍了DisplayPort和HDMI的技术参数,大家对这两种传输协议已经有了充分的了解。所以回到原来的问题,但是实践中哪种连接方式更适合游戏玩家呢?
其中一些取决于您已经拥有或计划购买的硬件。两种标准协议都可以提供出色的游戏体验,但是如果想要获得出色的游戏体验,HDMI 2.1 >:DP 1.4 >DP 1.3 & gtHDMI 2.0,而在已公布的协议中,DP 2.0应该是理论性能最好的,但其普及前景尚不明朗。
在一些高刷+高分辨率的应用场景下,游戏玩家需要根据自己的平台进行选择。
对于使用n卡的游戏玩家来说,目前最好的解决方案仍然是使用DP 1.4接口连接配备G-Sync功能的显示器。全新的HDMI只有连接电视才有实际意义,因为目前通过HDMI 2.1兼容G-Sync的显示器只有电视,而在普通显示器上,使用DP就能充分发挥n卡的特性。
不过卡a游戏玩家的选择就比较宽松了,因为目前可以通过HDMI接口打开带有FreeSync功能的显示器,所以卡a搭配DP 1.4和HDMI 2.0使用在功能实用性上没有太大区别。然而,DP仍将是PC显示器的首选标准,因为许多HDMI FreeSync显示器只能在较低的分辨率或刷新率下工作,144Hz以上的产品很少。
如果你已经有了144hz以下的刷新率,不支持G-Sync或者FreeSync,显示器同时支持HDMI和DP输入,显卡也配备了两种接口,那么这种连接方式的选择就没那么重要了。
在560 * 1440 (1440p) @ 144Hz分辨率和8bit色深的条件下,DP1.2和HDMI 2.0以上的协议都可以正常工作,低于该值的任何连接类型都可以正常工作。这两种接口在日常使用中真的没有实际区别(理论上可以传输的信号是一致的)。
在带显示器的桌面使用场景中,DP接口显然是最佳选择,可以充分发挥输出端的性能。所以现在的显卡配置更多的是DP接口。虽然新的RTX 30系列显卡支持HDMI 2.1接口,但一般只配备了不到两个。
不过,在主机连接电视、投影仪等大屏幕的情况下,在很长一段时间内,HDMI仍然是最佳选择,因为它的传输距离更远,布线更方便。最重要的是,HDMI拥有远超DP接口的设备兼容性。目前50寸以上屏幕的设备很少配备DP接口,HDMI在未来很长一段时间内仍将是首选接口。
最后,虽然DP有规范的优势,但是HDMI优秀的兼容性和便利性可以帮助其拥有更丰富的应用场景,两个标准在很多领域和技术上有重叠。
负责制定DisplayPort标准的VESA主要考虑的是PC领域的应用场景,而消费电子联盟制定的HDMI协议肯定会优先考虑电视、投影仪等消费设备。他们不同的关注点最终导致了这两种协议不同的应用场景。
如果想要高分,高色域,全功能体验,就用DP,如果需要大屏,兼容性强,就用HDMI。发烧游戏用户可以根据使用场景进行选择。对于90%以上的普通用户来说,影响显示效果的瓶颈可能在显卡和显示器上,不用太担心两者之间的取舍。
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