《图一　DisplayPort vs. VGA和DVI。 DisplayPort较小的尺寸相当适合用在笔记型电脑和多输出绘图卡》

随着大部分视讯内容的呈现都是采用剧院画质的高解析度，另一重要的问题便随之产生，亦即需保护拥有智慧财产权的高画质内容不被非法传播。针对此问题，DisplayPort更特别支援高频宽数位内容保护（HDCP）加密，能在数位部分针对HD信号进行加密。

不是所有在个人电脑上观看的视讯内容都需要HDCP，大部分的网路内容，例如YouTube和Facebook视讯便通常都是以增强解析度（enhanced definition；ED）或是标准解析度播放，且未经过加密。 PC游戏和Windows系统显示也可产生HD等级的视讯，但是也不用经过加密。

来自蓝光DVD以及下载自Netflix的视讯内容皆为高画质，因此观看时便需连结HDCP保护。画质高于480p及下载自iTune经过加密的HD视讯，仅能在支援HDCP的DisplayPort显示器上观看。但在最近，SD版本已让非HDCP显示器能以较低的SD解低度显示这些视讯内容。由于HDCP的目的仅是要防止HD数位视讯被盗拷，因此以较低的解析度（480p）或是使用DisplayPort转类比（DisplayPort-to-analog）转接器并不在禁止之列。

DisplayPort连接线拥有四个通道，运作的数据传输速率为10.8Gbps或6.48Gbps，根据线缆的长度和品质，由来源和接收端协调决定。此连接速率独立于显示像素速率。为保留电力，如果不需使用全部的频宽，来源和接收端可协调使用较少的通道。

DisplayPort采用微封包架构，在此架构中，每一通道将数据打包成每通道64位元的传输单元。除了主视讯数据外，此微封包还能携带数位音讯数据。每一视讯线路会有一跟随的视讯串流特性数值以定义空白 、交错和音/视讯静止。所有的数据皆有重复（redundancy）和错误修正编码（error correction coding；ECC），以确保误码率（bit error rates；BER）可以保持极低。

微封包架构能同时传送各种音讯和视讯串流以及其他形式的数据，这让多种视讯和音讯封包能在同一条线缆上被传送。藉由采用微封包架构，加上可高达10.8Gbps连接速度的频宽，其能透过单一连结支援画中画（picture-in-picture）或多重菊环式（daisy-chained）监视器。现阶段的菊环式解决方案需要有额外的USB连接线、RS-232或是专利线缆才能实现，而此单一DisplayPort线缆的频宽则足以支援一个1080p @120Hz萤幕，或是四个19吋解析度1440×900的萤幕。

藉由小型连接器、连结频宽和多重A/V微封包技术的综效，很快地便能在1080p HD@120Hz、拥有七声道的萤幕上观看下载的高画质电影，此萤幕是透过15公尺的DisplayPort线缆连接至具有迷你DiaplayPort连接器的行动上网装置或智慧型行动电话。

萤幕和笔记型电脑的尺寸仍持续缩减，设计师则必需竭尽所能避免增加设计这些全新小型装置的成本，而在新设计采用DisplayPort有助于节省成本。现阶段的许多平面显示器整合了许多复杂的电子元件以模拟旧式CRT萤幕，如此才能回溯相容于任何VGA或DVI绘图卡，但这却增加了制造成本。

仅支援DisplayPort直接驱动介面的新型萤幕能减少制造成本，这是因为传统CRT萤幕的缩放、高频振动（dithering）和其他必要功能现在都不再需要了。图二为典型DisplayPort接收器的区块图。

《图二　典型DisplayPort接收器的区块图》

接收器中的主要数据路径是SerDes、视讯处理器、缩放器、时序控制器和输出驱动器。一般而言，输出驱动器为更小摆幅差动讯号传输（Reduced Swing Differential Signaling；RSDS）或是迷你低电压差动讯号传输（mini Low-Voltage Differential Signaling；mLVDS）。

DisplayPort介面

输入级包括一个DisplayPort SerDes，其接收数据的速度为每通道2.7 Gbps，最多可达4通道。当萤幕插入个人电脑时，基于辨识的目的会出现一个热插拔侦测的信号（Hot Plug Detect；HPD），用以建立连结。 HPD会通知来源去读取接收器的状态和组态记录，并透过一种被称之为连结调训（link training）的程序去建立连结。在这状态和组态整合程序期间，来源和接收器也会建立四个通道，无论需要与否。DisplayPort很特别的部分是辅助（Auxiliary、AUX）通道，这是一个慢速「侧通道」，为连结管理、状态、组态和来源控制的沟通管道。此AUX通道采用曼彻斯特II编码（Manchester II encoding）以传输半双工、双向数据。这些来源为主方，而接收器为受方，所以所有的处理程序都是由来源开始。 AUX通道提供1Mbps的数据传输速度，最高可达16位元组的处理，且所需时间不超过500微秒（百万分之一秒），如图三。

《图三　DisplayPort使用辅助通道和热插拔侦测》

在接收器连接至来源后，来源将需要读取延伸性显示辨识资料（Extended Display Identification Data；EDID）以测定监视器、制造业者、模型、时序、尺寸，以及面板的解析度和初始亮度等资讯。此标准化的EDID数据结构是存放于外部的EEPROM中。藉由下达AUX通道指令去进行I2C读取，来源可自EEPROM读取EDID数据资料。此资料是用来决定所需的DisplayPort通道的数量。

SerDes初始化

关于SerDes连结调训的初始部份，开始于来源针对SerDes时脉和数据回复逻辑，以2.7 Gbps的速度传输一个101010的模式以锁定确切的频率。在接收器确认此锁定频率后，来源将传输一个序列的信号，其中包括更为复杂的模式以确定在连结调训的第二阶段中已建立逻辑连接。此连结调训阶段也允许接收器向来源要求预加强，以支援接收器内部的信号等化。来源和接收器会尝试各种信号等级以将杂讯减至最小，并尽量降低位元错误率（BER）。眼图的差别在于，3公尺线缆的接收器是张开的，而使用15公尺或更长的线缆时，眼图比较像是闭上的。如果在2.7Gbps时的错误率太高，则接收器会传输信号至来源要求将频率降至1.62Gbps，并重新最佳化设定。在接收器确认此逻辑连结已建立后，此连结便会准备好传送数据。 HPD信号会允许接收器去通知来源开始注意。

SerDes逻辑层级的输出为来自连结的8位元封包数据。接收器会将主要连结数据引导至视讯处理器，之后会寻找附属的数据封包，可能是音讯或其他视讯通道。然后接收器会将音讯数据导引至音讯模组，而附属的视讯则被引导至收发器，再被传送至其他面板的接收器。

高频宽数位内容保护（HDCP）

为建立加密的连结，来源和接收器都有一套40个特定的56位元金钥，可组成每一个装置特有的密钥。其中每一组密钥还会搭配一组此装置特有的选择导向金钥（key selection vector；KSV）。每一个HDCP相容的装置皆拥有一组不同于其他HDCP装置的特有40位元KSV。来源藉由和接收器在AUX交换KSV值开始进行认证，以核实双方皆支援HDCP，并且皆具有有效金钥。若此组金钥被发现为无效或已毁损，则HD影像将无法被传输。金钥的交换可让来源确认接收器已被授权可接收HDCP内容。 HDCP系统最高可允许七级增强器以序列方式在来源和接收器之间传输。此种金钥交换和核实程序花费仅短时间。

接下来，来源和接收器皆会产生一个共享的金钥数值，其在数据交换的过程中是无法被窃取的。这些密钥被来源用以加密HDCP内容，接收器则试用来解密，如图四。

《图四　选择导向金钥》

直接驱动显示器控制

位于萤幕前方的按钮可控制电力的开关并设定面板萤幕一般会有绿色和橙色LED，让使用者可以得知状态并取得回馈。接收器具有数个接脚以连结这些位于前面板的开关和LED。

LCD面板通常是采用冷阴极管（Cold Cathode Fluorescent Lamp；CCFL）做为背光，其由一个灯管变频器所启动。用以控制此功能的信号被称为脉冲宽度调变（PWM）信号，其频率范围通常是由100Hz到4KHz。如果其工作周期为百分之百开启，则照明便会拥有完整的亮度。如果工作周期仅为50％，则亮度就只有百分之五十，如果工作周期只有15％，则照明就会被关掉。

当使用者按下显示器上的亮度按钮时，接收器将：

• 调整背光PWM暂存器设定，其将改变背光工作周期的开关状态；





• 将新数值存在可读的暂存器中；





• 设定一个位元，将此更新通知来源；





• 产生一个HPD中断以通知来源。

回应此HPD中断，来源将：

• 清除要求服务的位元；





• 显示一个亮度调,作为使用者的视觉指示。若无其他的按钮动作,此亮度条将会在数秒后消失。

若使用者按下按钮去增加面板的亮度，则储存于晶片暂存器的亮度数值将会被调高，且会对来源产生一个中断，然后来源将在萤幕上显示一个亮度调整条，约持续五秒钟，如图五。

《图五　亮度显示范例》

电力模式

此接收器也控制电力、按钮和输入数据等状态的改变（请见图六），这些可能的状态包括：

• 低电力模式－显示器的电力已开启，但是没有来自来源的信号（橙色LED）；





• 自行测试模式－显示器的电力开启，DisplayPort线缆未连接；





• 正常模式－显示器电力开启，且有DisplayPort信号（绿色LED）；





• 错误模式－显示器电力开启，但是出现异常状况，例如超出范围的绘图模式（橙色LED闪烁）；





• 安全防护模式－显示器电力开启且处于安全时序模式，其为640x480 @60Hz的系统初始模式。接收器将在电力上升，但在组态完成前使用此设定。

《图六　DisplayPort电力模式》

结语

DisplayPort在单一介面和线缆中结合音讯和视讯，以远低于其他介面的成本提供更高的输出效能。相较于VGA或是DVI，DisplayPort能省下半数以上的接脚和线缆，并提供多出25％，甚至更高的频宽，DisplayPort彻底提升了影像显示的效能和频宽。藉由DisplayPort所能提供的频宽，比其任何其他的显示介面，DisplayPort的数据传输效率显然有效率多了。

成本、效能、多功能性和小体积，这些都是DisplayPort将快速成为PC和手持式装置的主流显示介面标准的最佳理由。

---作者为IDT视讯显示事业群专案管理总监---