主要針對 PC 應用的 DVI 採用外型相同、但規格有別的 DVI-A、DVI-D 與 DVI-I 3 種接頭,來滿足類比與數位影像傳輸的需求。其中 DVI-A 只能輸出相容 VGA 的類比影像訊號,透過簡單的轉接就能兼容既有的 VGA 螢幕。DVI-D 則是輸出純數位影像訊號,只能相容 DVI 螢幕。而 DVI-I 則是類比與數位整合規格,可同時輸出類比與數位影像訊號,單一輸出接頭就能滿足 VGA 與 DVI 兩種規格的螢幕,因此是顯示卡的主流配備。
不過近年來因為支援類比輸入的顯示器已經退出主流,因此不少顯示卡逐漸轉為只支援 DVI-D 輸出。
各種不同規格定義的 DVI 接頭(母座),其中類比訊號主要是透過右側的接腳傳輸,數位訊號則是靠左側的接腳傳輸
DVI 採用半導體大廠 Silicon Image 研發的「TMDS(Transition-Minimized Differential Signaling,最小化傳輸差分訊號)」高速數位傳輸技術,將傳輸連結分為 R、G、B 與時脈共 4 組訊號,在最高 165MHz 的時脈下可達成 4.95Gbps 的傳輸頻寬,足以應付 1080p 或 UXGA 60Hz 傳輸的需求。此外 DVI 還定義了雙連結(Dual Link)的規格,可以透過兩組傳輸連結來加倍傳輸頻寬,接頭中已經有預留 Dual Link 的腳位。
DVI 採用「TMDS」高速數位傳輸技術,將傳輸連結分為 R、G、B 與時脈共 4 組差分訊號來傳輸
Dual Link DVI-D 連接線
不過 DVI 端子自發表以來,後續幾乎沒有任何改良,直到今日頻寬仍維持 20 年前最初的規格。此外 DVI 端子接頭龐大、接線繁複,而且未整合音訊傳輸與內容保護機制,不利於數位影音家電等消費市場用途。
DVI-D 轉 HDMI 的線材,可以清楚看出兩端子的尺寸大小差異
HDMI 端子
有鑑於 DVI 的不足,包括 Sony、Panasonic、東芝、日立、飛利浦等多家家電大廠於是於 2002 年 12 月組成了「HDMI 論壇」,以 DVI 的技術為基礎,制定出針對數位影音家電用途的「HDMI(High Definition Multimedia Interface,高畫質多媒體介面)」。採用比 DVI 更小巧緊緻的接頭,整合數位音訊傳輸功能及影音資料加密保護技術「HDCP(High-Bandwidth Digital Content Protection,高畫質數位內容保護)」,滿足以方便插拔的單一接頭同時傳輸數位影像與聲音,同時確保無失真的數位影音資料不被盜錄複製的需求。
HDMI 最初定義 2 種規格的接頭,分別為 A Type 跟 B Type,前者就是最常見的標準 19 pin 接頭,後者則是傳輸通道加倍的 29 pin 接頭,但 B Type 並沒有應用到任何產品上,只出現在規格書中。後續還定義了尺寸較小的 C Type(Mini HDMI)與 D Type(Micro HDMI),但都只是接頭尺寸微縮,接腳定義並未改變。
左起 A Type 端子、C Type(Mini)端子與 D Type(Micro)端子
HDMI 同樣承襲 DVI 的 TMDS 傳輸技術,不過影像傳輸通道除了 DVI 定義的 R、G、B 之外,還新增支援電視領域常用的 Y、Cb、Cr 格式。此外還把數位音訊混入影像通道的水平同步訊號中一起傳輸,初版最高就已經能支援 8 聲道 192KHz 24bit LPCM 未壓縮音訊的傳輸,相當充裕。後續還擴充支援更多格式與聲道。
因為 HDMI 承襲 DVI 的核心規格與技術,所以兩者具備某種程度的相容性,可以透過簡單的轉接頭轉接。HDMI 裝置能完整相容 DVI 訊號,但 DVI 裝置不支援 HDMI 新增的數位音訊與加密保護功能,無法解碼音訊,且無法顯示 HDCP 加密保護的內容(輸出裝置會認證接收裝置是否支援 HDCP,不支援時無法輸出)。
2015 年 4 月、2016 年 3 月,HDMI 又陸續推出 2.0a、2.0b 版,新增支援「高動態範圍(High Dynamic Range,HDR)」格式影像的傳輸。在搭配支援 HDR 的顯示器時,能大幅擴展影像明暗對比的表現。第一款支援 HDMI 2.0b 的電視遊樂器再度由 Sony 的 PS4 Pro 拿下,後續的 Xbox One S / X 也有支援。
或許有些玩家會覺得奇怪,這篇不是在介紹影音傳輸介面,怎麼會跑出 USB Type-C 來?不過相信有用過新款筆記型電腦或是手機的玩家,都會知道 USB Type-C 也可以用來輸出影音訊號(雖然大多是透過轉接),Nintendo Switch 主機也是透過 Type-C 來輸出影音,因此專欄最後就來介紹一下這個新興的影音端子。
許多筆電、平板與手機都可以透過 USB Type-C 輸出影音訊號
USB Type-C 顧名思義就是 USB C 型接頭,這是一個設計之初就考量多用途需求的規格,因此除了基本的 USB 介面連接用途之外,還可以肩負起大功率電源供應、影音傳輸等應用。Type-C 端子採用對稱無方向性的接頭,內藏雙面各 12 支的接腳。與傳統 USB Type-A / B 端子不同,Type-C 端子沒有方向性,不論正反插都可以用。其祕訣就在雙面的接腳其實是重複的,所以不論怎麼插都可以接通,但實際只使用其中一半。
雖然 USB 3.0 / 3.1 只使用 Type-C 端子一面的 12 支接腳傳輸,但 Type-C 端子實際上是有兩面共 24 支接腳的。因此 USB 論壇替 Type-C 端子保留了「替代模式(Alternate Mode,Alt Mode)」,讓 Type-C 端子除了 USB 3.x 的訊號之外,還可以與其他傳輸協定整合,充分活用那另一半為正反插備用的訊號接腳。
USB Type-C 端子內的接腳是兩面對稱的,單面各有一整組完整的 USB 2.0 與 USB 3.x 傳輸線,還有電源供應線路
在看完懷舊復古的類比篇與回顧現狀展望未來的數位篇之後,相信大家對電視遊樂器的影音傳輸介面有了更進一步的認識。在迎接 PS5 / Xbox Series X 的 4K 120Hz 乃至 8K 超超高解析度影音,以及身歷其境的 VR 虛擬實境等新世代體驗之餘,可別忘了在這些主機與裝置背後默默傳遞絢爛聲光訊息的影音傳輸介面喔!