Как известно, мониторы первых ПК были монохромными и работали только в текстовом режиме. Соответственно, передача данных от видеоадаптера к дисплею проблем не вызывала: по соединительному кабелю путешествовали мизерные объемы информации. Однако со временем мониторы стали цветными, текстовый режим отображения уступил место графическому, а разрешение дисплеев увеличилось в десятки раз. Взгляните на сегодняшние ЖК-панели, демонстрирующие 24-битную картинку с размерами 2560×1600 десятки раз в секунду, и задумайтесь, какая нагрузка ложится на кабель, соединяющий выход видеокарты с входом монитора. Этот кусок провода не так прост, как кажется.
В сфере персональных компьютеров транспортом для пикселей долгое время выступал незамысловатый кабель с парой разъемов VGA (D-Sub) на концах. Однако за последнее десятилетие пользователям были представлены сразу три альтернативы этому устаревшему интерфейсу: DVI, HDMI и DisplayPort. На сегодняшний день все четыре разъема относительно мирно сосуществуют на рынке, и очевидно, что к единому стандарту мы придем еще не скоро. Так в чем же разница между этими интерфейсами?
Помимо полноразмерных разъемов VGA, DVI и DisplayPort в природе существуют и миниатюрные их версии, которые получили распространение благодаря компании Apple: «яблочники» предпочитают использовать при создании ноутбуков компактные, но менее функциональные версии интерфейсов. Началось все с mini-VGA, потом в ход был пущен mini-DVI. С появлением сверхтонкого MacBook Air компания начала использовать micro-DVI, а совсем недавно ему на замену пришел mini-DisplayPort. По характеристикам миниатюрные VGA и DVI уступают своим полноценным собратьям — у них снижено максимальное рабочее разрешение. А вот mini-DisplayPort сохранил все преимущества полноразмерного разъема в плане передачи видеосигнала, но не может работать со звуком.
Радует тот факт, что в природе существуют разнообразные переходники, позволяющие делать из компактных разъемов полноценные. Правда, из mini-DisplayPort не удастся сделать нормальный DisplayPort, но зато его можно преобразовать в DVI.
Бодрый старичок
История интерфейса VGA (Video Graphics Array) стартует в далеком 1987 году, когда на свет появился одноименный стандарт. VGA-мониторы на момент своего появления были действительно выдающимися устройствами: они поддерживали разрешения вплоть до 640×480 при четырехбитной цветовой палитре. С этими-то данными и работал разъем. Парадокс заключается в том, что за пару десятилетий сам интерфейс VGA практически не претерпел никаких изменений с конструктивной точки зрения, однако его возможностей вполне хватает для работы даже самых современных мониторов. Все дело в том, что начиная с момента создания разъема алгоритмы его работы все время совершенствовались: добавляя все новые методы передачи сигнала, разработчикам удавалось сохранять актуальность этого интерфейса. Как следствие, разъем VGA можно использовать даже для передачи картинки с разрешением 2560×1600 при частоте развертки 85 Гц и 24-битном кодировании цветов.
Второе название — D-Sub — разъем получил благодаря своей структуре. Формально D-Sub — это название не одного-единственного разъема, а целого их семейства, которое зародилось еще в 1952 году с легкой руки компании ITT Cannon. В частности, порты COM и LPT, которые в прошлом были неотъемлемой частью персональных компьютеров, также относятся к разъемам типа D-Sub. У каждого из интерфейсов данного семейства есть свое условное обозначение, и разъем VGA именуется не иначе как DE-15. Буква «D» показывает форму разъема, «E» определяет его размер, а цифра означает количество контактов — оно равно 15. Впрочем, производители видеокарт и мониторов все равно называют этот разъем просто «D-Sub», без дополнительных уточнений — пользователи давно смирились с этим сознательным упрощением.
Главное отличие D-Sub от конкурентов заключается в том, что этот разъем работает в аналоговом режиме. Обусловлено это тем, что интерфейс VGA создавался для работы с ЭЛТ-мониторами. В этих устройствах для отображения картинки используется электронно-лучевая трубка, испускающая поток электронов. Именно благодаря их воздействию на экране загораются пиксели определенных цветов. Точки появляются последовательно, одна за другой, то есть кадр выводится на экран не целиком, а попиксельно, но из-за высокой скорости работы электронно-лучевой трубки и длительного свечения обстрелянных ею пикселей наши глаза не замечают подвоха. Для нормальной работы трубки необходимо, чтобы сигнал на нее поступал последовательно и в аналоговом виде. В то же время очевидно, что видеокарта генерирует изображения в цифровом виде. По этой причине графическому адаптеру перед подачей данных на выход D-Sub приходится преобразовывать их из цифрового вида в аналоговый, а это ведет к незначительному искажению изображения.
Примечательно, что вход D-Sub присутствует и на большинстве жидкокристаллических дисплеев. Однако ЖК-мониторы выводят кадр целиком, а не попиксельно, и для их нормального функционирования необходимо, чтобы входящий сигнал был в цифровом виде. По этой причине в жидкокристаллические мониторы, поддерживающие D-Sub, встраивают специальный чип, преобразующий аналоговый сигнал в цифровой вид. Пользоваться VGA-соединением в случае с ЖК-мониторами стоит лишь тогда, когда другой альтернативы нет: двойное преобразование сигнала негативно сказывается на качестве выводимого изображения.
Времена D-Sub уходят в прошлое, и на сегодняшних графических платах этот разъем встречается все реже: производители предпочитают прилагать к своей продукции переходники, позволяющие сделать VGA-выход из разъема DVI, а он присутствует на всех современных видеокартах.
Цифровой первопроходец
С появлением первых жидкокристаллических мониторов возникла и потребность в цифровом мультимедийном интерфейсе — ситуация с двойным перекодированием сигнала не устраивала никого. В результате в 1999 году на свет появился разъем DVI (Digital Visual Interface). За десять лет он обрел невероятную популярность: сложно представить себе современную видеокарту или жидкокристаллический монитор, на которых бы отсутствовал этой интерфейс. Примечательно следующее: расшифровка аббревиатуры DVI недвусмысленно намекает, что этот интерфейс передает цифровой сигнал, однако на самом деле это верно лишь отчасти. Дело в том, что всего существует пять типов разъемов DVI, и лишь два из них можно считать полностью цифровыми.
Рассмотрим для начала интерфейсы DVI-I Single Link и DVI-I Dual Link. Эти разъемы универсальны и могут передавать как аналоговый, так и цифровой сигнал. Приписка «Single Link» означает, что у интерфейса хватает контактов лишь для работы в одноканальном режиме и он обеспечивает пропускную способность, равную 3,7 Гбит/с. Этого значения хватает для работы в режиме 1920×1200 при частоте развертки 60 Гц. У разъемов «Dual Link» контактов больше, благодаря чему пропускная способность интерфейса увеличена в два раза — до 7,4 Гбит/с, что делает доступным режим 1600p (2560×1600 на частоте 60 Гц). Обратите внимание, что интерфейс DVI работает только с 24-битными цветами.
Разъемы DVI-D Single Link и DVI-D Dual Link предназначены для работы в цифровом режиме. По остальным характеристикам они не отличаются от интерфейсов DVI-I. Распознать разъемы DVI-D визуально достаточно просто: у них отсутствуют четыре контакта, обрамляющих большой плоский контакт. Обратите внимание, что DVI-I типа «male» (с выступающими контактами) невозможно воткнуть в разъем DVI-D типа «female» (с отверстиями для контактов). Однако же DVI-D «male» без проблем работает с DVI-I «female» (естественно, только в цифровом режиме). На видеокартах распаиваются разъемы типа «female», так что идущий от монитора DVI-D без проблем можно воткнуть и в DVI-I. Обратная ситуация, увы, невозможна: дисплей с DVI-I не удастся подсоединить к графической плате с DVI-D.
Также существует полностью аналоговый разъем DVI, получивший обозначение DVI-A. Столкнуться с этим интерфейсом в реальности практически невозможно: использовать его сегодня просто нет смысла, и производители это отлично понимают.
Нельзя не упомянуть о том, что DVI поддерживает систему защиты HDCP. Благодаря этому интерфейс может использоваться для передачи данных в рамках HDTV, то есть телевидения высокой четкости.
Устройства, работающие в рамках HDTV, обязаны использовать при передаче данных протокол защиты HDCP (High-Bandwidth Digital Content Protection). Каждое устройство, оснащенное этой защитой, обладает уникальным набором ключей, необходимых для аутентификации, а также специальным ключом KSV (key-selection vector). Все ключи, за исключением KSV, держатся в тайне. При соединении двух HD-устройств они обмениваются KVS между собой. На основе чужого открытого ключа производится суммирование собственных секретных ключей. Алгоритм построен таким образом, что оба устройства в результате должны получить одно и то же число, если, конечно, их ключи лицензионные. После аутентификации передаваемый видеосигнал кодируется поточным шифром, накладываемым на двоичный код каждого пикселя. Ключ, с помощью которого осуществляется кодирование, меняется после каждого кадра.
С помощью HDCP можно не только защитить данные от прямого копирования, но и регулировать права доступа к данным. Например, поставщик услуг HDTV может занести KSV оборудования клиента в специальный список аннулирования, из-за чего аутентификация станет невозможна. Если HDCP не удается наладить защищенное соединение, то HD-сигнал искусственно ухудшается до качества DVD.
За использование HDCP в своих устройствах производители обязаны платить отчисления ее создателям. Наличие разъемов HDMI и DisplayPort автоматически говорит о присутствии защиты HDCP, а вот в устройствах с DVI она может и отсутствовать.
На данный момент в HDTV используется три стандарта вывода изображения: 1080p, 1080i и 720p. Цифры показывают размер вертикальной составляющей изображения в пикселях, при этом соотношение сторон для картинки равно 16 : 9. Таким образом, для стандартов 1080p и 1080i разрешение экрана составляет 1920х1080, а для 720p — 1280х720. Буквами «p» и «i» обозначается тип развертки. При чересстрочной развертке («i») каждый кадр отображается в два захода, т.е. при первом заходе выводятся нечетные линии, при втором — четные. При прогрессивной развертке кадр выводится на экран за один заход, т. е. качество изображения у прогрессивной развертки выше. За одну секунду традиционно совершается 60 заходов.
В ближайшем будущем к списку стандартов HDTV может добавиться такой монстр, как 1600p — в этом режиме разрешение картинки составляет 2560×1600 пикселей. Цифровые мультимедийные интерфейсы к такому испытанию уже готовы, но столь мощных источников сигнала в HDTV пока нет.
Бытовой монстр
Следующий интерфейс, известный нам под именем HDMI или High-Definition Multimedia Interface, изначально был нацелен на использование в бытовой сфере и по этой причине не противопоставлялся DVI. Лишь в последние два-три года HDMI начал появляться на видеокартах и мониторах.
Первая версия этого интерфейса вышла в далеком 2002 году: именно тогда была представленная спецификация HDMI 1.0. В списке компаний, ответственных за разработку интерфейса, числились такие гиганты, как Sony, Hitachi, Philips и Toshiba. В то время HD-телевизоры использовали для получения информации разъем DVI, наделенный поддержкой HDCP. Новичок в лице HDMI предложил пропускную способность 4,9 Гбит/с, достаточную для просмотра видео стандарта Full HD (1080p), а также возможность работы с HDCP, однако в отличие от DVI новый разъем обладал куда меньшими размерами и, что самое важное, позволял передавать видео- и аудиосигнал по одному кабелю. В качестве аудиоисточника мог выступать 8-канальный 24-битный звук с частотой дискретизации 192 КГц/с. Таким образом, симпатии пользователей интерфейс HDMI завоевал прежде всего благодаря удобству его использования.
После HDMI 1.0 последовало еще несколько версий этого разъема, которые привносили незначительные изменения в работу интерфейса. Лишь в HDMI 1.3 авторы предложили нам нечто действительно революционное. С легкой руки создателей пропускная способность разъема возросла до 10,2 Гбит/с. Благодаря этому, во-первых, стало возможно воспроизведение видео стандарта 1600p, который ныне еще не используется. Во-вторых, у интерфейса появилась возможность работы с 30-, 36- и 48-битными цветами. Современные телевизоры не столь совершенны, чтобы использовать такие цветовые палитры, но авторов HDMI это, похоже, не сильно волнует. Также в HDMI 1.3 добавилась поддержка Dolby TrueHD и DTS-HD Master Audio. Словом, по возможностям интерфейс значительно опережает свое время. Разъемы HDMI разных версий совместимы между собой, однако надо понимать, что такое соединение будет работать в более старом из двух доступных режимов.
Всего существует три типа разъемов HDMI: Type A, Type B и Type C. Наиболее распространен HDMI Type A. Этот разъем обладает 19 контактами. У Type B контактов 29, и встречается он крайне редко. Type C — это миниатюрная версия HDMI, предназначенная для использования в видеокамерах. Большого распространения этот тип разъемов также не получил.
HDMI обратно совместим с разъемом DVI-D, т. е. к устройству-источнику с HDMI посредством специального переходника можно подключить дисплей с входом DVI-D, однако передавать звук по этому же соединению станет невозможно. Переходники также позволяют подсоединить выход DVI-D к входу HDMI. В последнем случае не исключена возможность полноценной работы такого соединения, то есть передавать можно и видео и звук, хотя и не во всех случаях. Скажем, к современным видеокартам GeForce и Radeon HD можно подключать специальные переходники на HDMI, которые переназначают функции контактов в DVI-выходе, в результате чего у графической платы появляется возможность использовать этот разъем для передачи звуковых сигналов. Переходник улавливает эти сигналы и преобразует их соответствующим образом. В случае с видеокартами GeForce звук попадает на выход посредством специального транзитного кабеля, переносящего сигнал от звуковой карты к графическому адаптеру. На платах серии Radeon HD изначально распаивается простенький аудиочип, который сам воспроизводит звук при использовании HDMI-соединения.
Производители устройств с HDMI должны платить авторам интерфейса за право использования этого разъема, причем отдавать деньги приходится за каждую выпущенную единицу товара. Учитывая распространенность HDMI, производители техники теряют немалые суммы. В этом, пожалуй, и кроется главный недостаток этого интерфейса.
При определенном стечении обстоятельств к списку мультимедийных интерфейсов современности мог добавиться еще один игрок. Речь идет о разъеме UDI (Unified Display Interface), который в свое время разрабатывался группой компаний во главе с Intel и Samsung. Экспансию интерфейс должен был начать с компьютерной сферы, вытеснив собою DVI. Теоретическая пропускная способность UDI, по предварительным спецификациям от 2006 года, равнялась 16 Гбит/с, то есть по этому параметру разъем значительно обходил конкурентов. Кроме того, конструкция интерфейса была достаточно проста, так что его производство обходилось бы очень дешево. К минусам UDI можно было отнести разве что отсутствие поддержки звука.
Надежды на долгую и счастливую жизнь UDI рухнули в 2007 году, когда Intel и Samsung отказались от дальнейшего продвижения этого интерфейса и начали активно поддерживать его конкурента в лице DisplayPort. Устройства с UDI на борту так и не увидели свет.
Перспективный новичок
С недавнего времени на рынке начали появляться устройства, в которых используется разъем DisplayPort. Пока что этот интерфейс очень молод, но в ближайшее время он должен стать серьезным конкурентом HDMI: новый разъем обладает весьма недурственными характеристиками, его производство обходится очень дешево, и производителям техники не приходится платить отчисления авторам разъема.
DisplayPort версии 1.0 не был запущен в производство, и на данный момент повсеместно используются лишь интерфейсы стандарта 1.1a. Существуют разъемы DisplayPort для внутреннего и внешнего подключения. Внутренний 32-контактный разъем используется для соединения дисплея и графической подсистемы в ноутбуках, так что он нам не интересен. Разъем для внешнего подключения обладает 20 контактами и предназначен для соединения между собой разных устройств — его-то мы и рассмотрим подробнее.
Внешний разъем DisplayPort 1.1a может обладать одним, двумя или четырьмя передающими каналами, каждый из которых обеспечивает пропускную способность 1,62 или 2,7 Гбит/с в зависимости от длины кабеля. При длине кабеля не более двух метров возможностей DisplayPort хватает для передачи сигнала стандарта 1600p. Если длина кабеля составляет от двух до пятнадцати метров, то пользователю доступен режим 1080p. Как и HDMI 1.3, DisplayPort поддерживает работу с 30-, 36- и 48-битными цветами. Интерфейс может одновременно передавать видео- и аудиосигнал, причем в плане работы со звуком DisplayPort находится на одном уровне с HDMI. По размерам внешний разъем DisplayPort сопоставим с USB и HDMI. Интерфейс поддерживает протоколы HDCP, а также обладает собственной защитой DPCP (DisplayPort Content Protection).
Структура сигнала, используемого в DisplayPort, существенно отличается от той, что применяется в HDMI и DVI. Тем не менее разработчикам интерфейса удалось создать переходники, позволяющие подсоединять устройства с разъемом DisplayPort к интерфейсам DVI, HDMI и даже VGA. Правда, стоит отметить, что из-за сложного устройства стоят эти переходники недешево.
В ближайшее время на свет должен появиться DisplayPort 1.2. Его пропускная способность, по предварительным данным, будет удвоена, что позволит интерфейсу работать с разрешениями вплоть до 3840×2160 пикселей. Кроме того, новый DisplayPort можно будет использовать для последовательного соединения четырех дисплеев с разрешением 1920×1200 или двух с размерами картинки 2560×1600 пикселей.
Vova
