《圖一　DisplayPort vs. VGA和DVI。DisplayPort較小的尺寸相當適合用在筆記型電腦和多輸出繪圖卡》

隨著大部分視訊內容的呈現都是採用劇院畫質的高解析度，另一重要的問題便隨之產生，亦即需保護擁有智慧財產權的高畫質內容不被非法傳播。針對此問題，DisplayPort更特別支援高頻寬數位內容保護（HDCP）加密，能在數位部分針對HD信號進行加密。

不是所有在個人電腦上觀看的視訊內容都需要HDCP，大部分的網路內容，例如YouTube和Facebook視訊便通常都是以增強解析度（enhanced definition；ED）或是標準解析度播放，且未經過加密。PC遊戲和Windows系統顯示也可產生HD等級的視訊，但是也不用經過加密。

來自藍光DVD以及下載自Netflix的視訊內容皆為高畫質，因此觀看時便需連結HDCP保護。畫質高於480p及下載自iTune經過加密的HD視訊，僅能在支援HDCP的DisplayPort顯示器上觀看。但在最近，SD版本已讓非HDCP顯示器能以較低的SD解低度顯示這些視訊內容。由於HDCP的目的僅是要防止HD數位視訊被盜拷，因此以較低的解析度（480p）或是使用DisplayPort轉類比（DisplayPort-to-analog）轉接器並不在禁止之列。

DisplayPort連接線擁有四個通道，運作的數據傳輸速率為10.8Gbps或6.48Gbps，根據線纜的長度和品質，由來源和接收端協調決定。此連接速率獨立於顯示像素速率。為保留電力，如果不需使用全部的頻寬，來源和接收端可協調使用較少的通道。

DisplayPort採用微封包架構，在此架構中，每一通道將數據打包成每通道64位元的傳輸單元。除了主視訊數據外，此微封包還能攜帶數位音訊數據。每一視訊線路會有一跟隨的視訊串流特性數值以定義空白 、交錯和音/視訊靜止。所有的數據皆有重複（redundancy）和錯誤修正編碼（error correction coding；ECC），以確保誤碼率（bit error rates；BER）可以保持極低。

微封包架構能同時傳送各種音訊和視訊串流以及其他形式的數據，這讓多種視訊和音訊封包能在同一條線纜上被傳送。藉由採用微封包架構，加上可高達10.8Gbps連接速度的頻寬，其能透過單一連結支援畫中畫（picture-in-picture）或多重菊環式（daisy-chained）監視器。現階段的菊環式解決方案需要有額外的USB連接線、RS-232或是專利線纜才能實現，而此單一DisplayPort線纜的頻寬則足以支援一個1080p @120Hz螢幕，或是四個19吋解析度1440×900的螢幕。

藉由小型連接器、連結頻寬和多重A/V微封包技術的綜效，很快地便能在1080p HD@120Hz、擁有七聲道的螢幕上觀看下載的高畫質電影，此螢幕是透過15公尺的DisplayPort線纜連接至具有迷你DiaplayPort連接器的行動上網裝置或智慧型行動電話。

螢幕和筆記型電腦的尺寸仍持續縮減，設計師則必需竭盡所能避免增加設計這些全新小型裝置的成本，而在新設計採用DisplayPort有助於節省成本。現階段的許多平面顯示器整合了許多複雜的電子元件以模擬舊式CRT螢幕，如此才能回溯相容於任何VGA或DVI繪圖卡，但這卻增加了製造成本。

僅支援DisplayPort直接驅動介面的新型螢幕能減少製造成本，這是因為傳統CRT螢幕的縮放、高頻振動（dithering）和其他必要功能現在都不再需要了。圖二為典型DisplayPort接收器的區塊圖。

《圖二　典型DisplayPort接收器的區塊圖》

接收器中的主要數據路徑是SerDes、視訊處理器、縮放器、時序控制器和輸出驅動器。一般而言，輸出驅動器為更小擺幅差動訊號傳輸（Reduced Swing Differential Signaling；RSDS）或是迷你低電壓差動訊號傳輸（mini Low-Voltage Differential Signaling；mLVDS）。

DisplayPort介面

輸入級包括一個DisplayPort SerDes，其接收數據的速度為每通道2.7 Gbps，最多可達4通道。當螢幕插入個人電腦時，基於辨識的目的會出現一個熱插拔偵測的信號（Hot Plug Detect；HPD），用以建立連結。HPD會通知來源去讀取接收器的狀態和組態記錄，並透過一種被稱之為連結調訓（link training）的程序去建立連結。在這狀態和組態整合程序期間，來源和接收器也會建立四個通道，無論需要與否。DisplayPort很特別的部分是輔助（Auxiliary、AUX）通道，這是一個慢速「側通道」，為連結管理、狀態、組態和來源控制的溝通管道。此AUX通道採用曼徹斯特II編碼（Manchester II encoding）以傳輸半雙工、雙向數據。這些來源為主方，而接收器為受方，所以所有的處理程序都是由來源開始。AUX通道提供1Mbps的數據傳輸速度，最高可達16位元組的處理，且所需時間不超過500微秒（百萬分之一秒），如圖三。

《圖三　DisplayPort使用輔助通道和熱插拔偵測》

在接收器連接至來源後，來源將需要讀取延伸性顯示辨識資料（Extended Display Identification Data；EDID）以測定監視器、製造業者、模型、時序、尺寸，以及面板的解析度和初始亮度等資訊。此標準化的EDID數據結構是存放於外部的EEPROM中。藉由下達AUX通道指令去進行I2C讀取，來源可自EEPROM讀取EDID數據資料。此資料是用來決定所需的DisplayPort通道的數量。

SerDes初始化

關於SerDes連結調訓的初始部份，開始於來源針對SerDes時脈和數據回復邏輯，以2.7 Gbps的速度傳輸一個101010的模式以鎖定確切的頻率。在接收器確認此鎖定頻率後，來源將傳輸一個序列的信號，其中包括更為複雜的模式以確定在連結調訓的第二階段中已建立邏輯連接。此連結調訓階段也允許接收器向來源要求預加強，以支援接收器內部的信號等化。來源和接收器會嘗試各種信號等級以將雜訊減至最小，並儘量降低位元錯誤率（BER）。眼圖的差別在於，3公尺線纜的接收器是張開的，而使用15公尺或更長的線纜時，眼圖比較像是閉上的。如果在2.7Gbps時的錯誤率太高，則接收器會傳輸信號至來源要求將頻率降至1.62Gbps，並重新最佳化設定。在接收器確認此邏輯連結已建立後，此連結便會準備好傳送數據。HPD信號會允許接收器去通知來源開始注意。

SerDes邏輯層級的輸出為來自連結的8位元封包數據。接收器會將主要連結數據引導至視訊處理器，之後會尋找附屬的數據封包，可能是音訊或其他視訊通道。然後接收器會將音訊數據導引至音訊模組，而附屬的視訊則被引導至收發器，再被傳送至其他面板的接收器。

高頻寬數位內容保護（HDCP）

為建立加密的連結，來源和接收器都有一套40個特定的56位元金鑰，可組成每一個裝置特有的密鑰。其中每一組密鑰還會搭配一組此裝置特有的選擇導向金鑰（key selection vector；KSV）。每一個HDCP相容的裝置皆擁有一組不同於其他HDCP裝置的特有40位元KSV。來源藉由和接收器在AUX交換KSV值開始進行認證，以核實雙方皆支援HDCP，並且皆具有有效金鑰。若此組金鑰被發現為無效或已毀損，則HD影像將無法被傳輸。金鑰的交換可讓來源確認接收器已被授權可接收HDCP內容。HDCP系統最高可允許七級增強器以序列方式在來源和接收器之間傳輸。此種金鑰交換和核實程序花費僅短時間。

接下來，來源和接收器皆會產生一個共享的金鑰數值，其在數據交換的過程中是無法被竊取的。這些密鑰被來源用以加密HDCP內容，接收器則試用來解密，如圖四。

《圖四　選擇導向金鑰》

直接驅動顯示器控制

位於螢幕前方的按鈕可控制電力的開關並設定面板螢幕一般會有綠色和橙色LED，讓使用者可以得知狀態並取得回饋。接收器具有數個接腳以連結這些位於前面板的開關和LED。

LCD面板通常是採用冷陰極管（Cold Cathode Fluorescent Lamp；CCFL）做為背光，其由一個燈管變頻器所啟動。用以控制此功能的信號被稱為脈衝寬度調變（PWM）信號，其頻率範圍通常是由100Hz到4KHz。如果其工作週期為百分之百開啟，則照明便會擁有完整的亮度。如果工作週期僅為50％，則亮度就只有百分之五十，如果工作週期只有15％，則照明就會被關掉。

當使用者按下顯示器上的亮度按鈕時，接收器將：

• 調整背光PWM暫存器設定，其將改變背光工作週期的開關狀態；





• 將新數值存在可讀的暫存器中；





• 設定一個位元，將此更新通知來源；





• 產生一個HPD中斷以通知來源。

回應此HPD中斷，來源將：

• 清除要求服務的位元；





• 顯示一個亮度條，做為使用者的視覺指示。若無其他的按鈕動作，此亮度條將會在數秒後消失。

若使用者按下按鈕去增加面板的亮度，則儲存於晶片暫存器的亮度數值將會被調高，且會對來源產生一個中斷，然後來源將在螢幕上顯示一個亮度調整條，約持續五秒鐘，如圖五。

《圖五　亮度顯示範例》

電力模式

此接收器也控制電力、按鈕和輸入數據等狀態的改變（請見圖六），這些可能的狀態包括：

• 低電力模式－顯示器的電力已開啟，但是沒有來自來源的信號（橙色LED）；





• 自行測試模式－顯示器的電力開啟，DisplayPort線纜未連接；





• 正常模式－顯示器電力開啟，且有DisplayPort信號（綠色LED）；





• 錯誤模式－顯示器電力開啟，但是出現異常狀況，例如超出範圍的繪圖模式（橙色LED閃爍）；





• 安全防護模式－顯示器電力開啟且處於安全時序模式，其為640x480 @60Hz的系統初始模式。接收器將在電力上升，但在組態完成前使用此設定。

《圖六　DisplayPort電力模式》

結語

DisplayPort在單一介面和線纜中結合音訊和視訊，以遠低於其他介面的成本提供更高的輸出效能。相較於VGA或是DVI，DisplayPort能省下半數以上的接腳和線纜，並提供多出25％，甚至更高的頻寬，DisplayPort徹底提升了影像顯示的效能和頻寬。藉由DisplayPort所能提供的頻寬，比其任何其他的顯示介面，DisplayPort的數據傳輸效率顯然有效率多了。

成本、效能、多功能性和小體積，這些都是DisplayPort將快速成為PC和手持式裝置的主流顯示介面標準的最佳理由。

---作者為IDT視訊顯示事業群專案管理總監---