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電競需求推高顯示器規格,DisplayPort測試案例解析

發佈日期:2024/11/26DP
發佈單位:iST宜特

隨著電競市場的蓬勃發展,對高性能顯示技術的需求日益增強。DisplayPort(DP)以其卓越的通道傳輸能力,多顯示器連結能力及多樣性的周邊擴展,成為市場上關鍵的視訊接口。
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電競產業持續成長,根據德國Statista調研機構統計,2023年,當全球最受歡迎電競遊戲《英雄聯盟》世界總決賽時,吸引了超過640萬人次觀看,遠遠超過當年NBA賽季的電視觀眾人數156萬人。此外,根據NewZoo報告預測,2025年,全球電競觀眾將高達640億人,相當於全球每8人中就有觀看電競賽事。今年國際奧委員會也正式投票通過,宣布2025年將於沙烏地阿拉伯舉辦首屆奧林匹克電競運動會。這樣的成長趨勢無疑為電競產業帶來更多商機,也使得顯示技術在高解析度、多頻道傳輸及多設備連結上的需求更加重要。

在全球多媒體技術高速發展的環境中,HDMI (High Definition Multimedia Interface, 高畫質多媒體介面) 和DisplayPort (DP) 為兩大主流的視訊接口。從2000年代起,兩者在技術上各有其發展,分別以不同的產品類別在各自的領域中發光發熱。

HDMI特點是可支援高畫質音視頻傳輸,支援4K、8K解析度及HDR技術,並且可以同時傳輸音訊和影像,大部分應用在多媒體系統,例如電視、AV擴大機、機上盒和遊戲主機等等領域,比較偏向於家電類產品的應用,普及率較高。

而DisplayPort特點是高刷新率、超高解析度(理論值高達16K,但目前尚未有產品實際應用),並可同時連接多個顯示器(需支援MST),適合需要高性能和高帶寬的應用,常見於電腦顯示器、專業工作站。近年來DP亦與USB Type-C的整合,在電競產業市場以及相容於USB Type-C的裝置有強大的優勢,亦可和USB (Universal Serial Bus, 通用序列匯流排) 與 Thunderbolt 等標準相結合。

本篇宜特小學堂將針對DisplayPort (DP)近期測試上最常遇到的客戶難題,分享宜特訊號測試實驗室的實際案例,為您的產品前進電競市場、超高規專業影像處理等產業,提供第一手最實用測試資訊。

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  • 一、DisplayPort究竟是什麼?

    DisplayPort (簡稱DP) 是由VESA ( Video Electronics Standards Association, 視訊電子標準協會) 管理的視訊接口標準。DisplayPort 是顯示晶片/顯示器行業開發的新一代影音傳輸介面,可以實現高顯示性能、高穩定性和多功能性,可以在各裝置間提供更好的使用者體驗及操作。

    從2006年第一個版本DP1.0開始,到2023年底最新推出的DP2.1a,DP已歷經超過十次的修訂。現行最普及的版本為DP1.4,在2016年推出後將Data Rate從原本DP 1.2最高支援5.4 Gbps推高到了8.1 Gbps,使其可以傳輸7680x4320p (8K) @30Hz的解析度,再搭配DP 1.4的新功能DSC (Display Stream Compression, 影像壓縮傳輸) 後可以輕鬆地透過單條cable傳輸7680x4320p @60Hz的解析度。同時也導入了HDR (High Dynamic Range,高動態範圍) 以及Adaptive Sync(同步自動適應),讓整體的視覺體驗更上了一層樓。

    近期推出的DP 2.1可說是DP里程碑上的大躍進,先從Link Rate來看,從原本的8.1 Gbps直接躍進到了最高可支援20 Gbps;編碼也從原本的8b/10b新增支援128b/132b,使其能更有效率的使用通道;當然在DP 2.1也支援DSC的功能,讓解析度也可以輕鬆地上到3840x2160p (4K) @ 240Hz或者是10240×4320 (10K) @ 60Hz (未來規劃可支援到16K的解析度,目前暫時還沒有看到產品實現)。

    DP 表1:DP2.1和1.4版本所支援的Link Rate,DP2.1也向下支援1.4的Link Rate。UHBR: Ultra High Bit Rate; HBR: High Bit Rate; RBR: Reduced Bit Rate. (資料來源: Displayport官網;iST製表)

    表1:DP2.1和1.4版本所支援的Link Rate,DP2.1也向下支援1.4的Link Rate。UHBR: Ultra High Bit Rate; HBR: High Bit Rate; RBR: Reduced Bit Rate.
    (資料來源: Displayport官網;iST製表)

    DP 各解析度尺寸比較示意圖。解析度與頻寬的關係,概念上有如灌溉耕地時渠道的大小以及灌溉的面積;當需要灌溉更大面積的耕地時,就需要更大更寬的渠道來進行水的供給。(資料來源:iST)

    圖1: 各解析度尺寸比較示意圖。解析度與頻寬的關係,概念上有如灌溉耕地時渠道的大小以及灌溉的面積;當需要灌溉更大面積的耕地時,就需要更大更寬的渠道來進行水的供給。(資料來源:iST)

    為因應更高速率的傳輸,VESA也已推出新的傳輸線 (Cable) 以及Enhanced DP Connector規範,不過現行某些新規格的傳輸線長度仍較短,較不方便使用,為了解決這個問題,VESA正積極解決Cable長度的問題,相信不久後就可以看到相關的產品在市面上流通,讓整體的體驗更為順暢與方便。不過筆者認為雖然目前有些規格的傳輸線較短,但實際應該可以應用在迷你電腦主機(例如Intel的NUC迷你電腦) 掛在螢幕後面時使用,這樣子理線就會更為方便。

    DP 圖2:VESA推出的新傳輸線DP80 Type C to Enhanced DP Cable(最高支援到UHBR20),因傳輸線長度較短,使用上較不方便。另外,也因為傳輸線一端是DP接頭,另一端為 Type-C 接頭,在使用時只有單純DP的功能使用,無法像雙端都是Type C接口的線材,可同時具備傳輸 USB 資料以及提供電力的能力,使用時要稍稍留意。(資料來源:iST)VESA推出的新傳輸線DP80 Type C to Enhanced DP Cable(最高支援到UHBR20),因傳輸線長度較短,使用上較不方便。

    圖2:VESA推出的新傳輸線DP80 Type C to Enhanced DP Cable(最高支援到UHBR20),因傳輸線長度較短,使用上較不方便。另外,也因為傳輸線一端是DP接頭,另一端為 Type-C 接頭,在使用時只有單純DP的功能使用,無法像雙端都是Type C接口的線材,可同時具備傳輸 USB 資料以及提供電力的能力,使用時要稍稍留意。(資料來源:iST)

    更多的DP2.1特點,可參考VESA網站介紹

    DP 圖3:DP2.X經歷過了2.0, 2.1, 2.1a,由於2.0與2.1發布至今已經過了較久的時間,目前大家所討論的以DP2.1a 標準為主。圖表灰色部分表示是版本過渡期;綠色部分為現行還有在執行認證使用的標準;橘色表示發展中。(資料來源: Displayport官網;iST製圖)

    圖3:DP2.X經歷過了2.0, 2.1, 2.1a,由於2.0與2.1發布至今已經過了較久的時間,目前大家所討論的以DP2.1a 標準為主。圖表灰色部分表示是版本過渡期;綠色部分為現行還有在執行認證使用的標準;橘色表示發展中。(資料來源: Displayport官網;iST製圖)

  • 二、DisplayPort的特點,多螢幕工作的最佳選擇

    DP的優點除了上述提到的具備超高刷新率、超高解析度,可提供觀影者更滑順流暢的畫面之外,還有以下幾個特點:

    (一)支援性與擴充性

    DP的裝置可以透過各類型的轉接頭(Adapter)來連結HDMI、DVI (Digital Visual Interface, 數位視訊介面)、VGA (Video Graphics Array, 視頻圖形陣列)等傳統影像接口;在加入Type-C大家庭後,也可以簡單地透過一條Type C cable進行影像、資料以及電力的傳輸;如果再搭配上Type-C的擴充基座 ( Docking Station),就可以實現更多擴展的功能,可連接多種顯示接口,例如DP、HDMI、Type C;又或是乙太網 (Ethernet)、USB、SD Card資料傳輸介面和耳機插孔、光纖音效傳輸介面等等,工作者只需要帶著筆記型電腦搭配擴充基座 ( Docking Station)透過一條Type C傳輸線和兩個以上的擴充基座 ( Docking Station),就可以在多地點與多種裝置進行連接。

    (二)多螢幕工作提升效率與娛樂體驗

    如果工作上有多工的需求,DP還支援了MST ( Multi Stream Transport, 多串流傳輸) 的功能,讓您只需透過簡單的接線,即可同時在多個螢幕上工作。以筆者的工作習慣來說,使用MST搭載三台螢幕,同時可以瀏覽四到六個文件檔案,讓整體工作效率提升。並在需要時,只需拔除Type -C傳輸線就可以將筆記型電腦帶著走;又或是影像工作者,同時可以用直幅或橫幅來依照需求串接螢幕進行照片的編修;影音數據相關的工作者,也可以同時編輯瀏覽影片,同時跟夥伴開會討論,並進行網頁文件閱讀等等。當然用在休閒娛樂也是很方便的。

    比較HDMI和DP多螢幕的連接方式 (圖4和圖5)。使用 HDMI 連接多螢幕時,每個外接螢幕需要對應的 HDMI 插槽。然而,大多數筆電的 HDMI 插槽有限,因此難以擴展;而 DP 則能利用串接技術,將多個螢幕串連起來,從而擴展出更多外接螢幕。

    DP 圖4:HDMI多螢幕工作圖示。(資料來源:iST)

    圖4:HDMI多螢幕工作圖示。(資料來源:iST)

    DP 圖5: DP多螢幕工作圖示。

    圖5: DP多螢幕工作圖示。(資料來源:iST)

    DP 圖6:MST與擴充基座 ( Docking Station) 多螢幕實際使用情境,筆電可輕鬆串接三台螢幕以及周邊裝置。(資料來源:iST)

    圖6:MST與擴充基座 ( Docking Station) 多螢幕實際使用情境,筆電可輕鬆串接三台螢幕以及周邊裝置。(資料來源:iST)

    (三)以前從來沒有想到的事情-筆電竟透過螢幕來供電?!

    筆者擁有一台有Type-C Port並支援DP ALT MODE的螢幕,該螢幕支援USB PD (Power Delivery) 100W,也擁有一台微型電腦可透過Type-C Port來供電,這樣的組合配置下,僅需透過一條Type-C傳輸線就可以讓微型電腦靠著螢幕進行供電,並可同時傳輸畫面,USB裝置也可以透過螢幕的USB 集線器來與微型電腦連接,這是以前從來沒有辦法想像的事情。

    (四)先進應用的適應性

    VR/AR設備需要高帶寬來傳輸高畫質的視訊,實現沉浸式的用戶體驗。DP在這方面的性能成為這些設備的理想選擇。早期的AR、VR顯示器必須透過各家特殊或是其他種類的傳輸線進行裝置的連接,在DP導入Type-C後,已經可以透過一條Type-C線進行資料、影像和電力的傳輸。也因為導入Type-C的關係,可更容易與一些隨身行動裝置間連接使用,例如手機、掌上型遊樂器。

  • 三、宜特DP測試案例分享

    宜特訊號測試實驗室,從產品除錯、測試到取得認證,嚴謹的對待每一個送測樣品。亦提供客戶多樣化的量測數據,以評估產品對於規範的完成度,包含了PHY (電氣特性)、Link (溝通協定)、EDID (Extended Display Identification Data,顯示規範確認) 以及IOP (互操做性) 的多樣化測試,也有專業的相容性部門提供客製化的測試服務內容。

    以下宜特訊號測試實驗室將分享常見案例,讓您對DP測試有更多的了解。

    (一)案例一:快速解決晶片測試初期常見問題,避免客戶時間浪費

    在案件初期,可藉由客戶提供的晶片供應商資訊來判斷無法執行的現象並確認流程,以下為常見情況。

    1. 晶片 A:若進入省電模式 (Power Saving Mode) 後會無法回報錯誤位元(Error Bit),這時可以先從系統螢幕顯示選單 (OSD) 進行關閉省電模式,或是透過其他方式使其不會進入省電模式。
    2. 晶片 B:如果韌體 (Firmware) 沒有進行固定端口 (Fixed Port) 在執行測試上就會導致訊號無法鎖定 (Lock),可以先從設定上嘗試進行Fixed Port看現象有沒有改善。
    3. 晶片 C:測試需特定模式,需確認待測物是否已切換至適合模式。

    排除這些問題後,才會進一步檢查是否為韌體設定或其他問題。這些在產品送測初期容易遇到的狀況,在我們經驗的加持下,可避免進案後因工程師不了解產品的特性,而浪費掉客戶寶貴的時間,也可以隨時與實驗室的工程師連線溝通,迅速的釐清問題。

    (二)案例二:使用第三方工具進行除錯,提供客戶數據分析支援

    當DP產品在進行測試中遇到問題,我們也可以協助透過第三方的工具,例如:PD Sniffer或是AUX Monitor (Auxiliary Monitor,輔助訊號監控器) 來提供資料讓客戶進行分析,對於一些可以由宜特判斷的問題,也可以給予客戶一些建議或方向。

    DP 圖7. 利用AUX Monitor來進行AUX log的錄製與問題的分析,確認Link Training狀況以及DPCD (DisplayPort Configuration Data) States。(資料來源:iST)

    圖7. 利用AUX Monitor來進行AUX log的錄製與問題的分析,確認Link Training狀況以及DPCD (DisplayPort Configuration Data) States。(資料來源:iST)

    DP 利用PD Sniffer來錄製Log與問題分析,確認測試是否正常進入DP ALT MODE。

    圖8. 利用PD Sniffer來錄製Log與問題分析,確認測試是否正常進入DP ALT MODE。
    (資料來源:iST)

    (三)案例三:確保DP系統穩定運作,AUX Channel的訊號分析與故障排查

    在DP測試中,AUX Channel 作為 Source 與 Sink 之間的重要溝通橋樑。以下案例展示如何透過示波器量測,進行AUX Channel電氣訊號的分析。

    圖9a中AUX-端(藍色)的訊號因為不正常配置,導致整個通道異常無法正確傳輸訊號,透過Single-end的探棒來進行訊號的分析量測。

    DP 圖9a. 使用示波器來進行DP AUX Channel的問題確認,示波器CH3的訊號明顯失真(見藍色波型)。

    圖9a. 使用示波器來進行DP AUX Channel的問題確認,示波器CH3的訊號明顯失真(見藍色波型)。(資料來源:iST)

    圖9b則是配置上AUX Channel的正負端,應該要為一個相位相反振幅大小相同的訊號(圖9c),一樣在Single-end的檢查下發現,因為設定錯誤變成了兩個相位相同的訊號。如此一來,在經過Differential的處理後振幅會變成非常的小,進而導致連接的裝置辨識失敗。而正常的AUX Channel訊號在經過Differential處理後的樣子,請見圖示 ( 圖9d)。

    DP 圖9b. 使用示波器來進行DP AUX Channel的問題確認,AUX Channel的正負端相位相同。(資料來源:iST)

    圖9b. 使用示波器來進行DP AUX Channel的問題確認,AUX Channel的正負端相位相同。(資料來源:iST)

    DP 圖9c. 這張圖為AUX Channel正常工作的波形,正常的AUX Channel正負端訊號應該為振幅大小相同,相位相反的訊號。(資料來源:iST)

    圖9c. 這張圖為AUX Channel正常工作的波形,正常的AUX Channel正負端訊號應該為振幅大小相同,相位相反的訊號。(資料來源:iST)

    DP 圖9d. 正常的AUX Channel訊號在經過Differential處理後的樣子。

    圖9d. 正常的AUX Channel訊號在經過Differential處理後的樣子。(資料來源:iST)

    當Source 的AUX_CH DC Level配置錯誤時,由於AUX Detect機制可能造成無法與AUX Controller溝通而導致無法測試(圖9e)。

    DP 圖9e.當Source 的AUX_CH DC Level配置錯誤時出現的警示對話框。此案例中AUX+-的電壓均為3V,正常為0.3V與3V。我們也透過AUX Monitor來觀察現象,只看到Reference Sink進行了HPD的動作後TX就沒反應了。

    圖9e.當Source 的AUX_CH DC Level配置錯誤時出現的警示對話框。此案例中AUX+-的電壓均為3V,正常為0.3V與3V。我們也透過AUX Monitor來觀察現象,只看到Reference Sink進行了HPD的動作後TX就沒反應了。(資料來源:iST)

    當DP的AUX Channel無法正確的傳輸訊號時,將有可能造成DP的Link Training失敗而導致無法揮發完整的功能。DP AUX Channel的傳輸速度雖然不快,但在整個DP裡佔有相當重要的角色,扮演裝置間連線溝通的橋樑,讓Source與Sink連接時能透過AUX Channel來進行訊息的交換,在完成Link Training後才能開始進行影像聲音的傳輸。可以從下方圖10來看DP的主要通道組成。

    DP 圖10. DP通道的主要組成,由一組4 CH高速的Main Link,訊號傳輸方向是由DP TX傳向DP RX,加上一對AUX_CH,是一個雙向半雙工的通道,以及一個HPD (Hot Plug Detect)通道由DP RX發起HPD或是HPD_IRQ(Interrupt Request)。(資料來源:iST)

    圖10. DP通道的主要組成,由一組4 CH高速的Main Link,訊號傳輸方向是由DP TX傳向DP RX,加上一對AUX_CH,是一個雙向半雙工的通道,以及一個HPD (Hot Plug Detect)通道由DP RX發起HPD或是HPD_IRQ(Interrupt Request)。(資料來源:iST)

    若進行PHY量測時異常中斷,可使用示波器來進行波形確認(圖11)。

    DP 圖11. PHY量測時異常中斷,使用示波器來進行波形確認;發現待測物在固定周期發生訊號異常。(資料來源:iST)

    圖11. PHY量測時異常中斷,使用示波器來進行波形確認;發現待測物在固定周期發生訊號異(資料來源:iST)

宜特身為VESA合格授權的實驗室,除了為各位繼續分享最新規範之外,在產品不斷推陳出新的世代,除了標準的認證測試外,我們積累豐富的經驗,亦能根據客戶提供的方塊圖或相關資料進行評估,並推薦適合的測試內容。如果是非標準產品,我們也可以與工程團隊討論想要進行的測試,並評估其可行性,確保客戶在測試過程中獲得最佳的協助和滿意的結果。

如果有DisplayPort認證上相關的問題,歡迎來信或來電到宜特訊號測試實驗室 +886-2-2792-2890分機2738 柯先生(Chris) │Email: [email protected][email protected]