W poniższym artykule przyjrzymy się z bliska złączom wideo używanym w monitorach LCD. Wraz z pojawieniem się nowej generacji złączy coraz więcej monitorów LCD oferuje różne rodzaje wejść sygnałowych. Jakość obrazu i swoboda użytkowania zależą w dużym stopniu od tego, jak dobrze użytkownik zna cechy każdego złącza i czy jest w stanie świadomie z nich korzystać, gdy podłącza do monitora urządzenia zewnętrzne.

Poniższy tekst został przygotowany na podstawie angielskiego tłumaczenia japońskiego artykułu „IT Media LCD Display Course II, Part 2” opublikowanego 16 grudnia 2008 roku. Copyright 2011 ITmedia Inc. Informacje o złączu Mini DisplayPort dodano w angielskim tłumaczeniu.

Złącza monitorów LCD przeznaczonych do pracy z komputerami PC można podzielić na dwie grupy: złącza analogowe, czyli pozostałość z czasów monitorów CRT, oraz nowsze złącza cyfrowe. W przypadku złączy analogowych konieczna jest dodatkowo konwersja sygnałów cyfrowych z wnętrza komputera na sygnały analogowe oraz konwersja sygnałów analogowych z powrotem do formatu cyfrowego przez monitor LCD odbierający sygnał. Proces ten może spowodować pogorszenie jakości obrazu (ma na to wpływ także jakość użytej ścieżki konwersji sygnału analogowego na cyfrowy). Złącza cyfrowe oferują lepszą jakość obrazu, ponieważ przesyłają sygnały cyfrowe bez konwersji ani modyfikacji.

Złącza monitorów LCD można także podzielić ze względu na podłączane do nich urządzenia: z reguły są to wejścia dla komputerów PC lub wejścia dla urządzeń audio-wideo (AV). Pięć najczęściej spotykanych złącz wejściowych dla komputera to D-Sub (do połączeń analogowych), DVI-D (do połączeń cyfrowych), DVI-I (zarówno do połączeń analogowych, jak i cyfrowych) oraz HDMI i DisplayPort, które reprezentują nową generację złączy do połączeń cyfrowych. Nowsze adaptery odbierają i wysyłają sygnały wideo z komputerów PC i monitorów LCD korzystając ze złącza USB.

Z kolei do najpopularniejszych złączy dla urządzeń AV należą Composite video, S–Video, Component video, D1 – 5 i HDMI. Wszystkie z nich (z wyjątkiem nowego standardu HDMI) korzystają z połączeń analogowych. Tak jak w przypadku wejść PC, cyfrowe połączenie HDMI zapewnia zazwyczaj lepszą jakość obrazu z urządzenia audio-wideo niż połączenia analogowe.

Warto pamiętać, że choć standard HDMI stworzono z myślą o urządzeniach audio-wideo, obsługuje on także komputery PC. Porty HDMI niektórych monitorów LCD oficjalnie obsługują sygnał PC, podczas gdy inne – bez względu na to, czy fizycznie umożliwiają wyświetlanie sygnału wejściowego z komputera PC – oficjalnie go nie obsługują.

Standard DVI (Digital Visual Interface) używa jednego z trzech typów złączy: DVI-D dla połączeń cyfrowych, DVI-A dla połączeń analogowych oraz DVI-I dla obu rodzajów połączeń. Analogowe złącze DVI-A nie jest powszechnie używane i nie ma dużego znaczenia przy wyborze monitora.

Warto pamiętać, że istnieją dwa typy popularnych połączeń cyfrowych DVI-D: single link i dual link. Połączenie DVI-D single-link umożliwia wyświetlanie obrazu w rozdzielczości maksymalnie 1920 × 1200 pikseli (WUXGA). Wyższe rozdzielczości (np. 2560 × 1600 pikseli) wymagają połączenia DVI-D dual-link, które zapewnia dwukrotnie większą przepustowość niż single-link (7,4 Gb/s lub więcej). Połączenie DVI-D dual-link jest możliwe tylko wtedy, gdy wejście DVI-D monitora LCD, wyjście DVI-D komputera PC i kabel DVI-D są kompatybilne ze standardem dual-link DVI-D.

Kolejny standard DVI, czyli DVI-I, może służyć zarówno do połączeń cyfrowych, jak i analogowych, w zależności od użytego kabla do monitora. Jako że analogowy sygnał DVI-I jest kompatybilny ze standardem D-Sub, da się stworzyć połączenie analogowe za pomocą kabla do monitora ze złączem D-Sub z jednej strony i złączem DVI-I z drugiej. W zależności od kabla i złączy po stronie komputera PC i monitora LCD czasem możliwe jest także użycie adaptera, aby połączyć złącze DVI-I ze złączem D-Sub.

Standardy HDMI, DisplayPort i Mini DisplayPort są także kompatybilne z HDCP, czyli technologią do ochrony praw autorskich cyfrowych treści, która autoryzuje urządzenia wejściowe i wyjściowe przed wyświetleniem obrazu wideo.

Kolejną zaletą jest to, że sygnały wideo w standardach HDMI, DisplayPort i Mini DisplayPort można swobodnie konwertować z i do standardu DVI-D, czyli cyfrowego interfejsu komputera PC. Odpowiedni adapter lub kabel konwertujący pozwala odbierać lub wysyłać sygnał wideo z lub do złącza DVI-D, HDMI, DisplayPort lub Mini DisplayPort. Niestety ta technika nadal nie jest idealna i w niektórych przypadkach urządzenia wejściowe i wyjściowe okazują się niekompatybilne (obraz wideo nie jest wyświetlany).

Choć standardy HDMI, DisplayPort i Mini DisplayPort pozwalają przesyłać sygnały audio i wideo za pomocą jednego kabla, standard DVI-D może przesyłać tylko sygnały wideo i wymaga osobnych portów wejścia-wyjścia oraz kabli dla sygnałów audio. Z tego względu podczas konwersji między standardami DVI-D a HDMI, DisplayPort lub Mini DisplayPort za pomocą jednego kabla można przesyłać tylko sygnał wideo (niektóre urządzenia mogą przesyłać sygnał audio ze strony DVI poprzez odpowiedni adapter).

Przyjrzyjmy się bliżej technologiom HDMI i DisplayPort.

Przy omawianiu standardu HDMI nie sposób nie wspomnieć o różnicach w funkcjonalności między jego poszczególnymi wersjami. Istotne rozbieżności występują zwłaszcza między wersjami HDMI do 1.2a włącznie a wersjami od 1.3 wzwyż.

Najważniejsze różnice przedstawiono w tabelach poniżej.

Wszystkie wersje HDMI są ze sobą wstecznie kompatybilne, dlatego sygnały audio i wideo można bez problemu odbierać i przesyłać nawet, jeśli urządzenie wyjściowe jest kompatybilne z wersją 1.3 lub nowszą, a urządzenie wejściowe z wersją 1.2a lub starszą. Należy jednak pamiętać, że jeśli urządzenie wyjściowe używa funkcji dostępnych dopiero od wersji 1.3, nie będą one dostępne w urządzeniu wejściowym zgodnym z wersją HDMI 1.2a lub starszą.

Choć wersja HDMI 1.3 daje możliwość obsługi standardów takich jak xvYCC i Deep Color, pozwalających wyświetlać kolory więcej niż 24-bitowe, nie wszystkie urządzenia z niej korzystają. W praktyce numer wersji HDMI, np. 1.3, wskazuje tylko teoretyczne specyfikacje techniczne, a każdy producent osobno decyduje, jakie funkcje udostępnić dla konkretnych produktów. W efekcie nawet urządzenie kompatybilne ze standardem HDMI 1.3a może nie mieć wszystkich funkcji obsługiwanych w wersji 1.3a.

DisplayPort 1.0 oferuje maksymalną prędkość transmisji 10,8 Gb/s, obsługę rozdzielczości do 2560 × 2048 pikseli lub więcej, głębię koloru 48 bitów (16 bitów na kolor RGB) i maksymalną częstotliwość odświeżania 120 Hz (120 klatek na sekundę). Podstawowe specyfikacje tego standardu są więc bardzo zbliżone do specyfikacji HDMI. Jednakże w przeciwieństwie do HDMI, w którym transmisja sygnału zegara oraz sygnałów wideo RGB odbywa się oddzielnie, w DisplayPort wszystkie sygnały audio i wideo są przesyłane do urządzenia docelowego przez jedno połączenie szeregowe, podzielone na tzw. „micro-pockets” (jednostki transferu).

Standard DisplayPort 1.3 będzie obsługiwał rozdzielczość do 8 K (8192×4320)

DisplayPort to interfejs szeregowy tak jak PCI Express, generujący zegar z danych zamiast na podstawie zewnętrznych sygnałów zegara, dlatego możliwe jest łatwe zwiększenie prędkości transmisji danych oraz dodawanie funkcji. Oprócz tego DisplayPort korzysta z konfiguracji, w której monitor LCD jest obsługiwany bezpośrednio, co pozwala ograniczyć liczbę komponentów. Inną zaletą DisplayPort jest możliwość przesyłania sygnałów na odległość do 15 metrów.

W standardzie DisplayPort stronę wyjściową definiuje się jako urządzenie źródłowe, a stronę wejściową jako urządzenie synchronizujące. Komunikacja między urządzeniem źródłowym i synchronizującym pozwala na automatyczne dopasowanie optymalnej rozdzielczości, głębi koloru i częstotliwości odświeżania transmisji. Dane audio i wideo mogą być przesyłane przez kombinację kanałów pojedynczych, podwójnych lub poczwórnych z prędkością 1,62 Gb/s lub 2,7 Gb/s. Konfiguracja minimalna to pojedynczy kanał o prędkości 1,62 Gb/s, a maksymalna – cztery kanały o prędkości po 2,7 Gb/s (razem 10,8 Gb/s).

W urządzeniach synchronizujących istotne są obsługiwane przez nie formaty audio oraz inne parametry. W przypadku audio konieczna jest kompatybilność z 16-bitowym liniowym PCM (32/44,1/48 kHz). Obsługa innych formatów jest opcjonalna, ale DisplayPort jest kompatybilny z wysokiej jakości formatami audio takimi jak Dolby TrueHD i DTS HD. W przypadku danych barw wymagana jest kompatybilność ze standardami RGB, YCbCr (4:2:2) i YCbCr (4:4:4).

Opłaty licencyjne za wdrożenie HDMI i DisplayPort

Istotną różnicę między standardami HDMI i DisplayPort stanowią opłaty licencyjne. Za wdrożenie HDMI w swoim urządzeniu producent musi zapłacić 10 tysięcy dolarów rocznie, podczas gdy implementacja HDCP wymaga opłaty w wysokości 15 tysięcy dolarów rocznie. Rzecz jasna wiąże się to z pokaźnymi kosztami dla producentów. Jeśli detaliczna cena produktu końcowego odzwierciedla koszta licencyjne poniesione przez producenta, różnicę odczuje także przeciętny użytkownik. Bardziej powszednim przykładem jest kabel HDMI, który także jest objęty opłatą licencyjną, zawyżającą jego cenę w stosunku do innych kabli audio-wideo. Opłaty licencyjne nie są jednak jedynym czynnikiem wpływającym na ceny urządzeń – liczą się także m.in. wymagania dotyczące jakości.

Standard DisplayPort nie wymaga żadnych dodatkowych opłat poza licencją na HDCP, dlatego jest bardziej opłacalny dla producentów. Rozwój produkcji masowej może spowodować dalszy spadek cen produktów z tym interfejsem, na czym skorzystają zwykli użytkownicy. Mimo to HDMI nadal pozostaje najpopularniejszym standardem cyfrowym dla sprzętu audio-wideo i konsoli do gier wideo. Wydaje się mało prawdopodobne, aby DisplayPort – nawet ustandaryzowany przez producentów komputerów PC – zajął jego miejsce. Nie zmienia to jednak faktu, że coraz więcej kart graficznych do komputerów oraz urządzeń (m.in. MacBook) obsługuje DisplayPort. Pozwala to przypuszczać, że popularyzacja tego standardu będzie postępować dalej.

Wejście Component video ma oddzielne, oznaczone innym kolorem gniazdo dla każdego z trzech typów sygnału wideo: zielone dla Y, niebieskie dla Pb (Cb) i czerwone dla Pr (Cr). W większości przypadków kompatybilne formaty wideo to 480i, 480p, 720p i 1080i (złącza Y, Cb i Cr obsługują format wideo 480i, a złącza Y, Pb i Pr formaty wideo wyższej jakości).

Choć porty Component video oferują lepszą jakość sygnału niż większość pozostałych analogowych wejść wideo, wiążą się z nimi także pewne niedogodności, m.in. bardziej skomplikowane połączenia (wynikające z obecności trzech gniazd zamiast jednego) oraz większe wymagania dotyczące pamięci urządzeń wyposażonych w takie porty. Ponadto wejścia Component video nie pozwalają na przesyłanie sygnałów kontrolnych. W Japonii powszechnie używa się standardu D-Terminal, stworzonego przez organizację JEITA (Japan Electronics and Information Technology Industries Association), w którym wprowadzono rozwiązania ograniczające powyższe problemy.

D-Terminal łączy trzy składowe sygnału Component video w jednym kablu, a także obsługuje sygnał kontrolny pozwalający określić linie skanowania, metodę skanowania oraz proporcje obrazu. Co ciekawe, nazwa „D-Terminal” pochodzi od kształtu złącza, które przypomina literę D, a nie od słowa „digital” („cyfrowy”) – sygnały przesyłane przez D-Terminal są analogowe.

W tabeli poniżej przedstawiono typy złączy D-Terminal (D1 – 5) i odpowiadające im formaty wideo. Choć wiele produktów ma złącza D5 kompatybilne z sygnałem wideo 1080p, nie jest to sprecyzowane w oficjalnym standardzie JEITA.

Istnieją dwa typy portów S-Video: port S1 potrafi zidentyfikować wideo w formacie 4:3 i 16:9, a port S2 potrafi zidentyfikować wideo w formacie letterbox z czarnymi paskami u góry i u dołu, aby wyświetlić obraz w formacie 16:9 na monitorze o proporcjach 4:3. Urządzenie odbierające sygnał wideo w formacie 16:9 lub letterbox przeprowadza skalowanie i wyświetla obraz w odpowiednich proporcjach.

Porty S-Video i Composite obsługują obrazy wideo maksymalnie w standardzie NTSC (480i). W przyszłości będą prawdopodobnie stopniowo wycofywane i ich użytkowanie zostanie ograniczone do zastosowań wymagających połączenia ze starszym sprzętem wideo, np. z odtwarzaczami kaset VHS lub kamerami wideo.

Analogowe interfejsy wideo (łącznie z D-Terminal i Component video) można uszeregować w kolejności od standardu dającego najlepszą jakość obrazu po standard dający najgorszą jakość obrazu: są to kolejno Component video, D-Terminal, S-Video, Composite video.