DP vs HDMI 誰才是遊戲玩家最佳選擇?
在目前市面上顯示器接口中,VGA和DVI已經逐漸退出了歷史舞台,Type-C還算是小眾,而DP(DisplayPort)與HDMI則成為了主流產品的標配,目前的主流級顯卡也是以這兩個輸出接口為主,而新的問題也隨之誕生了:當這兩個接口都可以使用的時候,選擇哪個會更好?
對於大部分普通的消費者來說,顯示器能跟主機正常連接就行,隨便哪個接口都無所謂,反正能正常使用,但是對於DIY玩家來說,這個問題就顯得非常重要,但是跟顯卡和顯示器的性能參數相比,這又是一個很容易被忽視的問題。
尤其是在配備了FreeS、HDR、高分辨率(4K以上)、高刷(144Hz以上)等特性高端顯示器中,這兩種接口連接同一設備通常都會存在差異,如果不能選擇最佳的連接方式,可能會出現各種兼容性問題,導致無法發揮顯卡和顯示器的最佳表現。
而要知道如何作出適合自己的選擇,我們首先得重新認識一下DP與HDMI兩種接口。
DP和HDMI的發展歷史
從發展歷史來看,HDMI算是前輩,首個標準早在2002年已經問世,目前最新的標準協議版本是HDMI2.1,而DP接口算是後來者,首個標准出現在2006年,目前最新的標準協議版本是DP2.0,這兩款接口是視頻傳輸接口全面進入數字時代的標誌,之前的DVI接口接口雖然也採用數字信號進行傳輸,但是不能承載音頻和數據流
而雷電和USB3.*協議的Type-C接口中,它們傳輸視頻信號也是是通過DP協議通道進行數字畫面傳輸的,嚴格來說也算是DP協議的一種特殊接口形式。雷電2支持DisplayPort 1.2,而雷電3和遵循USB3.1規範的全功能Type-C則支持到最新的DP3.0協議,但是兩者在帶寬上有區別(雷電為40GB/s、USB3.1為10GB/s),單純考慮視頻傳輸能力的也存在一定差異,這個我們之後有機會再聊。
經過多年的發展,雖然DP接口和HDMI接口的基本形態幾乎沒有任何改變,但不同協議版本的接口在傳輸能力上卻存在巨大的差異,因此我們在考慮著兩者哪個更適合的情況下,也必須考慮到具體的版本。
DP和HDMI標準都是向後兼容的,你在十年購買的HDMI1.0線材現在仍可以與最新的RTX30系列顯卡搭配使用。但是由於顯示器、線材和顯卡之間進行連接的木桶效應,最大顯示分能力上限只能是兩者之間較低的那一方。
這樣連接這可能意味著支持144 Hz和HDR的4K遊戲顯示器搭配RTX3080,最終只能以4K和24Hz的模式下運行,完全無法釋放兩個硬件的真實能力。這個例子可能比較極端,但是卻直接反映了選HDMI還是選DP的關鍵:能否完美髮揮硬件的性能表現。
下面圖是歷代DP接口和HDMI的相關信息,要避免上述提到的這種尷尬狀況,可以在這個表格中快速找到所支持的顯示模式。
這兩種接口在每一代接口中最重要的參數就是傳輸速率和數據速率。在早期的DP和HDMI標註中,數字信號大多使用8b/10b的比特率編碼進行傳輸。在8b/10b編碼模式下,意味著每8位數據在實際傳輸中需要10位的傳輸帶寬,而這些多出來的冗餘用來確保信號的完整性,這意味著他們只有80%的理論帶寬可以用來傳輸數據。
而在最新的協議下,DP 2.0採用128b/132b進行傳輸,編碼效率效率提升到97%,而HDMI 2.1則採用16b/18b進行傳輸,編碼效率為88.9%,雖然HDMI上還配備輔助通道來傳輸其他數據,但是對數據速率的影響並不大,加上同代的DP接口一般都擁有更高的傳輸速率,所以最新一代DP接口相對HDMI的擁有更高的數據速率,要理解這一點,我們需要更好地l理解傳輸帶寬的意義。
數據傳輸帶寬的意義
所有採用數字傳方式(包括DP,HDMI和DVI接口)進行傳輸的視頻數據都需要一定的數據帶帶寬,顯示屏上的每個像素都擁有紅色,綠色和藍色(RGB)這三個數據點,或者使用亮度,藍色色度差和紅色色度差(YCbCr / YPbPr)三個數據點的形式進行數據傳輸。
而在輸出端,無論顯卡內部進行什麼運算,最後生成的數據都會轉換為用於顯示的信號,這些現實信號一般包含一個16位的RGBA信息(其中A是alpha意為透明度信息)。
目前最常見的標准採用的是24位顏色,這種模式下每個像素點的紅色,綠色和藍色分量數據分別佔用8位數據,這個也是我們電腦顯示數據中位深度數據的來源。而在HDR和高色深顯示器中,為了顯示更豐富的顏色數據,每種顏色的數據佔用提高到10位數據,這意味著每個像素點採用30位顏色可以帶來更出色的顯示效果。
而在部分頂級專業顯示器中,位深度甚至提升到12位和16位,不過目前還非常小眾,我們普通消費能接觸的產品大都是以8bit為主,小部分高色準和HDR顯示器為10bit ,在這種情況下,顯示信號使用的是每像素24位或30位數據,我們將這個數字乘以像素數和屏幕刷新率,就可以快速計算出要實現這種傳輸畫面所需的最小帶寬。
以上面這款顯示器為例,要實現3440 * 1440 @ 100 Hz的顯示效果所需的帶寬:8bit模式下需要的帶寬(每秒數據量)為24*3440*1440*100Hz=118886450000bps≈13.8Gbps,而在10bit模式下需要的帶寬為為30*3440*1440*100Hz=14860800000bps≈17.3Gbps。
當線材或輸出端接口不能滿足該需求時,只能在降低分辨率、降低刷新率和關閉HDR下做選擇,以我使用筆記本電腦進行連接的情況下,採用HDMI2.0接口(14.4Gbps)進行連接時可以順利開啟3440*1440@100 Hz模式,但換成用全功能Type-C(USB3.1協議)進行連接時,受接口帶寬(10Gbps)限制,只能開啟3440*1440@ 60Hz的顯示模式
而且在實際應用中,滿足這個最低理論傳輸帶寬還不夠嚴謹,實際應用中還需要留有一定冗餘,需要通過更加複雜的計算才能確定所需要的帶寬,為了可以直觀地體現出帶寬需求,視頻電子標準協會(Video Electronics Standards Association, VESA)推出了一套直觀的參考標準。
只要將這個表與上文中出現的接口規範帶寬進行校對,即可快速確認適用分辨率,如果所需的數據帶寬小於標準支持的最大數據速率,這個分辨率和幀率即可正常使用。
需要注意的是,上圖所製定的標準是基於未壓縮信號,而為了在受限的硬件帶寬條件下輸出更高分辨率的畫面,HDMI和DP接口還加入了對顯示串流壓縮技術(Display Stream Compression ,簡稱DSC)的支持,這項技術可以幫助設備更好地克服接口帶寬帶來的物理限制。DP這邊早在1.4版本就加入了對DSC1.2的支持,HDMI這邊也在最新的2.1版本中加入了對這一技術的支持。
在8K和60Hz時,基本的8bit模式下,需要49.65 Gbps的數據帶寬,當開啟10bit的HDR模式時則需要62.06 Gbps的帶寬,而當開啟8K+120 Hz+10bit HDR時,在無壓縮狀態下傳輸需要高達127.75 Gbps的傳輸帶寬,這在目前根本沒有接口可以滿足這一需求。
而通過轉換為4:2:2或4:2:0 YCgCo並使用增量PCM編碼,DSC最高可以提供高達3:1的壓縮比,宣稱可以提供了“視覺無損”的效果,使用DSC讓8K +120Hz+HDR的所需帶寬僅為42.58 Gbps,得以在現有的HDMI2.1和DP2.0接口下下實現這種極致的顯示效果。
除了傳輸視頻,HDMI和DP還需要預留帶寬來傳輸數字音頻數據,目前的標準下,他們當前最多將36.86 Mbps(0.037 Gbps)的帶寬音頻用於音頻,雖然會佔用整體帶寬,但是整體影響並不大。
通過上面的介紹不難看出,通過簡單的分辨率*刷新率*顏色深度的帶寬計算方式顯然不夠全面,因為具體的性能表現還要考慮到時序標準、編碼方式和音頻佔用帶寬等因素,雖然佔用帶寬仍然是越大越好,但是顯然不是影響視頻信號傳輸能力的唯一參考標準。
DP與HDMI接口優劣
在目前的主流市場中,DP1.4是目前DisplayPort標準中功能最強大且普遍的版本,雖然DP2.0規範已經在去年(2019年)6月發布,但至今人仍沒有支持該接口的消費級顯卡和顯示器被推出。
而前段時間推出RTX30系列顯卡上搭載的仍是DP1.4接口,雖然可用帶寬不如同時搭載的HDMI 2.1,但是最高達8K@65Hz的性能表現已經能滿足當前的需求。
不過8K顯示設備目前主要都是以電視為足,基本也是利用HDMI 2.1接口來實現8K信號傳輸,而且參考以往DP在電視市場的表現,短期內也不太可能會有使用DP2.0的產品推出,換句話講,在DP2.0大規模科普之前,DP的極限傳輸表現暫時都無法與HDMI2.1媲美。
DP的優勢之一是原生支持可變刷新率(VRR),這像技術在DP1.2a後就成為DP標準的一部分,這也是FreeSync技術(兼容G-Sync)近年來大規模普及的基礎,要使用這一技術就必須使用DP接口。
此外,由於加入了固定卡扣開關,DP接口和線材的穩定性都要優於HDMI,像HDMI那種不小心拉扯就會把“斷頭”的風險幾乎不存在。
而且DP還可以通過多流傳輸(MST)將多個屏幕連接到單個端口,部分顯示器還支持基於該技術的DP串聯功能(顯示器間通過DP接口直連),在拓展性上會更加出色。
由於HDMI需要認證的標準協議,而DP則是一項開放的標準協議,許多顯示技術上的創新(例如DSC,G-Sync和FreeSync)都會優先出現在DP上,之後才會慢慢出現在HDMI上的重要原因。
而DP線纜上還有一個限制它使用場景的關鍵參數:它的最大長度在目前標準下被限制在3m以內,這個因素導致它不太可能應用在家庭影院、長距離傳輸信號等應用場景, 99%的情況下它只能用在台式主機和顯示器之間,這也間接限制了這種接口在電視和投影儀等設備上的應用。
在最重要的傳輸帶寬上,由於DP協議擁有後發優勢,HDMI在同期的帶寬表現上一直稍遜於DP,HDMI2.1這次搶先面市算是扳回了一城。雖然一直在紙面參數上一直“落後”,但是在非極高分辨率+刷新率運行的情況下,目前最主流的DP1.4和HDMI2.0其實不會有可感知的區別。
自2013年HDMI 2.0發布以來,HDMI接口已經可以在8bit顏色的情況下實現4K@60 Hz傳輸效果,並且4:2:0 YCbCr輸出模式下實現最高8K@30Hz的顯示效果,不過會存在邊緣看起來模糊。
而對於可變刷新率技術的缺失,HDMI從2.0b開始也通過AMD的擴展芯片添加對FreeSync和G-Sync技術的支持,而且在HDMI 2.1協議中把該技術列入到新標準當中。
到目前為止,只有部分英偉達的RTX20系列和最新的RTX30系列顯卡會支持HDMI2.1接口(部分非公顯卡只配備了HDMI2.0接口),而且大部分顯示器配備的仍為HDMI2.0接口。因此在考慮功能全面性的情況下,使用台式機連接顯示器是,目前最佳的使用方式仍會是DP。
雖然在理論性能上長期不佔優勢,但是HDMI規範擁有極高的普及度和兼容性,在2004年標準剛推出時,已經有數百萬台帶有HDMI的設備出貨,而來到2020年,帶HDMI的設備更是隨處可見,主流的現實設備都會配備該接口。
雖然顯卡上尚未有支持完整規格HDMI2.1接口的產品,但是在電視、藍光播放器、家庭影院等消費級設備上率先發售了大量HDMI 2.1設備,普及前景和通用性短期內仍會比DP更強。
HDMI在實用性上相對DP的最大優勢,就是最長可達15m的線纜長度,足足是DP線纜的五倍。這個特性對於使用台式電腦連接顯示器的玩家,但對於家庭影院等需要長距離連接場景卻非常重要,讓這種線纜擁有更豐富的應用場景。
DP與HDMI:遊戲玩家怎麼選
我們已經介紹了DisplayPort和HDMI的技術參數,大家對這兩種傳輸協議都有了充分的了解,那麼回到最初的問題嗎,但是哪一種連接方式在實際上更適合遊戲玩家?
其中一些取決於您已經擁有或打算購買的硬件。這兩種標準協議都能夠提供出色的遊戲體驗,但是如果您想獲得出色的遊戲體驗,在目前市場上可以購買的產品中,HDMI 2.1>DP 1.4>DP 1.3>HDMI 2.0,而目前已發布的協議中,DP 2.0的理論性能應該最為出色,但是該協議的普及前景尚不明朗。
在一些高刷+高分辨率的應用場景下,遊戲玩家需要根據自己的平台進行選擇。
對於使用N卡的遊戲玩家來說,目前最佳的方案仍是是使用DP 1.4接口連接到配備G-Sync功能的顯示器,只有在連接電視使用時全新的HDMI才有實用意義,因為目前通過HDMI 2.1兼容G-Sync的顯示器只有電視,而在普通顯示器上,使用DP才可以完整髮揮N卡的特性。
而A卡遊戲玩家的選擇則比較寬鬆,因為目前帶FreeSync功能的顯示器可以通過HDMI接口來開啟,因此A卡在搭配DP 1.4和HDMI 2.0使用時在功能實用性上沒有太大區別。不過DP仍然會是PC顯示器的首選標準,因為許多HDMI FreeSync顯示器只能在較低的分辨率或刷新率下運作,在144Hz以上的產品較少。
如果你已經擁有一台刷新率在144hz以下,不支持G-Sync或FreeSync功能,並且顯示器同時支持HDMI和DP輸入的時候,而且顯卡也同時也配備這兩者接口的情況下,這個連接方式的選擇就顯得沒那麼重要了。
2560 * 1440(1440P)@144 Hz的分辨率和8bit色深的情況下,DP1.2和HDMI 2.0以上的協議都可以正常運作,低於此值的任何一種連接類型都將正常工作,日常使用上這兩種接口的確沒有實際區別(理論能傳輸的信號一致)。
在台式機搭配顯示器的使用場景中,DP接口顯然是最佳選擇,能完整地發揮輸出端的性能,因此目前的顯卡都會配備更多的DP接口,全新的RTX 30系列顯卡雖然支持HDMI 2.1接口,但普遍只會配備兩個以內。
而在將主機連接到電視、投影儀等大屏幕使用場景中,HDMI在很長一段時間內仍是最佳選擇,因為它擁有更長的傳輸距離,佈線也更加方便,最重要的是HDMI擁有遠超DP接口的設備兼容性,目前屏幕在50寸以上的設備極少會配備DP接口,未來很長一段時間裡HDMI仍然是首選接口。
最終,儘管DP具有規範上的優勢,但是HDMI出色的兼容性和便捷性可以幫助它擁有更豐富的應用場景,而且這兩個標准在許多領域和技術上都重疊。
負責制定DisplayPort標準的VESA組織主要考慮的是PC領域的應用場景,而由消費電子聯盟制定HDMI協議,肯定會優先考慮電視、投影儀等消費級設備,他們的關注點不同最終也導致這兩種協議擁有細分的不同應用場景。
要高分高手高色域和全面功能體驗就用DP、需要大屏強兼容性就使用HDMI,發燒遊戲用戶們根據使用場景選擇即可,而對於90%以上的普通用戶來說,影響顯示效果的瓶頸可能在顯卡和顯示器上,不用過於糾結這兩者之間的選擇。