Od DisplayPort po D-Sub: złącza wideo w monitorach LCD

Szeroki wybór złączy wideo w monitorach LCD

Rosnąca popularność urządzeń w wysokich rozdzielczościach sprawia, że monitory LCD wyposaża się w coraz więcej różnych typów złączy wideo. Wielu użytkowników stanęło już zapewne przed dylematem, co i jak podpiąć do monitora, który oferuje różne rodzaje wejść sygnałowych. W tym artykule omówimy po kolei wszystkie najpopularniejsze złącza wideo. Na początek przyjrzyjmy się dostępnym opcjom.

Złącza wejściowe monitora FlexScan EV3237

Podstawowe typy złączy w standardowych monitorach

 Sygnał PCSygnał AV
CyfroweDisplayPort, Mini DisplayPort, DVI-D, DVI-I, HDMIHDMI
AnalogoweD-Sub, DVI-ID1 – 5, Component, S-Video, Composite

D-Sub i DVI: standardowe złącza do komputerów PC

Obecnie dwa podstawowe złącza dla środowisk komputerowych to D-Sub i DVI.

Złącze D-Sub, znane także pod oficjalną nazwą D-Sub miniature, nie służy wyłącznie do wyświetlania obrazów. Może być także wykorzystywane jako złącze portu szeregowego, portu równoległego, SCSI i innych (liczba pinów zależy od zastosowania złącza). Te standardy są dziś jednak bardzo rzadko spotykane w komputerach osobistych, a ich funkcje przejął standard USB.

Gdy port D-Sub funkcjonuje jako złącze monitora, nazywany jest również portem VGA (VGA to używany od wielu lat standard analogowy). Jest to wówczas złącze DE-15 z 15 pinami w trzech rzędach, nazywane często złączem „mini-D-Sub 15-pin” lub „D-Sub 15-pin” (niektóre złącza pomijają niewykorzystywane piny). D-Sub jest obecnie najczęściej używanym złączem monitora, kompatybilnym z olbrzymią liczbą komputerów i monitorów LCD.

Żeńskie złącze D-Sub (zdjęcie z lewej) po stronie monitora i męskie złącze D-Sub (zdjęcie w środku) po stronie kabla. Po obu stronach złącza w kablu D-Sub znajdują się śrubki, które można ręcznie przekręcić, aby zapobiec przypadkowemu odpięciu kabla (zdjęcie z prawej).
Żeńskie złącze DVI-D po stronie monitora (zdjęcie z lewej) oraz męskie złącze DVI-D single-link (18-pin) po stronie kabla (zdjęcie w środku). Tak samo jak w przypadku kabli D-Sub, kabel DVI-D można zabezpieczyć przed odpięciem przekręcając śrubki znajdujące się po obu stronach złącza (zdjęcie z prawej).
Układ pinów określa typ złącza DVI. Po lewej widać złącze DVI-D dual-link (24 piny), a po prawej złącze DVI-A (17 pinów).
Po lewej widać złącze DVI-I single-link (23 piny), a po prawej złącze DVI-I dual-link (29 pinów).

Jakiś czas temu korzystano jeszcze z kabli do monitorów ze złączami DVI-I po obu stronach, ale dziś są już rzadko spotykane. Wyszły z użycia, ponieważ ich konfiguracja utrudniała określenie, czy połączenie jest analogowe, czy cyfrowe, co prowadziło do częstych problemów technicznych. Jeśli i komputer, i monitor LCD mają złącza DVI-I, pomyłek najlepiej jest uniknąć tworząc połączenie cyfrowe za pomocą kabla DVI-D.

Trzy cyfrowe złącza nowej generacji

Najnowsze standardy cyfrowe, który zyskały ostatnio na popularności, to HDMI (High-Definition Multimedia Interface), DisplayPort oraz Mini DisplayPort. Wszystkie trzy umożliwiają cyfrowe przesyłanie sygnałów audio i wideo za pomocą jednego kabla, a także gwarantują łatwą obsługę (podłączanie i odłączanie).

Złącza HDMI, DisplayPort i Mini DisplayPort przypominają kształtem złącze USB typu A (np. takie, jak na komputerze PC). Nie mają one śrubek, co z jednej strony ułatwia ich szybkie przepinanie, a z drugiej grozi łatwiejszym odłączeniem kabla przez pomyłkę (np. po zahaczeniu go ręką).

Po lewej widać żeńskie złącze HDMI (typ A), po środku żeńskie złącze DisplayPort, a po prawej żeńskie złącze Mini DisplayPort. Złącze HDMI ma 19 pinów, a złącza DisplayPort i Mini DisplayPort po 20 pinów. Ponadto standard HDMI ma złącze typu B z 29 pinami, obsługujące rozdzielczości wyższe niż 1080p.

HDMI – nowy standard cyfrowy kompatybilny z wideo w wysokiej rozdzielczości

Standard HDMI – dziś powszechnie używany w urządzeniach takich jak telewizory i nagrywarki – został stworzony w grudniu 2002 roku przez firmy Sony, Toshiba, Thomson Multimedia, Panasonic (wcześniej Matsushita), Hitachi i Philips we współpracy z Silicon Image, amerykańskim producentem półprzewodników. Sygnały wideo HDMI są oparte na standardzie DVI-D, czyli cyfrowym interfejsie RGB używanym w komputerach PC, do którego dodano funkcje transmisji audio oraz zarządzania prawami cyfrowymi (DRM). Standard HDMI powstał jako cyfrowy interfejs audio i wideo do zastosowania w elektronice domowej oraz sprzęcie audio-wideo.

Złącze HDMI typu A żeńskie (zdjęcie z lewej) i męskie (zdjęcie w środku). Kompaktowy kabel HDMI można łatwo podłączyć i odłączyć, tak jak kabel USB (zdjęcie z prawej). Kable HDMI dzielą się na dwa rodzaje: kable standardowe (kategoria 1), które osiągnęły wartość 74,25 MHz w testach prędkości transmisji, oraz kable high speed (kategoria 2), które osiągnęły prędkość 340 MHz. Kable high speed są rekomendowane dla sygnałów w wysokiej rozdzielczości, np. 1440p.

Główne funkcje poszczególnych wersji HDMI (1)

WersjaData wprowadzeniaSzerokość pasma sygnałuRozdzielczośćIlość klatek na sekundęGłębia koloruPrzestrzeń kolorówObsługa wejścia-wyjścia PC
1.0Grudzień 2002165 MHz / 4,95 Gb/s1080p60 Hz24 bityYCr-Cb
1.1Maj 2004165 MHz / 4,95 Gb/s1080p60 Hz24 bityYCr-Cb
1.2Sierpień 2005165 MHz / 4,95 Gb/s1080p60 Hz24 bityYCr-Cb, RGB
1.2aGrudzień 2005165 MHz / 4,95 Gb/s1080p60 Hz24 bityYCr-Cb, sRGB
1.3Czerwiec 2006340 MHz / 10,2 Gb/s1440p (2560 x 1440 pikseli)120 Hz24 bity, 30/36/48 bitów (Deep Color)YCr-Cb, sRGB, xvYCC
1.3a,b,cListopad 2006340 MHz / 10,2 Gb/s1440p (2560 x 1440 pikseli)120 Hz24 bity, 30/36/48 bitów (Deep Color)YCr-Cb, sRGB, xvYCC
1.4a,b,cMaj 2009340 MHz / 10,2 Gb/s2160p (4096 x 2160 pikseli)24 Hz24 bity, 30/36/48 bitów (Deep Color)YCr-Cb, sRGB, xvYCC
2.0Wrzesień 2013600 MHz / 18 Gb/s2160p (4096 x 2160 pikseli)60 Hz24 bity, 30/36/48 bitów (Deep Color)YCr-Cb, sRGB, xvYCC

Główne funkcje poszczególnych wersji HDMI (2)

WersjaPCM (192 kHz / 24 bity, 8ch)Dolby Digital DTSDVD AudioSACDDolby TrueHD, DTS-HD Master AudioCEC (1)Lipc Sync (2)Złącze mini
1.0
1.1
1.2
1.2a
1.3
1.3a,b,c⃝ (funkcja dodana)
1.4a,b⃝ (funkcja dodana)
2.0⃝ (funkcja dodana)

1. CEC (Consumer Electronics Control) – sygnał używany do sterowania urządzeniami komunikującymi się poprzez HDMI, wykorzystywany m.in. w technologii Aquos Familink firmy Sharp, Regzalink firmy Toshiba i Viera Link firmy Panasonic.
2. Lip Sync – funkcja służąca do automatycznej synchronizacji sygnałów audio i wideo.

DisplayPort – nowy konkurent HDMI do miana następcy DVI

Standard DisplayPort, oficjalnie zatwierdzony w maju 2006 roku, został po raz pierwszy wprowadzony w maju 2005 roku przez amerykańskie stowarzyszenie VESA (Video Electronics Standards Association) zajmujące się tworzeniem standardów dla interfejsów komputerowych. Do VESA przynależą głównie producenci komputerów PC i monitorów, a promowany przez nich standard DisplayPort ma docelowo zastąpić standardy DVI i D-Sub w roli interfejsu PC. Nie ma jednak żadnych przeciwwskazań, aby używać DisplayPort także w sprzęcie audio-wideo.

Złącze DisplayPort żeńskie (zdjęcie z lewej) i męskie (zdjęcie w środku). Kabel DisplayPort przypomina kabel HDMI, ale w przeciwieństwie do niego ma także dwa zaczepy w górnej części złącza, zapobiegające przypadkowemu odpięciu (zdjęcie z prawej).

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 1.2 obsługuje rozdzielczości:

– 3840 x 2160 pikseli dla jednego wyświetlacza
– 2560 x 1600 pikseli dla dwóch wyświetlaczy
– 1920 x 1600 pikseli dla częstotliwości 240 klatek na sekundę
– 1920 x 1600 pikseli dla czterech monitorów

coloredge
Monitor LCD EIZO ColorEdge CG318-4K 31,1” z wbudowanymi portami DisplayPort

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

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

D-Terminal i Component video: analogowe interfejsy wideo kompatybilne z sygnałami wideo HD

Wśród wejściowych interfejsów wideo znajdują się standardy D-Terminal i Component video. W obu przypadkach sygnał wideo jest identyczny i składa się z trzech składowych: Y dla jasności i synchronizacji, Pb (Cb) dla różnicy między niebieskim i Y oraz Pr (Cr) dla różnicy między czerwonym i Y. Razem znane są jako sygnał Component video. Cechą charakterystyczną tej technologii jest możliwość odbierania i przesyłania analogowych sygnałów wideo w wysokiej jakości dzięki pominięciu procesu rozdzielania i łączenia sygnału wideo.

Component video przesyła sygnały wideo za pomocą trzech wtyczek.
Złącze D-Terminal żeńskie (zdjęcie z lewej) i męskie (zdjęcie w środku). Obie końcówki kabla D-Terminal mają zaczep zapobiegający przypadkowemu odłączeniu (zdjęcie z prawej). Złącze ma 14 pinów.

Typy złączy D-Terminal i odpowiadające im formaty wideo

 480i
(720 x 480 pikseli / z przeplotem)
480p
(720 x 480 pikseli / bez przeplotu)
1080i
(1920 x 1080 pikseli / z przeplotem)
720p
(1280 x 720 pikseli / bez przeplotu)
1080p
(1920 x 1080 pikseli / bez przeplotu)
D1
D2
D3
D4
D5

Porównanie obrazów uzyskanych w standardach Component video i D-Terminal wykazuje, że Component video pozwala osiągnąć lepszą jakość. Niektórzy twierdzą, że różnica jest jeszcze bardziej widoczna, gdy używa się dłuższych kabli.

S-Video i Composite video: analogowe interfejsy wideo w standardowej jakości

Kolejne dwa rodzaje portów wideo to S-Video i Composite video. W obu przypadkach do odtworzenia obrazu wideo służą składowe (jasność i kolor), które razem tworzą kompozytowy sygnał wideo. Port Composite video przesyła sygnał bez żadnych modyfikacji, a port S-Video podczas przesyłania sygnału dzieli go na składowe (jasność i kolor). Dzielenie i łączenie składowych wymaga mniej przetwarzania, w związku z czym port S-Video zapewnia wyższą jakość obrazu niż port Composite video.

Złącze RCA ma trzy pojedyncze piny w jednym rzędzie. Pin żółty to żeńskie złącze Composite (zdjęcie z lewej). Większość kabli Composite to pojedyncze kable z trzema wtyczkami. Wtyczka żółta służy do przesyłania wideo, a czerwona i biała do przesyłania stereo audio (zdjęcie w środku). Na zdjęciu z prawej widać żeńskie złącze S-Video z czterema pinami.

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.

Port USB jako interfejs wideo

Na zakończenie wróćmy jeszcze do złączy stosowanych w komputerach PC. Niektóre z nowych urządzeń używają portów USB do wyświetlania obrazu z komputera. Choć standard USB nie był w zamierzeniu stworzony jako interfejs do wyświetlania obrazu, pojawiło się zapotrzebowanie na nowy sposób tworzenia konfiguracji wielomonitorowych (zwłaszcza dla laptopów i tanich netbooków), który byłby prostszy niż ten wykorzystujący kabel D-Sub.

Większość tego typu urządzeń stanowią adaptery, które z jednej strony łączą się z komputerem PC przez port USB, a z drugiej strony mają wyjścia DVI-D lub DVI-I umożliwiające połączenie z monitorami LCD. Po zainstalowaniu sterownika komputer rozpoznaje adapter jako adapter monitora. Użytkownik może więc stworzyć konfigurację wielomonitorową w systemie Windows uruchamiając drugi monitor podłączony do adaptera. W takim układzie jakość połączenia nie jest jednak idealna i nie nadaje się dla użytkowników, którzy potrzebują szybkiej reakcji – przy połączeniu za pomocą adaptera mogą pojawiać się opóźnienia ruchów myszki oraz wpisywania znaków na klawiaturze.

Niewielka liczba monitorów LCD dostępnych na rynku używa USB jako wejściowego interfejsu wideo, co umożliwia wyświetlanie obrazu z ekranu komputera przez połączenie USB między komputerem a monitorem. Monitory oferujące taką możliwość świetnie nadają się do pracy z laptopami i netbookami, ponieważ pozwalają używać laptopów podłączonych do dużych monitorów LCD w biurze lub domu, po czym po prostu odłączyć jeden kabel USB, schować laptopa do torby i zabrać go ze sobą.