نگاهی نزدیک به Display Port 1.2

 

DisplayPort یک اینترفیس نمایشگر جدید است که شاهد افزایش حضور آن روی نوت‌بوک‌ها، PCهای دسکتاپ و نمایشگرهای مختلف هستیم. صنعت PC در نظر دارد اینترفیس‌های فعلی VGA و DVI را در طول زمان به‌طور کلی با اینترفیس DisplayPort جایگزین کند، زیرا انجام این کار علاوه بر کاهش تعداد کانکتورهای رابط مورد نیاز برای نمایشگرها، قابلیت‌های جدیدی را  فراهم می‌سازد که  در حال حاضر امکان پذیر نیستند. در سال 2011، سیستم‌هایی با نسخه  DisplayPort ورژن 1.2 وارد بازار خواهند شد که قابلیت‌های بیشتری نسبت به نسخه‌های قبلی خواهند داشت. در میان این قابلیت‌ها می‌توان به پشتیبانی از تفکیک‌پذیری‌های بالاتر، قابلیت‌های استریوی 3 بعدی پیشرفته و پشتیبانی از نمایشگرهای متعدد بر روی یک اتصال واحد اشاره کرد.

  

 توسعه استاندارد DisplayPort بیشتر از پنج سال پیش و در یک تلاش مشترک بین پیشگامان صنعت PC مانند اینتل، AMD، انویدیا، اپل، دل، اچ پی، لنوو، سامسونگ، ال جی و سایر تامین کنندگان قطعات و سیستم‌ها، تحت هدایت VESA)Video Electronics Standard Association) آغاز شد. آخرین بازنگری این استاندارد یعنی DisplayPort 1.2 در اوایل سال 2010 به‌عنوان نسخه ارتقا یافته 1.1a معرفی شد. رشد و تکامل این استاندارد به‌خاطر تلاش‌های مستمر انجمن VESA و شرکت‌های عضو آن ادامه دارد. بد نیست به این نکته اشاره کنیم که DisplayPort یک استاندارد اینترفیس نمایشگر باز (open source)  و بدون حق امتیاز به‌شمار می‌آید.
 
 DisplayPort به‌عنوان یک رابط نمایشگر، از یک ساختار داده منحصر به‌ فرد استفاده می‌کند که امکان گسترش مداوم قابلیت‌های آن را فراهم می‌سازد. با توسعه قابلیت‌ها و کاربردهای جدید سیستم، می‌توان قابلیت‌ها و ویژگی‌هایی را به DisplayPort اضافه کرد، بدون آن‌که تاثیری بر سیستم‌های PC یا نمایشگرهای DisplayPort قدیمی‌تر بگذارد. حفظ سازگاری با استانداردهای قدیمی، از طریق آداپتورهای مبدل DisplayPort به اینترفیس‌های موروثی که امروزه به‌طور گسترده‌ای در بازار قابل دسترسی هستند، گسترش پیدا می‌کند.

  

ساختار Micro Packet DATA برای توسعه‌پذیری

  

DisplayPort اولین رابط نمایشگر است که از ساختار داده بسته‌بندی شده مشابه با اترنت، USB، PCIe، SATA و سایر استانداردهای ارتباط داده استفاده می‌کند. استفاده از بسته‌های داده، باعث می‌شود که DisplayPort «توسعه‌پذیر» باشد، به این معنی که امکان توسعه مداوم قابلیت‌های آن در طول زمان وجود دارد. این روش، اینترفیس نمایشگر را از حالت یک لوله پیکسل اختصاصی به یک نمایشگر واحد با صدا، خارج می‌کند. برای کاربران، DisplayPort نوید عملکرد، قابلیت و انعطاف‌پذیری بی‌سابقه‌ای را به همراه دارد. از سوی دیگر، همین استاندارد برای تولید‌کنندگان OEM سیستم‌های کامپیوتری نیز امکان معرفی ویژگی‌ها و پیکربندی‌های جدیدی را در سیستم‌ها فراهم می‌کند.
 
 DisplayPort در مقایسه با استانداردهای ارتباطی داده مانند اترنت و  USB از بسته‌هایی با اندازه کوچک‌تر استفاده می‌کند که برای محتوای صوتی و ویدیویی بهینه‌سازی شده‌اند. این بسته‌ها تحت عنوان micro-Packet شناخته می‌شوند. اینترفیس DisplayPort محتوای نمایشی را با استفاده از بسته‌های داده بسیار کوچکی به یک ابزار نمایشگر خاص انتقال می‌دهد که برای دریافت در همان مقصد تخصیص یافته‌اند.

  

 
 DisplayPort 1.2 امکان پشتیبانی از 53 جریان نمایشگر را با استفاده از جریان‌های Micro-Packet متفاوت فراهم می‌کند. جریان‌های صوتی متعدد نیز در این استاندارد پشتیبانی شده‌اند. به‌علاوه،DisplayPort بسته‌های دیگری را مشخص می‌کند که برای حمل نوع محتوا، زمان‌بندی نمایش، تامین محافظت از مضمون، کنترل ابزارهای نمایشگر و انجام سایر توابع نگهداری مورد استفاده قرار می‌گیرند.
 
 در حال حاضر توسعه این استاندارد در داخل VESA ادامه دارد تا انواع جدیدی از بسته‌های داده به DisplayPort اضافه شوند که عملکرد و قابلیت‌های سیستم را بیش از پیش افزایش دهند. فرمت‌های 3 بعدی اضافی، بهبود رنگ نمایشگر و مدیریت کارامدتر مصرف برق، مثال‌هایی از این امکانات جدید هستند. چنین ویژگی‌های جدیدی بر سیستم‌ها یا نمایشگرهای DisplayPort موجود تاثیر نخواهند گذاشت. به‌عبارت ساده‌تر، سرمایه‌گذاری روی فناوری DisplayPort در آینده محفوظ خواهد ماند.

  

انتقال سریع داده‌ها

  

علاوه بر ساختار بسته‌بندی شده داده‌ها، DisplayPort از یک اینترفیس الکتریکی پرسرعت نیز استفاده می‌کند که شباهت زیادی با USB، PCIe و SATA دارد. داده‌ها با استفاده از یک اینترفیس AC Coupled کم ولتاژ به‌صورت 8بیت/10بیت کدگذاری می‌شوند. DisplayPort از همان قابلیت‌هایی بهره می‌برد که با تکنیک‌های جدید طراحی و پردازش نیمه‌هادی امکان‌پذیر شده‌اند و در سایر اینترفیس‌ها نیز مورد استفاده قرار گرفته‌اند. این ویژگی‌ها در نهایت رابط نمایشگری را می سازند که علاوه بر سرعت بالا و یکپارچه‌سازی موثر در تراشه، مصرف برق نسبتا پایینی نیز دارد. با حذف اینترفیس‌های VGA و DVI ، ورود این رابط جدید به معنای سیستم‌های کوچک‌تر، ارزان‌تر و عمر باتری بیشتر خواهد بود. DisplayPort در عین حال از یک فرآیند تصادفی‌سازی کاذب داده‌ها نیز استفاده می‌کند که باز هم با سایر استانداردهای ارتباط داده مشترک است. این فرآیند برای جبران تداخل الکترومغناطیسی (EMI) به‌کار گرفته می‌شود که اندازه، هزینه و وزن سیستم را به‌خاطر نیاز کمتر به سپرهای فلزی، کاهش می‌دهد.

  

نرخ داده بالا، تفکیک‌پذیری بالا

  

DisplayPort یک اینترفیس نمایشگر خالص است که داده‌های تصویری فشرده‌سازی نشده را از GPU سیستم به یک یا چند نمایشگر می‌فرستد. این استاندارد با در نظر گرفتن نرخ داده بالا به‌ عنوان یک اولویت برای پشتیبانی از نمایشگرهایی با عملکرد بالا و بدون نیاز به فشرده‌سازی، توسعه یافته است. در حالی که فشرده‌سازی داده‌های ویدیویی می‌تواند تفکیک‌پذیری بالاتری را روی یک اینترفیس با نرخ داده محدود فراهم کند، اما استفاده از آن نتیجه‌ای جز کاهش کیفیت تصویر و مصرف برق بیشتر در هر دو مولفه سیستم و نمایشگر (که داده‌های تصویری باید در آن باز شوند) نخواهد داشت. فشرده‌سازی و بسط ویدیو در عین حال زمان پردازش را افزایش خواهد داد که به تاخیر نمایش منتهی می‌شود. این موضوع در برنامه‌های تعاملی مانند بازی‌ها، نرم‌افزارهای ایجاد محتوا یا حتی کارهای ابتدایی کاملا مشهود باشد. DisplayPort با پشتیبانی از سطوح بسیار بالای تفکیک‌پذیری، عمق رنگ، سرعت فریم و حتی نمایشگرهای متعدد، بدون نیاز به فشرده‌سازی از این محدودیت‌ها اجتناب می‌کند.
 
 DisplayPort 1.2 در مقایسه با نسخه قبلی 1.1a، پهنای باند قابل دسترسی را با افزایش نرخ داده اینترفیس به 5,4 گیگابیت بر ثانیه روی هر چهار مسیر، به دو برابر رسانده است. به این ترتیب، پهنای باند کلی پس از حذف سربار سیگنالینگ به 28/17 گیگابیت بر ثانیه می‌رسد. چنین پهنای باندی امکان نمایش تفکیک‌پذیری‌هایی تا سطح 2160×4096 پیکسل با نرخ 60 فریم در ثانیه را امکان پذیر می‌سازد که برای یک اینترفیس نمایشگر خارجی رکورد به حساب می‌آید. جدول 1، قابلیت‌های عملکردی DisplayPort را در چند تفکیک‌‌پذیری بالا با DVI و HDMI مقایسه می‌کند. این مقادیر بر حسب سرعت فریم نمایشگر (fps) و عمق رنگ (بیت بر پیکسل یا bpp) بیان شده‌اند.

  

 

  

 نرخ داده بالای DisplayPort، پشتیبانی هم‌زمان از تفکیک‌پذیری بالا، نرخ‌ فریم بالا و عمق رنگ بالا را برای دستیابی به حداکثر عملکرد نمایشگر امکان‌پذیر می‌سازد. تفکیک‌پذیری بالای نمایشگر، مزایای فراوانی را برای کاربر PC به همراه دارد. نمایشگر یک PC حتی وقتی اندازه آن بزرگ‌تر می‌شود، به‌طور معمول از فاصله نزدیکی دیده خواهد شد و همین ویژگی فضای کار بیشتری را در اختیار ما قرار می‌دهد. تفکیک‌پذیری بالاتر نمایشگر به معنای تعداد پیکسل‌های بیشتر در هر اینچ (ppi) از یک نمایشگر با اندازه معین خواهد بود.
 
 برای مثال، یک نمایشگر 30 اینچی با تفکیک‌پذیری 1600×2560 که تحت عنوان WQXGA شناخته می‌شود، چگالی پیکسلی در حدود 100 ppi را تامین می‌کند. افزایش تفکیک‌پذیری یک نمایشگر 30 اینچی تا سطح 2160×4096 (کاری که با DisplayPort امکان‌پذیر است)، چگالی پیکسل آن را تا سطح 150 ppi می‌رساند که تقریبا معادل یک روزنامه است.
 
 برای یک نمایشگر 27 اینچی، همین نسبت افزایش، به معنای رسیدن از 112ppi به 172 ppi خواهد بود. بد نیست بدانید تفکیک‌پذیری 2160×4096 برای صفحه نمایش 15,4 اینچی یک لپ‌تاپ به معنای چگالی 300 ppi خواهد بود که معادل یک مجله چاپ شده است.سرعت فریم بالا نیز با مزایای خاص خود همراه است، به‌خصوص برای بازی‌ها و کاربردهای 3 بعدی استریوسکوپیک. حرکت بسیار سریع در بازی‌های 3 بعدی کاملا متداول هستند و به همین دلیل نیاز به سرعت نوسازی معادل 60 فریم بر ثانیه دارند.
 
  DisplayPort 1.2 امکان دستیابی به چنین سرعت فریمی را روی یک نمایشگر 2160×4096 پیکسلی فراهم می‌کند. برای کاربردهای 3 بعدی استریو، این نرخ فریم باید دو برابر شود زیرا هر چشم باید تصویر جداگانه‌ای را دریافت کند. بنابراین اجرای بازی‌های سه بعدی حداقل به 120 فریم بر ثانیه نیاز خواهند داشت که استاندارد مورد بحث ما تا تفکیک‌پذیری WQXGA م(1600×2560) از آن پشتیبانی می‌کند.
 
 در رابطه با عمق رنگ، باید بدانید که بسیاری از نمایشگرهای دسکتاپ و نوت‌بوک‌ها امروزه با عمق رنگ 18 بیت بر پیکسل (bpp) کار می‌کنند، به این معنی که برای هر رنگ اصلی (قرمز، سبز و آبی) 6 بیت یا 64 سطح مختلف را فراهم می‌کنند. سیستم‌های سطح بالاتر یا «متمرکز بر رسانه» از نمایشگرهای 24 بیت بر پیکسلی استفاده می‌کنند که 8 بیت یا 256 سطح مختلف را برای هر رنگ اصلی امکان‌پذیر می‌سازند. این برتری به معنای کاهش جلوه نواری در نواحی سایه‌داری از یک رنگ مانند یک آسمان آبی است. اما عکس‌های طبیعی با افزایش عمق رنگ حالت زنده‌تری به خود می‌گیرند و به همین دلیل است که ویژگی «رنگ عمیق» را در HDTVهای سطح بالاتر مشاهده می‌کنیم. رنگ عمیق در زمینه ایجاد و مشاهده محتوا مانند عکاسی و تدوین ویدیویی نیز مزایای مشابهی را برای PCها فراهم می‌کند. در واقع عمق رنگ بالاتر یک تجربه واقعی‌تر را در اختیار کاربر قرار می‌دهد. DisplayPort حداکثر از 48 بیت بر پیکسل پشتیبانی می‌کند که به معنای 16 بیت یا 65536 سطح مختلف برای هر رنگ اصلی خواهد بود. در واقع چنین عمق رنگی تنها در کاربردهای افراطی مورد نیاز خواهد بود. عمق رنگ 30 بیتی در آینده رواج بیشتری پیدا خواهد کرد و کیفیت تصویر را به‌طور چشمگیری بهبود می‌بخشد.
 
 به‌علاوه، باید توجه داشته باشید که کاربردهای HDTV نیز از نرخ داده بالاتر تامین شده توسط DisplayPort سود خواهند برد. این موضوع صرف نظر از این‌که یک نمایشگر PC به‌عنوان یک HDTV مورد استفاده قرار گرفته یا یک ورودی DisplayPort روی یک HDTV تعبیه شده است، صادق خواهد بود. در واقع DisplayPort بالاترین تفکیک‌پذیری، بالاترین سرعت فریم و بالاترین عمق رنگ را فراهم می‌کند که بر حسب طراحی نمایشگر می‌تواند به کیفیت ممتاز تصویر منتهی شود. با ادامه بهبود نمایشگرهای HDTV، استاندارد DisplayPort گلوگاه اینترفیس را برای داده‌های فشرده‌سازی نشده از بین خواهد برد.

  

ساختار، عملکرد

  

DisplayPort تصویر، صدا و سایر داده‌ها را روی چهار مسیر (Lane) داده دیجیتال پرسرعت انتقال می‌دهد. هر مسیر شامل یک جفت سیم خواهد بود. بر حسب تفکیک‌پذیری و تعداد نمایشگرهای متصل به یک منبع ویدیویی، سیستم می‌تواند یک، دو یا چهار مسیر را با سرعت 1,64، 2,7 یا 5,4 گیگابیت بر ثانیه برای هر مسیر به‌کار گیرد. انتخاب هر یک از این سرعت‌ها به پهنای باند مورد نیاز بستگی خواهد داشت.
 
 DisplayPort در عین حال یک جفت سیم دیگر را برای کانال AUX در بر می‌گیرد که از بسته‌های داده استفاده می‌کند. کانال AUX امکان انتقال دو طرفه داده‌ها بین منبع ویدیویی و نمایشگر را فراهم می کند که برای مقاصد مختلفی کاربرد دارد. DisplayPort v1.2 حداکثر سرعت کانال مذکور را از نزدیک به 1 مگابیت بر ثانیه به حدود 700 مگابیت بر ثانیه افزایش داده است که تحت عنوان حالت fast AUX شناخته می‌شود. وظیفه اصلی کانال AUX این است که به منبع ویدیویی و نمایشگر امکان دهد تا قابلیت‌های یکدیگر را کشف کرده، سپس لینک DisplayPort را راه‌اندازی و حفظ کنند. به این ترتیب، امکان دستیابی به یک اتصال داده پرسرعت و قابل اعتماد فراهم می‌شود. این کانال در عین حال برای کشف و پیکربندی توپولوژی‌های سیستم چندجریانی و همچنین کنترل ابزار نمایشگر نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. به‌علاوه، این کانال قادر است انواع دیگری از داده‌ها را بین منبع ویدیویی و نمایشگر انتقال دهد. در واقع همین جا است که نرخ داده بالاتر ارایه شده توسط DisplayPort v1.2 وارد میدان می‌شود. برای مثال، اگر ابزار نمایشگر شامل یک دوربین و میکروفن برای برقراری تماس‌های کنفرانس ویدیویی باشد، کانال AUX می‌تواند برای ارسال Upstream صوتی و ویدیویی به PC نیز مورد استفاده قرار گیرد. استفاده از fast AUX به معنای فشرده‌سازی کمتر داده‌ها روی مسیر Upstream خواهد بود. کانال AUX در عین حال می‌تواند برای پشتیبانی از کنترل صفحه لمسی به‌کار گرفته شده و حالت‌های لمس صفحه را از نمایشگر به PC انتقال دهد. ممکن است در آینده سیستم‌ها از انتقال ترافیک داده USB 2.0 روی اتصال fast AUX نیز پشتیبانی کنند. به این ترتیب بدون نیاز به یک کابل USB جداگانه، امکان پیاده‌سازی هاب USB در نمایشگر فراهم خواهد شد. اینترفیس DisplayPort، یک سیم تشخیص Hot Plug را نیز در بر می‌گیرد. این سیم برای تشخیص حضور یک نمایشگر یا ابزار Downstream دیگر مورد استفاده قرار گرفته و در عین حال وسیله‌ای را برای ارسال یک «وقفه» توسط ابزار Downstream به منبع ویدیویی فراهم می‌کند تا امکان انتقال یک فرمان یا داده‌ها به‌وجود آید.

  

  

انواع کانکتور و کابل

  

هر کابل استاندارد DisplayPort با سیستم‌های DisplayPort v 1.1a موجود و همچنین سیستم‌های جدیدتر مبتنی بر مشخصات DisplayPort v1.2 کار خواهد کرد. کابل‌های استاندارد که گاهی اوقات با نام High bit rate شناخته می‌شوند، معمولا با طول دو یا سه متر قابل دسترسی هستند. تمام کابل‌های استاندارد، عملکرد کامل DisplayPort مانند کیفیت تصویری و صوتی آن را حفظ می‌کنند، زیرا اطلاعات در دامنه دیجیتال انتقال پیدا می‌کند.

  

  

پیکربندی نمایشگر

  

همان‌طور که قبلا نیز اشاره کردیم، DisplayPort v1.2 قابلیت پشتیبانی از چند جریان ویدیویی روی یک کابل واحد را فراهم می‌سازد. حداکثر 53 جریان ویدیویی قابل پشتیبانی هستند که می‌توانند ابزارهای منبع متعدد و ابزارهای نمایشگر متعدد را در بر گیرند. در عمل، اکثر پیکربندی‌های PC از قابلیت چندجریانی در ترکیبی به‌صورت یک ابزار منبع (یک نوت‌بوک یا PC دسکتاپ) و چند نمایشگر بهره خواهند گرفت.
 
 سیستم‌های PC و کارت‌های گرافیکی که از چندجریانی DisplayPort v1.2 پشتیبانی می‌کنند در سال 2011 روانه بازار خواهند شد. همچنین انواعی از نمایشگرهای DisplayPort ارایه خواهند شد که از عملکرد Branching در DisplayPort v1.2 پشتیبانی کرده و امکان اتصال زنجیره‌ای چند نمایشگر رابه‌وجود می‌آورند. تمام این محصولات، امکان اتصال نمایشگرهای متعدد به یک خروجی DisplayPort واحد را فراهم می‌کنند که می‌تواند به‌خصوص برای کاربران نوت‌بوک‌ها یا اجرای بازی‌ها و برنامه‌های دفتری مفید باشد.
 
 پهنای باند داده قابل دسترسی، می‌تواند تعداد نمایشگرهایی که می‌توانند به یک ابزار منبع چندجریانی متصل شوند را محدود کند. از آنجایی که نمایشگرهای دارای تفکیک‌پذیری بالاتر به پهنای باند داده بیشتری نیاز دارند، تعداد نمایشگرهای قابل پشتیبانی با افزایش تفکیک‌پذیری آن‌ها کاهش خواهد یافت. باید توجه داشته باشید که امکان استفاده از نمایشگرهایی با تفکیک‌پذیری‌های متفاوت روی یک شبکه چندجریانی واحد وجود دارد.
 
 پیکربندی‌های ممکن از یک ابزار منبع DisplayPort v.12 کاملا فعال، عبارتند از:
 – یک نمایشگر 2160×4096 پیکسلی با نرخ 60 فریم بر ثانیه و عمق رنگ 24 بیتی
 – یک نمایشگر 2160×3840 پیکسلی با نرخ 60 فریم بر ثانیه و عمق رنگ 30 بیتی
 – یک نمایشگر 1600×2560 پیکسلی با نرخ 120 فریم بر ثانیه و عمق رنگ 30 بیتی
 – دو نمایشگر 1600×2560 پیکسلی با نرخ 60 فریم بر ثانیه و عمق رنگ 30 بیتی
 – چهار نمایشگر 1080×1920 پیکسلی با نرخ 60 فریم بر ثانیه و عمق رنگ 24 بیتی
 – پنج نمایشگر 1050×1680 پیکسلی با نرخ 60 فریم بر ثانیه و عمق رنگ 24 بیتی
 – ده نمایشگر 768×1280 پیکسلی (WXGA) با نرخ 60 فریم بر ثانیه و عمق رنگ 24 بیتی

  

قابلیت‌های صوتی

  

در حالی که DisplayPort v1.1a از صدای استریوی فشرده‌سازی نشده تا 192 کیلوهرتز و همچنین فرمت S/PDIF چندکانالی پشتیبانی می‌کند،DisplayPort v1.2 مواردی مانند صدای HD، محافظت از محتوای صوتی و کنترل زمان‌بندی صدای چندکاناله را به این مجموعه اضافه کرده است. همانند داده‌های تصویری، DisplayPort v1.2 از قابلیت پشتیبانی چندین کانال صوتی نیز برخوردار است.

  

 
 با بهره‌گیری از چیزی که تحت عنوان هماهنگ‌سازی (GTC(Global Time Code شناخته می‌شود، هر کانال صدا می‌تواند دارای یک تنظیم تاخیر زمانی مستقل مابین صفر و 4,3 ثانیه نسبت به یک منبع معین باشد که این رقم در فواصل 100 نانوثانیه‌ای افزایش پیدا می‌کند. GTC امکان کنترل دقیق زمان‌بندی صدا را فراهم می‌کند که برای جبران تاخیر رندر ابزار نمایشگر مورد استفاده قرار گرفته و در نتیجه همخوانی مناسبی را بین صدا و ویدیو فراهم می‌کند. این ویژگی در عین حال برای جبران فواصل متفاوت بلندگوها در یک پیکربندی صوتی چندکاناله به‌کار گرفته می‌شود. مقادیر تنظیمی 100 نانوثانیه‌ای، امکان تنظیم فاصله با دقت یک هزارم اینچ را فراهم می‌کنند. GTC در عین حال می‌تواند برای هماهنگ‌سازی صدا مابین چند منبع (و ابزارهای نمایش و رندر صدا) که یک اتصال DisplayPort واحد را به اشتراک گذاشته‌اند، مورد استفاده قرار گیرد