为什么 USB 可以完成这项工作,却需要 DisplayPort、HDMI 端口等?

为什么 USB 可以完成这项工作,却需要 DisplayPort、HDMI 端口等?

一段时间以来,我一直使用 HP EliteDisplay E232 通过 DisplayPort 连接到我的惠普笔记本电脑 HP ZBook 15 G2。显示器和笔记本电脑都具有全高清 1920X1080 分辨率。我很高兴我从 VGA 电缆换成了 DisplayPort,因为现在通过 DP 显示器看起来更好更清晰。

我最近开始使用“HP 端口复制器 3005pr”,以便轻松将多个设备连接到笔记本电脑。现在我可以通过单个 USB 连接器将耳机、麦克风、网络、键盘、鼠标、显示器等连接到笔记本电脑。

笔记本电脑 -> USB -> 端口复制器 -> 其他设备通过各自的端口

这非常简单而且很棒。有趣的是,我发现显示效果很好而且清晰,就像显示器直接连接到笔记本电脑的 DisplayPort 一样。

现在来谈谈问题 - 我的笔记本电脑的视频信号是通过 USB 端口输出的。这意味着它传输良好的数据/信号。如果 USB 可以传输/提供与 DisplayPort 一样高质量的信号,那么为什么是 DisplayPort?为什么要发明这么多端口规范(HDMI、Display、Firewire 等)及其版本?为什么不是每个设备都配备 USB 端口并与其他所有设备超级兼容?

答案1

HDMI、DP 和 VGA 是媒体连接,其中 USB 是数据连接。

USB 并不传输实际的视频/音频信号,而只是传输它们所产生的数据。

您的底座内有一个 USB 视频适配器,它实际上将通过 USB 传入的数据处理成视频,主要是通过软件,使用计算机的 CPU 来处理(大部分)数据。底座中的适配器由DisplayLink,(DL3900 芯片)。

您的基座的分辨率限制可能低于将相同的显示器直接连接到笔记本电脑本身的视频端口时的分辨率限制(无法确定,因为您没有提供笔记本电脑的型号)。

以下是来自您的 Dock 支持页面的说明:

通过 USB 3.0 连接从笔记本电脑连接到端口复制器时,可以使用两个分辨率均为 1920 x 1200 的外部显示器。通过 USB 3.0 连接从笔记本电脑连接到端口复制器的单个外部显示器上,最高可提供 2560 x 1600 的分辨率,但是当 2560 x 1600 分辨率的显示器连接到端口复制器时,未使用的端口将被禁用。

如果你不使用底座,而你的系统恰好有一个独立的(又名“投入的“)视频适配器(如 AMD 或 NVidia 适配器),然后将在其 GPU 中处理视频,从而减少/消除将数据处理为视频信号所需的 CPU 能力。

这在 3D 应用程序/游戏和全屏高清视频播放中尤其明显,在这些情况下,视频适配器通常通过卸载 CPU 来在处理中发挥重要作用。这样 CPU 就可以自由地处理其他数据而不会中断视频处理,还可以通过处理 GPU 可能无法执行的任务(例如解码没有硬件解码器的视频文件格式)来执行有助于加速视频的任务。

除了处理能力和卸载之外,传输到视频适配器和从视频适配器传输的数据的带宽也存在差异。

由于这些数据都需要通过该基座的单个 USB3.0 端口进行传输,即使其理论最大值约为 640 MBps(您永远无法获得),当您开始将其他设备(闪存驱动器、音频设备、网络连接等)连接到基座时,您会更加注意到这一点,因为它们都必须共享该单个管道。

相比之下,PCI Express(PCIe) (v1.0) 1x 连接约为 250MBps(理论最大值),PCIe (v1.0) 16x 连接约为 1GBps。

大多数当前的独立视频适配器使用多个 PCIe 1x 通道,并使用速度更快的 PCIe 规范的较新修订版本。

例如,最新的 PCIe 版本 3,每个 PCIe 通道基本上为 1GBps。

  • PCIe 1x = 约1GBps
  • PCIe 4x = 约4GBps
  • PCIe 16x = 约16GBps

因此,使用单个 PCIe 1x v3.0 连接的视频适配器将传输几乎两倍的数据,但它将用于传输仅有的视频适配器使用的视频(也可能是音频)数据。

与集成视频适配器(即 Intel GMA/HD 视频适配器,它是 Intel CPU 的一部分)相比,情况也类似。虽然集成适配器使用 CPU 进行大部分处理,但它们有专门的 CPU 部分用于视频处理的某些方面(硬件解码器等)。

虽然它们与 USB DisplayLink 适配器一样也使用 CPU 进行处理,但它们具有与 CPU 紧密耦合的明显优势,而 CPU 又与 RAM 紧密耦合。这种紧密耦合允许组件之间实现更高的带宽和更低的延迟,从而使它们能够达到令人钦佩的水平。

答案2

接口的丰富很大程度上取决于开发的时机。

USB,顾名思义,是一种普遍的接口,并开发用于允许多种类型的数字流量的交换,而最初的 USB1 标准是一个突破。

然而,当人们想要连接 AV 设备时,更高的数据速率超出了当时的 USB 规范,因此发明了 FireWire,它的速度也足够快,可以用于磁盘接口和其他高速流量。

随后,USB2 诞生,但在此之前,人们对 Firewire 设备进行了大量投资,而且经过很长时间,USB2 才成为高速数据传输的首选接口。

随后,FireWire 游说团体通过 FW800 规格将速度提高了一倍,但 USB2 现在已经过于成熟,FW800 无法与之竞争,而 USB3 则几乎成为通用高速数据传输接口的不二之选。当然,对于最快的内置光盘来说,这个速度还不够快,这些光盘使用自己的 SATA 接口,专门用于此目的。

与此同时,需要开发用数字显示器取代模拟显示器的技术,而 CPU 的速度不够快,无法使用 USB,因此开发了一种特定的数字接口 (DisplayPort) 来直接在视频卡上执行此操作。与此同时,电视和录像机和播放器需要快速的 AV 数字接口,HDMI 就是为此而开发的:既然这些都使用 HDMI,AV 设备制造商就没有动力改用 USB。

与此同时,苹果公司走自己的路,制定了标准,这些标准很容易在自己的产品中采用,但在外面却不流行。

这是对多年来发展情况的粗略概括,但我希望它能说明接口是如何激增的。如果有任何专注于 USB 的趋势,那么在建立任何统一性之前,肯定会出现具有自身优势的新接口。

最后要注意的是,3D 视频和 UHD 现在已经通过 HDMI 建立:我怀疑您的端口复制器是否能处理这些,因此这种跨越式发展仍将继续。

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