DisplayPort: uma interface de vídeo melhor
(hackaday.com)- DisplayPort é uma interface projetada pela VESA como sucessora do VGA e do DVI, e também é usada como tecnologia de base para painéis internos de notebooks, saída de vídeo por USB-C, estações de acoplamento e periféricos Thunderbolt, além de monitores externos
- Ao contrário de VGA, DVI e HDMI, que enviam um fluxo de pixels com clock fixo, o DP trata o vídeo como um fluxo de dados em pacotes, permitindo configurações flexíveis como ajuste do número de lanes, MST e canal AUX
- O eDP aplica a estrutura do DP à conexão de painéis internos, reduzindo de 6 a 8 pares diferenciais usados pelo LVDS para 2 ou 3 pares diferenciais e tornando mais simples o reaproveitamento de painéis de alta resolução
- Ao contrário do HDMI, o DP é menos amarrado a restrições de licença, certificação e NDA do HDMI, sendo visto como uma opção mais favorável para drivers open source, placas de desenvolvimento e fabricação de hardware em pequena escala
- O DP++ permite que a saída DisplayPort mude para um modo compatível com HDMI, facilitando a conversão DP→HDMI com adaptadores passivos baratos, enquanto HDMI→DP exige conversão ativa, sendo mais caro e menos comum
Onde o DisplayPort é usado
- DisplayPort é uma interface de vídeo projetada pelo grupo VESA como sucessora do VGA e do DVI
- A VESA também é a organização que criou padrões ligados a monitores de computador, como EDID, DDC e suportes VESA
- O DP oferece funções semelhantes às do HDMI, mas com menos carga de legado e recursos que aproveitam uma estrutura mais flexível
- Seu uso real não se limita a monitores externos
- telas internas de notebooks
- saída de vídeo em portas USB-C
- estações de acoplamento
- periféricos Thunderbolt
- saída de vídeo de alguns smartphones por USB-C
Transmissão baseada em pacotes e configuração de lanes
- O DisplayPort transmite dados em pacotes, como interfaces digitais modernas
- VGA, DVI, HDMI e o LVDS de painéis de notebook funcionam como fluxos de pixels em uma taxa de clock específica, e o HDMI é visto como mais próximo do VGA do que do DP nesse aspecto
- Os conectores de saída DP costumam se dividir em dois formatos principais
- DisplayPort de tamanho normal: tem como característica a trava que fixa o cabo
- miniDisplayPort: formato muito visto em MacBook, ThinkPad e GPUs com espaço limitado para portas
- Ao contrário de HDMI e VGA, o DP não precisa de um par diferencial de clock separado nem de um fio de clock
- Um link DP de tamanho normal usa 5 pares diferenciais
- 4 pares diferenciais para os 4 lanes do link principal
- 1 par diferencial para o link AUX
- Se toda a largura de banda não for necessária, o link principal pode ser reduzido para 1 ou 2 lanes
- nesse caso, o total de pares diferenciais passa a 2 ou 3, respectivamente
- a largura de banda cai, mas a fiação também diminui, o que é vantajoso para notebooks e aplicações embarcadas
- O HDMI exige basicamente “4 pares diferenciais”, em contraste com a forma como o DP ajusta o número de lanes
Canal AUX e integração com Thunderbolt
- O canal lateral AUX do DisplayPort é uma estrutura mais avançada do que os canais laterais baseados em I2C usados em VGA e HDMI
- O AUX é um link bidirecional de baixa velocidade com um único par diferencial e exerce vários papéis
- identificação do monitor baseada em EDID e compatibilidade com controle de monitor baseado em DDC
- comunicação de link training do DisplayPort
- controle de baixo nível do lado transmissor DP
- transmissão de áudio
- Recursos como o HDMI CEC também podem ser implementados sobre a camada AUX em vez de usar o esquema de fio único do HDMI
- O Thunderbolt evoluiu em conjunto com o DisplayPort
- TB1 e TB2 usam conector miniDisplayPort
- TB3 e TB4 coexistem com o DisplayPort no conector USB-C
- o tunelamento de DisplayPort é um recurso comum em periféricos Thunderbolt
MST para colocar várias telas em um único link
- Graças à estrutura de transmissão por pacotes, o DP pode carregar vários fluxos de vídeo dentro de um único link
- Esse recurso é chamado de Multi-Stream Transport (MST)
- Mesmo que uma GPU tenha apenas 4 portas físicas de vídeo, o chip gráfico pode suportar mais monitores, e um hub MST permite aproveitar saídas adicionais
- Alguns monitores DisplayPort têm chip com suporte a MST e conector de saída DisplayPort, permitindo ligação em cadeia entre monitores
- O macOS não oferece suporte a MST nem em saídas DisplayPort nem via Thunderbolt
- por isso, saídas adicionais de vídeo em estações de acoplamento podem ficar desativadas
eDP e a conexão de painéis internos
- Com base na flexibilidade de lanes do DisplayPort e em seus recursos de baixo consumo e foco embarcado, foi desenvolvido o padrão embedded DisplayPort (eDP)
- O eDP é compatível com o DP em praticamente todos os aspectos
- Notebooks e iPads provavelmente usam eDP internamente
- Em um caso já mostrado no Hackaday, uma tela de iPad de alta resolução foi reaproveitada com uma breakout board pass-through com soquete eDP de desktop
- O reaproveitamento de painéis baseados em DP pode ser feito sem chip de conversão nem adaptador grande, e no máximo pode exigir algo como um driver de backlight
- O eDP substituiu as limitações do FPD-Link, ou seja, do LVDS, na área de painéis de notebook
- desde meados da década de 2010, é difícil encontrar painéis LVDS em notebooks recém-projetados
- hoje, a conexão de painéis em notebooks é em geral eDP
- O que antes exigia 6 ou 8 pares diferenciais no LVDS pode ser tratado pelo eDP com 2 ou 3 pares diferenciais
- reduz o custo de cabeamento
- libera espaço na PCB
- mesmo com apenas 4 pares diferenciais, é possível implementar telas de resolução muito alta
- Como o canal AUX já fornece EDID, a chance de funcionar ao conectar a um notebook um painel com resolução diferente da de fábrica é maior do que no LVDS
A base da saída de vídeo por USB-C
- A flexibilidade do DP também o torna uma ótima espinha dorsal de vídeo para USB-C
- Se um dock USB-C tem conectores de saída de vídeo, há grande chance de essa função ser movida por DisplayPort
- Os pontos fortes do DisplayPort Alt Mode são vistos como um fator que contribuiu para o desaparecimento do HDMI Alt Mode
- A possibilidade de operar DisplayPort junto com um link USB3 separado dentro do mesmo cabo USB-C é uma vantagem especialmente grande
- O fim do HDMI Alt Mode é visto como algo positivo para os usuários
As diferenças por não ser HDMI
- Uma das grandes vantagens do DisplayPort pode ser resumida em “não ser HDMI”
- O HDMI é um padrão moldado por interesses de mídia como home theater e TV, enquanto o DP veio da VESA, no universo da computação pessoal
- O grupo HDMI diz priorizar interoperabilidade, mas a polêmica sobre a rotulagem do HDMI 2.1 é tratada como exemplo de que o foco real pode ser outro
- Avalia-se que decisões ligadas ao HDMI são fortemente influenciadas por evitar competição, por questões de marketing e branding e por royalties cobrados por dispositivo dos fabricantes
- Tanto o padrão DP quanto o HDMI não são padrões abertos, mas o HDMI teria restrições de NDA mais fortes
- há casos em que a AMD não consegue implementar FreeSync e recursos de alta resolução do HDMI em drivers Linux open source
- considera-se que o DisplayPort não impõe esse mesmo peso
- Exigências de certificação do HDMI podem atuar contra a qualidade do produto do ponto de vista hacker
- Um dos motivos pelos quais quase não se vê entrada DisplayPort em TVs de consumo é a estrutura de mercado dominada pelo HDMI
- internamente, a conexão do painel da TV pode usar DisplayPort
HDMI desfavorável para desenvolvedores e pequenos fabricantes
- O grupo HDMI é conhecido por fazer com que fabricantes de chips cobrem primeiro a taxa de adopter do HDMI de compradores de ICs HDMI e de placas de desenvolvimento
- Sem entrar no clube do HDMI, até lidar com placas de desenvolvimento pode ser difícil, o que faz o padrão ser visto como pouco amigável para hackers
- O Raspberry Pi CM4 expõe 2 links HDMI, mas dependendo da placa ou da forma como o produto é divulgado, pode surgir incerteza jurídica
- O texto sobre a $10 placa de captura HDMI open source também considera que, para fabricar e vender, seria preciso consultar um advogado que entenda de licenciamento HDMI
- O DisplayPort não tem esse problema, e se uma placa aparece com DP no lugar de HDMI, isso pode indicar que a empresa quis evitar os royalties por dispositivo do HDMI
DP++ e conversão para HDMI
- O conector DisplayPort de uma GPU ou notebook pode alternar para um modo compatível com HDMI por meio do recurso DP++
- O dongle necessário não é um conversor complexo; ele geralmente faz o seguinte
- ajusta o formato do sinal com level shifters lógicos
- envia o sinal para um conector HDMI
- curto-circuita dois pinos do conector DisplayPort para avisar à GPU que ela deve trocar de modo
- No DP++, os pinos AUX viram um barramento I2C
- Os adaptadores baratos normalmente chamados de conversores DisplayPort→HDMI na prática servem principalmente para avisar a GPU a emitir HDMI
- Essa abordagem é barata, eficiente e consome pouca energia
- Adaptadores DP→HDMI podem ser encontrados por algo como 3 dólares, e o custo de fabricação pode ficar em torno de 50 centavos
- A conversão HDMI→DP não pode usar esse método, então exige conversão ativa
- por isso é mais cara e menos comum
- Se por algum motivo for necessária uma conversão ativa DP→HDMI, ela pode ser difícil de encontrar porque há muitos adaptadores passivos no mercado
- chips de conversão ativa DP→HDMI para uso embarcado continuam sendo produzidos e podem ser obtidos
O lugar do DP dentro de notebooks e GPUs modernos
- O DisplayPort se tornou quase um elemento básico de dispositivos portáteis, mesmo quando não há conector externo visível
- Além de eDP e DP Alt Mode, até o conector HDMI de notebooks modernos pode ter como espinha dorsal interna o DP ou uma interface de baixo nível como a DDI da Intel e da AMD
- Intel e AMD apostaram fortemente no DisplayPort, e o HDMI é visto nessa estrutura quase como um cidadão de segunda classe
- Em um texto futuro, serão abordados com mais detalhes o eDP, o canal AUX, o projeto de PCBs com links DisplayPort e os detalhes de cabeamento
1 comentários
Comentários do Hacker News
Texto muito bem escrito. Se você conhece VGA, tem só uma noção de DVI e acha que HDMI é o auge, então nunca foi atrás de ler sobre DisplayPort, este texto explica muito bem o quanto o DP é diferente e novo em relação ao HDMI
A frase principal que realmente me fez ler foi “DisplayPort sends its data in packets.”, e o texto explica bem o que isso significa e como é diferente do HDMI
Outro problema é o desempenho, e isso não está escrito na caixa. No terceiro monitor, vídeo roda a apenas cerca de 16 FPS
No começo eu via isso como uma vantagem de um padrão aberto, mas na prática um padrão fechado e caro às vezes acaba tendo a vantagem de reduzir custos do ponto de vista do consumidor
O texto original também não menciona transmissão multi-stream (MST). Mesmo numa época em que não havia um padrão claro para certas combinações de resolução/taxa de atualização, isso podia ser implementado via MST. Os primeiros monitores 4K/60Hz usavam a capacidade de múltiplos displays do DP 1.4 ou 1.2 para enviar dois sinais de 1920x2160/60Hz para a mesma tela e, internamente, unir essas duas telas virtuais para formar 3840x2160/60Hz. Na época, configurações de fluxo único ou o padrão HDMI estavam limitados a 3840x2160/30Hz
Naquela época eu achei que isso era uma vantagem do DP, mas como não havia como exigir compatibilidade DP nem alegações de suporte completo a uma versão específica, era comum fabricantes de cabos dizerem que suportavam 1.2 ou 1.4 sem na verdade oferecer MST e largura de banda adequados
E as mentiras não paravam por aí. Entre os cabos DP relativamente caros que comprei naquela época, alguns anunciavam banho de ouro, mas dava para ver manchas pretas de oxidação em ambos os lados de plugs amarelos anodizados. No fim, encontrar um cabo realmente compatível exigiu quase três dias de esforço e sorte, além do custo de vários cabos defeituosos. A alta barreira de entrada criada pelas altas taxas de licenciamento do grupo HDMI tem o efeito de filtrar fabricantes antiéticos, e isso é um benefício puramente para o consumidor
Com plugues HDMI de tamanho normal, quase nunca tive problema na hora de remover, mas o DP, especialmente o DP de tamanho normal, muitas vezes tem um botão que precisa ser pressionado para destravar, e esse botão frequentemente é difícil de apertar ou até impossível. Toda vez fico pensando se o botão foi pressionado por completo, se travou, ou se vou acabar danificando o hardware ou o cabo. Já o HDMI padrão não tem trava, então sai com suavidade, e também sofre menos fadiga mecânica do que mini/micro-USB
Acho o DP uma ótima ideia em situações como conexão interna de notebooks, em que o fabricante se responsabiliza diretamente pela qualidade, ou quando ele está embutido dentro de outro padrão. A baixa barreira de entrada também pode ser uma vantagem se a economia realmente for repassada ao consumidor. Mas os resultados práticos não sustentam dizer isso para todos os usos
O mais surpreendente sobre o DVI, e por extensão o HDMI, é que no fim das contas ele é VGA digital. Isso significa que carrega toda a complexidade de temporização e sincronização junto
O DVI pode transportar sinais analógicos (VGA/DVI-A) e digitais (DVI-D) no mesmo cabo, e eles não são independentes, compartilhando alguns pinos e temporizações. Em tese, daria para fazer um monitor CRT usando DVI-D só adicionando um DAC, embora eu não saiba se isso realmente existiu
O DisplayPort eliminou esse legado. Também imagino que o hardware de implementação seja muito mais simples e estável
O DisplayPort usa um embaralhador no processo de codificação da linha para achatar o espectro de Fourier do sinal emitido, suprimindo picos espectrais gerados por conteúdos específicos da imagem. Segundo o padrão, o embaralhador reduz os picos espectrais em cerca de 7 dB. Como efeito colateral, isso também torna muito mais difícil, e na prática irrealista, um atacante reconstruir a imagem exibida a partir das emissões de um sinal DisplayPort
Além disso, o DisplayPort usa um pequeno conjunto de taxas de transmissão fixas, independentes do modo de vídeo. Ao contrário da maioria das outras interfaces digitais, os dados de vídeo não são transmitidos continuamente com temporização estilo TV, mas em pacotes de dados com cabeçalhos e bytes de preenchimento. Por isso, cabos DisplayPort não são uma fonte típica de vazamento de vídeo no estilo Van Eck, e também é muito difícil para um espião sincronizar com os dados transmitidos
Dito isso, será que existe alguma forma de forçar o HDCP a ficar ligado no Linux? Nesse caso, essa tecnologia poderia virar uma contramedida contra Van Eck em vez de apenas um obstáculo de DRM. Até porque dispositivos de remoção são fáceis de encontrar no AliExpress
[1] https://everymac.com/monitors/apple/studio_cinema/specs/appl...
O DP também parece refletir aproximadamente a temporização de CRT, incluindo períodos ativos e de blanking, mas não parece haver de fato um clock de pixel fixo. Ao ler a especificação, não consegui entender completamente a transmissão síncrona/assíncrona de pixels, e também não parece que ele transmita um pulso de sincronização horizontal a cada scanline
Frases como “deveríamos prestar mais atenção ao DisplayPort” mostram bem quanto tempo pode levar para um padrão entrar no radar da cultura técnica dominante
Lembro de ter ficado empolgado na faculdade, em 2008, ao ouvir falar que o DisplayPort estava migrando para vídeo digital em pacotes, e vi o primeiro Mac com Mini DisplayPort no fim daquele ano ou em 2009
Eu achava que, no mundo de PCs entusiastas/de alto desempenho, isso já era uma tecnologia bem conhecida e comum havia mais de 10 anos, mas talvez eu estivesse enganado
Eu simplesmente supunha que, como no Mac, todo mundo tinha feito a transição anos atrás, mas não era o caso. Até hoje muita gente usa ou quer HDMI
Existe algum switch KVM que lide direito com DisplayPort? Quero dizer um produto em que, ao alternar a entrada, para o PC não pareça que o monitor foi desconectado
Ainda uso HDMI porque quero fazer com que a configuração de múltiplos monitores de casa seja compartilhada entre meu equipamento pessoal e o notebook do trabalho. KVMs HDMI conseguem fingir para o PC que o monitor está sempre conectado. Testei um switch DisplayPort há alguns anos, mas ele não conseguia fazer isso; imagino que seja porque o protocolo DisplayPort é mais complexo
É relativamente incomum, e a qualidade da implementação nem sempre é boa, mas eu diria que é essencial para um KVM DP ser menos irritante
Havia uma marca específica de KVM conhecida por fazer isso bem, mas não lembro o nome. Por motivos óbvios, cheguei a considerar comprar um por volta de maio de 2020, mas, também por motivos óbvios, estava com um backlog gigantesco e no fim não comprei. Pelo que lembro, a versão com 4 entradas/2 saídas custava cerca de US$ 500, então não era barata
https://store.level1techs.com/products/14-kvm-switch-dual-mo...
O produto da StarTech que eu tenho é razoável, mas ele realmente odeia computadores Apple e frequentemente se recusa a exibir imagem; no Windows também às vezes trava e os dispositivos USB param de funcionar. Estranhamente, no Linux não tenho problema nenhum nem com vídeo nem com entrada. Uma vitória rara, mas para mim está ótimo
Estou usando este. Ele até parece como se a conexão fosse interrompida, mas não parece haver problema de verdade. Meus equipamentos se reorganizam imediatamente
Quando volto o KVM para o Mac, essas janelas se movem de volta para o monitor principal
É irritante que a NVIDIA tenha colocado HDMI de última geração nas GPUs recentes, mas deixado uma versão antiga de DisplayPort
Por muito tempo eu sempre aconselhei escolher DisplayPort quando houvesse opção, mas agora preciso acrescentar a ressalva de que, “se você tem uma GPU nova de ponta e um monitor de alta taxa de atualização, HDMI pode de fato ser melhor”
Dois monitores 1440p 144Hz, mesmo usando MST, por pouco não cabem nos 26 Gbit de um único DP 1.4, já que seriam 2x14 Gbit. Se eu tentar, o Windows automaticamente reduz as cores para 4:2:2
Não sei se já existem hubs MST com DP 2.0, mas, mesmo que existam, eu teria de comprar uma GPU nova. Imagino que esse seja o objetivo da NVIDIA
Antes, era o desempenho bruto de computação que vendia GPUs, mas agora G-SYNC, RTX, DLSS, interpolação de quadros e até a capacidade de se conectar a determinados displays (por exemplo, 8K/120Hz) passaram a fazer parte do produto, e podem ser guardados para “impulsionar” o apelo de uma geração específica
Não me surpreenderia se a série 5000 viesse com quase nenhuma melhoria em nível de software, apenas os ganhos normais de desempenho, aumento de VRAM (até 32 GB na 5090) e um novo padrão de DisplayPort, para vender 8K/120Hz e jogos em 4K/240Hz. A tecnologia de interpolação de movimento da série 4000 já deixou o terreno preparado
Se o vídeo não for comprimido, intuitivamente parece fazer muito mais sentido um fluxo de dados em taxa constante do que pacotes
Será que há alguma desvantagem em packetizar? Algo como aumento de latência ou queda de quadros. Ou será que só existem vantagens, como combinar facilmente vários fluxos de dados e integrá-los em hubs?
Como DVI e HDMI apenas digitalizaram superficialmente o método de varredura por feixe do VGA, recursos de taxa de atualização variável como G-SYNC/FreeSync acabaram surgindo bem mais tarde do que deveriam. Se não tivéssemos desperdiçado 10 anos dirigindo LCDs por links digitais com temporização de CRT e suas variações, teria ficado mais óbvio que o link entre GPU e display deveria negociar a velocidade mais rápida suportada por ambas as pontas, e não a velocidade mínima suficiente para entregar pixels
O analógico é em tempo real, então é difícil encaixar outras coisas no fluxo de dados, mas no digital, em vez de deixar a linha ociosa, dá para empurrar mais dados com comutação por pacotes
Se bem me lembro, a temporização e a taxa de dados são definidas com antecedência com base na capacidade e nos recursos informados pelo dispositivo receptor. Se o dispositivo não puder suportar vários fluxos ou se o canal de dados configurado não conseguir atender totalmente à largura de banda necessária, isso nem chega a ser tentado
Se usar Display Stream Compression (DSC), há um buffer de uma linha e alguns FIFOs para controle de taxa. Nas resoluções em que DSC é usado, por exemplo 4K/144Hz, o tempo de transmissão de uma linha é de cerca de 3 microssegundos, então esse também é o máximo de latência adicional que se pode esperar
Este texto foi útil, e eu não sabia que o DisplayPort era tão diferente assim do HDMI
Recentemente comprei um dock para desktop que usa DisplayPort em vez de HDMI para conectar ao monitor. O monitor tem 2 HDMI, 1 Type-C e 1 DisplayPort. Até agora tudo bem, mas o áudio falha não importa o que eu faça. Achei que fosse problema do dock, mas o áudio indo de computador > dock > alto-falante da webcam funciona bem por USB-C. Então, infelizmente, parece que o DisplayPort está causando esse jitter de áudio
Vale a pena verificar se é USB ou Thunderbolt. Docks Thunderbolt são mais caros, mas, se o notebook ou dispositivo suportar, são muito mais eficientes e rápidos que USB
Um dock Thunderbolt é basicamente um dispositivo de expansão PCIe, enquanto um dock USB liga tudo via USB, então podem aparecer problemas típicos de USB, como o áudio falhar quando a CPU está ocupada
Por outro lado, a imagem é meio instável, e isso parece ser um problema comum em conversores DP→HDMI. Se alguém souber de um conversor que não detone o sinal, gostaria de saber
Eu não sabia que a transmissão multi-fluxo (MST) exigia suporte do sistema operacional, e me surpreende que o macOS, com seu excelente suporte a Thunderbolt, não suporte isso. “Até” o ChromeOS consegue fazer MST
Felizmente, os Macs lançados nos últimos 7 anos têm pelo menos Thunderbolt 3, então ainda é perfeitamente possível obter dois displays 4K a partir de uma única porta/cabo. Basta usar um adaptador TB3 para dual DisplayPort ou HDMI
Será que nunca vamos viver num mundo em que os monitores encontrem o sinal em menos de 100 ms?
Também seria bom se o monitor pudesse informar ao computador dados de orientação, como vertical/horizontal
Se ele perde o sinal, para de responder, o menu do monitor some, e todas as informações de debug também desaparecem. A única coisa que dá para fazer com o joystick é trocar a fonte de vídeo por outra. Se precisar alternar entre DP e HDMI2, leva quase 1 minuto, e a experiência do usuário é uma piada
Imagino que isso também devesse ser possível via USB-C, mas não sei se é possível em DisplayPort puro ou HDMI
Gosto do pequeno clipe de fixação, e a sensação de clique ao conectar, que dá para ouvir e sentir, é satisfatória
Claro, ninguém jamais vai encontrar uma combinação dessas de gabinete/GPU/cabo no mundo real, né?