科技業者為了將營收及獲利維持在某一健康的水準之上，其結果就是科技要不斷地向前演進及發展。但是，當產品進步沒有增進最終使用者的體驗，反而是倒退時，這種忍受性（sustainability）就很不確定。
作者：Brian Dipert，資深技術編輯
觀察一下現代家庭劇院接收機的背後，你將可以在眾多插座中注意到佔有優勢地位的類比信號插座（圖 1）。RCA 插座可傳送低電平類比音頻信號，而香蕉插頭（banana plug）及接線柱（binding post）則處理連到聲器的後放大連接（postamplification connection）。RCA 插座亦用於視頻傳送：其中一個用於合成視頻輸出，另外三個插座則分別用於較高品質的色差視頻匯流排（component video bus），而 S 視頻端子則是一種品質與複雜性皆中等的選擇（參考文獻 1）。RGB 視頻有各種型式的插頭：RCA、RF 和 9 針與 15 針版的視頻插頭，以及其他很多由各業者自行發展出來的類型。
但仔細看 AVR-5805 背板的下兩行，你會注意到 Denon 亦在準備擁抱未來的數位音頻。RCA 插座可以處理索尼/飛利浦數位介面（Sony/Philips digital-interface，S/PDIF）的位元串流，如光纖插座一樣。Denon 私有的 Denon Link 和工業標準的乙太網路 RJ-45 互連方法都可以處理網路音頻，還有一種是 IEEE-1394，也叫FireWire（參考文獻 2）。當然，電線已不再是絕對必要的東西了，快速發展的各種無線連接方法正在下一代的設計領域中相互競爭（編註：有興趣的讀者還可參考本文作者在其部落閣所發表的另一篇文章"On the air"，網址為：www.edn.com/blog/400000040/post/1200006120.html）。而對視頻來說，你的注意力會被吸引到接收機背板最上面一行的數位視覺介面（Digital Visual Interface ，DVI）和高解析度多媒體介面（high-definition-multimedia-interface ，HDMI）插座上。
在進一步討論 DVI 和 HDMI 問題前，先考慮一個“更宏觀”的問題：為什麼從類比朝數位轉換的情況會發生？答案要從多媒體節目的來源說起；在以前，音頻音源主要是來自於錄音帶和黑膠唱片，但現在則主要是來自光碟和保存在網際網路上可供下載和串流的媒體應用之二進位檔（參考文獻 3 與參考文獻 4）。光碟以及透過地面天線、有線纜線、DSL和衛星鏈結的數位位元串流也是常見的視頻來源，所有這些都取代了較早期的類比廣播和錄影帶（參考文獻 5）。
接下來，看看媒體發行鏈的另一端，這是內容達到你的眼睛和耳朵之前的最後幾個步驟。聲波和影像產生過程的本質是類比式的，但對音頻，EDN 已經大量報導過驅動轉換器（transducers）的新興 D 類數位音頻放大器（參考文獻 6）。而對於衋W來說，像是數位光處理（digital-light-processing，DLP）、LCD、反射式液晶（liquid- crystal-on-silicon，LCOS）和等離子體技術等以數位為中心的方案，正逐漸取代類比的 CRT，使得曾經如日中天的 CRT 逐漸地從市場中消失（參考文獻 7 和參考文獻 8）。
下面來看看音、視頻在來源與目標之間來回移動的多個處理步驟。數位域的處理本身（如重新採樣、尺寸大小調整、混合、格式轉換和其他工作）會為系統的多媒體素材帶來潛在可探測的品質下降之變換。減少不必要的數位類比和類比數位轉換，不僅有利於降低系統成本，亦可以盡可能地保持到達終點（眼中和耳中）的節目原貌。類比內容在透過傳輸介質時會受各種因素影響而降級（degradation），如纜線阻抗衰減（attenuation）和不恰當的負載阻抗匹配，降級的原因還有受 EMI 耦合影響的運行環境。要以一種沒有干擾的方法將多路類比信號在一條電線上進行多工（multiplex），是一件很困難的事。但在數位域（digital domain）中，這種多工過程比較簡單。
數位還有一個值得一提的重要 “優勢”（至少對某些人來說）：媒體內容版權所有人多年來一直在致力於類比內容的版權保護，尤其是透過像 Macrovision 這種技術來進行。對數位域素材的加密更加簡單易行。這種防範措施插在視頻源與顯示器之間，控制著各種要素，如誰在使用，可以使用的次數，第一次使用了多久，以後使用了多久，使用者可以聆聽和觀賞的品質，以及是否可以複製內容，如果可以複製，則他們複製的次數以及品質等級。
數位版權管理（digital-rights management，DRM）也很快使自己具備一個內容控制系統的種種理想特性：可更新、可撤銷和可升級（參考文獻 9）。當出現 DRM 被破解情況時，數位域的浮水印會確認出侵權的來源，加速訴訟的速度。但後面會談到，DRM 的缺點是很多使用者在使用現代消費性電子設備時所面臨到問題的根源。如果一個數位互聯（digital-interconnect）方法不僅會導致媒體的使用限制，比“隨便使用”的類比媒體更麻煩，並且還增加了更多使用中的小毛病，消費者的強烈反對就是不可避免的了。
DVI：數位先驅
在英特爾公司在 1998 年的秋季開發者論壇上宣佈了數位顯示器工作組（Digital Display Working Group，DDWG）的組成時，該公司認可的介面技術是 DVI，這是 Silicon Image 幾年前提出的基於最小化傳輸差分信令（transition-minimized-differential- signaling，TMDS）PanelLink 結構的技術。那時，DVI 不是唯一的選擇，事實上，視頻電子標準協會（Video Electronics Standards Association，VESA）正在與另外兩個基於 TMDS 的方案競爭，它們是隨插即顯示（plug and display，P&D）和 數位平板（digital flat panel，DFP）。蘋果公司的蘋果顯示連接器（Apple Display Connector ，ADC）也是取自 TMDS，但連接器和纜線還可以額外承載 USB 與顯示電源匯流排。美國國家半導體公司提出了另一種引人注目的競爭方案：開放式 LVDS 顯示介面（Open LVDS Display Interface，OpenLDI），眾所周知，該公司多年來一直在開發低電壓差分信令（low-voltage differential signaling，LVDS），因此提出此一標準並不奇怪。
但英特爾公司的勢力使業界轉而朝 DVI 的方向發展，其他方案則逐漸銷聲匿跡。例如，OpenLDI 在 Silicon Graphics 的 1600SW LCD 中獲得了最引人矚目的成功，它具備當時領先的功能，如 17 英寸寬螢幕、1600×1024 像素解析度、350:1 對比度，以及 0.23 mm （110 DPI）的點距。但是，只有三片繪圖卡（分別來自 3Dlabs、Formac 和現已消失的 Number Nine）可以原本就支援其 OpenLDI 連接。SGI 開發了一個 MultiLink 轉接卡，可將 OpenLDI 轉換為更常用的 VGA（類比）和 DVI（數位）協定。同時，由於 P&D 概念上與 DVI 相似，VESA 試圖讓它既包含類比和數位視頻，也涵蓋 USB 和 IEEE 1394（火線）連接的周邊，如滑鼠、鍵盤、印表機和音頻設備。DDWG 則使用它連接器上的多餘部分，實現了可選的第二個並行 DVI 鏈結，因此能支援更高解析度的顯示器。
當英特爾公司公開自己對 DVI 的支持時，它已經擁有在市場上推動事實標準（de facto standard）的悠久成功歷史，如周邊零件連接介面（Peripheral Component Interconnect，PCI）和個人電腦記憶體卡國際協會（Personal Computer Memory Card International Association ，PCMCIA）成員所制訂的電腦記憶體卡規格，也稱為PCMCIA卡。其成功的關鍵因素是嚴格的符合性測試和定期進行的產業互通性測試（plusfest）。但是，DVI 的開發缺少一種類似的正規相容性驗證過程，此一疏忽也對它造成了傷害。（英特爾並不開發 DVI，因此對它的控制也較弱，這是造成此一疏忽的部分原因。）DVI 運行的最大時鐘速度為 165 MHz，傳輸速率為 10位元/時鐘。由於採用 8B/10B 編碼，並且每個鏈結中搭配了八根線（四對雙絞線，分別對應紅、綠、藍色和時鐘），這一時鐘頻率對應於 3.96 Gbps 的峰值單鏈結頻寬（peak single-link bandwidth），或 1920×1200 像素（24 位元彩色、60幀/秒）的峰值單鏈結解析度（圖 2）。但是，有些矽晶供應商（特別是那些試圖在一顆較大矽晶（如繪圖晶片）上整合 DVI 收發器的廠商）並不滿足 165 MHz 的設計目標。（DVI 基於 I2C 的顯示資料通道（display-data-channel ，DDC）匯流排是繪圖晶片與顯示器之間溝通它們各自性能與限制的方法。）沒有一種視頻輸出設備或顯示器能支援雙鏈結 DVI 的實現，即提供高達 7.92 Gbps 頻寬和 2560×1600 像素解析度。
設計的困難導致了另外一項的 DVI 缺點，此一缺點在性質上更偏重於財務方面。為了交換英特爾的許可，Silicon Image 鄭重宣稱要以免收權利金的方式提供其基礎技術專利。但是，該公司保留了對 DVI 實現專利的控制，因此 Silicon Image 取得了一個優渥、持續的營收來源，此一營收來源不僅是來自買它 DVI 晶片的其他公司，也來自與它有重疊的 DVI 電路設計。由於英特爾是 Silicon Image 的一個投資者，因此增加了業界對 DVI 的不安；Silicon Image 與 DVI 的相關收入最終會進入英特爾的金庫。
當 DVI 進入市場時，它面臨的是使用者手中大量現存的 VGA 顯示器。繪圖卡可能已能支援 DVI，但至少在短期內，去掉 VGA 功能簡直就意味著自殺。有一件事情可作為這種現象的一個印證，那就是最常用的 DVI 連接器選項 DVI-I 就同時包含了類比與數位介面，透過一個轉換器可以變成傳統的 15 針 VGA 插頭。英特爾在一份早期的 DVI 推廣材料上指出，電腦產業正在接近一個轉捩點，迅速成長的顯示解析度加上更細密的點距，會使類比介面無法提供足夠的品質影像。將近 10 年過去了，這個轉捩點還沒有出現。拋開英特爾的公正性不談，至少有一部分的延遲原因是由於超出了該公司的控制範圍；微軟的作業系統也沒有實現與解析度無關的 GUI 元素渲染，如字型和圖示。（Windows Vista 應在這方面有相當大的改善。）並且這些元素在細密點距的顯示器上也是難以分辨的。矽晶供應商還對類比視頻傳輸器和接收器的 SNR、切換速度和其他屬性做了一些實際改善，這些都延誤了 DVI 的優勢。
HDMI：發展中的衍生標準
DVI 連接器的外形適合於電腦應用，但消費性電子供應商需要更小、更使用者友好的連接器，例如不需要螺絲釘。但我們不應把 HDMI 簡單地當作是一個縮小的 DVI 埠（圖 3）。如其名稱所暗示的，它的開發者（其中主要是 Silicon Image）採用了一種與 DVI 向後相容的方式，能夠透過一根纜線同時傳輸視頻和 8 通道音頻資料（壓縮與非壓縮、24位元採樣、192 kHz 採樣率）。從圖 1中可以理解到這種改進的吸引力。最初的 HDMI 草案是將音頻資訊調製在時鐘信號上，但現在音頻資料的傳輸發生在“資料島（data-island）”的間隔內，即在水平和垂直顯示的遮沒期間（blanking period）。PC 以外的 HDMI 不僅支持 RGB，而且還包括 4:4:4 和 4:2:2 的色差視頻格式。HDMI 支援三種編碼協定：8B/10B ，它可用於可容忍偶然掉位元的視頻；4B/10B 用於音頻，而 2B/10B 則用於最關鍵的控制資訊。
自從 2002 年 12 月推出 1.0 版本規格以來，HDMI 以一種向後相容的方法，進行了幾次的定期改進（表 1）。例如，正式的 1.2a 版支援消費性電子控制（Consumer Electronics Control，CEC），這是一種採用 AV Link 協議的遙控方案，它在 HDMI 源與目標的實現中都是可選的，但需要纜線中的接線支援。最新的 1.3 版 HDMI 將最大單一鏈結時鐘速率增加到 340 MHz，這種增強不僅要求 HDMI 鏈結的兩端都符合 1.3 版本，並且最終使用者還要使用經過 Category 2 速度認證的纜線才能從其中獲益。這些透過 10.2 Gbps 頻寬獲得的效益還包括誤差檢測與校正編碼，或者包括增加每一鏈結影像解析度
（per-link image resolution）、提升每一鏈結影像幀率，以及將影像彩色深度增加到 24位元/像素以上。這種深度的增加是伴隨著HDMI對在RGB及色差格式中的30、36、 和 48位元色彩（也就是10、12、及16位元/分量）之支援而來的。
最終使用者從 1.3 版中得到的另一項效益是支援下一代 xvYCC 彩色空間標準，從而擴充了影像色譜範圍。HDMI 1.3 版還擴充了對音頻傳輸的支援，包含支援杜比實驗室和 DTS 最新的高傳真（high-fidelity）無損壓縮（lossless-compression）格式。只有當傳輸設備不具備對這些格式進行解碼的能力時，這種增加才有意義，如果設備可以對這些格式解碼，則它可以支援早期 HDMI 版本中的未壓縮音頻傳輸，以及多聲道類比音頻連接。音畫同步(Lip-synch)校正可以對透過家庭劇院設備鏈處理音、視頻的不同延遲進行補償，迷你型 C 型連接器是針對迷你型數位相機和攝影機的資料傳輸而設計的。
持懷疑態度的人會提出疑問，HDMI 1.3 版較高的頻寬能力在實際生活中是否有意義，因為先前的 HDMI 版本已經能處理傳統的視頻信號源，包括標準和高解析度光碟，以及透過有線纜線、互動式網路電視（Internet Protocol television，IPTV）、地面和衛星服務商提供的標準清晰度和高解析度度電視。用三個英文字即可回答此一質疑：相機（camera）、電腦（computer）和遊戲機（console）。顯然地，遊戲機和電腦遊戲愛好者最關心的是高的幀速，因為這樣遊戲玩家才能實現快速的反應（參考文獻 10）。現代相機很容易獲得高解析度大動態範圍（high-dynamic-range，HDR）的影像，而現代電腦也可以輕易地顯示並輸出它們。而各種顯示創新技術，如深黑功能、LED 背光、多色背光陣列、及BrightSide 科技公司令人印象深刻的白光與多色 LED 陣列的逐 LED 、逐幀控制（per-LED，per-frame control）（參考文獻 11），已逐漸可以提供這種內容豐富的影像給觀賞者。顯示器已不再承擔傳統的視頻顯示任務，有了 HDMI 1.3 版，系統與顯示器之間的鏈結將不再是品質的瓶頸。
不提 DRM 就不算討論完了 HDMI。有一種常見的誤解，認為所有帶 HDMI 的設備都實現了 DRM，事實上，HDCP（大頻寬數位內容保護）的支援是可選的，不過它在 HDMI 中的實現與 DVI 一樣是採用 DVI-HDCP 的形式，並且它的實現要向 HDCP 智慧產權版權所有者支付額外權利金。儘管 HDMI 創辦人組織吸取了 DVI 的教訓，並實現了一個正式的批准過程，但這個批准還沒有擴充到包括可選的 HDCP。於是（也許並不令人驚訝），現在多數的消費者對於今天 HDMI 的問題可以追溯到HDCP所產生的根本原因。
著名的消費性電子配件供應商 Monster Cable 在一篇文章中簡單地談過這些 HDMI 災難及其與 HDCP 的關係（參考文獻 12）。消費者經常提出的抱怨包括：當帶 HDMI 的 DVD 播放器和顯示器之間有一台音頻/視頻接收機時，就無法實現 DVD 播放器與顯示器之間的通信，而兩者直接連接時卻工作正常。消費者還抱怨不能讓各種設備正常工作，除非使用者按照某個特定的次序啟動這些設備；還有當消費者將顯示器上的某個視頻源切換走，再轉回來時，就無法恢復原有的穩定運行。
所有這些問題的起因都不可避免地造成源與目標之間 HDCP“握手”的中斷，視頻源不能正確的解析一個 DRM 中斷，因而禁止輸出。解決問題的“糟糕”方法有設備重新上電，或拔下插頭再重新插上，以恢復正常功能。即使 DRM 功能如預期一樣正常無誤，通常帶 DVI 和 HDMI 的視頻源在出廠時是關閉數位輸出的，因此使用者需要先將它們透過類比的方式連接到一台顯示器上，在設定功能表裡重新配置，然後再用數位方式重新連接。並且 Monster Cable 還在報告中說，消費者一般都會放棄嘗試，乾脆將纜線和設備都送回商店要求退款，這種情況下，供應商、零售商和最終使用者三方都成為受害者。
DisplayPort：不符合標準？
業界企業一直在努力判斷產業標準組織的作品與單一公司或多家公司聯盟的事實標準之間的差異，並試圖在兩者間作出決策。最近就有一個這種緊張局勢的實例，那就是 HDMI 與 VESA 反應的 DisplayPort 標準之間對心佔率（mind-share）的爭取。儘管 VESA 在 2006 年 5 月就通過了 DisplayPort 規格，但我多年前在英特爾的開發者論壇上看過它前身（IBM 的 Digital Packet Video Link）的展示。正如其前身的名稱所示，DisplayPort 沒有採用 DVI 和 HDMI 那種原始視頻串流的技術方案，而代之以將音頻、視頻和控制資訊封裝在資料封包內，類似於資料網路（data network）中的情況。
每個 DisplayPort Main Link（主鏈結）包括一、二或四個雙端終結的差分信號對，沒有專用的時鐘信號；而採用嵌入時鐘的 8B/10B 編碼資料流程（圖 4）。交流耦合方式使 DisplayPort 發送器和接收器能運行在不同的共模電壓下，因此兩者可以採用不同的製程。DisplayPort 1.0 版可以在每個差分對通道下，減掉 8B/10B 開銷後，以 270 M 位元組/秒頻寬實現 2.7 Gbps 鏈結速率；也能以每通道 162 M 位元組/秒頻寬，提供 1.62 Gbps 鏈結速率。主鏈結不僅有高速度，而且和 HDMI 一樣是單向的，並且是低延遲（雖然未給出具體值）。鏈結速率和像素速率可以互相去耦合（decoupled），可以自由地在像素深度、解析度、幀速率和附加資料量等各方面作出折衷，例如鏈結串流中的音頻和 DRM 資訊。
舉例來說，使用單通道 2.7 Gbps 鏈結時，能夠以 60 場/秒實現一個 1920×1080 像素隔行、4:4:4 的 YCrCb 30位元/像素視頻串流，或者以 18 幀/秒實現 1680×1060 像素逐行掃描的 18位元/像素 RGB 視頻串流。而四通道 DisplayPort 鏈結能夠以 96 幀/秒實現 1920×1080 像素逐行掃描解析度的 36位元/像素 4:4:4 YCrCb 視頻串流，或以 120 幀/秒實現 1920×1080 像素逐行掃描解析度的 24位元/像素 4:4:4 YCrCb 視頻串流，或以 60 幀/秒實現 2560×1536像素逐行掃描解析度的 30位元/像素 RGB 視頻串流。一、二和四通道主鏈結的配置有無數種組合，包括混合音頻、視頻、DRM 和其他資訊。一個 1 Mbps 頻寬和最大 500 ms 延遲的獨立半雙工、雙向輔助通道用於處理源/目標握手任務，交換雙方各自的性能資訊，並有一個補充的檢測熱插拔中斷請求信號。
在規格還處於起草階段時，我就曾看過在奧勒崗州波特蘭市所召開的 ADEAC（Americas Display Engineering and Applications Conference，美國顯示工程與應用會議） 2005 SID（Society for Information Display，資訊顯示協會）上的 DisplayPort 詳細技術展示。最近在加州好萊塢舉辦的電影與電視工程師協會（Society of Motion Picture and Television Engineer，SMPTE）技術研討會和展覽上有一個最新的展示，看了這兩場展示後，我最大的感觸是，DisplayPort 大量的技術資料與缺乏業界的任何實際支持之間形成了鮮明的反差。很多公司（多數不甘心支付 DVI 和 HDMI 的權利金）都希望向新聞界表達對 DisplayPort 方案的信心。但直到本文英文版發表時，Analogix 是唯一一家公開 DisplayPort 矽晶的公司。
DRM 不久前也為競爭中的顯示器介面方案提供了一點差異性。DisplayPort 最初計畫隨意地實現 Certicom，這是飛利浦所開發的一種晦澀之 DRM 技術。與之相比，HDMI 和 DVI 支持的 HDCP 已經有近十年的實現歷史，並且背後有好萊塢和其他地區所有重量級的內容版權擁有者。也許這就是 VESA 在 2006 年 11 月初宣佈未來 DisplayPort 1.1 規格將增加對 HDCP 支援的原因。
未來預測
英特爾支援的統一顯示介面（Unified Display Interface UDI）成為第三個加入 DisplayPort 與 HDMI爭奪下一代數位介面之戰的競爭者。UDI 工作組在 2005 年 12 月正式亮相，其中亦包含了 Silicon Image、蘋果電腦、LG、三星和 Nvidia 等公司，但隨後的發展較慢，雖然第 1 版規格在 2006 年 7 月就已獲得批准。UDI 是 HDMI 的衍生產品，並且向後相容於 HDMI，但可提供高達 16 Gbps 的原始每一鏈結頻寬。Wikipedia是這樣來說明它的：“連接器擁有單行 26 觸點，相互間距為 0.6 mm，非常類似於英特爾所創造的 USB 插頭，不過後者只有單行 4 觸點。26 個觸點中有 3 個未接線，但保留給未來可能的升級。傳輸與接收插頭略有不同，UDI 纜線只能沿一個方向使用。雙向通信時，資料速率比單向視頻資料串流要低得多”（參考文獻 13）。此外，在最近舊金山的一場新聞簡報上，HDMI 的代表將 UDI 定位在一個針對商務級 PC 的第二代 DVI，它為更高的單鏈結解析度提供了更大頻寬，但缺少 HDMI 所擁有的音頻和其他增強特性。
那麼，UDI 是什麼情況？英特爾不會正式地說明規格的狀態，但幾個匿名而地位特殊的業界資訊人士表示，英特爾已經將 UDI 擺一邊，並將注意力轉向 DisplayPort。這些人為英特爾心意的轉變提出了幾項理由。一是業界長期敵視的 HDMI 權利金要求，這種權利金的受益者顯然是 Silicon Image，而英特爾也因為投資關係而間接獲利。另一個原因是對單一標準的要求，這種標準能同時提供外接的和整合的繪圖子系統與顯示器之互連方案，VESA 指出，這是 DisplayPort 領先 HDMI 的一個領域，似乎英特爾也同意這一點。最後一個原因可能是 VESA 對 HDCP 遲到的擁護（英特爾也擁有對 HDCP 的基礎智慧產權）。
如果英特爾從源自 HDMI 的 UDI 轉向 DisplayPort 的傳言屬實，則會大幅增加 VESA 的好運氣。但是，我們仍然不能漠視 HDMI 很明顯的市場領先地位。
帶有 HDMI、DVI 介面並有 HDCP 功能的繪圖卡已經進入量產，並能滿足 Windows Vista 的 DRM 需求（參考文獻 14）。HDMI 埠已普遍應用在 HDTV（高解析度電視）上，包括最新推出的Epson家庭劇院投影機，並且也開始出現在電腦顯示器上。而裝有 HDMI 1.3 的消費性電子視頻設備也開始進入零售通道，比較著名的有索尼 PlayStation 3 和東芝的第二代 HD DVD 播放器，它們採用 Silicon Image 和其他供應商的晶片。由於DisplayPort沒有立即對 HDMI 取得明顯的技術優勢，並且緩慢的發展也有礙於市場的認知，因此，DisplayPort 要在未來的競爭中取得任何進展，還需要投入大量的努力。
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