USB传输视频的实现与比较

HDTV（高清晰电视）改变了消费者对数字媒体体验的预期，从而永远改变了世界。现在，内容的创建与消费都达到了一个转折点；人们不再满足于只观看电视节目和一流高清质量的电影。今天，连接到一些社交媒体上的用户有6亿以上，用户产生的内容是视频流的一个重要来源，像YouTube和Facebook这些应用正在变得无处不在。

随着用户移动化的提高，他们期望在运动中也能获得相同质量、性能和易用性的内容。他们希望在观看视频，通过摄像头聊天，或观看下载的HDTV时，拥有更快速和更丰富的用户体验。这些趋势汇聚成对易用、可移植的通用接口的要求，它要有足够的灵活性，能够跨各种应用，为所有类型的媒体提供链接。

首先可以想到的就是USB（通用串行总线），它是一种用户友好的万能连接选择。USB 3.0的演化进一步巩固了它作为视频连接接口的选择（见附文“英特尔的Thunderbolt I/O技术”）。

为什么用USB传输视频

USB 3.0可以通过一个双单工（dual-simplex）的差分信令接口，传输5 Gbps速率的信号。这种大带宽能力使之成为视频传输的理想选择。考虑到8b/10b编码带来的协议开销，通过USB 3.0传输的原始吞吐量大约为500 Mb/s，因此它能够传输120 Hz刷新速率的1080p（1920×1080像素、逐行扫描）视频。对于一个刷新速率120 Hz、10 比特/像素数据的1920×1080p HDTV，其带宽要求约为2.5 Gbps。其它视频应用对带宽的要求较低，如摄像头与PC的连接，因为摄像头通常只需要30帧/秒的速率。

与USB 2.0类似，USB 3.0协议也支持批量（bulk）和同步（isochronous）数据传输。应用要求决定了采用哪种类型的传输方式。同步传输提供了确定性的带宽，但可能有精度的折衷，通常用于视频流应用，如摄像头。新协议中采用的“流”模型进一步增强了USB 3.0的大带宽能力。这种模型能够通过一个USB 3.0物理接口，传输进、出几个批量端点的多个数据流。通过发送多个数据流，再将其经USB集线器分发给相应的设备，这样一个源可以在不同设备上显示不同的内容。

由于USB接口对被传输数据是不可知的，USB 3.0既可以传输压缩视频，也可以传输未压缩视频。这种灵活性使USB 3.0成为生产力型应用、HD视频回放，以及很多其它任务的接口选择，例如从PC向移动设备的单向装载，或摄像头的流视频等（图1）。该接口亦支持音频，因此USB可以与其它替代性接口平分秋色，如HDMI（高清晰多媒体接口）和DisplayPort等。此外，USB 3.0还提供更强大的电源管理技术，以及传输压缩视频的能力，从而降低了移动设备的功耗（图2）。

由于压缩有明显的成本优势，因此现在内容供应商们都以压缩格式，通过光物理介质或高速宽带连接，分发二维和三维视频内容。例如，蓝光光盘就采用了多种压缩格式选项。一些有意思的使用模型也正在兴起，如将一部手机、一台上网本或平板电脑连接到一台或多台大屏幕显示器上（图3）。USB生态系统能够在不做任何修改的情况下，将游戏机连接到起居室电视机上。USB 3.0在这些应用领域中的采纳将大大增强其使用度，并保持易用性。

USB在消费者和家庭中评分很高。很容易想到将相同的即插即用式连接接口扩展到媒体丰富的应用上，如从PC将HD视频下载到手机，以及将一台PC连接到多台显示器上。另外，可以用相同的USB电缆为设备充电。不过，现实可用的还有其它的成熟接口。那么它们各有什么优点呢？

HDMI

HDMI是一种连接高清晰产品的标准，并且是一种全数字接口。在一个连接上，HDMI支持任何格式的无压缩视频传输，以及多达八个通道的无压缩音频，以及一个CEC（消费电子控制）连接。HDMI还与DVI（数字视觉接口）反向兼容。

HDMI支持大多数的音视频格式，能通过一根电缆传输所有格式的数字音频与视频，替换掉多达13根老式技术所需要的电缆，解决成堆凌乱电缆的问题。HDMI还简化了其它设备到家庭影院的插接工作，PC、游戏机和摄像机都可以获得相同的一插即得便利性。HDMI架构还使人们易于安装或升级一个全数字化的家庭娱乐系统，因为所有HDMI版本都与前代版本反向兼容。

HDMI提供的带宽容量高达10.2 Gbps，是传输未压缩1080p信号所需带宽的两倍以上。这个容量能够为消费者传输更高观看质量的电影、更快的游戏，以及更丰富的音频。HDMI的带宽还意味着它已准备好接纳一些新兴的技术，如三维电影、更高清晰度的游戏，以及支持1080p以上的分辨率，如1440p或Quad HD。带宽的富裕空间还能 实现更高的刷新速率，如120 Hz，以及更高深度的色彩，使HDTV调色板从百万种颜色达到万亿种颜色。

HDMI是一种智能的双向连接，设备之间能够相互通信和交互，改进了家庭影院的整体体验。采用HDMI连接的设备可以扫描其它设备的性能，自动配置某些设置。例如，一台HDTV和蓝光播放机可以自动地“协商”各种设置，如分辨率和屏幕比例，从而使输入的内容格式完美地匹配于HDTV的最佳性能。CEC可在多个链接部件上提供一体化的“一键式”指令。当制造商实现CEC时，就能实现系统级的性能，如一触播放或一触记录；在遥控器上按下一个键，就能调用一系列相关指令。

HDMI 1.3还提供影音同步延时（lip synch）能力，从而使音频与相关视频做到高度精确的同步。尽管HDMI最适合于起居室中的应用，但在高性能PC显示器的广泛适用性方面有缺陷，因为限制了缩放能力，事实上它主要的市场目标就是消费电子之间的连接。

DisplayPort

VESA（视频电子标准协会）掌管着DisplayPort，其目标应用是PC及其显示器，而HDMI则主要面向消费设备和起居室。VESA认为，DisplayPort将取代VGA（视频图形卡）和DVI。由于所有主流GPU（图形处理单元）和集成GPU芯片现在都整合了DisplayPort技术，因此DisplayPort插口正开始出现在大多数新型台式机和笔记本PC上。DisplayPort克服了HDMI的某些局限性，提供了一种统一内外显示器信号传输的开放标准。DisplayPort还有充足的带宽，能应付未来性能的扩展。

EDP（嵌入式DisplayPort）是针对内置显示面板的新标准，意欲替代LVDS（低压差分信令）成为面板的接口。移动显示接口的激战犹酣，而DisplayPort也推出MDP（Mini DisplayPort）接口，在手持系统中寻找用武之地。苹果计算机公司在2008年推出了MDP，它将继续与USB 3.0竞争笔记本以及小型通信与计算设备的市场。

DisplayPort的显示带宽为17.28 Gbps，可支持60帧/秒和24 比特/像素的高达4000×2000像素的分辨率。24 比特/像素1080p视频的刷新率可达240帧/秒，即使在60帧/秒的2560×1600像素分辨率下，色彩深度也可达48比特/像素。5.4 Gbps的链路速率将视频数据流的带宽提高到2160 Mb/s。DisplayPort可处理3维游戏应用的高帧率。DisplayPort 1.1a源设备支持1080p的120 Hz性能水平，而这一数值在DisplayPort 1.2源设备中又增加了一倍。另外还可以用DisplayPort增加PC的电视显示能力，特别是三维游戏应用。

DisplayPort实现了显示器级联功能，可处理多达63个音频/视频流。它支持的监视器数量取决于分辨率，从两台2560×1600像素WQXGA（宽屏四倍扩展图形阵列）监视器，到10台1280×768像素的WXGA（宽屏扩展图形阵列）显示器。一个TDM（时分多址）机制可支持多个流，建立源-目标之间的虚拟连接。DisplayPort 1.2版还有一个720 Mbps的辅助通道，能够通过一根DisplayPort电缆做批量数据传输。其应用包括USB存储盘的数据移动、音频流，以及摄像头-视频传输。

各标准的比较

尽管连接标准各有其优势，例如HDMI对起居室，DisplayPort对监视器，但USB天生就对两个市场都有吸引力（表1）。USB用于视频的主要动力是它无处不在，以及成本低。USB已用于所有PC平台和几乎所有移动平台（图4）。它的装机量高于任何其它标准。将USB用于视频流不会给系统带来额外的成本。USB还有一点与其它标准不同，那就是它没有相关专利成本。

USB实现者论坛正在致力于推出新的Audio Video类别， 因此有很多理由将USB作为接口的选择。随着笔记本电脑变得更薄和更时尚，人们将需要一种可以支持多种外设，包括显示器和视频设备的接口。