超能课堂(103)：显示器刷新率上不去？可能是线材、接口的锅
这篇超能课堂诞生过程是这样的：某天某小编利用上班时间在“吃鸡”（玩绝地逃生），用着最牛X的超级小钢炮游戏配置（i7-7700K+GTX 1080 Ti），按道理来说4K画质下起码流畅才是，可总觉得一卡一顿的，游戏体验十分糟糕，最后连“鸡”都吃不成。检查驱动、显卡设置都没有问题，某小编一时间犯了难，难道真的是技不如人？经过高人指点，终于发现了端倪，在游戏显示选项中，我们赫然发现4K分辨率下屏幕刷新了最高只有30帧，原来是我们用的视频输出接口线有问题！HDMI 1.4线材先天条件决定其最高仅支持3840×2160@30Hz或4096×2160@24Hz。换而言之，某小编用错线材了，要想体验完美的4K@60Hz还需DisplayPort 1.4/HDMI 2.0的线。那么HDMI、DVI、DisplayPort不同版本线材又一一对应什么样的分辨率和功能呢？我们将一一为你解答。
VGA的历史
VGA接口的历史可谓是悠久，诞生于1987年，发明者正正是蓝色巨人IBM，采用模拟信号的视频标准。VGA接口共有15针，分成3排，每排5个孔，用于传输红、绿、蓝三色模拟信号以及行场同步信号(水平和垂直信号)。
大部分都知道VGA分辨率指的就是640×480，但并不清楚其实VGA接口其实能支持输出1080P以上分辨率的图像，但是为什么它被淘汰了呢？
原因很简单，因为VGA是模拟接口，传输的还是模拟信号，首先抗干扰能力差，长距离线缆会有画面失真情况；其二现在的显示器都是基于LCD背光、液晶面板，控制信号为数字信号，VGA接口的模拟信号要经过多次数模、模数转换，转换过程中部分信息被丢弃，造成画质下降。但是对于旧式CRT阴极射线管显示器来说，VGA接口就很方便了，毕竟显卡输出的模拟信号直接输出到CRT显示器控制输出就可以了。目前很多工厂生产线、医院医疗仪器仍会采用VGA接口。
逐渐式微的DVI
DVI接口全称是Digital Video Interface，即数字视频接口。基于TMDS(Transition Minimized Differential Signaling，转换最小差分信号)技术来传输数字信号，TMDS使用一定的压缩编码算法将RGB每路8Bit的数据转成成10bit数据，其包含有行场同步信息、时钟信息、数据DE、纠错等，经过DC平衡后，采用差分信号（什么？你不知道什么叫差分信号，请翻开《现代通信原理》课本第182页好好复习）传输数据。
因为DVI拥有更为良好的电磁兼容性，可以实现长距离、高质量的数字信号传输。但是问题来了，DVI接口居然有五种版本，DVI-A、DVI-D（单/双通道）、DVI-I（单/双通道），我们该怎么分？其实还挺简单的我们记住下面这些就好。
DVI-A：A是Analog（模拟）的意思，也就是说这个DVI-A完全是当时为了从VGA模拟时代想DVI数字时代过渡的兼容性产物，用了DVI接口形式，却传递的是模拟信号。以往在一些在大屏幕专业CRT中能看见，不过由于和VGA没有本质区别，性能也不高，故已经在废弃的边缘。
DVI-D：正宗DVI接口，D就是Digtal（数字）的意思啦，线缆中传输的是纯正数字信号，因此抗干扰能力特别强，而且画质不容易失真。由于数字信号不需经过任何转换，就能被LCD显示器直接识别和使用，减少了数字→模拟→数字繁复的信号转换过程，既节省了时间，又能消除拖影现象，在LCD显示器诞生之初就被人所支持。
DVI-I：这个是个奇葩的纯在，它既支持数字信号又支持模拟信号的传递，兼具DVI-A和DVI-D产品特点，明显也是过渡性产品。
那么DVI-D、DVI-A单双通道又是怎么回事呢？
我们日常情况下看到的都是双通道版，因为双通道版DVI接口能提供更高的分辨率和刷新率。单通道DVI通道包括了四条双绞缆线（红，绿，蓝，时钟频率信号）。将RGB信号与H.V信号进行组合编码，其每路码流速率为原像素点时钟的10倍，以1024×768×70的分辨率为例，码流时钟为70Mbps×10，折合为0.7Gbps。而一般DVI1.0的码流在0.24Gbps到1.65Gbps之间。单通道DVI最大可发送的分辨率为2.6百万像素，每秒钟更新60次。而双通道DVI使用时可以提供额外的一组数据通道，称为双通道（Dual-link DVI）运作模式。DVI规格中规定以165MHz的带宽为界，当显示模式需求低于此带宽时应只使用单通道运作，高于则应自动切换为双通道。
以往我们去电脑卖场总会听见JS们口中说“你要什么DVI线，18+1、24+1还是12+5、18+5、24+5的？”，可能你听到的一瞬间，脑子里就不知所措了。那么教给大家最方便的辨认方法，只要+1的就是纯数字接口DVI-D，+5的可能是DVI-I或DVI-A（都能传模拟信号），18的是单通道，而24则是双通道，最特别当然是12+5，这就是DVI-A啦。
DVI接口式微主要原因在于标准制定之初就先天不足，后续难以提升传输带宽，而且DVI使用的3.3V，在显示器驱动面板中还要转换成LVDS，显示器的驱动模块就要做得很复杂，而且不易于小型化，所以在数码设备逐渐缩小的今天，加之不能提供4K 60Hz的画面，DVI接口被抛弃是迟早的事情。
电视机最爱的HDMI
随着图像显示技术、显示器发展，消费者越发觉得DVI这么多版本、接口这么大，提供的分辨率并不高，而且用起来好麻烦，HDMI就应运而生。
HDMI全称是High Definition Multimedia Interface（高清晰多媒体接口），它的特点就是高清而且接口小，是一种全数字化视频和声音传输接口，可以发送未压缩的音频及视频信号。由于具备音视频同时间传输特点，这个特性被电视机制造商广泛接纳，成为数码产品中出境率最高的接口，可用于机顶盒、DVD机、PC、笔记本、游戏主机、数字音响与电视机等设备上。
规格初制订时其最大像素传输率为165Mpx/s，足以支持1080P分辨率画质下60Hz刷新率；后来在HDMI 1.3规格中扩增为340Mpx/s，支持2K分辨率60Hz刷新率，以匹配未来可能的需求。
HDMI也支持非压缩的8声道数字音频发送（采样率192kHz，数据位宽24bit），以及任何压缩音频流如Dolby Digital或DTS，亦支持SACD所使用的8声道的1bit DSD信号。在HDMI 1.3规格中，又追加了超高数据量的非压缩音频流如Dolby True HD与DTS-HD的支持。
HDMI接口没有DVI那么复杂，全都是同一个版本，但是有形态大小之分。分为HDMI A Type、HDMI C Type、HDMI D Type三种，接口大小体积依次递减。
HDMI A Type：应用于HDMI1.0版本，总共有19pin，规格为4.45 mm×13.9 mm，为最常见的HDMI接头规格，相对等于DVI Single-Link传输。
HDMI C Type：我们叫mini-HDMI，应用于HDMI1.3版本，也是19pin，可以说是缩小版的HDMI A type，规格为2.42mm×10.42mm，为了适应尺寸变小，脚位定义有所改变。主要是用在便携式数码设备上，例如DV、数码/单反相机。
HDMI D Type：应用于HDMI1.4版本，总共有19pin，尺寸更小了，只有2.8 mm×6.4 mm，脚位定义也有所改变，整体长得跟Micro USB似的。比现在HDMI C Type接口小50％。
HDMI接口由于进入市场较早，而且性能好、接口易用被广大民众所接受，很快成为大部分电子产品的首选接口，可惜好景不长，HDMI标准未能快速跟随市场的发展，不适用于内部连接应用以及未来超高带宽需求，很快就被DisplayPort接口威胁到其生存空间。
独领风骚的DisplayPort
DisplayPort是视频电子标准协会（VESA）推动的数字式视讯接口标准，诞生于2006年5月，因此它还很年轻并且充满了活力。DisplayPort对比HDMI接口的优势很明显，使用DisplayPort接口免认证授权费用（但相关专利集合公司有权收取合理而统一的费用），还有最主要的是能直接驱动TCON，大大简洁化显示器内部设计，液晶面板厂商们特别喜欢，所以你会看到某些显示器同款多个HDMI就要多50块。而且DisplayPort在发展中过程中，目标主要是主要适应于连接计算机和屏幕，或是计算机和家庭剧院系统。
DisplayPort可以说是最特别的一个，传输数据方式很有意思，是第一个使用数据包方式传输数据的显示连接端口，一般数据封包传输在以太网、无线通信领域很常见，它最大好处就是抛弃了时钟同步信息，数据包根据包头标签找到自己的对应传输位置实现同步。而以往的视频接口大都需要信号固定的时钟发生器来进行数据同步。而DisplayPort引入的这种数据包封装数据，使得定时同步信号、接受地址内嵌于数据包中，那么其引脚数量就可以大大减少，但是可以实现更高的分辨率，而且后期拓展非常方便。
由于DisplayPort非常特别的数据传输方式，因此其信号不兼容DVI或HDMI，转换接头都要使用转换芯片。早在第一代DisplayPort 1.1传输带宽就非常足，达到了10.8Gbps，可以支持2560×1600分辨率及最高12bit的色彩，1080P分辨率的色彩支持24Bit（这么高都没用啊，液晶屏幕不支持，原生10bit非常贵，市面都基本都是8bit靠抖动成10Bit的）。
最新的DisplayPort 1.4a规范，带宽进一步提升至32.4Gbps的带宽，可支持8K 60Hz 、4K 120Hz HDR超高分辨率，我们可以预见DisplayPort接口很可能会率领未来高清显示器的发展趋势。此外DisplayPort还加入了显示压缩流(Display Stream Compression)技术、前向纠错(Forward Error Correction)、高动态范围数据包（HDR meta transport），声道也提升到32声道1536 KHz采样率。
DisplayPort还有另一种尺寸的接口，Mini DisplayPort是缩小版的DisplayPort。而它的诞生也富有戏剧性，是苹果公司觉得目前所有的视频接口都太大、太蠢了，DisplayPort虽然技术先进，但是尺寸还是过大，最后苹果将其精简成于Mini DisplayPort。
DisplayPort目前发展势头很猛，几乎所有电脑都会带有该标准接口，稍微遗憾的是它依旧未能打破HDMI接口在电视机上的垄断，成为一个更加广泛的标准。
标准最先进的Thunderbolt3
Thunderbolt是由英特尔发表的标准，目的在于当作电脑与其他设备之间的通用总线，接口形式与Mini DisplayPort相同，最主要的原因是苹果看上了Intel这个高速、多功能的传输协议，并且将其商业化、商品化。
2011年诞生第一代Thunderbolt，那时候带宽就已经高达10Gbps，那时候人们更是熟悉的是Thunderbolt数据传输功能，往往忽略了还有视频接口功能。Thunderbolt技术采用两种通信协议 ，包含数据传输的 PCI Express ，以及用在显示的DisplayPort，可完整兼容现有的DisplayPort设备。通过菊花链（Daisy-chain）形式连接最多六个周边设备（多屏系统、存储空间拓展），提供10W电力给周边设备。
时隔两年，到了2013年intel拿出了Thunderbolt 2协议，它是通过合并了第一代的两条独立10Gbps通道，使得最高传输速度翻倍到20Gbps。
再过了两年Thunderbolt 3诞生于Computex 2015 ，带宽再度翻倍至40Gbps 。Thunderbolt 3接口形式采用了USB Type-C型，Thunderbolt 3最大供电100W，整合两个DisplayPort 1.2通道在内部，可连接两个4K（4K@60Hz）显示屏或一个5K（5K@60Hz）显示屏。
可以说Thunderbolt 3是迄今为止最为强大的接口标准，它是目前集合显示、数据传输、充电一系列接口标准，换用了USB Type-C形态接口以后，使得易用性更加，可惜Thunderbolt 3的控制芯片成本太高，目前线缆成本极高，同时只有高端主板、笔记本才会拥有这种接口，成为Thunderbolt 3接口普及的拦路虎。
不知道大家看完这期的超能课堂以后，对于这五种视频接口有没有新的认识，还能分得清楚他们之间的区别吗？记得别再像某小编一样傻乎乎地用错线缆了。