Das InfoTip Kompendium

Ein kostenloser Service der InfoTip Service GmbH

Zum Anfang der
Seite scrollen

DisplayPort

Inhaltsverzeichnis

1. Varianten und Einsatzbereiche

Logo DisplayPort (Quelle [3])
Logo DisplayPort [1]

DisplayPort ist eine von der VESA (Video Electronics Standards Association, ein internationaler Verband von Computerdisplay- und Grafikkartenherstellern) entwickelte digitale Schnittstelle zur Übertragung von Video- und Audiosignalen. Der Einsatzbereich von DisplayPort soll sowohl die Informationstechnik (Computer, Monitore usw.) als auch Multimedia-Geräte (TV-Geräte, Beamer, Spielkonsolen, Videoabspielgeräte, usw.) umfassen. Nach Industrieaussagen soll DisplayPort die VGA-, DVI- und LVDS-Schnittstellen vollständig ablösen. Obwohl DisplayPort einen ähnlichen Verwendungsbereich wie HDMI hat, besteht hierzu keine direkte Konkurrenz. DisplayPort ist eher als eine Erweiterung zu HDMI zu sehen.
DisplayPort ist seit 2006 Standard und wurde 2008 eingeführt. Die Verwendung durch die Industrie ist lizenzfrei.

Es sind drei Versionen von DisplayPort vorgesehen:

DisplayPort
DisplayPort-Varianten

Das Standard DisplayPort ist eine externe Schnittstelle, die mit einer oder mehreren weiteren externen Standard DisplayPort-Schnittstellen verbunden ist. Es können mehrere Streams mit HDCP verschlüsselte Videosignale, digitales Audio und Daten übertragen werden.

Embedded (Eingebettetes) DisplayPort (eDP)

eDP ist eine interne Schnittstelle für den PC-Bereich. Es wird nur ein digitales Videosignal vom Grafikprozessor (GPU) zum internen Display des Gerätes übertragen. Dabei wird der gleiche Videoport der GPU verwendet wie der, der das Signal zur externen DisplayPort-Schnittstelle liefert. Das eDP-Signal entspricht dem des Standard DisplayPorts mit einigen Modifikationen um es für die Verwendung mit internen Displays zu optimieren. eDP wird in Laptops, Notebooks und Kombi-Geräten usw. verwendet.

Internal (Internes) DisplayPort (iDP)

iDP ist, wie der Name es bereits aussagt, eine interne Schnittstelle. Sie wurde zum Einsatz in Digital-TV-Geräten und Displayanwendungen als Verbindung zwischen Videoprozessor und dem eigentlichen Display bzw. der Light Engine verwendet. Diese Verbindung wurde bislang meist über LVDS (mit ein oder zwei Kanälen mit jeweils vier Leiterpaaren) realisiert.
iDP ist nicht zum eDP oder gar Standard DisplayPort kompatibel, da sowohl das physische Interface als auch die Protokolle der Datenübertragung auf den Einsatzzweck optimiert wurden.

2. Prinzip der Datenübertragung

DisplayPort ist die erste Videoschnittstelle, die auf paketierter Datenübertragung beruht. Im Gegensatz zu DVI oder HDMI, bei denen ein kontinuierlicher Datenstrom mit eingebettetem Pixelclock (mit variabler Frequenz) übertragen wird, verwendet DisplayPort, ähnlich wie Ethernet, PCI Express oder USB, Datenpakete mit festen Datenraten.

Die Übertragung der Daten erfolgt in mehreren parallelen Kanälen:

2.1 Main Link

Über den Main Link werden ein oder mehrere nichtkomprimierte, mit HDCP oder DPCP (DisplayPort Content Protection) verschlüsselte Videostreams, Audiosignale und Metadaten übertragen. Ein Main Link besteht aus bis zu vier voneinander unabhängigen Signalpfaden, den Lanes.

Zur Skalierung der Datenübertragungsraten können bei DisplayPort bis zu vier Lanes zu einem oder mehreren Datenkanälen zusammen gefasst werden, wodurch sich die mögliche Datenrate vervielfacht.

Die Lanes sind unidirektional. Der Datenfluss geht von einer Quelle (Source, Upstream-Gerät) zu einem Gerät downstream (Senke, Empfänger, Verteiler, Konzentrator). Die Verbindung wird abhängig von den Eigenschaften des Empfängers, der benötigten Bandbreite und der Verbindungsgüte aufgebaut. Die Quelle ruft hierzu über den Hilfskanal (Auxiliary Cannel) Informationen aus zwei Speichern (EDID (Extended Display Identification Data) und DPCD (DisplayPort Configuration Data)) im Empfänger ab, die das Gerät beschreiben.

Abb. 2.01: Übertragungskanäle in einer DisplayPort-Verbindung
Abb. 2.01: Übertragungskanäle in einer DisplayPort-Verbindung

2.2 Auxiliary Channel (AUX CH)

Der Hilfskanal ist ein bidirektionaler Bus, der im Halbduplex betrieben wird. Eine  AUX CH-Aktion wird immer von einem Upstream-Gerät initiiert. Downstream-Geräte können nur über einen Interrupt Request (IRQ) auf der Hot Plug Detect Leitung eine AUX CH-Aktion anfordern.
Neben den nativen Formaten des AUX CH lassen sich auch I2C-Bus (I2C over AUX) oder USB (USB over AUX) emulieren.
Der AUX CH ist somit nicht nur eine Verbindung um die DPCD- oder EDID-Daten in Downstream-Geräten auszulesen (wie z.B. der I2C-Bus bei HDMI/DVI/VGA), er kann auch universell zum Anschluss z.B. einer USB-Computermaus oder -Tastatur oder von USB-Kameras oder -Mikrofonen genutzt werden. Auch Speicher wie USB-Sticks oder Kartenleser können über den AUX CH betrieben werden. Weiterhin verlangen die Kopierschutzsysteme HDCP und DPCP eine Kommunikation über einen Bus parallel zum Signalweg.

Upstream Device Detection

Die Datenübertragung auf den AUX CH erfolgt wechselspannungsgekoppelt. Koppelkondensatoren im Sender und im Empfänger halten die Übertragungsleitungen normalerweise gleichspannungsfrei. Jedoch können Upstream-Geräte (Sender) die Daten-Wechselspannung mit einer Gleichspannung überlagern, anhand derer Downstream-Geräte diese erkennen können.

2.3 Hot Plug Detection (HPD)

Über die HPD-Leitung melden Downstream-Geräte, dass sie für AUX CH-Aktionen bereit sind. Upstream-Geräte können so erkennen, dass ein Downstream-Gerät angeschlossen wurde.
Über die HPD-Leitung können Downstream-Geräte in einem Upstream-Gerät auch einen Interrupt auslösen, der das Upstream-Gerät zu bestimmten AUX CH-Aktionen veranlasst.

2.4 DP Power (DP_PWR)

Um DisplayPort auf HDMI, DVI oder gar VGA umzusetzen sind Kabeladapter notwendig, die aktive Komponenten enthalten, die wiederum mit einer Betriebsspannung versorgt werden müssen. Hauptsächlich um solche Adapter, Hubs (Verteiler) und Zwischenverstärker (Repeater/"aktive Kabel") zu versorgen verfügt DisplayPort über zwei Leitungen auf der eine 3,3V/500mA-Gleichspannung, upstream oder downstream, an den Verbindern anliegt.

3. Schnittstellen und Leistungsmerkmale

3.1 Kabel und Verbinder

Der Formfaktor von DisplayPort-Verbindern erlaubt die Verwendung auch in mobilen Geräten wie Laptops oder Tablet-PCs. Zur Zeit gibt es mehrere Verbindertypen.

  • Der dem HDMI-Verbinder ähnelnde Standard-DisplayPort-Stecker kann optional mit einer Verriegelung versehen werden, die ein Herausrutschen des Steckers aus der Buchse verhindert.
  • Der Mini DisplayPort-Verbinder wurde 2008 von Apple eingeführt. Die Spezifikation wurde unter kostenloser Lizenz offengelegt. Dieser Verbindertyp war zunächst proprietär, wurde aber 2009 in die Vesa-Spezifikation des DisplayPort aufgenommen.
  • Das von Apple und Intel entwickelte Thunderbolt-Interface erweitert DisplayPort um bis zu 10GBit/s schnelle bidirektionale Datenkanäle. Die Übertragung erfolgt elektrisch oder über optische Faser. In die Stecker sind aktive Bauelemente (mehrere ICs, Mediawandler) integriert.  Thunderbolt steht in direkter Konkurrenz zu USB 3.
Abb. 3.01: Pinbelegung des Standard DisplayPort-Steckers
Abb. 3.01: Pinbelegung des Standard DisplayPort-Steckers
Abb. 3.02: Standard DisplayPort-Stecker (Foto: [7])
Abb. 3.02: Standard DisplayPort-Stecker [2]

DisplayPort ist weder zu HDMI, DVI oder VGA kompatibel. Die zur Umsetzung notwendigen Adapter sind aufwendig und teuer, da sie mit aktiven Bauelementen realisiert werden müssen. Die Versorgung mit Betriebsspannung erfolgt bei solchen Adapter aus der DP_PWR. Mit entsprechenden Adaptern lassen sich praktisch alle Geräte an DisplayPort anschließen.
Eine Kuriosität ist, dass Kabel mit einem HDMI-Stecker an einem Ende und einem DisplayPort-Stecker am anderen aus lizenzrechtlichen Gründen verboten sind, Adapter mit Buchsen jedoch nicht (siehe Weblink [3]).

Abb. 3.03: DisplayPort-, HDMI- und Dual-DVI-Anschlüsse an einer Grafikkarte. Ein VGA-Anschluss ist nicht mehr vorhanden! (Foto: [6])
Abb. 3.03: DisplayPort-, HDMI- und Dual-DVI-Anschlüsse an einer Grafikkarte. Ein VGA-Anschluss ist nicht mehr vorhanden! [4]
Abb. 3.04: Mini DiplayPort und HDMI-Schnittstelle (an einem Apple Notebook)
Abb. 3.04: Mini DiplayPort und HDMI-Schnittstelle (an einem Apple Notebook)

DisplayPort wird fast ausschließlich von der PC-Industrie eingesetzt. Neben den geringeren Implementierungskosten (z.B. keine Lizenzkosten wie bei HDMI) sind es natürlich auch die Eigenschaften von Displayport, die eine zügige Einführung beschleunigen.
Kann HDMI mit einem Single Link maximal 2560x1600 Pixel an einem maximal 5 Meter langen Kabel übertragen, so erreicht DisplayPort diesen Wert auf nahezu 15 Metern Kabellänge ohne zwischengeschalteten Repeater. Diese hohe Reichweite macht Displayport ideal für den Anschluss von festinstallierten Beamern oder Displays, die bisher praktisch alle über VGA angesteuert wurden.
Die hohen Datenübertragungsraten erlauben natürlich auch die Ansteuerung von Displays, die in der Auflösung über Standard-Full HD und 3D-Full HD hinausgehen. Das primäre Anwendungsziel sind hier Computermonitore, die bei Nutzung aller vier Lanes und mit maximaler Datenrate und DSC-Kompression eine Auflösung bis zu 8K (7680x4320 Pixel) haben dürfen.

Abb. 3.05: Verwendung von Multi Stream Transport
Abb. 3.05: Verwendung von Multi Stream Transport

Wirklich neue Anwendungsfelder bietet die paketorientierte Übertragung der Daten. Verschieden Anwendungen auf einem Computer können mehrere Streams erzeugen, die über eine Leitung auf mehreren Monitoren angezeigt werden können. Konzentratoren können mehrere DisplayPort Streams von mehreren Quellen zu einem Multi Stream vereinigen. Splitter können Multi Streams in Teilstreams zerlegen und verteilen. Somit benötigen z.B. Grafik-PCs (oder Gamer-PCs) mit mehreren Monitoren nicht mehr Spezialgrafikkarten mit mehreren Ausgangsbuchsen. Der Multi Stream aus einer DisplayPort-Buchse wird einfach mit einem Hub, der auch als Splitter arbeitet, aufgeteilt und die Teilstreams dem jeweiligen Monitor zugeführt. Die Auflösung der Monitore darf unterschiedlich sein, da jeder Stream unabhängig vom anderen konfiguriert werden kann.

3.2 DisplayPort Versionen

Version 1.0 und 1.1

Die erste Version, DisplayPort 1.0, wird von der VESA im Mai 2006 genehmigt. Knapp ein Jahr später, im Januar 2007, wird die modifizierte Version 1.1a ratifiziert. Die erste finale Version DP 1.1 wird im April 2007 verabschiedet. Die ersten Geräte mit DisplayPort kommen Anfang 2008 in den Markt.
DisplayPort 1.1 erlaubt die Datenübertragung in zwei unterschiedlichen Datenraten. Die HBR (High Bit Rate) hat eine maximale Geschwindigkeit von 8,64Gbit/s pro Lane. Mit der reduzierten Bitrate RBR (Reduced Bitrate) können lediglich1,269 GBit/s übertragen werden. Die maximale Übertragungsrate unter Verwendung aller Lanes erreicht mit einem bis zu zwei Meter langen Kabel 8,64 GBit/s, was für HDTV und größere Monitore allemal ausreicht. Die Farbräume sind RGB und YCbCr.
Als Kopierschutz kommt HDCP 1.3 und DisplayPort Content Protection (DPCP) zur Anwendung.

Version 1.2

DisplayPort 1.2 wird im Dezember 2009 verabschiedet. Als wichtigste Neuerung bringt dieser Standard eine Verdoppelung der Nettodatenrate auf 4,32 GBit/s pro Lane (x 4 Lanes = 17,28 GBit/s Gesamtnutzlastdaten) und eine auf 720 MBit/s erweiterte Bandbreite des AUX-Kanals. An Farbräumen kommen xvYCC und Adobe RGB 1998 hinzu.
Die höhere Taktrate des Main Channels erlaubt eine wesentlich bessere Nutzbarkeit des Multi-Stream Transport (MST).
Apples Mini DisplayPort-Verbinder wird in den Standard aufgenommen.

Version 1.3

DisplayPort 1.3, verabschiedet im September 2014, bringt eine nochmalige Verdoppelung der Datenraten. Neben den hohen Standardauflösungen für einzelne Displays können nun auch per Multi-Stream Transport (MST) mehrere 4K/UHD-1 oder WQXGA-Displays angesteuert werden.
Durch die Einführung von 4:2:0-Farbabtastung können zukünftige UHD-2-Displays mit einer Auflösung von 8K (7680×4320 Pixel) mit 60 Hz und 8 Bit Farbtiefe genutzt werden.
Es wird der Dual-Mode eingeführt, der für HDMI- und DVI-Adapter mit Kopierschutz nach HDMI 2 und HDCP 2.2 notwendig wird.

Version 1.4

Beim DisplayPort 1.4, veröffentlicht im März 2016, werden keine neuen Datenraten aufgeführt. Die maximale Datenrate für vier Lanes verbleibt bei 25,92 GBit/s Nutzdaten. Jedoch kann der Stream mittels Display Stream Compression 1.2 (DSC) mit einem Faktor bis zu 3:1 nahezu verlustfrei komprimiert werden. Eine Vorwärtsfehlerkorrektur senkt die Fehlerrate bei der Übertragung. DisplayPort 1.4 kann so UHD-2 (7680×4320 Pixel) mit 60 Hz, 10-Bit Farbtiefe (BT.2020)  und HDR oder UHD-1 (3840×2160 Pixel) mit 120 Hz, 10-Bit Farbtiefe und HDR unterstützen.

Auf Displays, die Display Stream Compression (DSC) nicht unterstützen, können nur Auflösungen dargestellt werden, die DisplayPort 1.3 entsprechen.

Zunehmend werden Mobilgeräte wie Mobiltelefone und Laptops mit dem USB Type-C Verbinder ausgestattet. DisplayPort war eins der ersten Nicht-USB-Protokolle für das ein Alternativer USB-Verbindungsmodus entwickelt wurde. So können DisplayPort-Geräte mit USB Typ-C-Verbinder ausgestattet werden und direkt mit Standard DisplayPort- oder USB 3.1 Gen. 2-Geräten (DisplayPort over USB-C) verbunden werden. Korrekt verbunden können dann auch die Vorteile von USB 3.1 Gen. 2 und der USB Power Delivery 2 (USB PD 2) genutzt werden.

Abb. 3.06: Übersicht DisplayPort Versionen, Datenraten und maximale Auflösungen
Abb. 3.06: Übersicht DisplayPort Versionen, Datenraten und maximale Auflösungen

4. Technische Beschreibung

4.1. Main Link

4.1.1. Stuffing und Teilstreams

Ein Hauptmerkmal von DisplayPort ist, dass die Datenübertragung paketorientiert ist. Die Übertagung erfolgt isochron, d.h. mit konstanter Datenrate. Die kleinste Dateneinheit wird als Micro-Packet (uP) bezeichnet.
Die niedrigste (Netto-) Datenrate, die eine einzelne Lane übertragen kann, ist 1,296 GBit/s.  Ist jedoch z.B. ein Display mit 720 x 576 Pixel mit 24 Bit per Pixel angeschlossen, werden jedoch lediglich 0,64 GBit/s an Daten benötigt. Um auf die Solldatenrate zu kommen, werden daher die nur teilweise mit Nutzdaten gefüllten uPs mit Fülldaten (Stuffing) komplettiert (siehe auch Abb. 4.01). Durch das Stuffing  werden die Videodaten gleichmäßig im Stream verteilt und so an das Schreibintervall des Displays angepasst. Zudem kann der Zwischenspeicher (Buffer) im Display minimiert werden, was die Kosten eines Displays reduziert.
Ein einzelner AV-Stream besteht aus zwei Teil-Streams. Im Main Content Stream wird entweder ein Videostream oder ein Audiostream übertragen. Wird im Main Content Stream ein Videosignal übertragen, befinden sich die dazugehörigen Audiodaten im Secondary Stream, der während der Austastzeiten des Videosignales auf der Main Link Lane übertragen wird. Die ca. 100MBit/s Datenrate des Secondary Streams ist ausreichend um acht unkomprimierte LPCM-Kanäle mit jeweils 192 kHz und 24 Bit Auflösung zu übertragen. Einige komprimierte Formate werden ebenfalls unterstützt.
Da die Audioinformation als Burst für eine Anzahl von Frames übertragen wird, muss sie im Empfänger phasenmäßig an das Videosignal angeglichen werden um die Lippensynchronität zu gewährleisten. Der Sender bettet daher genaue Zeitmarken (GTC = Global Time Code) in den Audiostream mit ein. Anhand der GTCs kann der Empfänger jeden Audiokanal unabhängig von einander zwischen 0 und 4,3 Sekunden verzögern.

4.1.2. Paket-Typen

In einem Main Link-Stream können mehrere Paket-Typen auftreten.

  • Main Content Stream
    Transportformat um einen einzelnen Video- oder Audiostream zu übertragen.
  • Secondary Data Packet (SDP)
    SDPs (Sekundäre Datenpakete) werden während der Vertikal- und Horizontalaustastzeiten übertragen. Sie dienen zur Übertragung des zum Videostream im Main Content Stream gehörenden Audiostreams, von Attributdaten (Display-Timing, Pixelclock, usw.) des Main Content Streams, CEA 861 InfoFrames (z.B. Farbraum, Bildformat, usw.) und anderer Daten (z.B. Audio-Zeitmarken und Informationen des Audio-Kopierschutzes).
  • Framing Symbols (Rahmensymbole)
    Framing Symboles markieren den Anfang und das Ende eines Video Frames.
  • Vertical Blank ID (VB-ID)
    VB-IDs dienen zur Markierung und Identifizierung von Vertikalaustastzeiten und liefern einen Status vom Video- und Audiokanal.
  • Copy Protection Symbols
    Dieser Paket-Typ wir vom Videokopierschutz-Protokoll verwendet.
  • Video Stream Configuration (VSC)
    Zusätzliche Informationen bei der Übertragung von 3D-Videos.

4.1.3. Stream-Strukturen

Ab DP v1.2 werden zwei Übertragungsarten unterschieden: der Single Stream Transport-Mode und der Multi Stream Transport-Mode (MST).

Single Stream Transport (SST)-Mode

Im SST-Mode wird ein Micro-Packet (uP) auch Transfer Unit (TU) genannt. In einer TU können im Single Stream Transport (SST)-Modus 32 bis 64 Symbole übertragen werden.

Abb. 4.01: Datenstruktur einer Main Link Lane im Single Stream Transport-Mode
Abb. 4.01: Datenstruktur einer Main Link Lane im Single Stream Transport-Mode
Multi Stream Transport-Mode

Im Multi Stream Transport (MST)-Modus werden Micro Packets (uPs) als Multistream Transport Packet (MTP) bezeichnet. In einem MTP werden immer 64 Symbole in 64 gleichlangen Time Slots (Zeitfenster) übertragen. Das erste Symbol ist für den MTP-Header reserviert. Die verbleibenden Symbole können einzeln dedizierten Videostreams zugewiesen werden. So ergibt sich, dass theoretisch bis zu 63 Videostreams quasi parallel (tatsächlich aber im Multiplex) übertragen werden können.
Jeweils 216 (= 65536) Time Slots sind zu einem Link Frame zusammengefasst. Die Framegrenzen werden durch spezielle MTP-Header markiert, die den Verwürfelungsgenerator zurücksetzen (SR = Scrambling Reset).

Abb. 4.02: Datenstruktur einer Main Link Lane im Multi Stream Transport-Mode
Abb. 4.02: Datenstruktur einer Main Link Lane im Multi Stream Transport-Mode

4.1.4. Topologie-Management im MST-Mode

Die Verwaltung der einzelnen Streams im MST-Modus übernimmt ein Topologie-Manager im DP-Sender. Dieser ist über den AUX-Bus mit allen am Main Link angeschlossenen Geräte verbunden. Es wird zwischen verschiedenen Gerätetypen unterschieden. Jeder Gerätetyp hat mindestens eine physikalische Zelle, über die das Gerät mit mindestens einem anderen Gerät verbunden ist. uPacket TX-Zellen senden einen oder mehrere Streams aus. uPacket RX-Zellen sind Empfänger, die einen oder mehrere Streams von einem oder mehreren anderen Geräten entgegennehmen können.

  • Connection Type (Verbinder)
    Verbinder haben eine uPacket RX-Zelle zum empfangen und eine uPacket TX-Zelle zum Senden. Beide Zellen sind direkt miteinander verbunden. Beispielsweise gehören Mediawandler, die DisplayPort auf optischen Medium (Glasfaser, Polymer Optical Fiber) auf Kupferleitungen umsetzen, zu den Verbindungstypen.
  • Branch Device (Verzeiger)
    Verzweiger dienen zum Verteilen von Streams. Sie haben mindestens eine uPacket RX-Zelle als Eingang und zwei uPacket TX-Zellen als Ausgänge. DP-Verteiler werden auch als Hubs bezeichnet.
  • Source Device (Quelle, Sender)
    Sources verfügen über mindestens eine Stream-Quelle plus mindestens eine uPacket TX-Zelle. Eine uPacket RX-Zelle wird nicht benötigt.
  • Sink Device (Empfänger, Senke)
    Sinks haben mindestens eine streamverarbeitende Einheit (Stream Sink)plus mindestens eine uPacket RX-Zelle. Eine uPacket TX-Zelle wird nicht benötigt.
    Sinks mit mehreren streamverarbeitenden Einheiten werden MST-Sink Devices genannt.
  • Composite Device (Kombinationsgeräte)
    Kombinationsgeräte verfügen sowohl über Stream -Quellen als auch streamverarbeitende Einheiten.
Abb. 4.03: Gerätetypen und relative Adressen im Multi Stream Transport-Mode
Abb. 4.03: Gerätetypen und relative Adressen im Multi Stream Transport-Mode
Routing der Streams

Um einen Stream gezielt an einen Empfänger schicken zu können, muss der Topologie-Manager die Struktur der Geräte kennen. Daher weist er den Geräten ebenenweise relative Adressen zu. In Abb. 4.01 ist Branch Device 1 in der ersten Ebene und bekommt daher eine einstellige relative Adresse. Diese ist, weil es kein anderes Gerät auf dieser Ebene gibt "0". Branch Device 2 befindet sich allein in der Ebene 2 und bekommt daher die zweistellige relative Adresse "0.0". Die drei Empfänger in den Sink Devices 1 und 2 besiedeln die dritte Ebene. Ihre relativen Adressen sind dreistellig (0.0.1 bis 0.0.3).
Aus den relativen Adressen kann der Topologie-Manager eine topologische Karte erstellen und mittels des AUX-Busses alle Geräte in den Signalpfaden so konfigurieren, dass die uPacket TX-Zellen die Micro Packets korrekt im Pfad weiterleiten.

4.1.5. Physikalische Übertragung der Daten im Main Link

Grundsätzlich kann DisplayPort mit allen Medien, also auch mit Funk und optischer Faser, übertragen werden. Die typische Verbindung zwischen zwei Geräten bleibt aber sicherlich die klassische Kupferleitung.

Abb. 4.04: Eine DisplayPort Main Link Lane über Twisted Pair-Leitungen
Abb. 4.04: Eine DisplayPort Main Link Lane über Twisted Pair-Leitungen

Wie bei HDMI und DVI erfolgt bei DP die Datenübertragung  auf Twisted Pair-Leitungen mit differentieller Signalübertragung bei niedriger Signalamplitude (LVDS). Die Treiberschaltung im Sender erzeugt bei einem Quellwiderstand von 100 Ohm eine Signalamplitude von ca. 400mVss, welche mittels Koppelkondensatoren auf dem Übertragungsweg gleichspannungsentkoppelt wird. Um nichtlineare Verluste in Verbindern und Leitungen zu kompensieren kann die Signalamplitude erhöht und mit einer Preemphasis (Bias) versehen werden. Um eine optimale Anpassung zwischen Sender, Übertragungsweg und Empfänger zu erreichen wird beim Aufbau der Verbindung und nach dem Feststellen von Übertragungsfehlern eine Initialisierungsphase ("Link Training") durchlaufen in der die optimalen Verbindungsparameter herausgefunden werden.
Um eine sichere Datenübertragung zu gewährleisten wird für jeder Main Link Lane eine 8b/10b-Kodierung (beschrieben im Artikel LVD eingesetzt. (Zusatzinfo: Diese 8b/10b-Kodierung sorgt auch für die gut 20% Datenoverhead, da ja zur Übertagung von  acht Bit Nutzdaten ein Symbol von 10 Bit Länge übertragen werden muss.) Eine pseudozufällige Verwürfelung der Datenpakete erzeugt eine gleichmäßige spektrale Verteilung des Signals was die Störstrahlung vermindert.

4.2. Auxiliary Channel

Der Auxiliary Channel (AUX CH, "Hilfskanal") verfügt über ein separates Twisted Pair-Leitungspaar und ist somit vollständig vom Main Link unabhängig. Wie bereits zuvor beschrieben ist der AUX CH eine bidirektionale Verbindung. Da aber nur ein Leitungspaar zur Verfügung steht können Sender und Empfänger nur im Halbduplex-Verfahren kommunizieren.

Abb. 4.05: DisplayPort AUX Channel über Twisted Pair-Leitungen
Abb. 4.05: DisplayPort AUX Channel über Twisted Pair-Leitungen

Die Signalisierung des AUX CH erfolgt ebenfalls per differentieller Signalübertragung. Die Quellspannung beträgt ca. 1Vss und ist gleichfalls wechselspannungsgekoppelt. Für die Upstream Device Detection legt ein Sender allerdings eine 2,5-3,3 V Gleichspannung aus der DP Power-Leitung auf die Signalleitungen.
In der Spezifikation von DP 1.2 können auf dem AUX CH Daten in zwei Transportformaten übertragen werden. Das Manchester Transportformat erlaubt eine Burstübertragung von maximal 16 Bytes in einem Paketbündel mit einer Datenrate von ca. 1MBit/s. Übertragen auf eine bidirektionale Kommunikation entspricht dies etwa 200 KBit/s im Vollduplex. Dieses gleicht in etwa den Leistungswerten von USB 1.1 Full Speed.
Das Fast AUX Transportformat (FAUX) wurde mit DP 1.2 eingeführt. Mit 720 MBit/s im Burst-Transfer mit 64 oder 1024 Bytes enthaltenden Paketen kommt man auf ein Vollduplex-Äquivalent von ca. 200 MBit/s, was in etwa der Leistung von USB 2 Hi-Speed entspricht. Der Datenübertragung im FAUX-Format muss ein Link Training vorausgehen.

4.3. Hot Plug Detect

Anhand von Änderungen der Spannungspegel auf der HPD-Leitung kann ein Empfänger (Sink) Aktionen des Senders (Source) auslösen. Die HPD-Spannung wird vom Empfänger generiert. Typischerweise existieren zwei unterschiedliche Pegel: 0 V (= L-Pegel) und 3,3V (= H-Pegel).

  • Ein H-Pegel (3,3V) signalisiert dem Sender, dass ein Empfänger angeschlossen ist.
  • Ein L-Pegel für > 2ms zeigt die Abwesenheit eines Empfängers.
  • Ein L-Pegel für 0,5 bis 1ms löst im Sender einen Interrupt aus und fordert ihn zum Auslesen des DPCD (DP Configuration Data)-Registers im Empfänger auf. Im DPCD-Register befinden sich neben den Daten, die die Eigenschaften des Empfängers beschreiben, auch Statusinformationen zur Verbindung (z.B. ob die Verbindung synchronisiert ist oder Symbolfehler aufgetreten sind). Bei einer mangelhaften Verbindung kann auf diese Weise eine Wiederholung des Link Trainings ausgelöst werden.

4.4. DisplayPort Power (DP_PWR)

An den Anschlüssen von DisplayPort-Geräten steht eine 3,3V/500mA (= 1,5W) Versorgungsspannung zur Verfügung. Diese dient zur Versorgung von Display Adaptern, Repeatern (aktive Kabel), Hubs usw.

5. DisplayPort-Verbindungen über USB Typ-C
    (DisplayPort over USB-C)

DisplayPort-Verbindungen über USB-C  können über zwei Verbindertypen hergestellt werden:

  • USB Type-C <-> USB Type-C
  • USB Type-C <-> DisplayPort

Alle Verbindungskabel müssen elektronisch markiert sein, damit der USB-C-Portprozessor in der Quelle den Kabeltyp und den USB-Port des anderen Gerätes identifizieren kann.  Nach der Identifikation wird der USB Type-C-Port konfiguriert und ggf. eine alternative USB-Verbindung aufgebaut. Als alternative USB-Modi werden Nicht-USB-Protokolle bezeichnet, die aber über eine USB Type-C-Verbindung übertragen werden können.

5.1 DisplayPort-Standardbetrieb mit bis zu vier Lanes

Mit einem passiven Full Feature USB Type-C nach Type-C-Kabel können die vier SuperSpeed-Links als vier DisplayPort Lanes genutzt werden. Damit lassen sich mit 2 x 10 GHz Bandbreite nahezu alle gegenwärtigen und angekündigten DP-Datenraten und Displayauflösungen (max. bei DP v1.3 mit 25,92 GB/s und 8K bei 60 Hz) realisieren. Die USB 2.0 Features und das USB Power Delivery-Konzept (USB PD) wird voll unterstützt.

Abb. 5.01: DisplayPort-Quelle mit USB Type C-Verbinder
Abb. 5.01: DisplayPort-Quelle mit USB Type C-Verbinder
Abb. 5.02: Pinbelegung DisplayPort-Quelle mit USB Type C-Verbinder
Abb. 5.02: Pinbelegung DisplayPort-Quelle mit USB Type C-Verbinder

5.2 Gleichzeitiger Betrieb von DisplayPort und USB 3.1 / USB 2.0

Bei der Verwendung einer Docking-Station oder dem Anschluss eines Hosts an ein Display oder TV mit USB 3.1-Anschluss ist es oft vorteilhaft DisplayPort und USB 3.1 zugleich verwenden zu können. Eine solche Konfiguration kann mit einem geeigneten Full Feature USB-C / USB-C-Kabel vorgenommen werden. Beide Bus-Systeme verwenden dabei jeweils zwei Lanes.
DisplayPort leistet mit zwei Lanes:

  • DP 1.2: zwei 1080p Displays oder ein Display mit 2560 x 1600 Pixeln
  • DP 1.3 : 4K mit 60 Hz oder HDR 4K/60 Hz mit 4:2:0 Abtastung und einer Farbtiefe von 12 Bit/Pixel pro Farbe.

Steht in der DP-Senke nur ein USB 2.0-Interface zur Verfügung, können alle vier Lanes für DP verwendet werden. So können ein Display mit 4K/60 Hz oder zwei Displays mit 2560 x 1600 Pixel oder vier 1080p Displays betrieben werden.

Abb. 5.03: DisplayPort und USB 3.1 gleichzeitig über ein Standard USB Type-C Full Feature Passive Cable
Abb. 5.03: DisplayPort und USB 3.1 gleichzeitig über ein Standard USB Type-C Full Feature Passive Cable

5.3 USB Type-C / DisplayPort Adapterkabel

Die einfachste und günstigste Lösung zwei DisplayPort-Geräte mit unterschiedlichen Anschlüssen miteinander zu verbinden, ist ein Adapterkabel. Verwendet werden kann es von USB Type-C-Geräten, die die alternativen DisplayPort-Verbindungsmodi beherrschen. Auch ältere DP-Quellen und DP-Senken werden unterstützt. Die Übertragung erfolgt auf allen (bis zu vier) Lanes und funktioniert in beiden Richtungen und Steckerorientierungen. USB und andere alternative Modi werden nicht unterstützt.

Abb. 5.04: USB-Type-C DisplayPort Adapterkabel. Die Pinbelegung des USB Typ-C-Verbinders entspricht Abb. 5.02
Abb. 5.04: USB-Type-C DisplayPort Adapterkabel. Die Pinbelegung des USB Typ-C-Verbinders entspricht Abb. 5.02

REFERENZEN

Abbildungen

[1] Das "DisplayPort"-Logo ist ein geschütztes Warenzeichen der Video Electronics Standards Association (VESA),
Quelle: VESA Marketingrichtlinien (abgerufen im Oktober 2012)

[2] Foto "Abb. 3.02: Standard DisplayPort-Stecker": Lizenz: GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) or CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/), via Wikimedia Commons; Quelle: DisplayPort-rid.jpg von Belkin+Abisys; http://commons.wikimedia.org/wiki/File%3ADisplayPort-rid.jpg

[4] Foto: "Abb. 3.03: DisplayPort-, HDMI- und Dual-DVI-Anschlüsse an einer Grafikkarte"
Quelle: nvidia Pressefoto "geforce-gtx-680-bracket.jpg"; http://uk.pforce.nvidia.com/EN/GeForce_Desktop/GTX_680/Photography/Boardshots.zip

 

Weblinks

[3] Artikel bei techradar.com am 8.Juli 2011

Informationen und Standards zu DisplayPort:
http://www.vesa.org/displayport-developer/presentations/
https://fs16.formsite.com/VESA/form608559305/secure_index.html (Registrierung erforderlich)

Informationen zu DSC (Display Stream Compression):
http://www.vesa.org/wp-content/uploads/2014/04/VESA_DSC-ETP200.pdf
Pressemitteilung vom 27. 01. 2016: Update auf DSC 1.2

 

Zuletzt bearbeitet am 7.Juli 2016

Rechtshinweis

Sofern auf dieser Seite markenrechtlich geschützte Begriffe, geschützte (Wort- und/oder Bild-) Marken oder geschützte Produktnamen genannt werden, weisen wir ausdrücklich darauf hin, dass die Nennung dieser Marken, Namen und Begriffe hier ausschließlich der redaktionellen Beschreibung bzw. der Identifikation der genannten Produkte und/oder Hersteller bzw. der beschriebenen Technologien dienen.

Alle Rechte an den in diesem Kompendium erwähnten geschützten Marken- und/oder Produktnamen sind Eigentum der jeweiligen Rechteinhaber und werden hiermit ausdrücklich anerkannt. Alle in unseren Artikeln genannten und ggfs. durch Dritte geschützte Marken- und Warenzeichen unterliegen uneingeschränkt den Bestimmungen des jeweils gültigen Kennzeichenrechts sowie den Besitzrechten der jeweiligen eingetragenen Eigentümer.

Die Nennung von Produktnamen, Produkten und/oder der jeweiligen Produkthersteller dient ausschließlich Informationszwecken und stellt keine Werbung dar. InfoTip übernimmt hinsichtlich der Auswahl, Leistung oder Verwendbarkeit dieser Produkte keine Gewähr.

Sollten dennoch wider unserer Absicht Rechte Dritter verletzt werden, so bitten wir um eine Benachrichtigung ohne Kostennote.