“硬核”科普系列之接口（上：视频）
前言
本文属于“硬核”科普系列的第二篇——接口，本系列的起源亦即第一篇——总线【传送门：“硬核”科普系列之总线】
第一篇本着言简意赅的目的，完成时感觉篇幅还是长了点。。。接口这篇，发现能讲得更多，索性根据日常打交道情况，再度整理细分为三个主题：视频接口、USB接口和硬盘接口。
跟计算机打交道，自然绕不开接口这个话题。身处大数据时代，数据传输的重要性和无处不在让接口成了每个现代人都必备的基础知识，所以来几篇全面又简洁的科普文涨涨芝士就显得很有必要了！
三篇接口文均整理自网络，用于自我学习的记录与总结，也希望能对同样渴望知识的网友们有所帮助，出处注于文末。
本篇是上：视频接口。
中篇传送：“硬核”科普系列之接口（中：USB），下篇传送：“硬核”科普系列之接口（下：硬盘）
视频接口
视频接口的主要作用是将视频信号输出到外部设备，或者将外部采集的视频信号收集起来。随着视频技术的不断发展，人们为了呈现出清晰度高质量好的视频，先后采用了各种类型的视频接口。与此同时，视频接口的作用也在不断丰富。
根据传输信号的种类，视频接口一般分为模拟接口与数字接口两种。
模拟接口
AV接口
复合视频信号（CVBS）接口也叫AV接口或者Video接口，它是音频、视频分离的视频接口，一般由三个独立的RCA插头（又叫莲花接口、RCA接口）组成：其中的V接口连接混合视频信号，为黄色插口；L接口连接左声道声音信号，为白色插口；R接口连接右声道声音信号，为红色插口。
一种混合视频信号，没有经过RF射频信号调制、放大、检波、解调等过程，信号保真度相对较好。图像品质影响受使用的线材影响大，分辨率一般可达350-450线，不过由于它是模拟接口，用于数字显示设备时，需要一个模拟信号转数字信号的过程，会损失不少信噪比，所以一般数字显示设备不建议使用。
S-Video接口
YUV接口
又称分量接口，色差接口。包含YPbPr、YCbCr、Y/B-Y/R-Y，欧洲电视系统所采用的一种颜色编码方法（属于PAL），是PAL和SECAM模拟彩色电视制式采用的颜色空间，亮度信号Y和两个色差信号B-Y（即U）、R-Y（即V）。
色差接口是在S-Video接口的基础上，把色度（C）信号里的蓝色差（b）、红色差（r）分开发送，分辨率可达到600线以上。它通常采用YPbPr和YCbCr两种标识，前者表示逐行扫描色差输出，后者表示隔行扫描色差输出。
由电视信号关系可知，我们只需知道Y、Cr、Cb的值就能够得到G（绿色）的值，所以在视频输出和颜色处理过程中就统一忽略绿色差Cg。色差输出将S-Video传输的色度信号C分解为色差Cr和Cb，避免了由于两路色差混合译码并再次分离而带来的图像失真，也保持了色度信道的最大带宽。
色差接口也是模拟接口。
VGA接口
VGA 接口的历史，最早可以追溯到1987年了，VGA（Video Graphics Array）还有一个名称叫D-Sub。VGA接口共有15针，分成3排，每排5个孔，是显卡上应用最为广泛的接口类型，绝大多数显卡都带有此种接口。它传输红、绿、蓝模拟信号以及同步信号（水平和垂直信号）。蓝色的插头也是最有辨识度的一个接口。VGA默认传输640x480的标清视频信号，其实也支持1080P以上分辨率，理论最高2048 x 1536 / 60hz，具有分辨率高、显示速率快、颜色丰富等优点，是被最多制造商所共同支持的一个标准，被广泛应用于笔记本、显示器、投影等诸多领域。
然而VGA 接口传输的是模拟信号，抗干扰能力弱，而且目前的显示器的基本都为数字信号，模拟信号要经过多次信号间的转换，会导致部分信号丢失，造成画面质量下降，这也是它被淘汰的主要原因。
数字接口
SDI接口
SDI，串行数字接口（Serial Digital Interface）。广播级设备的一种最高标准的接口，无压缩，270M传输标准，4:2:2分量编码，目前被电视台所广泛采用。而HD-SDI接口，是一种广播级的高清数字输入和输出端口，其中HD表示高清信号。由于SDI接口不能直接传送压缩数字信号，数字录像机、硬盘等设备记录的压缩信号重放后，必须经解压并经SDI接口输出才能进入SDI系统。如果反复解压和压缩，必将引起图像质量下降和延时增加，为此各种不同格式的数字录像机和非线性编辑系统，规定了自己的用于直接传输压缩数字信号的接口。
DVI接口
随着液晶显示器的飞速发展，传统的VGA接口已经不能满足，模拟信号的弊端也逐渐显露，DVI 接口也就此诞生。
DVI（Digital Visual Interface），即数字视频接口，基于TMDS最小化传输差分信号，可以实现长距离、高质量的数字信号传输，是几年前最常见、最基本的显示器接口，目前还有不少人的显示器在使用DVI接口。虽然白色的插头也很好分辨，但是DVI各种规格还是比较复杂的。
DVI接口共有三种规格，分别是：DVI-I（Integrated混合），DVI-D（Digital数字）和DVI-A（Analog模拟）。最早的DVI-A用于VGA模拟时代的过渡，接口传递的仍是模拟信号，之后的DVI-I接口同时支持模拟信号和数字信号的传输，而最新的DVI-D接口仅支持数字信号，接口上只有3排8列共24个针脚，其中右上角的一个针脚为空，不兼容模拟信号，是如今最常见的DVI接口。要注意的是，不同DVI接口规格之间线材完全不通用，而且不同规格接口之间需要带有芯片的转接线进行连接才能能正常工作。
DVI-I和DVI-D还分为“单通道”和“双通道”两种类型，单通道支持分辨率与双通道相同，但刷新率只有一半。双通道支持最大1080P 120hz和2560 x 1600/60hz，显卡TMDS超频后最高支持1080 144、2k 144，对线材和显示器有要求，一般需要两根双路线才能支持。
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带宽高：DVI可直接传输数字信号，无需进行模拟信号与数字信号的繁琐转换，速度更快，有效消除拖影现象。
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画面清晰：DVI传输的是数字信号，无需进行模拟信号与数字信号的繁琐转换，避免了信号的损失，色彩更纯净、更逼真，图像的清晰度和细节表现力都得到了大大提高。
DVI 接口由于标准制定之初不够长远，缺点也比较明显：带宽提升空间较小；不支持传输音频信号；接口的奇大无比。DVI接口也逐渐的满足不了日渐增长的高分辨率，高刷新率的显示器了，因此也慢慢地被淘汰。
HDMI接口
HDMI，全称高清晰多媒体接口（High Definition Multimedia Interface），是目前最主流的接口，不论是电脑、电视、投影、摄像机、编辑机，只要是需要视频传输的设备，多多少少都会带上几个HDMI接口。
HDMI沿用了DVI的TMDS，特点是支持分辨率高、接口小，支持未压缩音频流传输，协议丰富。最早的1.0版本在2002年12月推出，到1.3/1.4版提升带宽到10.2Gbps。HDMI 1.4支持网络、音频回传、3D、10bit色深等，目前市面能买到最低版本也是它，理论支持1080P 144、2K 75、3840 x 2160/30、4096 x 2160/24hz，进一步提升刷新率需要降成YUV422、420输出。HDMI2.0带宽高达18Gbps，支持1080P 240、2K 144、4K 60、5K 30。最新的HDMI2.1更为夸张，支持2K 240、4K 144、5K 60、8K 30hz。
HDMI受到视频设备市场青睐的主要原因（以HDMI 1.4版本为例说明）：
- HDMI支持同时传输视频和音频信号，这就可以免去音视频线缆的连接，简化了布线。
- HDMI具有以太网通道，这就意味着基于互联网的HDMI设备可以和其它HDMI设备共享互联网接入。比如：只需要将一根网线连接到高清电视机，那么所有和这个高清电视机以HDMI线缆连接着的设备（机顶盒、蓝光播放器、电脑、MP4等）就都可以上网，无需再另外连接网线了！
- HDMI允许同时传输两路1080p全高清视频信号，这为3D全高清显示奠定了基础。
- HDMI支持4k × 2k的分辨率，即1080p的四倍分辨率，可以满足4096 × 2160的数字电影规范。也就是说，如果通过HDMI线缆连接PC主机和支持这个分辨率的显示设备，那么人们就可以在家里欣赏数字电影了！
- HDMI拓展支持色彩空间，可以达到无偏差的色彩显示。
HDMI常见的有三种规格的接口。主要考虑到设备的需要。如数码相机的体积小，需要小的接口，就使用micro HDMI。三种接口只是在体积上有区别，功能相同。
【注意：第二种HDMI B Type并没有应用在任何设备当中，所以我们把它忽略不计。】
DP接口
Display Port也是一种高清数字显示接口标准，简称DP，是于2006年5月诞生的“新进干员”，现在很多显示器中几乎都标配了DP接口。作为后起之秀的DP，比HDMI更先进，支持更高的分辨率，更高的刷新率以及更高质量的音频传输，可以在一条线缆上实现更多功能，正逐渐取代HDMI的地位。有意思的是DP视频信号还可以通过Type C等常见的USB接口进行传输，不一定非要使用DP接口。
DP从第一代就达到了10.8Gbps带宽，支持2560 x 1600的12bit输出。目前市面最多的DP1.2已经高达21.6Gbit/s，超越了HDMI2.0，支持1080P 240、2K 165、4K 75、5K 30。
DP1.3支持2K 240、4K 120、8K 30。最新的DP1.4支持基本一样，带宽高达32.4Gbps，但加入了DSC显示压缩流技术，从而支持4K 240、8K 60。此外还有HDR数据包、前向错误修正、32声道1536KHz等技术支持。
DP接口还有一种衍生的形式——Mini DP接口，它是由苹果公司推出的，不过如果不是苹果的忠实用户，那么在日常生活中还是挺难见到MINI DP这种接口的。
雷电“接口”
Intel的“Thunderbolt”（雷电）实际上是一种计算机协议，可以理解为一种传输技术，绝非简单的物理接口。
Thunderbolt技术融合了PCI-Express数据传输技术和DisplayPort显示技术，可以同时对数据和视频信号进行传输。其中PCI-Express用于数据传输，可以非常方便地进行任何类型设备扩展；DisplayPort用于显示，能同步传输1080p乃至超高清视频和最多八声道音频。两条通道在传输时都有自己单独的通道，不会产生任何干扰。并且，每条通道都提供双向10Gbp/s带宽（目前的雷电3已达到40Gbp/s）。
Mini DP和Type C
最早的雷电接口——Mini DP
雷电接口是由Intel开发定制的，最早接口类型为mini DP。在雷电3接口出来之前，雷电1和雷电2都是作为在苹果MAC上使用的，但是由于采用雷电接口的外接设备价格都很昂贵，因此难以推广。
Mini DP接口的显示器以及Mini DP至HDMI / DVI / VGA等接口的转接头都可在Thunderbolt 1和Thunderbolt 2接口上使用。一般来说，应用现有的物理接口能够在兼容性方面具有更多的优势，Thunderbolt接口由Intel控制芯片驱动，通过PCI4 4X、Display Port总线与系统芯片组相连，也可直连Intel处理器核芯显卡进行Display Port输出。基于PCIe标准的传输机制让数据的传输更加方便，免去了转换步骤，同时也能够适应更多的场合。
雷电3与Type C
随着Type C接口的逐渐普及，Intel宣布将雷电的原mini DP接口改成Type C接口，唯一区别的是在接口旁有一个闪电标志。虽然雷电3和Type C接口长得一模一样，但是他们的传输协议是完全不同的。Type C是USB 3.1传输协议，而雷电3是Thunderbolt 3传输协议。在功能方面，雷电3能够实现Type C的绝大多数功能，并且传输速度更快。
雷电3的特点：
- 双向充电，使用方便；正反都可以插，且可以给其它设备充电亦可以笔记本本身充电
- 带宽高，传输速度快；雷电3 的带宽高达40Gbps，且支持双向传输。
- 高清扩展：在笔记本性能支持的情况下，雷电3接口能够同时连接多个显示器组成超大显示屏；得益于40Gbps的带宽，雷电3还能够扩展多路4K高清画面，且画面十分流畅。
- 外接显卡：一般的轻薄本采用集成显卡导致无法带动大部分游戏，而选择游戏本又过于厚重，不方便携带。雷电3能够有效解决这样的问题，高带宽的传输速率，能够外接一个性能强劲的独立显卡，让你感受不一样的游戏体验。
雷电4
在今年初的CES 2020大会上，Intel公布了新一代雷电4接口。据了解，雷电4速度更快、性能更强，采用通用的Type C接口，可以和USB 4.0互补兼容，未来的电脑只需一个Type C接口，就能淘汰以往的USB Type A、HDMI、DisplayPort、RJ-45网口、音频口、充电口等等，用户再也不需要为不同的接口、设备、数据线而烦扰，可以一根数据线走天下。
显示器选择建议
144Hz显示器建议：
建议使用DP接口配合DP1.4线，HDMI最大支持120Hz刷新率，需要使用DP 1.4才可以支持144Hz或以上，HDMI、DVI、VGA均不支持144Hz显示器。
2K显示器建议：
建议使用HDMI和DP接口，VGA是模拟信号输出，理论是支持2K分辨率，但是效果非常差的，2K分辨率最低要用DVI接口才能实现，VGA合适1080P分辨率下用。
4K显示器建议：
建议使用DP接口配合DP1.4线最佳。
参考资料：
https://www.sohu.com/a/316875373_729217
https://baike.baidu.com/item/雷电接口/10523008
https://zhuanlan.zhihu.com/p/85651458
