DisplayPort界面对于兼容性测试问题的研究

       前言

      在模拟的时代，由于多年不变的规格和较为单纯的设备连结，以及使用者对影像质量要求不高等因素，较单纯的环境使得传统家电的厂商在兼容性的要求上远不如IT的业者。然而，当消费性影音随着整个大环境的演变进入了数字时代后，对于家电产品的兼容性需求便需随着产品的多样化而增加。

       HDMI 是第一个统一整个影音市场的数字界面，过去几年来攻城略地的几乎广被所有的厂商所采用，但由于在兼容性的配套上并没有完善的处理，造成了在市场上采用HDMI的产品在兼容性上有着质量不一的情形，而此兼容性的问题便为我们所要讨论主题的开端。

           图一 HDMI 曾经发生过的兼容性问题
        由左至右:屏幕雪花、错误讯息、讯号侦测错误…

      不兼容的兼容性

      DisplayPort！这个相信大家都耳熟能详的一个全新的界面。是在2005年8月16日由VESA（Video Electronics Standards Association）协会提出的一套全新的数字视讯接口，虽说其主要目的是用来取代DVI而成为PC的共通界面，不管是在内部Chips to Chips or 外部Box to Box 用内外通吃的方法整合在其规格书内。但是另一个可能的背后的目的，应该也是一些不堪HDMI权利金的厂商们想出来的解决方案，用来取代HDMI以节省成本。

      要取代一个已经普及的界面，不是一件容易的事，VESA很清楚的了解到目前市场上没有太多的DisplayPort产品这一点，所以首重的工作是要能兼容于HDMI / DVI。并针对了这一点提出了“DisplayPort Interoperability Guideline”的规范书来协助厂商设计出相关的产品。在这一份Guideline中，将DisplayPort转换至其它界面的重要工作分由二个重要的部份来介绍，第一个是Dual Mode Device，另一个则是Adapter。

      Dual Mode Device不代表它是一个内建多界面的产品，它是一台能够侦测不同讯号而转换模式的产品，可能是一个支持二种规格的电视，Monitor或者是一台播放器或是显示卡。当一个Dual Mode Device 被接上另一台Device，它必须能够正确对应进来的讯号规格而切换他的模式，如下所示切换成DisplayPort mode 或是 DVI / HDMI mode。

             图二 Dual Mode Device的切换模式

      为了使用者便于识别，协会制定了DisplayPort Dual Mode 的Logo，拥有此Logo的产品代表了俱备了双模式的功能。

    图三 DisplayPort Dual Mode Logo

      而除了讯号的兼容之外，也需要转换器来转换不同的针脚和电气规格，这就是转换器的主要功能。为了对应所有的可能上的连接方式，制定了如下图的几种产品形态，不脱公对公，公对母，母对母，再加上一边是DisplayPort，另一边是HDMI / DVI等不同变化组合起来的产品。

           图四 DVI to DisplayPort adapter

      说到这里，大家可以发现，Display Port其实不是一个可以用被动式的组件就可以达到兼容于HDMI / DVI的规格，原则上他和HDMI / DVI 是不兼容的，只是当初在设计时有考虑到这一块市场，所以有设计出相关的规范，下图是一个典型的DisplayPort to HDMI / DVI的Adapter内部示意图，从中可以发现它所需要做的事还真不少，如电压位准的转换，不同规格讯号的侦测，以及数据的共通互换等等。

图五 Source端的Cable Adapter 插入Dual Mode 的Source 示意图

生活中的变数

      纵观以上VESA规范文件中所提供的信息，大概可以想象出未来使用者实际使用上的情境，在讨论像这样产品的兼容性之前，必须先了解使用者可能会产生的产品使用组合。

      第一个变数是Sink+Source

      可以是DVI /HDMI Monitor + Display Port Source，这种情形应该也会是消费数量最大的一种组合。消费者买一片DisplayPort显示卡来配上原本家中已有的DVI or HDMI Sink，或者是DisplayPort Monitor + HDMI / DVI Source，也就是买一台新的显示器来搭配家中原有的计算机或是播放器。

      第二个变数则是Cable+Adapter

      在上述情形之下，使用者还会需要一条讯号线和一个转换器。而在这里又会有几种不同的组合，使用者面临的第一个抉择的是使用DisplayPort Cable + HDMI / DVI to DisplayPort adapter 或者 使用HDMI Cable + DisplayPort to HDMI / DVI adapter，这里又会产生二种不同的组合。

第三个变数则是Repeater

      在考虑客户可能使用超过一个以上的Source，例如PC系统或是播放器，一个Switcher是有被使用的必要，在此时一个Switcher是很有可能同时接上DisplayPort source and HDMI / DVI source.

      综合以上种种数据和变量，其实我们可以很清楚的了解，一个DisplayPort的产品在兼容性上面临的考验比起以往任何一个界面都更为严峻，在测试上的组合也更为复杂，更何况它是要兼容于一个本来兼容问题就不少的界面-HDMI。

如何规划适当的兼容性测试

      有过兼容性测试经验的人可能可以了解，兼容性的检验或许无法做到完全的质量保证，但确是影响产品受欢迎程度的主要因素。如何在成本和时间的考虑下，针对此产品规划出适当的兼容性测试，则是本节讨论的重点。

      由于受限于DisplayPort产品数量的推出，在本文中我们便略过DisplayPort to DisplayPort本身的兼容性测试，而着重于DisplayPort和HDMI / DVI间的兼容性讨论。

      第一个最基本重点是针对DisplayPort 的Source or Sink 去选择适当搭配的HDMI Sink or Source 来做为测试对像，从以往的经验来看，适当的搭配HDMI Sink or Source会先以知名厂牌的产品做为考虑，原因之一是因为当产品本身处于不穏定状态之下，穏定的器材搭配，可以减少变量找出问题的发生点，同时兼容于名牌器材也会是一个基本要俱备的条件。

      我们以一台DisplayPort Sink做为讨论的范例，当以＂区域＂，＂品牌＂，＂产品种类＂做为考虑的选好适当数量的搭配器材后（依经验设定为十台），我们必须要选择二条主测使用的Cable and Adapter，当然在这里指的是HDMI Cable + to DisplayPort Adapter 和DisplayPort Cable + to HDMI adapter当准备这样的设备组合去做兼容性扫机测试时，我们也应该准备一台参考用的DisplayPort Sink，毕竟使用Adapter变量较多，当问题发生时，有参考机做为Verify是比较客观的作法。

      在基本的兼容性设备之外，也必须准备不同品牌的Cable 和Adapter做这类型的产品兼容性测试，建议在HDMI Cable + to DisplayPort Adapter 的组合数量要多过于DisplayPort Cable + to HDMI Adapter的组合，毕竟兼容于市面上已有的产品才是我们的目的，同时也要准备相当数量的HDMI Switch or AV Center 做为Repeater的兼容性测试，因为不同的Cable+Adapter+Repeater做出来的组合可能会超过上佰种，所以一般兼容性实验室多是使用Matrix的方式来做为规划组合的重点，以考虑成本和时间上的实质效益。

                       图六 典型的Matrix 规划

      准备好相关的设备之后的重点就是测试的内容。测试的内容主要就是以讯号的连接和断连做为重点，在消费性电子或是计算机上，其连接或断连的发生时机主要分为，连结端子的插入和拔出、省电功能、开关机，以及切换动作中的频道。

      虽然说看起来很简单，但是要在前述的产品数量和变化组合下通过的还真不是一件容易的事，怎么说呢？首先DisplayPort Dual Mode 就是要侦测不同的讯号来源做为切换模式的依据，误判讯号就是一个叫人担心的可能性因素，再来另一个必要因素就属HDCP了，大家都知道HDCP的机码是随机有时间性的产生方式，在联机断线的测试过程中最容易有误判的情形产生，如图一可以看到，当误判产生时，它会以为对方是一个不支持HDCP的装置。在直接HDMI to HDMI 时都常有这个问题发生，何况使用转换接口的连结方式。

      除了上述的二个可能产生问题的原因之外，还有一个重要产生问题的原因，也时常发生在HDMI to HDMI的兼容性测试中，那就是Clock的不同步，在这里当然也值得叫人担心，尤其看过图五Adapter内部的电路示意图后，可以料想的到，以后在这样的测试当中，雪花处处飞的影像是可以预见的。

      除了以上的基本连结测试外，还有一些更为细步的测试，例如Screen Ratio的切换，分辨率的切换，都有可能是问题的发生点。

成本与效率的考虑

      因应不同的时期配合不同的支持程度是较建议的研发方式，以目前的环境来说，要考虑的因素与无法达成的功能繁多，例如＂CEC＂在DisplayPort 上就尚未有完善的测试方式，有支持此规格的厂商势必也会遇到不少兼容性的客服问题，所以在这个时点产品要支持多少功能也考虑到厂商的智能。

      况且投资和规划一个有效的兼容性测试相信也让不少厂商伤透脑筋，要做多少设备投资，要投入多少人力，完全左右到产品的成本。厂商想要专心和投资在研发上，又想要节省成本的做好兼容性测试，选择一间设备齐全而有公信力的实验室，相信反而更能兼顾成本和产品的兼容性质量质量。