【FPGA】DP、HDMI、USB4、GPMI、eDP、LVDS等音视频协议及性能对比
DP、HDMI、USB-C协议及性能对比
摘要：本文对比分析了主流视频传输协议DP、HDMI、USB-C及GPMI的性能特性。DP协议因免授权优势发展迅速，最新DP1.4支持HBR3（8.1Gbps/通道）和4K@120Hz；HDMI 2.1则支持8K@60Hz但需授权费用。新兴的GPMI接口提供192Gbps超高带宽和480W供电能力，兼容USB-C。USB4通过隧道技术整合USB 3.2、DP和PCIe协议，最高支持40Gbps传输。内部显示接口eDP完全兼容DP协议，广泛应用于移动设备。文章详细介绍了各协议的引脚定义、技术参数及官方标准获取途径。
引言：带宽对比（DP & HDMI）
目前，在视频传输协议以及接口领域，外部接口主要是DP与HDMI两分天下。HDMI 2.1和DP 1.4目前使用广泛，新规则协议的市场渗透率逐渐增加。
DP协议特性：
HDMI协议特性：
各种显示器分辨率所需要的带宽计算（自动计算表格见附件）：
1 DisplayPort
DisplayPort（DP）接口是一种高性能数字显示接口标准，其协议体系涵盖了多种子协议与数据交互机制，用于实现视频、音频及控制信号的可靠传输。DP起先最大的优点是免费，免授权免认证，因为HDMI的认证授权收费策略，所以很多厂商开发DP就是为了瞄准HDMI而做的，至于后来，由于厂商的偏向性开发，DP协议的带宽发展还走在了HDMI的前面。
1.1 DP官方协议下载
DisplayPort 标准仅对 VESA 会员开放。要成为VESA（视频电子标准协会）会员，需要在VESA官方网站上注册并缴纳年费，以获取会员资格。
Displayport标准协议的官方下载渠道
当然，也有大佬分享的DisplayPort 标准，附上快捷跳转链接：
DisplayPort (DP) 协议标准 V1.4
DisplayPort (DP) 协议标准 V1.2
DP协议大全1.1、1.2、1.4、
2.2 DP引脚
DisplayPort链路由以下部分组成：
- 主链路主链路是一个单向、高带宽、低延迟的信道以传输等时数据流（如未压缩的视频和音频）
支持多种数据速率：
HBR3：8.1 Gbps/通道
HBR2：5.4 Gbps/通道
HBR：2.7 Gbps/通道 - 辅助信道（AUX CH）AUX CH是一个用于链路管理的半双工双向信道以及设备控制。
主要功能：
读取显示器EDID，获取分辨率、刷新率等信息。
链路训练，确保主链路信号质量。
设备管理和多流传输（MST）配置。 - 热插拔检测（HPD）信号线HPD信号也可作为接收器设备的中断请求。
供电。用于盒对盒连接的DP连接器有一个电源引脚用于供电本地设备。DP_PWR提供3.3V电源，最大电流500mA。
DP pinmap
2 HDMI
2002年4月，日立、松下、飞利浦、索尼、汤姆逊、东芝和Silicon Image七家公司联合组成HDMI组织。就商业来说，HDMI与DP的区别在于HDMI是一个收费的协议，企业需要每年缴纳会费，并且根据销售数据缴纳相应的授权费用，这样才能够在产品上打印HDMI的标识。
2.1 HDMI官方协议下载
HDMI协议下载：
HDMI 1.4、2.0、2.0b、2.1官方协议手册
- HDMI 1.4 官方协议手册：此版本引入了诸如音频回传通道(ARC)、3D支持以及更高的分辨率等关键特性，是开发支持这些功能设备的基础。
- HDMI 2.0 官方协议手册：标志着HDMI进入超高清时代，支持高达4K分辨率@60Hz，增加了对21:9宽屏格式的支持，并增强了色彩空间处理能力。
- HDMI 2.0b 官方协议手册：在2.0的基础上进一步完善，特别强调了HDR（高动态范围）的支持，为用户提供更加丰富、真实的视觉体验。
- HDMI 2.1 官方协议手册：最新的协议标准，支持惊人的8K@60Hz乃至10K视频传输，引入了动态HDR和其他高级特性，引领未来高清和超高清娱乐的标准。
2.2 HDMI引脚
A、B、C、D和E型是不同的HDMI连接器类型。除B型外，所有连接器均有19引脚，但尺寸和规格各不相同。在这5种类型中，HDMIA、C和D是使用最广泛的HDMI连接器。HDMI B Type的数据传输能力比HDMI A type快近两倍，主要应用于专业设备，如专业显示器、摄像机等设备。
标准HDMI Type-A连接器（19针）的管脚定义：
HDMI 2.1的主要缺点是它不支持供电，这意味着用户需要额外的电源线来为设备供电。
3 GPMI
GPMI（全称：General-Purpose Multimedia Interface [2]），是由深圳市8K超高清视频产业协作联盟牵头，联合创维、海信、电子标准院、华为、TCL华星光电、上海海思、国家超高清视频创新中心、超高清协同中心、UWA联盟等50余家企业共同研发的通用多媒体接口。2025年4月，GPMI正式发布。
该标准支持192Gbps的超高带宽与480W的大功率供电能力，可实现设备间音视频、数据、控制信号的双向互通，并支持128节点网状组网。与USB Type-C接口兼容。
GPMI线材共分为Type-B与Type C，Type-C版本与现有USB Type-C接口兼容，最高可支持96Gbps的数据传输和240W的电力传输。GPMI Type-B 接口较大，能提供电高192Gbps带宽及480W电力传输。GPMI支持高达192Gbps的带宽和480W的供电能力，远超HDMI 2.1和DisplayPort 2.1。
3.1 GPMI协议标准官网下载
4 USB4
2019年9月4号，USB IF 对外发布了USB 4 正式标准，USB IF 也即USB Implementers Forum的缩写，是由一群开发通用串行总线规范的公司创立的非营利性组织。在 USB4 的 1.0 版发布时，苹果（Apple）、惠普（hp）、英特尔（Intel）、微软（Microsoft）、瑞萨电子（Renesas）、意法半导体（ST）、德州仪器（TI）这些公司的员工参加了标准技术工作组。
4.1 USB4-1.0协议标准下载
USB4-1.0协议标准下载
USB4 规范中阐明的目标是更高的传输带宽，帮助融合 USB-C 连接器的生态并“最大程度地减少终端用户的困惑”。USB4只支持USB Type-C接口，不再支持传统的Type-A(Standard-A)接口和Type-B（Micro-B）接口。隧道协议是一种将不同协议的数据包重新封装在一起传输的方式，数据包传递经过的路径叫做隧道。USB4规范中协议隧道分为USB 3.2隧道，DisplayPort隧道、PCIe隧道，三者可以统称为USB4隧道。
5 设备内部音视频协议
外部设备----->VBO、eDP、LVDS协议----->TCON ----->P2P、miniDP、MiniLCDS协议----->Source IC
5.1 eDP
笔记本电脑、平板电脑、手机等其它集成显示面板和图像处理器的领域通常使用eDP（使用FPC 接口）。 eDP脱胎自DP，所以eDP协议完全兼容DP协议。从信号来看，它是DP的超集，不仅包含DP所有信号，更因为笔记本背光的原因增加了一些信号，同时预留了对于触摸功能信号的支持。不同于DP，eDP协议并无严格的要求，而是允许各家厂商自己定义某些非必要信号的属性和要求，例如触摸功能可以使用USB协议，也可以使用I2C协议。
eDP接口的LCD屏简述
5.2 V-by-One
5.3 LVDS
LVDS（Low-Voltage Differential Signaling，低电压差分信号）是一种高速、低功耗的数据传输技术接口，广泛用于液晶显示器、摄像头模组及高速数据通信系统。它由美国国家半导体公司于1994年提出，旨在替代TTL等高功耗、抗干扰差的传输方式。
核心原理是利用约350mV的低电压摆幅，通过一对差分信号线传输数据。接收端通过比较正负信号的电压差来判断逻辑状态，而非参考地电位，从而显著提升抗干扰能力并降低电磁辐射。
eDP和LVDS对比：
- 带宽与性能：eDP带宽更高，适合高刷新率、高分辨率；LVDS带宽有限。
- 功耗：eDP功耗更低，适合移动设备；LVDS略高。
- 设计复杂度：eDP协议复杂但布线少；LVDS简单但高分辨率需更多线材。
- 适用范围：eDP用于高端笔记本、台式显示器；LVDS多见于老旧或工业设备。
兼容性：接口类型不兼容，LVDS设备无法直接使用eDP面板，反之亦然。
参考资料
1、https://zhuanlan.zhihu.com/p/566427515
2、https://blog.ZEEKLOG.net/qaz178889322/article/details/147926292
3、https://zhuanlan.zhihu.com/p/415442070
4、https://zhuanlan.zhihu.com/p/190453411
