跟著電視遊樂器一路從 8 位元、16 位元，2D 點陣、3D 多邊形，SD 標準畫質到 HD 高畫質甚至 4K 超高畫質等規格一路走過來的玩家，相信對能把這些絢爛影像與動聽聲音傳遞到電視等顯示裝置呈現的 “ 傳輸介面” 都不陌生。雖然現在主流清一色都是 HDMI 介面，但是在這 40 多年的發展歷程中，曾出現過許許多多不同的規格。本篇專欄將分為「類比世代」與「數位世代」兩篇，帶大家一同回顧這些影音傳輸介面的演進。
對古早類比時代影音端子有興趣的玩家，不妨可以點擊以下連結觀看類比世代回顧篇的介紹。
在類比篇回顧完現在已經不常見的類比影音傳輸端子之後，接下來就是進入目前大家比較熟悉的數位影音端子了，包括目前最普遍的 HDMI 端子，日益普及的 DisplayPort 端子，以及新興的 USB Type-C 端子。
講到 HDMI 端子，相信現在的玩家都不陌生，畢竟牽扯到連接螢幕顯示的裝置，不論是電視或電腦螢幕，十之八九都配備有 HDMI 端子。不過在正式進入 HDMI 之前，先來看一下做為 HDMI 基礎的 DVI 端子吧。
1990 年後半，以數位控制來精確點對點顯示的液晶顯示器技術逐漸成熟，以往針對映像管掃描線顯像所設計的類比影像訊號就逐漸不合時宜。因此市面上需要一種能以數位方式傳輸影像的介面，來替代行之有年的類比影像傳輸介面。因應此一需求，由多家電子電腦大廠聯合組成的「數位顯示工作小組（DDWG）」於是在 1999 年 4 月制定與發表了名為「DVI（Digital Visual Interface，數位視訊介面）」的數位影像傳輸介面。
DVI 規格的標誌，編輯其實也是查資料的時候才第一次看到......
主要針對 PC 應用的 DVI 採用外型相同、但規格有別的 DVI-A、DVI-D 與 DVI-I 3 種接頭，來滿足類比與數位影像傳輸的需求。其中 DVI-A 只能輸出相容 VGA 的類比影像訊號，透過簡單的轉接就能兼容既有的 VGA 螢幕。DVI-D 則是輸出純數位影像訊號，只能相容 DVI 螢幕。而 DVI-I 則是類比與數位整合規格，可同時輸出類比與數位影像訊號，單一輸出接頭就能滿足 VGA 與 DVI 兩種規格的螢幕，因此是顯示卡的主流配備。
不過近年來因為支援類比輸入的顯示器已經退出主流，因此不少顯示卡逐漸轉為只支援 DVI-D 輸出。
各種不同規格定義的 DVI 接頭（母座），其中類比訊號主要是透過右側的接腳傳輸，數位訊號則是靠左側的接腳傳輸
DVI 採用半導體大廠 Silicon Image 研發的「TMDS（Transition-Minimized Differential Signaling，最小化傳輸差分訊號）」高速數位傳輸技術，將傳輸連結分為 R、G、B 與時脈共 4 組訊號，在最高 165MHz 的時脈下可達成 4.95Gbps 的傳輸頻寬，足以應付 1080p 或 UXGA 60Hz 傳輸的需求。此外 DVI 還定義了雙連結（Dual Link）的規格，可以透過兩組傳輸連結來加倍傳輸頻寬，接頭中已經有預留 Dual Link 的腳位。
不過要注意的是，包含 DVI、HDMI（1.0～2.0）與 DP（1.x）都採用 8b/10b ※
※ 將 8bit 資料編碼成 10bit 傳輸、以達成直流平衡的編碼，實際資料傳輸頻寬為連接頻寬的 80%
DVI 採用「TMDS」高速數位傳輸技術，將傳輸連結分為 R、G、B 與時脈共 4 組差分訊號來傳輸
Dual Link DVI-D 連接線
不過 DVI 端子自發表以來，後續幾乎沒有任何改良，直到今日頻寬仍維持 20 年前最初的規格。此外 DVI 端子接頭龐大、接線繁複，而且未整合音訊傳輸與內容保護機制，不利於數位影音家電等消費市場用途。
DVI-D 轉 HDMI 的線材，可以清楚看出兩端子的尺寸大小差異
有鑑於 DVI 的不足，包括 Sony、Panasonic、東芝、日立、飛利浦等多家家電大廠於是於 2002 年 12 月組成了「HDMI 論壇」，以 DVI 的技術為基礎，制定出針對數位影音家電用途的「HDMI（High Definition Multimedia Interface，高畫質多媒體介面）」。採用比 DVI 更小巧緊緻的接頭，整合數位音訊傳輸功能及影音資料加密保護技術「HDCP（High-Bandwidth Digital Content Protection，高畫質數位內容保護）」，滿足以方便插拔的單一接頭同時傳輸數位影像與聲音，同時確保無失真的數位影音資料不被盜錄複製的需求。
HDMI 最初定義 2 種規格的接頭，分別為 A Type 跟 B Type，前者就是最常見的標準 19 pin 接頭，後者則是傳輸通道加倍的 29 pin 接頭，但 B Type 並沒有應用到任何產品上，只出現在規格書中。後續還定義了尺寸較小的 C Type（Mini HDMI）與 D Type（Micro HDMI），但都只是接頭尺寸微縮，接腳定義並未改變。
左起 A Type 端子、C Type（Mini）端子與 D Type（Micro）端子
HDMI 同樣承襲 DVI 的 TMDS 傳輸技術，不過影像傳輸通道除了 DVI 定義的 R、G、B 之外，還新增支援電視領域常用的 Y、Cb、Cr 格式。此外還把數位音訊混入影像通道的水平同步訊號中一起傳輸，初版最高就已經能支援 8 聲道 192KHz 24bit LPCM 未壓縮音訊的傳輸，相當充裕。後續還擴充支援更多格式與聲道。
因為 HDMI 承襲 DVI 的核心規格與技術，所以兩者具備某種程度的相容性，可以透過簡單的轉接頭轉接。HDMI 裝置能完整相容 DVI 訊號，但 DVI 裝置不支援 HDMI 新增的數位音訊與加密保護功能，無法解碼音訊，且無法顯示 HDCP 加密保護的內容（輸出裝置會認證接收裝置是否支援 HDCP，不支援時無法輸出）。不過 HDCP 在 HDMI 上並不是強制開啟的，而是視應用而定，當遇到需要版權保護的內容時才會需要開啟。
有別於幾乎沒有進步的 DVI，HDMI 在幾家家電大廠的力推下，規格不斷推陳出新，2002 年到 2005 年間陸續改版 1.1、1.2，支援更多影音規格，像是 SACD、Dolby TrueHD、DTS-HD Master Audio 音訊等。
2006 年 HDMI 發表了重大改版的 1.3 版，將最高傳輸時脈從 165MHz 提升至 340MHz，傳輸頻寬擴大為 10.2Gbps。當年 11 月推出的 PS3 主機隨即就支援了 HDMI 1.3 版，成為首款標準配備 HDMI 端子的遊樂器。競爭對手的 Xbox 360 在隔年也推出了支援 HDMI 端子的更新款式。之後 5 年間 HDMI 又進行了幾波小改版，像是整合 Ethernet 網路傳輸功能，新增音訊回傳通道（ARC）、支援 4K 解析度 / 3D 立體影像傳輸等。
PlayStation 3
2013 年 9 月，因應 4K 超高解析度影像的傳輸需求，HDMI 推出重大改版的 2.0 版，再次將最高傳輸時脈拉高到 600MHz，傳輸頻寬提升至 18.0Gbps。雖然 1.4 版也能支援 4K 影像傳輸，但最高只到 30Hz。這也是為什麼早期不少過渡性 4K 顯示器只能支援 4K 30Hz 輸入的主因。只有 2.0 版的頻寬才能真正支援 4K 60Hz 傳輸。此外 2.0 版還將音訊從最高 8 聲道擴增為 32 聲道，數位資料加密保護技術升級為 HDCP 2.2。
不過傳輸頻寬的提升，同時也提高了對傳輸線材品質的要求。HDMI 2.0 版必須使用「第 2 類（Cat 2）」 線材才能達成 4K 60Hz 的影像傳輸。沿用既有 HDMI 1.x 版的 Cat 1 線材時，只能以較低的速度運作。
經過 HDMI Premium 認證的 Sony HDMI 2.0 連接線
2015 年 4 月、2016 年 3 月，HDMI 又陸續推出 2.0a、2.0b 版，新增支援「高動態範圍（High Dynamic Range，HDR）」格式影像的傳輸。在搭配支援 HDR 的顯示器時，能大幅擴展影像明暗對比的表現。第一款支援 HDMI 2.0b 的電視遊樂器再度由 Sony 的 PS4 Pro 拿下，後續的 Xbox One S / X 也有支援。
由於 8K 等更高解析度顯示技術的快速發展，HDMI 於 2017 年 1 月又再度迎來重大改版的 2.1 版。其訊號傳輸與編碼方式大幅改變，不再使用資料與時脈分開且時脈變動的 TMDS 傳輸技術，而是改採「固定速率連結（Fix Rate Link，FRL）」傳輸模式，將時脈內嵌在資料訊號中，把 4 條線都拿來傳輸資料。每線的連結速度可設定為 3 / 6 / 8 / 10 / 12Gbps，4 線合併的頻寬最高可達 48Gbps。同時採用更有效率的 16b/18b 編碼 ※ 1 ※ 2
※ 1：將 16bit 資料編碼成 18bit 傳輸、以達成直流平衡的編碼，實際資料傳輸頻寬為連接頻寬的 88.89%
※ 2：意指人眼無法察覺壓縮所造成的失真，但還原出來的資料與原始資料仍有偏差
不過進一步提升的頻寬，再次提高了對傳輸線材品質的要求。而且不只是線材品質，這次甚至已經觸碰到銅線傳輸的物理極限。HDMI 2.1 除了必須使用經過認證的第 3 類（Cat 3）新規格線材，而且長度限制更大。傳統的被動線材很難超過 2 公尺，要導入能主動放大訊號的主動線材或轉換成光纖才能進一步延伸長度。
HDMI 論壇針對 HDMI 2.1 規格連接線頒布了新的認證標準
此外 HDMI 2.1 還導入了許多針對影音與遊戲等當下熱門應用的改良，包括新增支援可針對每張畫面改變動態範圍的「動態 HDR」，針對遊戲應用的「可變更新率（Variable Refresh Rate，VRR）」與「自動低延遲模式（Auto Low Latency Mode，ALLM）」等。其中 VRR 技術讓顯示器能配合影像輸出裝置如遊樂器主機的畫面繪製速度來更新畫面，擺脫以往以固定更新率運作所導致的畫面撕裂、停格或是延遲問題，一如 PC 上的 G-Sync 與 FreeSync 技術。ALLM 技術則是可以讓顯示器自動切換為低延遲顯示模式，如同許多電視會提供的「遊戲模式（Game Mode）」，讓需要即時互動的電玩遊戲不至於受到電視額外影像處理的延遲影響。
Xbox One X 是首款支援 VRR 可變更新率與 ALLM 自動低延遲模式的主機。
※ 備註：Xbox One X 的 HDMI 雖然只是 HDMI 2.0b 規格，不過率先支援了 HDMI 2.1 納入的 VRR 與 ALLM 功能
關於可變更新率功能的詳細說明，可參考以下報導：
HDMI 2.1 可以說是針對未來的需求所規劃，雖然目前市面上支援 HDMI 2.1 的產品還不多，但已經陸續有電視開始提供 HDMI 2.1 輸入。預定年底登場的 PS5、Xbox Series X 等下一代遊樂器主機都已經確定會支援 HDMI 2.1，藉以提供 4K 120Hz、動態 HDR、可變更新率、自動低延遲模式等能提升遊戲體驗的功能。
PS5
Xbox Series X
如果玩家最近有想買一台能充分發揮 PS5、Xbox Series X 畫質的電視或螢幕，那麼務必要記得選擇支援 HDMI 2.1 規格的機種，才有辦法完整體驗新主機所帶來的畫面輸出新功能。如果是只支援 HDMI 2.0 的機種，就只能體驗基礎的 4K 60Hz 靜態 HDR 了。另外要注意的是，目前有些高階電競螢幕雖然標榜 4K 120Hz HDR 的支援能力，不過是透過 DP 端子來達成的，搭配 PS5 或 Xbox Series X 時仍會受限於 HDMI 的規格。
目前市面上支援 HDMI 2.1 規格的電視產品還不多，像是 Sony X9000H（左）、LG C9（右）等
台灣 PC 大廠華碩日前才宣布將推出世界首款 HDMI 2.1 認證的 43 吋電競螢幕，但尚未揭露詳細資訊
雖然問世已經將近 20 年，不過 HDMI 至今仍是大家最熟悉，且持續進化的主流規格。
DisplayPort 端子（以下簡稱 DP）其實並不符合本篇專欄設定的 “ 電視遊樂器影音傳輸介面” 範圍，因為實際上並沒有任何一台電視遊樂器有提供 DP 端子輸出（Nintendo Switch 勉強沾到邊，這部分後面會介紹）。不過因為 DP 可說是目前發展最快、最有活力且最具潛力的數位影音介面，所以本專欄就順便介紹一下。
DP 是由多家電子與電腦大廠所組成的「視訊電子標準協會（Video Electronics Standards Association，VESA）」於 2006 年 5 月發表的數位影音傳輸介面，主要是針對 PC 用途設計，用來取代先前的 DVI，提供更強大、更具擴展性的數位影音傳輸功能。DP 採用 20 pin 的方形接頭，有方向性，並配合 PC 的使用環境加上伸縮卡榫來強化固定，插拔時必須壓下接頭按鈕來鬆開卡榫。後續 Apple 有制定小型化的 Mini DP 規格。
標準 DP 端子（左）與 Mini DP 端子（右）對比
起步較晚的 DP 端子採用了在網路或數位資料傳輸介面如 USB、PCIe 等相當常見的封包化傳輸。不像 DVI 或 HDMI 那樣是直接以獨立資料線個別傳輸數位影像的 R、G、B 像素，而是把數位影像資料包裹成微小的資料封包，透過數量可增減的高速序列匯流排通道傳輸。標準是 4 線，但視需求亦可減為 2 線或 1 線，這點對後面提到的 USB Type-C DP 替代模式的應用相當關鍵。此一架構不但具備更高的擴充延展性，而且更容易整合不同類型數位資料的傳輸，例如可以輕易打包音訊資料，或是可以透過單一接線傳輸多螢幕畫面。
標準 DP 端子採用有方向性的 20 pin 端子，將影音訊號包裹成資料封包，透過 4 條傳輸通道來傳輸
後起之秀的 DP 端子因為技術較先進，初始頻寬就達到 10.8Gbps（4 線），是 HDMI 1.0 的兩倍，跟同期的 HDMI 1.4 頻寬相當。支援 RGB 與 YCbCr 影像格式，可同時滿足 PC 與影音家電的應用。預設採用獨自的「DPCP（DisplayPort Content Protection）」加密保護技術，後續也把 HDMI 的 HDCP 加密納入規格中。
2010 年 DP 發表了 1.2 版規格，將傳輸頻寬加倍為 21.6Gbps，此一傳輸模式被稱為「HBR 2」，自此 DP 得以完整支援 4K 60Hz 的影像傳輸（約需 12Gbps 資料頻寬），比 HDMI 2.0 的問世早了 3 年。因此早年的 4K 電腦螢幕幾乎都是靠 DP 來達成 4K 60Hz 畫面的傳輸。1.2 版還導入獨立多視訊串流功能，可以透過單一接頭傳輸多組獨立的畫面輸出，只要透過串接方式就可以支援多組不同畫面同時顯示。2013 年 DP 又發表 1.2a 版規格，首度將可變更新率功能「Adaptive Sync」納入選配支援項目，同樣比 HDMI 早了許多。
DP 1.2 開始支援獨立多視訊串流功能，以往多螢幕需要靠多個端子輸出，現在 DP 靠一個端子輸出再串接就可以搞定
2013 年 DP 發表了 1.3 版規格，將傳輸頻寬提升為 32.4Gbps，此一傳輸模式被稱為「HBR 3」，可支援 8K 30Hz、5K 60Hz、4K 120Hz 或 2 組 4K 60Hz 的畫面傳輸。2016 年 DP 發表了 1.4 版規格，這次並未提升傳輸頻寬，而是導入「DSC」視覺無失真壓縮技術來擴增畫面傳輸的支援能力。不過因為目前很少有裝置需要超過 DP 1.4 的未壓縮頻寬，所以實際支援的產品並不多，只有少數支援 4K 144Hz 的電競螢幕有動用到。
因應傳輸頻寬的提升，要保證達成 HBR 3 以上的傳輸速度，需要使用通過 VESA DP8K 認證的線材。
VESA DP8K 認證線材
2019 年 6 月 DP 迎來一波發表以來最大的改版 2.0，將底層傳輸技術直接改為 Thunderbolt 3 的實體層，同時將編碼從原本的 8b/10b 改為 128b/132b ※
※ 將 128bit 資料編碼成 132bit 傳輸、以達成直流平衡的編碼，實際資料傳輸頻寬為連接頻寬的 96.97%
DP 2.0 導入了「UHBR 10」、「UHBR 13.5」與「UHBR 20」3 種傳輸模式，顧名思義就是單線的傳輸頻寬可達 10Gbps、13.5Gbps 與 20Gbps，4 線總和的傳輸頻寬可達 40Gbps、54Gbps 與 80Gbps。
DP 2.0 藉由運作速度提升與編碼技術改進，讓資料傳輸頻寬增加為 DP 1.3 / 1.4 的 3 倍
DP 2.0 的規格同樣顯著超越 HDMI 2.1，不過目前尚未有任何支援的產品推出。
比較可惜的是支援能力後來居上的 DP 並未獲得家電廠商青睞，因此沒有應用在電視遊樂器主機過。
或許有些玩家會覺得奇怪，這篇不是在介紹影音傳輸介面，怎麼會跑出 USB Type-C 來？不過相信有用過新款筆記型電腦或是手機的玩家，都會知道 USB Type-C 也可以用來輸出影音訊號（雖然大多是透過轉接），Nintendo Switch 主機也是透過 Type-C 來輸出影音，因此專欄最後就來介紹一下這個新興的影音端子。
許多筆電、平板與手機都可以透過 USB Type-C 輸出影音訊號
USB Type-C 顧名思義就是 USB C 型接頭，這是一個設計之初就考量多用途需求的規格，因此除了基本的 USB 介面連接用途之外，還可以肩負起大功率電源供應、影音傳輸等應用。Type-C 端子採用對稱無方向性的接頭，內藏雙面各 12 支的接腳。與傳統 USB Type-A / B 端子不同，Type-C 端子沒有方向性，不論正反插都可以用。其祕訣就在雙面的接腳其實是重複的，所以不論怎麼插都可以接通，但實際只使用其中一半。
雖然 USB 3.0 / 3.1 只使用 Type-C 端子一面的 12 支接腳傳輸，但 Type-C 端子實際上是有兩面共 24 支接腳的。因此 USB 論壇替 Type-C 端子保留了「替代模式（Alternate Mode，Alt Mode）」，讓 Type-C 端子除了 USB 3.x 的訊號之外，還可以與其他傳輸協定整合，充分活用那另一半為正反插備用的訊號接腳。
USB Type-C 端子內的接腳是兩面對稱的，單面各有一整組完整的 USB 2.0 與 USB 3.x 傳輸線，還有電源供應線路
不只是替代模式會用上這些額外線路，USB 3.2 規格中也定義了同時使用雙面所有接腳來加倍 USB 傳輸頻寬到 20Gbps 的 “x2” 規格。不過 x2 規格把正反兩面的線路都用光了，所以並無法配合替代模式運作。
USB Type-C 端子本身沒有制定獨自的影音輸出標準，都是透過替代模式結合其他標準來輸出影音。
DP 替代模式是結合 DP 標準的模式，能同時滿足 USB 資料與 DP 影音的傳輸需求，是 Type-C 影音輸出的主流。目前市面上支援 Type-C 影音輸出的筆電、手機乃至 Nintendo Switch 主機 ※
※ Nintendo Switch 雖然底座配備的是 HDMI 端子，但主機是透過 DP 替代模式輸出影音訊號，再由底座轉換為 HDMI 訊號
Nintendo Switch
當 Type-C 端子以 DP 替代模式運作時，有兩種組態可以選擇。其一是把正反兩面共 4 對高速傳輸訊號線都拿去傳輸 DP 訊號，如此一來就跟標準 4 線 DP 端子支援能力相同，但無法提供 USB 3.x 連接功能。其二是把其中 2 對訊號線保留給 USB 3.x，另外 2 對訊號線給 DP，如此一來就能保有 USB 3.x 傳輸功能，又能提供標準 DP 一半的影音傳輸頻寬。沒有動用到的 USB 2.0 與電源供應線路則是不受影響，可以一併提供。
DP 替代模式可以挪用 USB Type-C 端子中留給 USB 3.0 高速傳輸用的訊號線來傳輸 DP 訊號
當搭配 DP 1.3 / 1.4 時，2 對訊號線就足以傳輸 4K 60Hz 的畫面，對大多數應用來說已經足夠。未來如果搭配最新的 DP 2.0，還可以傳輸到 4K 144Hz 的畫面，開啟 DSC 壓縮的話要傳輸 8K 120Hz 也不是問題。
不只是 VESA 制定的 DP 替代模式，HDMI 論壇也在 2016 年替 Type-C 制定了 HDMI 替代模式的規格。基本上就是藉由 Type-C 端子的訊號接腳來輸出 HDMI 訊號，所以只要被動轉接線即可。不過因為 HDMI 必須使用 4 對線傳輸，無法縮減，不像 DP 的傳輸通道那樣有彈性，所以沒辦法同時提供 USB 3.x 的傳輸功能。
現階段 HDMI 替代模式只定義到 HDMI 1.4b 的規格，尚未囊括 HDMI 2.x 的規格。
目前市面上幾乎找不到支援 HDMI 替代模式的裝置，絕大多數可以連接 Type-C 端子輸出 HDMI 影音訊號的轉接器，都是以 DP 替代模式輸出後再透過主動晶片轉換為 HDMI 訊號的，包括 Nintendo Switch 在內。
HDMI 替代模式可以透過簡單的被動轉接線來連接支援 HDMI 輸入的裝置
USB Type-C HDMI 替代模式的訊號接腳定義，因為沒有保留給 USB 3.x 的線路，因此只能單純提供 HDMI 訊號輸出
由於 Type-C 端子的高度整合性與連接性，因此 NVIDIA 於 2018 年聯合 Oculus、Valve、AMD 與微軟共組聯盟，制定針對 VR 虛擬實境裝置連接需求的業界開放標準「VirtualLink」，以單一高頻寬的 USB Type-C 端子整合 VR 裝置所需的多組連接線，同時滿足影音傳輸、控制 / 偵測訊號傳輸與裝置電源供應的需求。
VirtualLink 雖然影音傳輸部分是採用 DP 1.4 規格，但接腳定義跟 DP 替代模式略有出入。主要差別是將原本保留給 USB 2.0 的 2 對訊號線轉給 USB 3.x 訊號使用，因此可以同時傳輸 10Gbps 的 USB 3.2 Gen 2 訊號與完整 32.4Gbps 的 DP 1.4 訊號，還能同時提供最高 27W 的電力。但不相容舊有 USB 2.0 規格。
VirtualLink 把原本保留給 USB 2.0 的訊號線挪給 USB 3.x 使用（藍色部分），因此可以同時提供完整的 DP 與 USB 3.x 傳輸功能
NVIDIA 在 GeForce RTX 20 系列顯示卡開始整合 VirtualLink 接頭。AMD 雖然有參與聯盟，但至今尚未推出過支援 VirtualLink 的顯示卡。Oculus 與 Valve 目前也還沒有推出過支援的 VR 裝置，都需要透過轉接。
NVIDIA 在 GeFroce RTX 20 系列顯示卡上率先配備 VirtualLink 端子
目前有廠商推出可以把 VirtualLink 轉換成 USB 3.2 Type-A 端子與 DP 1.4 端子的轉接器，供既有 VR 裝置使用
在看完懷舊復古的類比篇與回顧現狀展望未來的數位篇之後，相信大家對電視遊樂器的影音傳輸介面有了更進一步的認識。在迎接 PS5 / Xbox Series X 的 4K 120Hz 乃至 8K 超超高解析度影音，以及身歷其境的 VR 虛擬實境等新世代體驗之餘，可別忘了在這些主機與裝置背後默默傳遞絢爛聲光訊息的影音傳輸介面喔！
延伸報導
