Allion Labs / Lexus Lee

随着影音接口DisplayPort 与HDMI两种不同规格的发展,电视与屏幕的厂商从过去到近期都将显示分辨率的「10K,8K,4K」当做商品宣传的重点,不过在缺乏可相对应的10K,8K影音播放来源的情况下,显示器厂商大部分转向以HDR作为宣传的重点来向使用者说明HDR带来的精致画质呈现。

什么是HDR(High Dynamic Range)?举个例,以大家使用相机的经验,在拍暗的景色要对焦才拍得清楚,而拍亮的地方也要对焦才拍的清楚,那么如果把这二张图中暗的地方跟亮的地方合并起来,就可以在一张图中可以同时看到亮的地方跟暗的地方,那么这就是一张HDR照片(也就是说颜色对比更鲜明,照片更接近真实影像的色彩)。电视与屏幕的HDR其实也是与HDR照片有相同高细节效果,会指定用至少颜色深度10 bit以上来呈现更多色彩、使用的color space的标准像是色域BT.2020,以及使用可达最大亮度及最小暗度,来呈现HDR精致画面给使用者。

目前推广HDR著名国际组织有VESA(DisplayHDR)、UHDA、HDR10+,相关对应Logo如下,用户可易识别出来产品是否有支持相对应的HDR功能

 

复杂HDR生态链的潜在风险

虽然以上三个国际标准有推出Logo验证测试,通过验证的产品才能使用其Logo做为消费者质量把关的依据。由于市场上HDMI跟DisplayPort接口都可以支持Static/Dynamic HDR传输,同时也是市场上最常见两大影音接口的主流,因此市场上也出现「HDMI to DisplayPort」或「DisplayPort to HDMI」的转换芯片,这使得DisplayPort跟HDMI的装置可以透过内建DP to HDMI or HDMI to DP芯片的Dongle(转换器)来相连接。以上转换的过程也造成错综复杂HDR生态链,因为HDMI HDR与DP HDR产品的生态链都有复杂问题,甚至是DP to HDMI HDR产品交错的产品生态链复杂程度更深!此篇文章便是率先讨论最错综复杂DP to HDMI HDR生态链,后续的系列文章会针对个别生态链问题作探讨。

以下为百佳泰(Allion)专业工程师针对DP to HDR实务上所做的研究与说明:

现在的Sink(信号接受端)产品,都有HDMI的接口但不一定有DP接口,而越来越多Source(信号传送端)产品的厂商推出的产品只有搭载USB-C接口,故会需要一条USB-C to HDMI cable来把HDMI Sink 产品连接起来。由于HDMI 2.0规格也有支持HDR功能,而DP1.4也有支持HDR,所以DP Source 连接到HDMI Sink也是可以实现HDR功能,但作为连接线的USB-C to HDMI cable也是必需支持HDR的功能(如接连下图所示)。

百佳泰实测以下有支持HDR的USB-C to HDMI Dongle,发现了两个不同的现象。第一个是luminance(亮度):例如在直接用HDMI 线缆连接到一台HDMI HDR Source system时候,使用者的HDMI HDR Monitor/TV最佳的亮度可以达到600 nits。但是如果是连接到一台DP HDR Source system,它亮度会下降,且这个变化是人的眼睛可容易识别出来。

另一个是Color Gamut Performance的改变,在HDR Monitor/TV的测试中,Color Gamut Performance的检测是是关系到显示器呈现物体色彩的表现,也是用户有可能感觉到出差异的地方(同时也是面板显示标准组织都会制定规格及要求检验的项目)。

以下图来说,黑色的三角形为DCI-P3的规格要求,而红色三角形是Monitor/TV,用光学设备所量出来的Color Gamut效能。要如何判断显示器的Color Gamut效能好坏,则要比较红色与黑色三角形的重迭的部份跟黑色三角形的面积比,这个比例愈大愈好。

了解了上述的简介,来对应到百佳泰实际在USB-C to HDMI 线缆的产品,发现以下图表状况:可清楚看到下方的红色三角形比上图的红色三角形形状不同,可以看出显示器的Color Gamut被 USB-C to HDMI线缆给改变了,这个改变会使的原本HDR显示器无法呈现良好色彩度。

VESA协会推出DisplayHDR认证测试,仅有对HDR面板产品检测,并无针对DP Source产品及USB-C to HDMI/DVI Dongle产品做检测,故可能会导致上述亮度与色彩度受到影响的状况。若消费者买了HDR产品,在启动HDR功能后,却达不到HDR Ecosystem应有的HDR Performance表现,且消费者也找不出产生问题的根源,恐会对HDR产品的厂商商誉产生不信任。

百佳泰针对HDR的解决测试方案

Allion针对上述的各种状况,推出了「DisplayPort  Advanced Test Program」,透过此方案来解决VESA协会测试不足的部份。通过了DisplayPort  Advanced Test Program认证测试,等于得到VESA DisplayPort的认证且多了质量的保障。而百佳泰协助的 ITE半导体的HDR-Capable DP to HDMI2.0 Converter IC(IT6564),是第一个通过这个DisplayPort Advanced Test Program认证测试,可做为质量的担保。

认证书如下图:

关于未来HDR问题的延伸探讨

无论是HDMI HDR与DP HDR产品本身转换的过程恐就已令人雾里看花,若涉及到各产品的生态链,复杂程度又更深。百佳泰于认证测试领域已有近30年的经验,若有需要任何咨询或认证的需求,还请联系百佳泰

下一篇我们将针对以下案例做技术分享:

DisplayHDR Source进行应用实务分析:

  • 由于DisplayHDR并没有针对Source端做认证测试,探讨DispalyHDR Soruce的设计可否对DisplayHDR显示器产生正向的效果?

DP HDR to HDR10+实务分析:

  • 由于DP to HDMI 芯片的使用,所以可使DP Source透过HDMI连接到HDR10+ 显示器。就技术上的观点来看,这类的芯片需要考虑到DP使用 static HDR技术:如转换到HDR10+ 时需使用Dynamic HDR技术。同时也需要考虑的连接状况还有一种DP也有支持Dynamic HDR,就是DP使用 Dynamic HDR技术:如转换到HDR10+时需使用Dynamic HDR技术。