Allion Labs / Lexus Lee

隨著影音介面DisplayPort 與HDMI兩種不同規格的發展,電視與螢幕的廠商從過去到近期都將顯示解析度像的「10K,8K,4K」當做商品宣傳的重點,不過在缺乏可相對應的10K,8K影音播放來源的情況下,顯示器廠商大部分轉向以HDR做為宣傳的重點來向使用者說明HDR帶來的精緻畫質呈現。

什麼是HDR(High Dynamic Range)?舉個例,大家使用相機的經驗在拍暗的景色要對焦才拍得清楚,而拍亮的地方也要對焦才拍的清楚,那麼如果把這二張圖中暗的地方跟亮的地方合併起來,就可以在一張圖中可以同時看到亮的地方跟暗的地方,那麼這就是一張HDR照片(也就是說顏色對比更鮮明,照片更接近真實影像的色彩)。電視與螢幕的HDR其實也是與HDR照片相同高細節效果,會指定用至少色彩深度10 bit以上來呈現更多色彩、使用的color space的標準像是色域BT.2020,以及使用可達最大亮度及最小暗度,來呈現HDR精緻畫面給使用者。

目前推廣HDR著名國際組織有VESA(DisplayHDR)、UHDA、HDR10+,相關對應Logo如下,使用者可易辨識出來產品是否有支援相對應的HDR功能

 

複雜HDR生態鏈的潛在風險

雖然以上三個國際標準有推出Logo驗証測試,通過驗證的產品才能使用其Logo做為消費者品質把關的依據。由於市場上HDMI跟DisplayPort介面都可以支援Static/Dynamic HDR傳輸,同時也是市場上最常見二大影音介面的主流,因此市場上也出現「HDMI to DisplayPort」或「DisplayPort to HDMI」的轉換晶片,這使得DisplayPort跟HDMI的裝置可以透過內建DP to HDMI or HDMI to DP晶片的Dongle(轉換器)來相連接。以上轉換的過程也造成錯綜複雜HDR生態鏈,因為HDMI HDR與DP HDR產品的生態鏈都有複雜問題,甚至是DP to HDMI HDR產品交錯的產品生態鏈複雜程度更深!此篇文章便是率先討論最錯綜複雜DP to HDMI HDR生態鏈,後續的系列文章會針對個別生態鏈問題作探討。

以下為Allion專業工程師針對DP to HDR實務上所做的研究與說明:

現在的Sink(訊號接受端)產品,都有HDMI的接口但不一定有DP接口,而越來越多Source(訊號傳送端)產品的廠商推出的產品只有搭載USB-C接口,故會需要一條USB-C to HDMI cable來把HDMI Sink 產品連接起來。由於HDMI 2.0規格也有支援HDR功能,而DP1.4也有支援HDR,所以DP Source 連接到HDMI Sink也是可以實現HDR功能,但作為連接線的USB-C to HDMI cable也是必需支援HDR的功能(如接連下圖所示)。

Allion實測以下有支援HDR的USB-C to DP cables,發現了兩個不同的現象。第一個是luminance(亮度):例如在直接用HDMI cable連接到一台HDMI HDR Source system時候,使用者的HDMI HDR Monitor/TV最佳的亮度可以達到600 nits。但是如果是連接到一台DP HDR Source system,它亮度會下降,且這個變化是人的眼睛可容易辨識出來。

另一個是Color Gamut Performance的改變,在HDR Monitor/TV的測試中,Color Gamut Performance的檢測是是關係到顯示器呈現物體色彩的表現,也是使用者有可能感覺到出差異的地方(同時也是面板顯示標準組織都會制定規格及要求檢驗的項目)。

以下圖來說,黑色的三角形為DCI-P3的規格要求,而紅色三角形是Monitor/TV,用光學設備所量出來的Color Gamut效能。要如何判斷顯示器的Color Gamut效能好壞,則要比較紅色與黑色三角形的重疊的部份跟黑色三角形的面積比,這個比例愈大愈好。

了解了上述的簡介,來對應到Allion實際在USB-C to HDMI cable的產品,發現以下圖表狀況:可清楚看到下方的紅色三角形比上圖的紅色三角形形狀不同,可以看出顯示器的Color Gamut被 USB-C to HDMI cable給改變了,這個改變會使的原本HDR顯示器無法呈現良好色彩度。

VESA協會推出DisplayHDR認證測試,僅有對HDR面板產品檢測,並無針對DP Source產品及USB-C to HDMI/DVI Dongle產品做檢測,故可能會導致上述亮度與色彩度受到影響的狀況。若消費者買了HDR產品,在啟動HDR功能後,卻達不到HDR Ecosystem應有的HDR Performance表現,且消費者也找不出產生問題的根源,恐會對HDR產品的廠商商譽產生不信任。

百佳泰針對HDR的解決測試方案

Allion針對上述的各種狀況,推出了「DisplayPort Advanced Test Program」,透過此方案來解決VESA協會測試不足的部份。通過了DisplayPort Advanced Test Program認證測試,等於得到VESA DisplayPort的認證且多了品質的保障。而百佳泰協助的 ITE半導体的HDR-Capable DP to HDMI2.0 Converter IC(IT6564),是第一個通過這個DisplayPort Advanced Test Program認證測試,可做為品質的擔保。

認證書如下圖:

 

關於未來HDR問題的延伸探討

無論是HDMI HDR與DP HDR產品本身轉換的過程恐就已令人霧裡看花,若涉及到各產品的生態鏈,複雜程度又更深。百佳泰於認證測試領域已有近30年的經驗,若有需要任何諮詢或認證的需求,還請聯繫百佳泰

下一篇我們將針對以下案例做技術分享:

1.DisplayHDR Source進行應用實務分析:

  • 由於DisplayHDR並沒有針對Source端做認證測試,探討DispalyHDR Soruce的設計可否對DisplayHDR顯示器產生正向的效果?

2.DP HDR to HDR10+實務分析:

  • 由於DP to HDMI 晶片的使用,所以可使DP Source透過HDMI連接到HDR10+ 顯示器。就技術上的觀點來看,這類的晶片需要考慮到DP使用 static HDR技術:如轉換到HDR10+ 時需使用Dynamic HDR技術。同時也需要考慮的連接狀況還有一種DP也有支援Dynamic HDR,就是DP使用 Dynamic HDR技術:如轉換到HDR10+時需使用Dynamic HDR技術。