“DisplayPort over USB Type-C for high-quality AR/ VR display”

“DisplayPort over USB Type-C for high-quality AR/ VR display”

Published Date & Time: 
Monday, June 19, 2017 - 13:30
News Organisation: 
Communication Components Magazine

 

新通訊 2017 年 6 月號 196 期《 技術前瞻 》
文.Andre Bouwer
隨著市場的發展與成熟,目前存在四種虛擬實境(Virtual Reality, VR)/擴增實境(Augmented Reality, AR)方式,每種的用戶體驗、可攜性和價格各不相同,分別介紹如下。
PC-Based VR:是利用映射處理器實現身歷其境VR體驗的即時3D渲染。這種技術需要一台高性能的個人電腦和頭戴式顯示器(HMD)。採用這種解決方案的系統通常價格較高,必須透過個人電腦,因此只適合在家中使用。 

手機插入式觀看器:該方式使用顯示器、感測器和智慧手機處理器組成頭戴式顯示器。比較流行的範例是Google Cardboard、三星Gear VR和蘋果iPhone的觀看器。儘管智慧手機的處理能力日益增強,但仍然無法達到PC-Based VR方法中映射處理器的性能,因此VR體驗的品質並不高。這種方式要求使用者將手機,連同其中央處理器、電池、無線通訊模組都放置在面前,所以比較繁瑣。 

一體式VR:包括微軟全像式眼鏡及其他元件。其無線特性讓使用者在使用時能夠自由地移動。頭戴式顯示器中包括顯示器、中央處理器、電池和無線收發器,因此其重量大大增加。為減輕重量,也可以使用一塊較小的電池和中央處理器,這樣做的代價是在渲染高品質的VR畫面時,處理能力會降低。 

連接式VR:該方法是將HMD連接至手機,利用手機處理器,使HMD變得更薄、更輕、更便宜。此方法兼顧了處理能力和攜帶性。 

預計未來手機插入式觀看器將被連接式VR頭盔所取代。最終將和耳機一樣,成為智慧手機的標準配件,所有消費者都可以體驗VR或AR。 

DisplayPort over USB Type-C 

DisplayPort over USB Type-C用於將身歷其境的VR或AR體驗中所需的高解析度視訊傳送至頭盔。USB Type-C是最新的USB接頭,可以為蘋果、谷歌、微軟以及所有個人電腦和智慧型手機製造商的產品提供充電、資料傳輸和視訊輸出的功能。它是十分便於消費者使用的雙面插拔充電和配件的連接器。 

DisplayPort是高性能數位影音介面,已經被所有OEM廠商所採用,由視訊電子標準協會(VESA)發表的DisplayPort over USB Type-C標準使其能夠運用於USB Type-C連接線。DisplayPort over USB Type-C是目前成本低,且能夠提供最佳功能和攜帶性的方案。 

例如,Samsung Galaxy S8支援DisplayPort over USB Type-C,能夠連結三星行動工作站DeX。Analogix使用Galaxy TabPro S多介面轉換器(Multi-Port Adapter)、Analogix SlimPort SP7101轉換器和蘋果轉換器對S8進行了測試,如圖1所示。 

圖1 Galaxy S8支援Analogix SlimPort

DisplayPort over USB Type-C簡化並延伸了VR技術,使下一代高性能、輕量化和佩戴舒適的頭盔成為可能。在移動VR市場中,越來越多的感測器和攝影機被加入到VR頭盔之中,一款連接式VR頭盔可以降低智慧型手機中這些附加的VR感測器成本。類似的趨勢也正在PC-Based VR中上演。如今,個人電腦通過USB連接線和HDMI傳輸線這兩種方式連接至HMD頭戴式顯示器,全功能型的USB Type-C連接線無疑能夠提供相同的功能,可以僅使用一根USB Type-C連接線來替代原本的兩種連接線。 

USB Type-C連接器將來自VR內容的電能、頭部方位測量資料、音訊和視訊內容傳送至HMD頭戴式顯示器中;透過USB電源傳輸協議充電,通過DisplayPort Alternate Mode over USB Type-C協議傳送視訊;頭部移動測量資料利用USB介面協議將HMD頭戴式顯示器傳送至VR內容源。由於USB Type-C能夠同時為頭盔提供電能,所以無需在其中設置電池,還可以將高解析度的視訊藉由DiaplayPort傳送至雙眼,並為頭盔中感測器傳送高頻寬資料,以追蹤和交換頭部方位和移動情況。 

USB Type-C提供高畫質連結 

USB Type-C將各種週邊設備連接至一台電子設備,並降低USB埠所需的厚度,使可攜式裝置、VR/AR設備以及配件更輕薄。因為它的可雙面插拔,用戶只需連接接頭。比如,在駕車時無需將視線從道路上移開,就可以將手機連接至儀表板上的充電器。 

USB Type-C在為AR/VR頭盔提供電能、資料和顯示等方面具有的通用性能夠帶來以下優勢: 

・USB Type-C相容USB 2.0和USB 3.0協定,分別具備2.5W和4.5W傳輸能力,此外能夠支援USB電能傳輸(PD)協定。該協定具備雙重角色的能力,既可以向5V的外接設備提供高達15W的電源輸出,也能夠接收高達100W的充電裝置至電源設備。 

・利用USB 3.1 Gen 2標準,在資料傳輸上,USB Type-C被設計用於支援10Gbit/s的資料流量。這一流量資料是大多數支援USB 3.1 Gen 2標準的個人電腦的兩倍。 

・與USB 3相容,全功能型USB Type-C連接線能夠支援DisplayPort連接至任一台用於工作或娛樂的大螢幕。 

・應用DisplayPort v1.4標準,DisplayPort over USB Type-C能夠支援8Gbit/s DisplayPort連接通道。就其本身而言,這是可以在消費性電子產品中廣泛使用的能夠傳輸全超高解析度(FUHD)8K視訊的連接線。 

設備處於連接狀態時,這些功能需經溝通才能夠啟用。由於其完善的功能性,全功能型的USB Type-C連接線終將取代HDMI連接線,在移動設備、個人電腦和電視生態系統之間實現電能、資料和視訊的傳輸。 

根據DisplayPort over USB Type-C使頭盔連接器標準化將使得製造商所生產的VR電腦能夠與其他供應商所提供的頭盔通用。為增強終端用戶的便利性,互通性十分關鍵,可刺激內容和設備開發商投資更新更好的AR和VR產品,並改善使用者的體驗。 

VR/AR高畫質顯示解決方案 

Analogix的晶片和技術,為可攜式和PC-Based VR顯示器硬體、週邊設備和內容帶來了市場機會,實現首尾相連的高性能視訊和資料連通性。Analogix的研發成果包括DisplayPort埠連接器、接收器和顯示時序控制器晶片,以及智慧財產權(IP)核心解決方案。 

2016年2月,頭戴式顯示器在預期中成為主流,Analogix發表一款單晶片可攜式發射器。透過全功能型USB Type-C介面,能夠支援傳送智慧型手機或平板電腦中每秒4K 60幀(4096x2160p60)或全高清每秒120幀(1920x1080p120)解析度的視訊,這是一種理想化的應用,如AR和VR所需要的視訊處理和性能。與高通的USB Type-C介面智慧型手機和平板電腦進行無縫配對,ANX7688將應用處理器的HDMI和USB介面轉換至DisplayPort埠,將轉換器和高速埠整合,借助最新的HDCP2.2內容保護USB-PD可支援快速充電,因此使全功能型USB Type-C連接器在行動設備中得以應用(圖2)。 

圖2 ANX7688單晶片行動發射器圖解

一年以後,Analogix和聯發科發表了聯合參考設計簡化版MediaTek's Helio X30處理器,和Analogix的ANX7625 SlimPort發射器共同為智慧設備提供DisplayPort over USB Type-C介面4K解決方案,使更多的智慧型手機用戶可以連接簡易版的VR或AR耳機(圖3)。從應用處理器的MIPI和USB 3.1介面,到DisplayPort over USB Type-C介面,ANX7625是一個低耗電的單晶片,同時執行必需的USB Type-C介面轉換和管理。為了在VR耳機、顯示幕或大螢幕電視上進行安全重播,ANX7625支援高頻寬資料內容保護版本2.2或1.4。

圖3 聯發科X30和ANX7625參考設計傳送DisplayPort over USB Type-C介面視訊輸出

在2017年消費性電子展CES上,Analogix向用於VR和AR,支援4K解決方案高達每秒120幀的Quad MIPI-DSI顯示控制器導入SlimPort介面ANX7530、ANX7533和ANX7580 DisplayPort埠,這將降低潛在因素、成本和VR或AR系統的電力消耗(圖4)

圖4 ANX753x頭戴式顯示控制器

在利用低功耗、高速序列器/解除序列器(SerDes)的產品和技術開發方面,顯示控制器能夠被用於USB Type-C和非USB Type-C應用,並且控制各式各樣的視訊掃描模式,為耳機製造商提供靈活性以便於差異化其產品,透過其服務的市場,不論是遊戲、360度和3D電影或AR產品,都提供了最優化的性能。 

視訊更新速度造就身歷其境 

Analogix設想VR顯示器的開發將開創一個全新的產品類別,如同顯示器或電視。依據畫素密度和反應速度,其顯示的品質決定能否被定義為虛擬實境系統。只有視訊更新速度快於大腦的處理能力時,且有效畫素小於視網膜中的光受體時,才能夠獲得流暢的虛擬體驗。這就迫使視訊解決方案和更新頻率更快更高。DisplayPort over USB Type-C是傳送解決方案,也是創作最為身歷其境虛擬體驗的最佳途徑。 

(作者為Analogix行銷副總裁)