La Question Technique 9 : DVI, HDMI, DisplayPort, quelles différences ?

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La Question Technique 9 : DVI, HDMI, DisplayPort, quelles différences ?

Cette semaine dans La Question Technique, il est question de connectiques d’affichage, sorte de marasme englué dans un nombre incalculable de normes et de versions. Essayons d’y voir un peu plus clair…

Après que le VGA a dominé les interfaces pour écrans informatiques pendant plus d’une décennie, l’arrivée des écrans numériques a motivé le passage à de nouvelles interfaces, numériques elles aussi. En effet, si une interface analogique pouvait avoir du sens avec un écran analogique (une conversion numérique vers analogique était de toute façon nécessaire), elle n’est pas optimale avec un écran numérique, puisqu’on a alors une double conversion : le RAMDAC de la carte graphique produit un signal analogique à partir des données numériques calculées par le GPU, puis le circuit vidéo de l’écran numérise ce signal pour piloter l’écran…

Mais comme trop souvent, le passage au numérique s’est accompagné de multiples normes, défendues par différents groupes, ce qui mène à ce genre de choses :

Connectique d'un écranDe quoi regretter la simplicité de ce bon vieux VGA… Mais en pratique, quelles sont les différences entre ces différentes normes ?

Le DVI

Première interface numérique externe pour les écrans d’ordinateurs, le DVI (Digital Visual Interface) a été introduit en 1999 et reste encore largement utilisé aujourd’hui. Un canal DVI utilise trois liens série, un pour chaque couleur. Le signal y est encodé en TMDS (Transition-minimized differential signaling), un encodage qui code chaque octet sur un symbole de 10 bits en cherchant à minimiser le nombre de changements de valeur du signal et à équilibrer le nombre de 0 et de 1. En fonction des besoins (définition de l’image et fréquence de rafraichissement), la fréquence de fonctionnement peut être modulée entre 25 et 165 MHz. La bande passante ainsi disponible (3.96 Gbit/s) permet une définition maximale de 1920×1200 à 60 Hz avec des couleurs 24 bits (en incluant les blanking, des périodes sans signal à la fin de chaque ligne et de chaque frame, ce mode nécessite 154 MHz, toutes les définitions « standard » supérieures nécessiteraient plus de 165 MHz à 60 Hz).

En plus des trois liens TMDS, le DVI dispose, comme le VGA, d’un lien DDC, qui permet d’échanger des informations non vidéo avec l’écran (identification de l’écran et des modes d’affichage qu’il supporte, contrôle de certains réglages).

Le connecteur DVI existe pour sa part en six versions différentes (hors versions propriétaires utilisées par certains constructeurs), selon les fonctionnalités disponibles. Le plus courant aujourd’hui est le DVI-I Dual Link, qui propose deux canaux DVI (le second canal permet de supporter des définitions plus élevées ou d’encoder les couleurs sur plus de 24 bits par pixel) et permet également de véhiculer un signal VGA (permettant donc de connecter un écran VGA via un adaptateur passif). Le DVI-I Single Link offre un seul canal DVI et la compatibilité VGA, les DVI-D Single Link/Dual Link proposent uniquement un ou deux canaux DVI, sans compatibilité VGA.

Les différentes variantes du DVILes deux autres connecteurs sont beaucoup plus rares. Le DVI-M1-DA est un connecteur plus large, supportant le VGA, le DVI Dual Link, mais aussi l’USB et le DVI-A est un extra-terrestre dont on se demande bien ce qu’il fait dans une norme de connectique numérique : il ne permet que de faire passer un signal analogique VGA…

À l’exception du DVI-M1-DA, tous les connecteurs DVI ont le même format, et se distinguent simplement par l’absence ou la présence de certains contacts, ce qui permet d’éviter des adaptateurs : un câble doté de l’un quelconque des connecteurs mâle pourra se connecter à n’importe quel connecteur femelle supportant toutes les fonctionnalités supportées par le connecteur mâle. Un câble DVI-D pourra par exemple être connecté sur un port DVI-I, mais pas sur un port DVI-A.

Le HDMI

Destiné en premier lieu à remplacer les interfaces analogiques des TV et platines vidéo de salon, le HDMI (High-Definition Multimedia Interface) est arrivé au début des années 2000.

Comme le DVI, il utilise trois liens TMDS, ce qui permet aux deux interfaces d’être compatibles entre elles, en utilisant simplement un adaptateur passif. Le HDMI apporte par contre de nouvelles fonctionnalités et abandonne la rétrocompatibilité VGA.
Le plus gros apport de l’HDMI est sa capacité à transporter des flux audio (jusqu’à 8 canaux 192kHz 24 bits non compressés) en plus du flux vidéo, ce qui est indispensable pour une connectique destinée aux TV. Les données audio sont transmises via les mêmes liens TMDS que les flux vidéo. Pour ce faire, la connexion ne fonctionne plus en mode flux mais en mode paquet, en alternant des paquets vidéo et des paquets audio. Ces derniers sont transmis durant les phases de blanking du signal vidéo, avec la possibilité d’envoyer jusqu’à 4 032 bits (18 paquets de 224 bits) de données audio lors de chaque blanking.

En plus des données audio et vidéo, le HDMI introduit également le protocole CEC (Consumer Electronics Control), qui permet le pilotage des appareils via la connectique HDMI, permettant ainsi à l’utilisateur de ne manipuler qu’une seule télécommande.
La norme prévoit cinq connecteurs différents :

• Le Type A, qui est le plus répandu, qui intègre un canal HDMI (équivalent au DVI-D Single Link)
• Le Type B, quasiment inexistant, qui propose deux canaux HDMI (équivalent au DVI-D Single Link)
• Le Type C (Mini) et le Type D (Micro) qui offrent les mêmes fonctionnalités que le Type A, mais dans un format plus compact. On le trouve principalement sur des tablettes et des smartphones.
• Le Type E, qui intègre un mécanisme de maintien et une protection contre l’humidité, pour supporter les contraintes liés à une utilisation dans le secteur automobile.
Depuis sa spécification originale, qui date de 2002, le HDMI a connu cinq versions majeures.

HDMI 1.1 et 1.2

Ces deux premières évolutions sont essentiellement logicielles, en apportant le support de nouveaux formats d’encodage pour les flux audio.

HDMI 1.3

Avec le HDMI 1.3, introduit en 2006, le HDMI s’est affranchi de sa limite de définition (1920×1200 à 60 Hz/24 bits pour du single link) en poussant la fréquence maximale de fonctionnement jusqu’à 340 MHz. Le single link offre ainsi un peu plus de bande passante que le dual link des anciennes versions et du DVI (8.16 Gbit/s contre 7.92), ce qui permet le support des couleurs jusqu’à 48 bits et la montée en définition (2560×1600 à 75 Hz/24 bits).

HDMI 1.4

Conservant la même bande passante que le HDMI 1.3, le HDMI 1.4 (2009) apporte le support logiciel de nouvelles définitions (notamment le 4096×2160 à 30 Hz) et de la 3D.
Il propose également deux nouveaux canaux de données (sans changement de connectique, ces canaux réutilisent des contacts existants). Le premier est le canal HEC (HDMI Ethernet Channel) à 100 Mbit/s qui permet à un appareil HDMI de partager sa connexion réseau avec un autre, tandis que le second est le canal ARC (Audio Return Channel), qui sert à transmettre un flux audio dans le sens inverse de la liaison HDMI.

Principe du HDMI ARC

L’intérêt de ce canal audio est notamment de simplifier la connexion lorsqu’un amplificateur externe est utilisé pour la gestion du son. Dans ce cas, on connecte généralement les différentes sources HDMI à l’amplificateur, qui est lui-même raccordé à la TV en HDMI. Mais si on veut utiliser le tuner ou le lecteur multimédia de la TV, il faut alors aussi un câble audio de la TV vers l’amplificateur pour lui renvoyer le son de la TV. L’ARC permet de remplacer ce câble. Il pourrait également servir pour de nouveaux usages, comme par exemple l’utilisation de commandes vocales pour contrôler les équipements hi-fi.

HDMI 2.0

Évolution la plus récente du HDMI (2013), la version 2.0 augmente la fréquence jusqu’à 600 MHz, soit une bande passante de 14.4 Gbit/s, suffisante pour supporter le 4096×2160 à 60 Hz ou en 3D (2x30Hz). Les données vidéo peuvent de plus être séparées en deux flux, ce qui permet de piloter deux écrans via un seul port HDMI. La bande passante disponible pour l’audio est également revue à la hausse, permettant jusqu’à 32 canaux audio et une fréquence d’échantillonnage allant jusqu’à 1536 kHz.

Le DisplayPort

Avoir une interface unique commune au monde de l’informatique et à celui de la vidéo, avec le HDMI, aurait été trop simple. Les principaux acteurs du monde informatique, réunis sous la bannière du VESA, ont donc mis au point en 2006 une nouvelle interface (utilisable sans payer de licence, contrairement au HDMI), destinée à succéder au DVI, mais aussi au Flat Panel Display Link (l’interface interne utilisée dans la plupart des écrans, y compris les ordinateurs portables, pour connecter le circuit vidéo à la dalle), et dont les caractéristiques font qu’il pourrait aussi remplacer le HDMI… si le monde de la vidéo voulait bien l’adopter…

Le DP s’appuie sur un protocole en mode paquet, avec une transmission série et en encodage des octets avec des symboles de 10 bits (l’encodage n’est toutefois pas le même qu’en DVI/HDMI…). Un port DP peut utiliser 1, 2 ou 4 lignes de transmission fonctionnant à 162 MHz ou 270 MHz, soit un débit utile de 8.64 Gbit/s, équivalent à celui d’une liaison HDMI 1.3 ou DVI Dual Link. Comme en HDMI, cette bande passante peut être utilisée pour transmettre des paquets vidéo ou des paquets audio (jusqu’à 8 canaux 192 kHz/24 bits).

En plus des quatre lignes de transmission, le DisplayPort intègre un canal auxiliaire bidirectionnel (half-duplex) à 1 Mbit/s.

Il n’existe actuellement que deux connecteurs DisplayPort, le connecteur classique et le connecteur Mini conçu par Apple puis intégré à la norme, mais un connecteur Micro est sur les rails.

DisplayPort 1.1

Première évolution du DisplayPort, la version 1.1 est une évolution mineure, qui a principalement apporté le support du HDCP, en complément du DPCP, plus sécurisé, qui était proposé avec le DP 1.0.

DisplayPort 1.2

Lancé en 2009, le DisplayPort 1.2 revoit la fréquence de fonctionnement à la hausse (540 MHz), pour une bande passante de 17.28 Gbit/s, la plus élevée disponible actuellement sur les interfaces vidéo grand public. De même, le canal auxiliaire voit sa bande passante exploser, puisqu’elle passe à 720 Mbit/s, ce qui permet de l’utiliser par exemple pour véhiculer de l’USB 2.0.

Le DP 1.2 permet aussi la séparation du flux vidéo pour piloter plusieurs écrans en les connectant en chaîne ou via un hub.

Les extensions du DP

La volonté de VESA de faire du DP une connectique la plus universelle possible a conduit, en plus des versions successives de la norme, à la conception d’un grand nombre de variantes sous forme d’extensions de celle-ci, destinées à des usages spécifique ou implémentant des fonctionnalités optionnelles.

Parmi elles, on notera principalement :

  • eDP (Embedded DP), destiné à la connexion entre les cartes graphiques et les écrans des portables. Elle est principalement orientée vers les économies d’énergie, par exemple en permettant de moduler le taux de rafraichissement de l’écran en fonction des besoins.
  • iDP (Internal DP), destiné à la connexion interne entre le contrôleur vidéo et la dalle des TV. Il s’agit d’une version simplifiée du DP, sans les fonctionnalités inutiles pour une connexion interne (canal auxiliaire, DRM…).
  • MyDP (Mobility DP), destiné à la connexion d’appareils mobiles à un écran externe, via un connecteur micro USB.
  • DockPort, qui offre la possibilité de véhiculer une alimentation via le câble DP (dans un sens ou dans l’autre) et qui permet d’utiliser deux des quatre lignes de transmissions pour véhiculer un canal USB 3.0.
  • Dual-mode DP (ou DP++), qui permet de faire passer un signal HDMI ou DVI Single Link via le connecteur DP, offrant ainsi la possibilité de connecter un écran HDMI ou DVI via un simple adaptateur passif.

Le MHL

L’interface Mobile High-definition Link est destinée, comme son nom l’indique, aux appareils mobiles et est aujourd’hui la connectique la plus répandue dans ce domaine, avec plus de 500 millions d’appareils compatibles selon les promoteurs de la norme.
Elle a été conçue pour s’accommoder d’un connecteur compact : seuls cinq contacts sont nécessaires (deux pour les données, un pour le contrôle, un pour l’alimentation et un pour la masse). L’alimentation (4.5W) se fait vers la source vidéo, ce qui permet de recharger un appareil mobile lorsqu’il est branché à un écran.

La ligne de données utilise un encodage TMDS, comme le HDMI et le DVI, mais comme il n’y a qu’une ligne, les trois canaux d’un pixel sont transmis successivement, et non plus en parallèle. Le protocole fonctionne en mode paquet, pour pouvoir transmettre de la vidéo, de l’audio ou d’autres types de données (jusqu’à 1 Mbit/s), avec un débit de 1.8 Gbit/s, permettant de faire passer un signal 720p à 60 Hz/24 bits.

La norme ne définit pas de connecteur particulier, mais le plus souvent c’est le connecteur micro-USB 2.0 qui est utilisé, soit en commutant les 5 contacts de l’USB vers le MHL en fonction de ce qui est branché sur le port, soit en ajoutant des contacts supplémentaires pour permettre au MHL et à l’USB de fonctionner en simultané.

Avec la version 2.0 du MHL, le débit passe à 2.4 Gbit/s et un nouveau mode permet d’encoder les pixels sur seulement 16 bits, ce qui autorise à passer en 1080p.
La version 3.0, qui vient d’être présentée, atteint pour sa part 6 Gbit/s, de quoi faire passer un signal 3840×2160 à 30 Hz/24 bits et autorise une puissance d’alimentation de 10W.

L’avenir

Dans les années à venir, on ne devrait pas voir arriver de nouvelles normes, mais de nouvelles versions des normes existantes sont par contre déjà prévues. Le VGA devrait pour sa part continuer à disparaître progressivement, et le DVI pourrait rapidement lui emboîter le pas.

À plus long terme, ce sont les interfaces sans-fil qui devraient monter en puissance. Il en existe déjà plusieurs versions concurrentes (Miracast, WiDi, AirPlay…), mais elles souffrent encore toutes d’un même défaut : la faible bande passante disponible oblige à transmettre un signal compressé avec pertes. Ce n’est pas un problème pour des flux animés (films, jeux…), où les artefacts de compression sont plus difficiles à percevoir, mais ce défaut limite fortement le potentiel de ces interfaces pour un usage bureautique. Les progrès sur les transmissions sans-fil devraient toutefois petit à petit effacer ce problème, et il n’y aura alors plus qu’à espérer une norme de transmission unique utilisée par tous les constructeurs d’écrans et d’appareils sources…

Article publié initialement sur PCWorld

18 réflexions sur « La Question Technique 9 : DVI, HDMI, DisplayPort, quelles différences ? »

  1. C’est marrant, je pensais que les problèmes majeurs des interfaces sans fil était l’interopérabilité et les formats propriétaires (même si les questions de débits ne sont pas à négliger).

    1. Je pense que les deux sont liés en fait… Le manque de débit oblige à mettre en place de la compression, et comme à peu près toutes les méthodes efficaces de compression vidéo sont brevetées, on se retrouve avec différents groupes défendant chacun leurs intérêts avec leur norme… Cela dit, ça a l’air de commencer à se tasser, avec de plus en plus de soutien pour le Miracast (Intel le supporte désormais, en complément du Wi-Di, qui à mon avis finira par disparaitre).

  2. Suis-je le seul a avoir des problemes de cadrage avec de l’hdmi?
    Sur plusieurs TV et moniteurs d’ordi, je ne peux pas mettre la resolution native sans perdre les bords de l’ecran, su coup je downgrade en 1680 au lieu de 1080p… et ca fait flou
    J’ai jamais reussi a faire marcher correctement cette interface, alors que le DVI-D est nickel

    1. Sur certaines TV il faut souvent « forcer » la résolution côté téléviseur car, je ne sais pas pourquoi les ingénieurs de ces boîtes sont souvent fâchés avec la notion d’auto-détection de signal. Avec les moniteurs, c’est plus rare de rencontrer ce genre de problème bien que le système Apple ait à l’inverse tendance à détecter tout ce qui est HDMI comme des TV et donc de définir un moniteur par sa fréquence et sa linéature « 1080p » alors qu’il serait préférable de voir s’afficher la résolution absolue 1920×1080.
      Tout ça est aussi très mystérieux, j’ai aussi noté des bizarreries récemment avec l’utilitaire Nview de Nvidia qui détectait systématiquement une résolution inférieure à la résolution réelle d’affichage genre 1680×1050 pour un écran réellement détecté et affiché en 1920×1200; émanent d’une boîte comme Nvidia, qui ne commente nulle part sur cette particularité, je m’incline et me tais.

    2. Il faut régler l’entrée HDMI du TV en mode Jeux ou PC (mais pas cinéma ou standard…), sinon effectivement il y’a un overscan d’appliqué (zoom rognant environ 10% des bords de l’écran)
      C’est un truc historique des interfaces analogiques, à l’époque impossible de garantir que le canon d’électron soit bien centré et de la bonne taille.
      Les sources de télévision évitaient donc de mettre des infos aux bords de l’image qui pouvait ne as être rendu sur tout TV, chaque téléviseur zoomait un peu pour éviter d’avoir du noir au bord de l’écran en rognant ~ 10% de l’image (zoom).
      Dans cette espace hors affichage on a pu faire passer des données, (télétexte, sous-titrage, son Stéréo Nicam) et les chaines on prit l’habitude de dé-zoomer un peu l’image (cadre noir autour)

      Quand les TV numériques sont arrivées la plupart des sources étaient encore analogiques, donc la majorité des TV ont conservé l’overscan pour éviter d’avoir une guirlande de pixel noir et blanc qui clignote autour de l’écran.
      Par contre avec un flux numérique propre (PC, console, DVD, Bluray, TNT ?) l’image va jusqu’au bord.

      Donc c’est tout simple :tu te mets sur l’entrée HDMI, et tu règles l’image en PC (ou jeu) normalement le réglage d’image est mémorisé par source. Parfois sur cetain TV, le réglage ce fait dans le menu de l’entrée HDMI.

      Voilà tu va pouvoir profiter du menu démarrer, de l’heure et des décorations de fenêtres 🙂

      1. J’ajouterais à ce que dit fofo_4012 que certains pilotes graphiques considèrent tout ce qui est hdmi comme TV et les réglages dispos sont alors différents, l’overscan doit alors souvent se désactiver manuellement côté TV ET dans les réglages de la carte graphique…
        J’ai remarqué par ailleurs que selon la marque de l’adaptateur DVI/HDMI que j’utilise mon plasma peut être détecté soit comme moniteur soit comme une TV et avec des options spécifiques aux deux cas (par exemple en TV le son est géré et je peux régler la sortie video en YUV 4:4:4 en moniteur y’a que RGB et pas de son…)

  3. mhl 5 pins.usb 4 pins sauf si on compte la ligne id otg mais qui est normalement connecte a la masse d un cote. merci pour l article.

  4. J’aurai bien aime des conseils sur quelle connectique privilegier entre PC et ecran par exemple, si on a le choix entre DVI, HDMI ou DisplayPort ?
    Et pourquoi ?

    1. Si tu as le choix, je te dirais tout simplement de prendre celle pour laquelle tu as déjà un câble.

      Et si tu as pas encore de câble, va au moins cher entre HDMI et DP (j’exclu l’achat de câble DVI, je pense que c’est moins pérenne).

      Il n’y aura aucune différence de qualité d’image entre les trois.

        1. J’aurais tendance à dire que non, ça ça dépend surtout de l’électronique de l’écran, je pense pas que l’interface y change grand chose, et, si c’est le cas, ça m’étonnerait pas que d’un écran à l’autre ça soit pas toujours la même qui l’emporte…

          En tout cas, actuellement j’ai deux écrans identiques, connectés à la même carte graphique, l’un en DP, l’autre en DVI-DL, et je remarque aucune différence entre les deux.

          1. Interessant. Merci. Il me semble aussi avoir lu quelque part que le DVI ne supportait pas la 4K et les hautes résolutions, obligeant à utiliser le displayport. Peut etre bien dans la presentation du nouvel écran gamer Asus qui n’est pas 4K mais 2560*1440

            1. Yep, le DVI c’est maxi 1920×1200 en single link et 2560×1600 en dual link. Donc les écrans 4K ne peuvent pas être pilotés en DVI à leur définition native.
              Faut du DP ou du HDMI 1.4 pour ça (mais de préférence plutôt du 2.0 quand ça arrivera, parce que le 30 Hz, c’est pas top ^^).

    1. Non, ça ne fonctionnera sans doute pas. Techniquement, on peut effectivement faire passer du son via une prise DVI, car le signal DVI est en fait le même signal que le HDMI, les paquets audio du HDMI étant ajoutés dans des périodes où le signal vidéo est vide.

      Mais le DVI audio n’est pas vraiment standard, et il y a donc très peu de chances que la TV le gère en entrée. Il est surtout supporté en sortie sur les cartes graphiques pour permettre de se connecter à un écran HDMI via un adaptateur passif DVI vers HDMI.

      La solution dans votre cas est d’utiliser un switch HDMI et un boîtier qui prend un signal HDMI en entrée et sort un signal HDMI et un signal audio analogique en sortie.

      Par exemple :
      * switch HDMI : https://amzn.to/2QuUDMk
      * extracteur audio HDMI : https://amzn.to/2SEhulc

      En le connectant ensuite à la TV avec un câble HDMI vers DVI et un câble audio jack stéréo vers RCA.

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