superMHL通过USB Type-C同时支持4K 60fps和USB 3.1：技术实现与比较

就在几天前，莱迪思半导体公司宣布推出全球首款使用USB Type-C接口，同时支持4K 60fps RGB/4:4:4视频以及USB 3.1 Gen 1或 Gen 2数据的解决方案。既然宣布是全球首款，又牵涉到USB Type-C和SuperMHL两大热门高速接口标准，EDN China就更希望能深入了解该方案的具体技术实现、与同类方案的比较，希望给广大工程君们一个快速比较和参考。
基本介绍：这是一个基于USB Type-C接口的Super MHL解决方案，感觉有点绕？是的，该方案是面向USB Type-C规范的MHL Alt Mode，说白了就是让USB Type-C接口也能对MHL实现支持，让装载有这种正反插皆可的Type C接口的设备也能进行MHL流媒体传输。而莱迪思所推出的最新superMHL解决方案可以通过USB Type-C接口，同时支持4K 60fps RGB/4:4:4视频以及USB 3.1 Gen 1或 Gen 2数据传输。

方案实现：在公布的方案中，莱迪思推出的是两颗SiI8630和SiI9396低功耗superMHL?发送器和接收器。这两颗收发器必须与Type-C端口控制器联合使用，实现完整方案应用。

SiI8630发送器能够无缝连接目前最新的手机、平板电脑和笔记本电脑中的应用处理器所集成的HDMI? 2.0发送器。其配合Sil7033（莱迪思的Type-C控制器），可实现支持4K 60视频和USB 3.1 Gen 1数据的完整解决方案。

SiI9396接收器则是MHL适配器（Dongle）和底座设备（Docking）的理想选择（图1）。当其与SiI7023或SiI7033（莱迪思的Type-C控制器）配对使用时，可设计用于将带有USB Type-C接口的便携设备连接到显示屏或支持带USB连接的其它外围设备，如键盘、鼠标和外部存储器。


图1：SiI9396接收器则是MHL适配器（Dongle）和底座设备（Docking）的理想选择

当然，如果设计师希望使用第三方公司的Type-C端口控制器来配合Sil8630或Sil9396来实现上述功能也是可以的，但需要添加额外的PD控制器。据莱迪思半导体高级市场经理Abdullah Raouf解释，“基本上，直接采用莱迪思的完整方案可以简化设计，让成本更优。”

如何实现电力传输功能：我们知道不论Type-C或是Super MHL都能为设备充电，对于该方案中的充电实现，Abdullah Raouf表示，“目前基于Sil8630、Sil9396的方案是一个纯粹的ASIC方案，主要是实现MHL的传输和接收的芯片，实现影音传输。如果需要支持电力传输的话，则需要外接芯片来实现。
        
主要应用前景：我们知道MHL接口最主要的助益是将平板、手机这样的便携设备接往大屏设备（包括投影仪、显示器、电视）后，能够实现流媒体传输，实现音/视频互连，这当初是影音娱乐的重要一环，后来MHL也陆续将这一应用优势扩展到汽车显示器、机顶盒，虚拟现实，以及头戴影像设备等各类产品中，并已形成超过7.5亿台产品搭载MHL的生态系统（图2）。对此这样一个庞大的生态系统，Abdullah Raouf也进一步表示，“采用该方案正可以帮助那些刚起步的、支持USB Type-C接口的产品同时连接到已形成规模的MHL市场上的产品。例如一台带有USB Type-C接口（并支持MHL Alt-mode）的手机连接到MHL配件、显示器或是HDMI的显示屏（图3），并且该方案能帮助实现更好的音、视频、数据单线缆互连体验。像例如现在的头戴影像和虚拟现实设备上，30kps的视频显示会闪烁，需要4K 60fps的支持，这些都会成为重要的应用场景。”


图2：MHL已形成超过7.5亿台产品搭载的生态系统


图3：如何利用MHL生态系统

顺应新趋势--将便携设备扩展到任何工作领域：同时，便携设备的大屏显示趋势已不再停留在单纯的影音娱乐方面，而是将便携设备带向工作环境，最新的软件也应允着这一趋势。“微软这次在190个国家同时推出了windos10，一个叫continuum的功能，这个功能其实是为混合形态的设备做准备的。另外安卓系统也推出了Andriod M工作解决方案，这两个不同的应用程序都是为了把手机内容在大屏显示操作所开发的。让用户真实的体验到，手机与个人电脑的融合。如图4，电脑显示屏同时开着四个不同的窗口，有四种不一样的应用程序在同时操作，有视窗、聊天、浏览器和计算器。对于这些应用程序，用户可以改变它的视窗尺寸，并在显示屏上任意摆放或者拖动其位置，甚至同时操作这四个不同的应用程序。这些软件功能的实现将为便携设备扩展到工作环境提供便利。”Abdullah Raouf介绍道。


图4：电脑显示屏同时开着四个不同的窗口，有四种不一样的应用程序在同时操作        

与DisplayPort1.3、Thunderbolt3、USB3.1方案的比较--何来的“更好”：既然趋势已存在，在USB Type-C点燃“单线缆”战火之后，不止是MHL，包括DisplayPort、甚至Thunderbolt等接口技术阵营都相继发布了Type-C Alt Mode（替代模式），希望借此进入未来Type-C的产品世界（图5）。


图5：包括MHL、DisplayPort、Thunderbolt等接口技术阵营都相继发布了Type-C Alt Mode

那么同样为Alt Mode，为什么选择支持Type-C的Super MHL而不是其他两个呢？Abdullah Raouf也给出了他的观点：“目前看，莱迪思方案主要助益来自于‘高速（高分辨率）’与‘单通道同传’。从方案实现角度而言，该基于Super MHL的方案可以支持4K60fps 4:4:4全色度的视频。如果Thunderbolt支持这些，必须用4信道，而基于莱迪思的这个方案仅需要使用1个通道（一个TMDS Pair）就行，就意味这电缆的物料成本（BOM）可以降低，也会有更多的针脚留余下来，来同时支持USB3.0的数据传输。所以莱迪思基于Sil8630和Sil9396的方案也是目前市面上唯一可以支持4K60fps和USB3.1同传功能的方案。包括目前业界的其他一些视频芯片提供商，都还没有推出类似解决方案。”
“此外，就技术本身而言，图6列出了Super MHL、 DisplayPort1.3和Thunderbolt3的一个对比图，在这里可以看到在最高的分辨率，Super MHL可以支持最高分辨率和36位的色深已经强于其他两位了。在高动态范围上，其他两位种技术其实都是做不到的。此外Super MHL的先进技术也带给我们方案进一步提升的空间，如Super MHL目前最高分辩率可支持到8K@120fps，如果未来的应用有需要，我们未来的方案也可继续向上扩展，这是目前DisplayPort1.3和Thunderbolt3不具备的优势。”Abdullah Raouf补充道。


图6：Super MHL、 DisplayPort1.3和Thunderbolt3特性对比图

对于最新的USB3.1本身也具有AV传输功能，既然是用Type-C传AV信号，莱迪思的方案优势何在？Abdullah Raouf认为：“关键是USB 3.1新增USB A/V影音传输目前看来还不太成熟，主要由于其视频传输是基于压缩的传输，分辨率有限、视频的实时性也会受损。例如在一些应用中，我们看到的图像传输至少会有100ms以上的延迟。”对于新公布的USB AV 3.1最高支持4096 x 2304 @ 30fps的4K显示画面，Abdullah Raouf也表示：“MHL3的显示规格是4K@30fps，Super MHL是第四代MHL，其仍是无压缩视频，可最高支持8K@120fps，视频体验会更好，这在某些应用中，如头盔显示，30kps的视频显示会闪烁，需要更好的支持。”