前言
本文屬於“硬核”科普系列的第二篇——接口，本系列的起源亦即第一篇——總線【傳送門：“硬核”科普系列之總線】
第一篇本着言簡意賅的目的，完成時感覺篇幅還是長了點。。。接口這篇，發現能講得更多，索性根據日常打交道情況，再度整理細分為三個主題：視頻接口、USB接口和硬盤接口。
跟計算機打交道，自然繞不開接口這個話題。身處大數據時代，數據傳輸的重要性和無處不在讓接口成了每個現代人都必備的基礎知識，所以來幾篇全面又簡潔的科普文漲漲芝士就顯得很有必要了！
三篇接口文均整理自網絡，用於自我學習的記錄與總結，也希望能對同樣渴望知識的網友們有所幫助，出處注於文末。
本篇是上：視頻接口。
中篇傳送：“硬核”科普系列之接口（中：USB），下篇傳送：“硬核”科普系列之接口（下：硬盤）
視頻接口
視頻接口的主要作用是將視頻信號輸出到外部設備，或者將外部采集的視頻信號收集起來。隨着視頻技術的不斷發展，人們為了呈現出清晰度高質量好的視頻，先后采用了各種類型的視頻接口。與此同時，視頻接口的作用也在不斷豐富。
根據傳輸信號的種類，視頻接口一般分為模擬接口與數字接口兩種。
模擬接口
AV接口
復合視頻信號（CVBS）接口也叫AV接口或者Video接口，它是音頻、視頻分離的視頻接口，一般由三個獨立的RCA插頭（又叫蓮花接口、RCA接口）組成：其中的V接口連接混合視頻信號，為黃色插口；L接口連接左聲道聲音信號，為白色插口；R接口連接右聲道聲音信號，為紅色插口。
一種混合視頻信號，沒有經過RF射頻信號調制、放大、檢波、解調等過程，信號保真度相對較好。圖像品質影響受使用的線材影響大，分辨率一般可達350-450線，不過由於它是模擬接口，用於數字顯示設備時，需要一個模擬信號轉數字信號的過程，會損失不少信噪比，所以一般數字顯示設備不建議使用。
S-Video接口
YUV接口
又稱分量接口，色差接口。包含YPbPr、YCbCr、Y/B-Y/R-Y，歐洲電視系統所采用的一種顏色編碼方法（屬於PAL），是PAL和SECAM模擬彩色電視制式采用的顏色空間，亮度信號Y和兩個色差信號B-Y（即U）、R-Y（即V）。
色差接口是在S-Video接口的基礎上，把色度（C）信號里的藍色差（b）、紅色差（r）分開發送，分辨率可達到600線以上。它通常采用YPbPr和YCbCr兩種標識，前者表示逐行掃描色差輸出，后者表示隔行掃描色差輸出。
由電視信號關系可知，我們只需知道Y、Cr、Cb的值就能夠得到G（綠色）的值，所以在視頻輸出和顏色處理過程中就統一忽略綠色差Cg。色差輸出將S-Video傳輸的色度信號C分解為色差Cr和Cb，避免了由於兩路色差混合譯碼並再次分離而帶來的圖像失真，也保持了色度信道的最大帶寬。
色差接口也是模擬接口。
VGA接口
VGA 接口的歷史，最早可以追溯到1987年了，VGA（Video Graphics Array）還有一個名稱叫D-Sub。VGA接口共有15針，分成3排，每排5個孔，是顯卡上應用最為廣泛的接口類型，絕大多數顯卡都帶有此種接口。它傳輸紅、綠、藍模擬信號以及同步信號（水平和垂直信號）。藍色的插頭也是最有辨識度的一個接口。VGA默認傳輸640x480的標清視頻信號，其實也支持1080P以上分辨率，理論最高2048 x 1536 / 60hz，具有分辨率高、顯示速率快、顏色豐富等優點，是被最多制造商所共同支持的一個標准，被廣泛應用於筆記本、顯示器、投影等諸多領域。
然而VGA 接口傳輸的是模擬信號，抗干擾能力弱，而且目前的顯示器的基本都為數字信號，模擬信號要經過多次信號間的轉換，會導致部分信號丟失，造成畫面質量下降，這也是它被淘汰的主要原因。
數字接口
SDI接口
SDI，串行數字接口（Serial Digital Interface）。廣播級設備的一種最高標准的接口，無壓縮，270M傳輸標准，4:2:2分量編碼，目前被電視台所廣泛采用。而HD-SDI接口，是一種廣播級的高清數字輸入和輸出端口，其中HD表示高清信號。由於SDI接口不能直接傳送壓縮數字信號，數字錄像機、硬盤等設備記錄的壓縮信號重放后，必須經解壓並經SDI接口輸出才能進入SDI系統。如果反復解壓和壓縮，必將引起圖像質量下降和延時增加，為此各種不同格式的數字錄像機和非線性編輯系統，規定了自己的用於直接傳輸壓縮數字信號的接口。
DVI接口
隨着液晶顯示器的飛速發展，傳統的VGA接口已經不能滿足，模擬信號的弊端也逐漸顯露，DVI 接口也就此誕生。
DVI（Digital Visual Interface），即數字視頻接口，基於TMDS最小化傳輸差分信號，可以實現長距離、高質量的數字信號傳輸，是幾年前最常見、最基本的顯示器接口，目前還有不少人的顯示器在使用DVI接口。雖然白色的插頭也很好分辨，但是DVI各種規格還是比較復雜的。
DVI接口共有三種規格，分別是：DVI-I（Integrated混合），DVI-D（Digital數字）和DVI-A（Analog模擬）。最早的DVI-A用於VGA模擬時代的過渡，接口傳遞的仍是模擬信號，之后的DVI-I接口同時支持模擬信號和數字信號的傳輸，而最新的DVI-D接口僅支持數字信號，接口上只有3排8列共24個針腳，其中右上角的一個針腳為空，不兼容模擬信號，是如今最常見的DVI接口。要注意的是，不同DVI接口規格之間線材完全不通用，而且不同規格接口之間需要帶有芯片的轉接線進行連接才能能正常工作。
DVI-I和DVI-D還分為“單通道”和“雙通道”兩種類型，單通道支持分辨率與雙通道相同，但刷新率只有一半。雙通道支持最大1080P 120hz和2560 x 1600/60hz，顯卡TMDS超頻后最高支持1080 144、2k 144，對線材和顯示器有要求，一般需要兩根雙路線才能支持。
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帶寬高：DVI可直接傳輸數字信號，無需進行模擬信號與數字信號的繁瑣轉換，速度更快，有效消除拖影現象。
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畫面清晰：DVI傳輸的是數字信號，無需進行模擬信號與數字信號的繁瑣轉換，避免了信號的損失，色彩更純凈、更逼真，圖像的清晰度和細節表現力都得到了大大提高。
DVI 接口由於標准制定之初不夠長遠，缺點也比較明顯：帶寬提升空間較小；不支持傳輸音頻信號；接口的奇大無比。DVI接口也逐漸的滿足不了日漸增長的高分辨率，高刷新率的顯示器了，因此也慢慢地被淘汰。
HDMI接口
HDMI，全稱高清晰多媒體接口（High Definition Multimedia Interface），是目前最主流的接口，不論是電腦、電視、投影、攝像機、編輯機，只要是需要視頻傳輸的設備，多多少少都會帶上幾個HDMI接口。
HDMI沿用了DVI的TMDS，特點是支持分辨率高、接口小，支持未壓縮音頻流傳輸，協議豐富。最早的1.0版本在2002年12月推出，到1.3/1.4版提升帶寬到10.2Gbps。HDMI 1.4支持網絡、音頻回傳、3D、10bit色深等，目前市面能買到最低版本也是它，理論支持1080P 144、2K 75、3840 x 2160/30、4096 x 2160/24hz，進一步提升刷新率需要降成YUV422、420輸出。HDMI2.0帶寬高達18Gbps，支持1080P 240、2K 144、4K 60、5K 30。最新的HDMI2.1更為誇張，支持2K 240、4K 144、5K 60、8K 30hz。
HDMI受到視頻設備市場青睞的主要原因（以HDMI 1.4版本為例說明）：
- HDMI支持同時傳輸視頻和音頻信號，這就可以免去音視頻線纜的連接，簡化了布線。
- HDMI具有以太網通道，這就意味着基於互聯網的HDMI設備可以和其它HDMI設備共享互聯網接入。比如：只需要將一根網線連接到高清電視機，那么所有和這個高清電視機以HDMI線纜連接着的設備（機頂盒、藍光播放器、電腦、MP4等）就都可以上網，無需再另外連接網線了！
- HDMI允許同時傳輸兩路1080p全高清視頻信號，這為3D全高清顯示奠定了基礎。
- HDMI支持4k × 2k的分辨率，即1080p的四倍分辨率，可以滿足4096 × 2160的數字電影規范。也就是說，如果通過HDMI線纜連接PC主機和支持這個分辨率的顯示設備，那么人們就可以在家里欣賞數字電影了！
- HDMI拓展支持色彩空間，可以達到無偏差的色彩顯示。
HDMI常見的有三種規格的接口。主要考慮到設備的需要。如數碼相機的體積小，需要小的接口，就使用micro HDMI。三種接口只是在體積上有區別，功能相同。
【注意：第二種HDMI B Type並沒有應用在任何設備當中，所以我們把它忽略不計。】
DP接口
Display Port也是一種高清數字顯示接口標准，簡稱DP，是於2006年5月誕生的“新進干員”，現在很多顯示器中幾乎都標配了DP接口。作為后起之秀的DP，比HDMI更先進，支持更高的分辨率，更高的刷新率以及更高質量的音頻傳輸，可以在一條線纜上實現更多功能，正逐漸取代HDMI的地位。有意思的是DP視頻信號還可以通過Type C等常見的USB接口進行傳輸，不一定非要使用DP接口。
DP從第一代就達到了10.8Gbps帶寬，支持2560 x 1600的12bit輸出。目前市面最多的DP1.2已經高達21.6Gbit/s，超越了HDMI2.0，支持1080P 240、2K 165、4K 75、5K 30。
DP1.3支持2K 240、4K 120、8K 30。最新的DP1.4支持基本一樣，帶寬高達32.4Gbps，但加入了DSC顯示壓縮流技術，從而支持4K 240、8K 60。此外還有HDR數據包、前向錯誤修正、32聲道1536KHz等技術支持。
DP接口還有一種衍生的形式——Mini DP接口，它是由蘋果公司推出的，不過如果不是蘋果的忠實用戶，那么在日常生活中還是挺難見到MINI DP這種接口的。
雷電“接口”
Intel的“Thunderbolt”（雷電）實際上是一種計算機協議，可以理解為一種傳輸技術，絕非簡單的物理接口。
Thunderbolt技術融合了PCI-Express數據傳輸技術和DisplayPort顯示技術，可以同時對數據和視頻信號進行傳輸。其中PCI-Express用於數據傳輸，可以非常方便地進行任何類型設備擴展；DisplayPort用於顯示，能同步傳輸1080p乃至超高清視頻和最多八聲道音頻。兩條通道在傳輸時都有自己單獨的通道，不會產生任何干擾。並且，每條通道都提供雙向10Gbp/s帶寬（目前的雷電3已達到40Gbp/s）。
Mini DP和Type C
最早的雷電接口——Mini DP
雷電接口是由Intel開發定制的，最早接口類型為mini DP。在雷電3接口出來之前，雷電1和雷電2都是作為在蘋果MAC上使用的，但是由於采用雷電接口的外接設備價格都很昂貴，因此難以推廣。
Mini DP接口的顯示器以及Mini DP至HDMI / DVI / VGA等接口的轉接頭都可在Thunderbolt 1和Thunderbolt 2接口上使用。一般來說，應用現有的物理接口能夠在兼容性方面具有更多的優勢，Thunderbolt接口由Intel控制芯片驅動，通過PCI4 4X、Display Port總線與系統芯片組相連，也可直連Intel處理器核芯顯卡進行Display Port輸出。基於PCIe標准的傳輸機制讓數據的傳輸更加方便，免去了轉換步驟，同時也能夠適應更多的場合。
雷電3與Type C
隨着Type C接口的逐漸普及，Intel宣布將雷電的原mini DP接口改成Type C接口，唯一區別的是在接口旁有一個閃電標志。雖然雷電3和Type C接口長得一模一樣，但是他們的傳輸協議是完全不同的。Type C是USB 3.1傳輸協議，而雷電3是Thunderbolt 3傳輸協議。在功能方面，雷電3能夠實現Type C的絕大多數功能，並且傳輸速度更快。
雷電3的特點：
- 雙向充電，使用方便；正反都可以插，且可以給其它設備充電亦可以筆記本本身充電
- 帶寬高，傳輸速度快；雷電3 的帶寬高達40Gbps，且支持雙向傳輸。
- 高清擴展：在筆記本性能支持的情況下，雷電3接口能夠同時連接多個顯示器組成超大顯示屏；得益於40Gbps的帶寬，雷電3還能夠擴展多路4K高清畫面，且畫面十分流暢。
- 外接顯卡：一般的輕薄本采用集成顯卡導致無法帶動大部分游戲，而選擇游戲本又過於厚重，不方便攜帶。雷電3能夠有效解決這樣的問題，高帶寬的傳輸速率，能夠外接一個性能強勁的獨立顯卡，讓你感受不一樣的游戲體驗。
雷電4
在今年初的CES 2020大會上，Intel公布了新一代雷電4接口。據了解，雷電4速度更快、性能更強，采用通用的Type C接口，可以和USB 4.0互補兼容，未來的電腦只需一個Type C接口，就能淘汰以往的USB Type A、HDMI、DisplayPort、RJ-45網口、音頻口、充電口等等，用戶再也不需要為不同的接口、設備、數據線而煩擾，可以一根數據線走天下。
顯示器選擇建議
144Hz顯示器建議：
建議使用DP接口配合DP1.4線，HDMI最大支持120Hz刷新率，需要使用DP 1.4才可以支持144Hz或以上，HDMI、DVI、VGA均不支持144Hz顯示器。
2K顯示器建議：
建議使用HDMI和DP接口，VGA是模擬信號輸出，理論是支持2K分辨率，但是效果非常差的，2K分辨率最低要用DVI接口才能實現，VGA合適1080P分辨率下用。
4K顯示器建議：
建議使用DP接口配合DP1.4線最佳。
參考資料：
https://www.sohu.com/a/316875373_729217
https://baike.baidu.com/item/雷電接口/10523008
https://zhuanlan.zhihu.com/p/85651458