Definition Was ist der Unterschied zwischen den Monitor­schnitt­stellen HDMI, DisplayPort, DVI und USB-C?

Viele Jahre dominierten analoge VGA-Schnittstellen und D-Sub-Steckverbinder die Monitorschnittstelle. Dem 1987 eingeführten analogen VGA-Anschluss fehlt es jedoch an der Möglichkeit der ultra-hochauflösenden digitalen Bildausgabe. Heute finden sich an Monitoren fast ausschließlich digitale Schnittstellen. Der folgende Artikel gibt einen Überblick über die Eigenschaften und Besonderheiten der HDMI-, DisplayPort-, DVI- und USB-C-Monitorschnittstellen.

Die Eigenschaften und Besonderheiten der DVI-Schnittstelle

Die Abkürzung DVI steht für Digital Visual Interface. Es handelt sich um eine 1999 veröffentlichte Spezifikation einer digitalen Video-Schnittstelle, die den veralteten VGA-Anschluss ablösen sollte. DVI wurde als analoge und digitale Video-Universalschnittstelle konzipiert. Sie bietet die Möglichkeit der analogen oder digitalen Übertragung von Video-Signalen an einen Monitor. Audio-Signale lassen sich per DVI nicht übertragen. Abhängig davon, ob digitale oder analoge Signale über den Anschluss fließen, existieren folgende drei DVI-Stecker- und -Kabeltypen:

• DVI-A für analoge Signale

• DVI-D für digitale Signale

• DVI-I (Integrated) für analoge und digitale Signale

Die Stecker besitzen eine verschraubbare Fixierung und haben abhängig vom Typ verschiedene Anzahlen beschalteter Pins und unterschiedliche Pinbelegungen. Die maximale Kabellänge eines DVI-Kabels liegt bei fünf Metern. Bei einigen Geräten wie MacBooks vom Hersteller Apple kommen auf der Output-Seite kleinere Steckverbinder wie Mini- oder Micro-DVI zum Einsatz.

Elektrisch ist die digitale DVI-Schnittstelle mit HDMI kompatibel. Mit einfachen passiven Adaptern lassen sich DVI-D-Signale nach HDMI wandeln. Umgekehrt ist das nur eingeschränkt möglich, da einige Funkionen der HDMI-Schnittstelle wie der digitale Kopierschutz HDCP nicht grundsätzlich unterstützt werden.

Eine Besonderheit von DVI ist der Dual-Link-Mode. Mit ihm lässt sich die Bandbreite und damit die maximal realisierbare Auflösung verdoppeln. Per Dual-Link-Mode sind Auflösungen von bis zu 2.560 x 1.600 Pixel bei 60 Hertz möglich. DVI hat als Monitorschnittstelle in den letzten Jahren stark an Bedeutung verloren. Gründe hierfür sind die fehlende Unterstützung höherer Auflösungen und größerer Farbtiefen sowie der mangelnde Schutz und das fehlende Rechtemanagement digitaler Inhalte. Zudem sind die DVI-Steckerverbinder im Vergleich zu den moderneren Schnittstellen relativ groß und unhandlich.

Die Eigenschaften und Besonderheiten der DVI-Schnittstelle sind kurz zusammengefasst folgende:

• analoge und digitale Übertragung von Video-Signalen (keine Audio-Signale)

• drei verschiedene DVI-Stecker- und -Kabeltypen (DVI-A, DVI-D und DVI-I)

• kleinere Varianten der Steckverbinder wie Mini- und Micro-DVI verfügbar

• verschraubbare Steckverbinder

• bis zu fünf Meter lange Kabelverbindungen

• maximale Auflösung 2.560 x 1.600 Pixel bei 60 Hertz im Dual-Link-Mode

• elektrisch mit der HDMI-Schnittstelle kompatibel

• kein digitaler Kopierschutz

Die Eigenschaften und Besonderheiten der DisplayPort-Schnittstelle

Die Spezifikation für die DisplayPort-Schnittstelle wurde im Jahr 2006 von der VESA (Video Electronics Standard Association) in der Version 1.0 veröffentlicht. Die Schnittstelle ist als Nachfolger der DVI-Schnittstelle für Verbindungen zwischen Computern und Monitoren vorgesehen. Sie erlaubt die Übertragung digitaler Audio- und Video-Signale. Im Standard definiert sind die genutzten Übertragungsverfahren, Steckverbindungen und Kabel. Über die Jahre wurde die DisplayPort-Spezifikation mehrfach überarbeitet und mit neuen Leistungsmerkmalen versehen. 2007 erschien die Version 1.1, 2010 die Version 1.2, 2014 die Version 1.3, 2016 die Version 1.4 und 2019 die Version 2.0.

Die DisplayPort-Stecker besitzen eine charakteristische rechteckige Form mit einem Eckausschnitt und sind mit 20 Kontakten versehen. Im Vergleich zu einem DVI-Stecker benötigen sie wesentlich weniger Platz. Die Steckverbinder bieten über eine mechanische Drucktaste am Gehäuse die Möglichkeit der Verrieglung und verhindern das unbeabsichtigte Herausrutschen aus der Buchse. Apple entwickelte mit dem Mini DisplayPort eine miniaturisierte Form des Steckverbinders, der Später von der VESA in die DisplayPort-Spezifikation 1.1a übernommen wurde. Er ist lediglich 7,55 Millimeter breit. Die typische maximale Kabellängen für DisplayPort-Verbindungen beträgt etwa fünf Meter. Abhängig vom Kabeltyp und der Auflösung der übertragenen Signale sind aber auch längere Verbindungen von bis zu 15 Metern realisierbar.

Ursprünglich war keine direkte elektrische Kompatibilität mit DVI vorgesehen. Seit der Version 1.1 unterstützt DisplayPort jedoch den so genannten Dual Mode, auch DisplayPort++ genannt. Im Dual Mode entsprechen die elektrischen Signale den DVI-/HDMI-Signalen. Der Einsatz einfacher passiver Adapter ist dadurch möglich. Im Single Mode muss ein elektrischer Signalwandler verwendet werden.

Mit den aktualisierten Versionen der Spezifikation stiegen die maximal unterstützen Auflösungen stetig. Ab der Version 1.3 sind 8K-Auflösungen mit 7.680 × 4.320 Pixel bei 60 Hertz möglich.

Eine Besonderheit der DisplayPort-Spezifikation ist die Unterstützung der Kaskadierung von Monitoren. Mit Hilfe der Funktion Multi Stream Transport (MST), die in der Spezifikation 1.2 eingeführt wurde, lassen sich über eine Daisy-Chain mehrere Monitore hintereinander über ein Kabel an einem Rechner anschließen. Die Video-Streams werden auf der Verbindung per MST gemultiplext. Theoretisch ist die Verkettung von bis zu 7 Monitoren möglich. Die verketteten Monitore müssen bis auf den letzten die MST-Funktion unterstützen.

Weitere im Standard vorgesehen Features sind Kopierschutzfunktionen wie HDCP (High-bandwidth Digital Content Protection) und DPCP (DisplayPort Content Protection) sowie ein verlustbehaftetes Komprimierungsverfahren mit der Bezeichnung Display Stream Compression (DCP). Das Komprimierungsverfahren erzielt eine maximale Kompressionsrate von circa 1:3.

Die Eigenschaften und Besonderheiten der DisplayPort-Schnittstelle sind kurz zusammengefasst folgende:

• digitale Übertragung von Video- und Audio-Signalen

• im Vergleich zu DVI kleinere Steckverbinder mit 20 Kontakten, einem Eckausschnitt und der Möglichkeit der Verriegelung per Drucktaste

• kleinere Variante der Steckverbinder wie Mini DisplayPort verfügbar

• Kabelverbindungen von fünf Meter und mehr realisierbar

• maximale Auflösung von 7.680 x 4.320 Pixel bei 60 Hertz (8K)

• digitaler Kopierschutz vorgesehen

• im Dual Mode elektrische Kompatibilität mit der HDMI- und DVI-Schnittstelle

• per Multi Stream Transport (MST) mehrere Monitore in Reihe betreibbar (Kaskadierung)

• Komprimierungsverfahren Display Stream Compression (DCP) vorgesehen

Die Eigenschaften und Besonderheiten der HDMI-Schnittstelle

Die Abkürzung HDMI steht für High Definition Multimedia Interface. Die Ende 2002 vom HDMI-Forum verabschiedete Spezifikation HDMI 1.0 wurde speziell für die Anforderungen von Multimediageräten und für die Unterhaltungselektronik entwickelt. Durch die große Verbreitung des Schnittstellenstandards wurden auch immer mehr Grafikkarten, PCs und Laptops mit HDMI-Schnittstellen ausgestattet. Heute ist das High Definition Multimedia Interface eine häufig auch für Monitoranschlüsse verwendete Schnittstelle. Sie basiert auf der DVI-Schnittstelle und ergänzt diese mit zahlreichen weiteren Funktionen wie dem Schutz digitaler Inhalte per HDCP (High-bandwidth Digital Content Protection). Über eine HDMI-Schnittstelle lassen sich sowohl digitale Video- als auch Audio-Signale übertragen. Für Bildsignale besteht Abwärtskompatibilität zu DVI. Wie bei DVI kommt die Signalcodierung TMDS (Transition-Minimized Differential Signaling) zum Einsatz.

Mit den Jahren kam es zu mehrfachen Überarbeitungen und Ergänzungen des HDMI-Standards. Im Jahr 2004 erschien HDMI 1.1, im Jahr 2005 HDMI 1.2, im Jahr 2006 HDMI 1.3, im Jahr 2009 HDMI 1.4, im Jahr 2013 HDMI 2.0 und im Jahr 2017 HDMI 2.1. Die verschiedenen Versionen sind jeweils abwärtskompatibel zu den Vorgängerversionen.

HDMI definiert mehrere Steckverbinder. Der am häufigsten verwendete Stecker ist der Typ-A-Stecker mit 19 Kontakten und Abmessungen von 13,9 x 4,5 Millimetern. Der Typ-B-Stecker ist seltener zu finden. Er ist mit 21,1 x 4,5 Millimeter etwas größer, besitzt 29 Kontakte und ermöglicht Dual-Link-Verbindungen (die Aufteilung des HDMI-Signals auf zwei Empfänger über einen passiven Splitter). Darüber hinaus existieren mit dem Mini-HDMI (Typ-C - 10,4 x 2,5 Millimeter) und dem Micro-HDMI (Typ-D - 6,5 x 2,5 Millimeter) miniaturisierte Varianten der Steckverbinder. Die Steckverbinder sind deutlich kleiner als DVI-Steckverbinder. Die Möglichkeit der Fixierung der Stecker per Verriegelung oder Verschraubung ist nicht grundsätzlich vorgesehen. Die maximale Kabellänge beträgt circa zehn Meter. Unter Umständen sind mit qualitativ hochwertigen Kabeln längere Kabelverbindungen realisierbar, die aber nicht mit allen Auflösungen fehlerfrei funktionieren.

4K-Bildauflösungen mit 30Hz werden ab HDMI 1.4 unterstützt. Mit HDMI 2.0 ist UltraHD (4K) mit 60 Hz möglich. Der Standard HDMI 2.1 erlaubt 8K-Auflösungen mit 7.680 x 4.320 Pixeln und 60 Hertz (komprimiert bis zu 10K).

Neben dem bereits erwähnten HDCP-Kopierschutz und digitalem Rechtemanagement bietet HDMI zahlreiche weitere Funktionen. Per CEC (Consumer Electronics Control) lassen sich Steuersignale für angeschlossene Geräte über die Verbindung übertragen. HEC (HDMI Ethernet Channel) integriert eine Ethernet-Verbindung mit 100 Mbit/s. Für diese HDMI-Ethernet-Verbindungen sind speziell gekennzeichnete Kabel notwendig. Weitere Funktionen sind ein Audio-Rückkanal (ARC, Audio Return Channel) und Automatic Content Enhancement (ACE) zur automatischen Anpassung von Helligkeit, Farben und Kontrast an den Bildinhalt.

Die Eigenschaften und Besonderheiten der HDMI-Schnittstelle sind kurz zusammengefasst folgende:

• digitale Übertragung von Video-, Audio-Signalen sowie Signalen zur Steuerung angeschlossener Geräte

• im Vergleich zu DVI kleinere Steckverbinder mit 19 Kontakten

• keine Steckerverriegelung (abgesehen von herstellerspezifischen Lösungen)

• kleinere Variante der Steckverbinder als Mini-HDMI und Micro-HDMI verfügbar

• Kabelverbindungen von zehn Metern und mehr realisierbar

• maximale Auflösung von 7.680 x 4.320 Pixeln und 60 Hertz (8K) (komprimiert bis zu 10K).

• digitaler Kopierschutz und digitales Rechtemanagement vorgesehen

• elektrische Kompatibilität zur DVI-Schnittstelle

• Abwärtskompatibilität der verschiedenen HDMI-Versionen

• Unterstützung von CEC (Consumer Electronics Control), Ethernet mit 100 Mbit/s (HEC - HDMI Ethernet Channel), Audio-Rückkanal (ARC - Audio Return Channel) und Automatic Content Enhancement (ACE) zur automatischen Bildanpassung

• Komprimierungsverfahren Display Stream Compression (DSC)

Die Eigenschaften und Besonderheiten der USB-C-Schnittstelle

Der jüngste Vertreter unter den Monitoranschlussmöglichkeiten ist die USB-C-Schnittstelle. USB-C gewinnt mehr und mehr an Bedeutung und entwickelt sich zu einer Art Universalschnittstelle für verschiedene Zwecke wie die Übertragung von Video- und Audio-Signalen, den Datentransfer, die Energieversorgung, Netzwerkverbindungen oder den Anschluss von Peripheriegeräten.

Zunächst ist es wichtig festzuhalten, dass es sich bei USB-C eigentlich nur um einen neuen Steckerstandard handelt, der mit der Version USB 3.1 im Jahr 2014 eingeführt wurde. Mit seinen Abmessungen von 8,4 x 2,6 Millimeter ist der Stecker in der Größe mit dem Micro-USB-Stecker vergleichbar. Er besitzt 24 Kontakte. Eine Besonderheit von USB-C ist, dass er symmetrisch aufgebaut ist und sich auch 180 Grad gedreht einstecken lässt.

Welches Protokoll oder welcher Schnittstellenstandard mit welchen Eigenschaften für den Anschluss eines Monitors über den USB-C-Stecker genutzt wird, ist nicht prinzipiell festgelegt. Denn mit USB-C und dem so genannten Alternate Mode werden unterschiedliche Protokolle und Standards unterstützt. Über USB-C und dem entsprechenden Alternate Mode lassen sich Monitore und Computer per DisplayPort, HDMI oder Thunderbolt verbinden. Rechner und Monitor müssen den jeweiligen Mode an ihrem USB-C-Anschluss unterstützen. Dementsprechend lässt sich auch keine maximale mögliche Bildschirmauflösung nennen. Sie hängt vom verwendeten Mode ab. In aktuellen Thunderbolt-4-Spezifikationen sind beispielsweise bis zu acht DisplayPort-1.2-Lanes definiert. In einer solchen Konfiguration lassen sich per USB-C zwei 4K-Displays mit einer Auflösung von 4.096 x 2.160 Pixel bei 60 Hertz oder ein 8K-Display mit einer Auflösung von 7.680 x 4.320 Pixel bei 60 Hertz am Anschluss betreiben.

Das Interessante an USB-C ist, dass sich über ein einziges Kabel viele verschiedene Dinge realisieren lassen. So kann per USB-C eine Docking-Station angeschlossen werden, die wiederum Bildschirmschnittstellen, USB-Schnittstellen für schnellen Datentransfer, USB-Schnittstellen für Peripheriegeräte und Netzwerkschnittstellen für Gigabit-Ethernet bereitstellt. Die Möglichkeit der Strom- und Spannungsversorgung über USB-C ist ebenfalls gegeben. Bis zu 100 Watt Energie liefert ein USB-C-Anschluss. Das gestattet es beispielsweise, einen mit einem Monitor verbundenen Laptop gleichzeitig über das USB-C-Kabel mit Energie zu versorgen und den Akku zu laden.

Die Eigenschaften und Besonderheiten der USB-C-Schnittstelle sind kurz zusammengefasst folgende:

• Eignung als Universalschnittstelle

• Übertragung von digitalen Video- und Audio-Signalen

• schneller Datentransfer per USB

• Anschluss von weiteren Peripheriegeräten

• Anschluss von schnellen Ethernet-Netzwerkverbindungen

• Strom- und Spannungsversorgung verbundener Geräte mit bis zu 100 Watt

• kleine Steckverbinder mit 24 Kontakten

• keine Steckerverriegelung (abgesehen von herstellerspezifischen Lösungen)

• symmetrisches Steckerdesign - Stecker lässt sich 180 Grad gedreht beliebig einstecken

• Unterstützung verschiedener Protokolle für den Monitoranschluss wie DisplayPort, HDMI oder Thunderbolt

• Länge der maximalen Kabelverbindung abhängig von den verwendeten Protokollen und Auflösungen

• mit Thunderbolt und DisplayPort-Lanes bis zu zwei 4K-Displays (4096 x 2160 Pixel mit 60 Hertz) oder ein 8K-Display (7680 x 4320 Pixel mit 60 Hertz) per USB-C betreibbar

• digitaler Kopierschutz und digitales Rechtemanagement über die verwendeten Standards wie HDMI oder DisplayPort realisiert

• Nutzung von USB-C-Adapterkabeln zum Anschluss von Monitoren mit Schnittstellen wie HDMI oder DisplayPort möglich

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