Разбираемся с передачей видео в разрешении 4К на 60 Гц через хаб USB-C

Автор оригинала: Big mess of wires
  • Перевод


USB-C предлагает новые потрясающие возможности, включая подключение внешних мониторов по USB-порту. Распространены недорогие конвертеры USB-C на DisplayPort и HDMI. Также часто встречаются хабы USB-C с поддержкой внешних мониторов, однако попытки разобраться в их возможностях и ограничениях могут сильно вас запутать. Некоторые из них совместимы с Mac, некоторые – нет. Некоторым нужны драйвера. Очень сильно разнится поддержка разрешений и частоты обновления. Некоторые рекламируются как «не предназначенные для игр». Делаются упоминания об альтернативных режимах, дуальных режимах, и прочем. Цены разнятся от $20 до $300+, причем функции у тех и других очень похожи. Что вообще происходит?

Это инструкция по передаче видео высокого разрешения по USB-C, которую я хотел бы в своё время иметь. Если вы хотите подключить монитор высокого разрешения к своему компьютеру, имеющему выход USB-C, читайте далее.

Забудьте про HDMI


В первую очередь необходимо сконцентрироваться на подключении к разъёму DisplayPort и забыть про HDMI. Вы не найдёте хаба USB-C, возможности которого с использованием порта HDMI превосходят возможности с использованием DisplayPort, однако же можно найти хабы, которые через DisplayPort предлагают большее разрешение и частоту обновления. Подозреваю, что большинство хабов с поддержкой HDMI внутри просто работают через DisplayPort и конвертер DisplayPort – HDMI. Всё оттого, что видео через DisplayPort на USB-C с одной и той же частотой и разрешением можно передавать более эффективно, чем через HDMI.

Коннекторы DualMode DisplayPort++ способны работать как коннекторы HDMI с простым пассивным адаптером (он преобразует 3,3 В в 5 В). Обычные коннекторы DisplayPort такого не умеют, и требуют активного HDMI-адаптера. Других отличий между двумя этими типами DisplayPort я не знаю.

Компромиссы по пропускной способности: всё дело в полосах


USB-C коннектор с 24 контактами является ключом к пониманию.



У коннекторов USB-C есть четыре дифференциальных разных пары, или «полосы», для передачи данных на высокой скорости. Есть и пятая пара, D+ и D-, передающая данные в старом стиле USB 2.0.

Посмотрим, что происходит при добавлении в эту кучу DisplayPort:



USB 3.1 Gen 2 использует только две из четырёх полос, как показано в двух верхних строках таблицы. Две остальные пропадают зря (их будет использовать USB 3.2). Две этих полосы можно переделать на поддержку родного сигнала DisplayPort, используя то, что называют DisplayPort Alternate Mode – это показано в средних строках. В данном случае коннектор USB-C работает как коннектор DisplayPort другой формы и дополнительными проводами для данных USB. Быстродействие USB 3.1 не теряет. Для компьютера и внешнего монитора это выглядит ровно как обычное соединение DisplayPort.

Две полосы DisplayPort обеспечивают достаточную пропускную способность для одного внешнего монитора разрешения до 4К и 30 Гц. Для фильмов сойдёт, но работать с десктопами Windows или MacOS на 30 Гц жестоко. Для поддержки частоты обновления в 60 Гц нужно уменьшить разрешение до 2К.

Если вам нужно 4К 60 Гц, 5К или несколько внешних мониторов, придётся использовать DisplayPort Alternate Mode со всеми четырьмя полосами для передачи данных DisplayPort, как показано в нижних строках таблицы. Для компьютера и внешнего монитора это всё ещё выглядит как обычное соединение DisplayPort. Однако для данных USB 3.1 полос уже не остаётся. Остаётся только старая пара D+/D-, обеспечивающая медленные данные USB 2.0. Это значит, что никакой USB-C хаб, использующий эту технологию для передачи видео 4К 60 Гц не может иметь портов USB 3.1.

Также можно поддерживать внешние мониторы с DisplayPort, не используя выделенных полос для DisplayPort Alternate Mode, и для этого есть два разных подхода. Если в порту USB-C компьютера есть поддержка Thunderbolt 3, тогда данные DisplayPort можно передавать внутри данных Thunderbolt. Тогда видеоданные становятся ещё одним типом макетов данных, уплотнённых вместе со всем остальным. У Thunderbolt 3 достаточно пропускной способности, чтобы таким способом поддерживать несколько соединений на 4К60, и ещё останется место для данных USB 3.1

Это круто, однако хабы для Thunderbolt 3 дороги, а у компьютера должна быть поддержка Thunderbolt 3, чего у многих нет. Также для компьютера это выглядит по-другому – в отличие от DisplayPort Alternate Mode, тут нет никаких родных сигналов DisplayPort и прямой связи с GPU компьютера. Не знаю, есть ли из-за этого задержка обработки видео, или это всё волшебным образом обрабатывается в чипсете без потери скорости. Полагаю, что потери нет.

DisplayLink




Другой способ поддержки внешних мониторов без выделения полос – DisplayLink. Эта технология сжимает видео на стороне хоста, отправляет его по USB 3.1 в виде данных общего назначения, и превращает обратно в видео на другом конце при помощи особого чипа типа DL-6950. Это похоже на доступ к экрану рабочего компьютера из дома по системе удалённого рабочего стола, только всё это происходит на одном вашем же рабочем столе.

DisplayLink хорошо подходит для запихивания видео высокого разрешения в низкоскоростное соединение типа USB, или поддержки нескольких внешних мониторов без использования Thunderbolt. Однако при наличии альтернатив лучше избегать DisplayLink. Вот его недостатки:

  • Требуется драйвер на стороне хоста. Доступность и совместимость драйверов для Mac/Linux практически нулевая. Поэтому некоторые хабы USB-C идут с пометкой о несовместимости с Mac.
  • Драйвер может замедлить работу компьютера. Он реализует поддержку виртуальной видеокарты, на лету сжимающей данные, что нагружает проц.
  • При большой занятости компьютера или изобилии трафика по USB на видео будут появляться артефакты. Пикселизация, задержки, выпадение кадров и другие проблемы. Поэтому некоторые USB-C хабы идут с пометкой «не для игр».

USB-C хабы с поддержкой DisplayLink фундаментально отличны от других, однако вы можете не понять этого из описания продуктов и технических спецификаций в магазинах. Если вы не знаете, что вам нужно, легко купить хаб с DisplayLink, даже не поняв этого, а потом страдать от его недостатков.

Так и какие у нас варианты?


Учитывая всё вышесказанной, можно разбить USB-C хабы на четыре категории на основании того, как они работают с видео. Вот примеры из каждой категории.

4 полосы для видео


Такие хабы поддерживают внешние мониторы вплоть до 4К60, или, возможно, 5К, но данные передают только по USB 2.0. Это не быстро, но достаточно для клавиатуры, мыши и простых принтеров. Должны работать на любом компьютере с поддержкой DisplayPort Alternate Mode, и стоят обычно порядка $30.

Cable Matters 201046 $38 – 1x DisplayPort, power, ethernet, 1x USB2
Cable Matters 201055 $58 – 2x DisplayPort, power, ethernet, 2x USB2
Monoprice 24274 $28 – 1x DisplayPort, power
Cable Matters 201026 $20 – 1x DisplayPort, power
Baseus B07P713FPD $25 – 1x DisplayPort, power

2 полосы для видео


Такие хабы поддерживают внешние мониторы вплоть до 4К30, и данные по USB 3.1. Многие из них рекламируются, как «4К», без указания частоты обновления. Должны работать на любом компьютере с поддержкой DisplayPort Alternate Mode, и стоят обычно порядка $30-$150.

HooToo HT-UC001 $34 – 1x HDMI, 3x USB3, power, card reader
OmniMaster B07KRMRJZD $55 – 1x HDMI, 1x mini DisplayPort, power, ethernet, 2x USB3, card reader, mic
Anker AK-A83310A1 $40 – 1x HDMI, 3x USB3, ethernet
Vava VA-UC006 $45 – 1x HDMI, 3x USB3 Ports, power, ethernet, card reader
StarTech DK30C2DAGPD $114 – 2x DisplayPort (switchable 2 or 4 lanes), power, ethernet, 2x USB2/3

0 полос для видео – DisplayLink


Такие хабы поддерживают внешние мониторы вплоть до 4К60, возможно и 5К, и данные по USB 3.1. Обычно они совместимы только с компьютерами под Windows, а не Mac или Linux, а также у них есть недостатки по быстродействию. Стоят они в районе $150-$200.
Plugable UD-3900 $89 – includes 1x HDMI, 1x DVI
Plugable UD-ULTC4K $193 – includes 2x DisplayPort, 1x HDMI
Plugable UD-6950H $149 – includes 2x DisplayPort, 2x HDMI
SIIG JUDK0811S1 $199 – includes 2x DisplayPort, 2x HDMI

0 полос для видео – Thunderbolt 3


Такие хабы поддерживают внешние мониторы вплоть до 4К60, возможно и 5К, и данные по USB 3.1. Должны работать на любом компьютере с поддержкой Thunderbolt 3. Это самый дорогой вариант, и стоят около $250 — $300.

OWC OWCTB3DK12PSG $249 – includes 1x mini DisplayPort, 1x Thunderbolt display
Plugable TBT3-UDV $249 – includes 1x DisplayPort, 1x Thunderbolt display
Cable Matters 107014 $239 – includes 1x HDMI, 1x Thunderbolt display
Kensington SD5200T $239 – includes 1x DisplayPort, 1x Thunderbolt display
Elgato 10DAA4101 $250 – includes 1x DisplayPort, 1x Thunderbolt display
Belkin F4U095tt $296 – includes 1x DisplayPort, 1x Thunderbolt display
CalDigit TS3 $310 – includes 1x DisplayPort, 1x Thunderbolt display

Врунишки


Наконец, интересная категория хабов USB-C малоизвестных брендов по цене в $30, заявляющих поддержку видео 4К60 и USB 3.1. Поищите на Amazon и найдёте множество таких. На основе полученых нами знаний о USB-C и DisplayPort мы уже знаем, что этого невозможно достичь без использования DisplayLink или Thunderbolt 3. Эти продукты откровенно врут насчёт своих возможностей! Скорее всего, они работают по схеме DisplayPort Alternate Mode и используют четыре полосы. У них могут быть синие порты с маркировкой USB 3.1, однако, как пишут во многих отзывах, реально они обеспечивают скорости USB 2.0.

Koopman B07J4XSSXV $24 – 1x HDMI, power, 1x USB
WBPINE HUB3-1 $20 – 1x HDMI, power, 1x USB
Koopman B07M5DMYKY $32 – 1x HDMI, power, 3x USB
NEWPOWER B07PQ5GZK1 $30 – 1x HDMI, power, 3x USB

А каков ваш опыт подключения внешних мониторов по USB-C?

Средняя зарплата в IT

120 000 ₽/мес.
Средняя зарплата по всем IT-специализациям на основании 6 051 анкеты, за 1-ое пол. 2021 года Узнать свою зарплату
Реклама
AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

Подробнее

Комментарии 50

    0
    А как оно работает с точки зрения UX? Нет задержек?
      0
      Первое второе и четвертое задержек иметь не будет. Там просто displayPort по другому виду кабеля и все.
      0

      One usb to rule them all: k-th edition.


      Сейчас ещё и мониторы продают с USB. Читаешь отзывы о них и чешешь затылок: где-то для передачи 4K по USB необходимо переключать USB-hub с версии 3.0 на версию 2.0.


      Где-то питания не хватает, чтобы запитать что-то мощнее Macbook Air.


      И так далее. Итого, выбрать адекватный по характеристикам монитор — та ещё задачка.

        0
        Мной лично проверены Lenovo ThinkVision T27p-10 и HP Z27 с Lenovo ThinkPad T480. Оба монитора отображают 4К60 и заряжают ноутбук через кабели из коробки с монитором.
          0

          Спасибо! А какой монитор Вам больше нравится по качеству сборки/картинке?

            0

            Да мне в целом оба понравились, и по сборке, и по картинке, и по управлению настройками. Оба, если верить документации, прошли заводскую цветовую калибровку, субъективно я проблем не увидел, а объективно измерять было нечем. Вот с ними ещё покупали Делл той же ценовой категории (40-50К) (без usb-c) и Philips дешевый (ниже упоминал его в комментарии), вот те не очень понравились: первый качеством сборки (на корпусе расклейка, нет USB-C, скрипит как-то), а у филипса управление меню совсем неочевидное пипкой сзади и кнопки выключения или включения нет как таковой.

        –7
        Постепенно пропадает необходимость в подключении usb-c к 4к телевизору.
        Буквально вчера я опубликовал плеер (ссылку можно найти на моём сайте или статье), который на любом Android 4k телевизоре позволяет смотреть 4k 80+Гб фильмы с поддержкой всех возможных технологий воспроизведения по сети.
        Ну то есть раньше я ждал 4k телефон от Samsung и думал, что телевизор со своими 16Гб ПЗУ и 2Гб оперативной памяти, никогда не сможет играть нормальное качество видео в 50+kbit, без тормозов и плясок. И хотел смотреть данный контент с телефона на телевизоре, через переходник.
        А теперь я просто купил флешку на 256Гб., вставил её в телевизор и у меня 250Гб медиа кэша. Настроил в плеере сохранение прогрессивного кэша на эту флешку и вуаля — 80Гб так 80Гб...90 так 90...150 так 150...240Гб кино… так и оно без тормозов будет играть. На дохлом 4k телевизоре с флешкой.
        Необходимость подключить, как игровую приставку ещё есть… да...но с новыми джойстиками с держателями телефона и она пропадает…
        Современный ноутбук в 4k можно подключать напрямую к телевизору в 4k. Если у вас тонкий ноут в котором нет полного HDMI, то вам и разрешение 4k на телевизоре ни к чему. Ведь играть в 4k вы всё равно не сможете, а фильмы смотреть можно просто докупив флешку.
        В мире технологий выживает сильнейший! :-)
          +1
          Современный ноутбук в 4k можно подключать напрямую к телевизору в 4k.

          Современный ноутбук как правило и имеет только USB-C.
          А телевизоры бывают разными, не все форматы поддерживают например
          И бывает нужно не только фильмы смотреть, но и использовать телевизор в качестве дисплея…
            0
            ну такое себе затея, иногда дешевле монитор использовать как тв (если там есть звук)
              0
              Это не касается lg c9)) youtu.be/Ww8havSLa9E
                0
                ой вэй, такие 65" на просторах дорогой России не найти, да и дорого оно
                Бью в заклад что большинство сидят на 32-40-43" мониках местной сборки/из подваля дядушки ЛаоЦы
        0
        Хорошая статья, спасибо автору. Сам собирался поресёрчить на эту тему.
          0
          Интересно, такие виды кабелей как работают?

          Или такие?

          Обещают 4K 60Гц. Хотел бы купить…
            0
            Больше всего похоже на MHL Alternate Mode, который в статье, кстати, упущен. В первую очередь ориентировать на смартфоны, в других устройствах его работу никто не гарантирует.
              0
              Там в списках совместимости всякие ноуты, типа macbook и lenovo yoga
                0
                Там в описании мешанина всего подряд. Но наиболее вероятны два варианта:

                1. DisplayPort Alternate Mode со встроенным в кабель конвертером DisplayPort в HDMI
                2. MHL Alternate Mode


                В теории могут существовать контроллеры, которые поддерживают оба формата передачи и если встроить подобный контроллер в кабель, то можно получить универсальное решение, но я таких не встречал. Наиболее вероятно данные кабели поддерживают только какой-то один из данных двух режимов.
            0
            А вопрос почти по теме: Задача подключить к аймаку несколько быстрых ССД через USB-C Хаб, с сохранением высокой скорости разумеется. В сторону каких хабов стоит смотреть? И если только thunderbolt 3 — usb-с, то нужны ли еще специальные кабели?
              0
              Если есть требования по отклику — лучше NAS с Thunderbolt (что-то типа QNAP TS-453BT3), или Thunderbolt to RAID/PCIe адаптер (пример 1, пример 2 и любой SAS/SATA котроллер).
                0
                Забыл написать что SSD – M.2
                  0
                  M.2 — они разные бывают. Для SATA-реализаций — полно переходников до 10$, для NVMe/PCIe — см. выше.
                    0
                    да у меня уже есть коробка для M.2 SSD, мне нужен быстрый хаб, если такие есть.
              0
              Погодите. Ответьте просто на вопрос: покупать телек 4k нужно только с разъёмом DP или всё-таки можно просунуть это через HDMI 2.0?
              0
              В последнюю категорию можно добавить мой MANTISTEK Model:H2 Rated:PD2.0,5-20/3A
                +2
                А каков ваш опыт подключения внешних мониторов по USB-C?

                Начитавшись умных статей взял себе ноут с type-c, взял монитор, купил хаб с поддержкой видео. Все это дело соединил и… Ничего.
                Полез дальше искать еще более умные статейки, а там «У вас Gen2? Gen1? Поддержка Display Port есть?» Да я хз, у меня type-c. Так и закончилось моё знакомство с этим «чудесным» разъемом. Теперь периодически достаю из него катышки шерсти.
                  0
                  На моем macbook с windows 10 все работает, не знаю, о чем вы.
                    0
                    macbook

                    Это все объясняет.
                    А если не макбук, то необходимо досконально изучить спецификации всех usb разъемов на ноутбуке, чтобы не попасть как я.
                      0
                      Ну вообще, да. Apple прикольно угадала с тем, что USB4 это Thunderbolt 3, молодцы.)) Ну то есть все сложнее, конечно, но… Впрочем это всё равно не изменяет тот факт, что в остальном Apple делает то ещё дерьмишко. Если бы не автоматическое управление цветом рабочего стола и приложений, то вообще бы никогда macOS не запускал бы. Только windows 10)))
                        0
                        «Угадала». Apple — один из самых заметных членов USB Implementers Forum, который стандарт разрабатывает.
                          0
                          Причём здесь это вообще, они никак не могли знать, что Intel согласится отдать стандарт TB3 USB IF, и между прочим до сих пор неизвестно будет ли консорциум требовать обратной совместимости с thunderbolt 3, я всё-таки надеюсь, что да, но… Тем не менее они сделали ставку только на поддержку одного разъема, по факту теперь USB4, и не прогадали. Кстати, самый заметный член, я думаю это всё-таки Intel.
                            0
                            Думаю, это витало в воздухе. В 2017 году TB стал бесплатным, сейчас даже есть какие-то реализации для материнских плат под AMD.
                              0
                              Вообще-то он уже есть встроенный www.asrock.com/mb/AMD/X570%20Creator/index.asp
                              Или рабочий «thunderbolt ready» через карту расширение от гигабайт и intel egpu.io/forums/builds/thunderbolt-3-on-amd-x399-threadripper-rtx-208032gbps-tb3-razer-core-x-win10-1803-theitsage
                              Читайте,
                              https://en.wikipedia.org/wiki/Thunderbolt_(interface)#Royalty_situation
                              У меня там такая весёлая война правок была с чуваком, который не хотел добавлять это в Википедию, хорошо там статья не очень желтая вышла, в которой было написано, что AMD никогда не получит TB3, и это заставило их всё-таки написать это в статью…
                                0
                                Вообще-то он уже есть встроенный www.asrock.com/mb/AMD/X570%20Creator/index.asp
                                Вот-вот: он там встроен через чип Intel JHL7540. Он не напрямую из процессора выходит.
                                  0
                                  Это понятно, но и у intel же только ice lake вроде и cascade lake имеют интегрированный в чипсет thunderbolt 3?
                                    0
                                    Не знаю — это вам нужно проверить самостоятельно. Насколько я понимаю, почти все реализации Thunderbolt у Intel интегрированы, а не требуют делегировать значительные объёмы функций на отдельный чип.
                    0
                    c маками тоже не все гладко например в macbook12 есть usb-c но он не тандерболт3 а просто usb.
                      0
                      А у вас есть монитор с thunderbolt 3 или nmve to usb-c thunderbolt adapter? Просто это все, что приходит мне в голову. Из нужного.
                        0
                        У меня внешняя коробка с видюхой есть, которая работает через переходик на старом имак с TB2 и не работает с мб12. п
                    0
                    Тоже попал в ловушку с asus ux331un, на старте продаж тип type-c не был указан, и уже после покупки выяснилось что это Gen1 без поддержки DP
                    0
                    А каков ваш опыт подключения внешних мониторов по USB-C?
                    монитор — usb-c кабель — макбук… Почему, кстати, такой вариант вообще не освещен?
                      0
                      Дать вам классную ссылку? Я, короче хочу себе вот так с LG c9 youtu.be/Ww8havSLa9E, а примерно вот так у меня сейчас youtu.be/XXI7rN9njLs
                      0
                      Я использовал Xiaomi USB-C To Mini Display Port Multi-Function Adapter.
                      4K 60fps через DisplayPort — полёт нормальный
                        0
                        Прошу совета! С этим бардаком в новых USB хрен разберёшься.
                        Сейчас ко мне едет вот такой dvb-t2 тв-тюнер с разъёмом Type C. Китайцы пишут, что нужно просто чтоб порт был OTG, про MHL и прочие описанные в статье протоколы передачи видео по USB ничего несказано.
                        Заработает ли он на Xiaomi Mi A1?
                        Далее, люди пишут, что на компе он тоже работает. У меня старый комп, где порты только USB 2.0 type A. Подключать буду через переходник. Заведётся??
                        Далее. Мне едет вот такой переходник (версия с Type C). Я смогу с его помощью подключить этот тюнер к телеку или монитору по HDMI напрямую без компа? Возможно, что не смогу по причине только программного управления (у него нет пульта как у обычных стационарных dvb-t2 приставок). А электрически оно совместимо? Какие там будут протоколы?
                        Потом. Смогу ли я этим кабелем подключать современный комп к ТВ? К какой категории из статьи он относится?
                        Заранее спасибо.
                          +1
                          Это простейший tv-тюнер с usb. Его можно воткнуть в телефон или в комп (можно — с переходником на полный usb). Ничего другого он не умеет. Ничем не отличается от старых, кроме нового разъёма.

                          Переходник — простейший type-c usb-хаб с hdmi. Умеет FHD 60Гц, 4K 30Гц. Тюнеру мозгов он не добавит, не совместим никак. Относится к разделу «2 полосы для видео». Однозначно не умеет usb power delivery. Рисковать дорогостоящим компом с этим переходником я бы не советовал. Без подключения блока питания в переходник вредить не должен.
                          0
                          Ага, теперь понятно почему док-станция Dell D6000 под Ubuntu иногда отваливается и что это за процесс DisplayLinkManager, который съедает 10% CPU (ноут XPS 15). Не то чтобы раздражает, но приходится перевтыкать кабель. Под виндой же проблем таких нет.
                            0
                            А каков ваш опыт подключения внешних мониторов по USB-C?

                            Как писал выше есть следующий положительный опыт:



                            У Radiohead72 были интересные эксперименты, в комментариях в этой теме он их кратко описал и дал ссылку на их подробное описание.

                            Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                            Самое читаемое