Schnittstellen für Displays im Überblick

Die alten analogen Anschlüsse für Monitor, Beamer oder TV-Gerät sind endgültig überholt und werden über kurz oder lang verschwinden. Stattdessen haben sich digitale Schnittstellen durchgesetzt, die meist nicht nur Bildinformationen, sondern auch Audio und oft auch Daten übertragen.

Die Digitalen

USB-C: Monitorhersteller kommen heute einfach nicht mehr an USB-C vorbei. Die Schnittstelle übertragt nicht nur Daten, sondern auch Strom und kann moderne Displays direkt ansteuern. Das macht USB-C für viele zur „Schnittstelle der Zukunft“.

USB-C hat tatsächlich viele Vorteile. Zunächst sind die Stecker anders als die Vorgänger symmetrisch, so dass weniger Gefummel beim Anschließen nötig ist. Außerdem sind sie robust und klein. Ein USB-C-Anschluss hat die Abmessungen 8,4 x 2,6 mm und ist für bis zu 10.000 Steckvorgänge ausgelegt. Dank der gleichzeitig veröffentlichten Spezifikation USB 3.1 können über USB-C-Stecker Daten mit bis zu 5 GBit/s übertragen werden. Bei USB 3.2 sind es 10 GBit/s. Ist der Stecker mit Thunderbolt 3 kompatibel, sind es sogar bis zu 40 GBit/s.

Diese Flexibilität hat aber auch ihre Tücken. So gibt es USB-C-Kabel, die nur mit USB 2.0 kompatibel sind. Diese Kabel sind mit 480 MBit/s nicht nur recht langsam, sie können auch nur entweder Daten oder Strom übertragen. Beides zusammen geht nicht. Welche Funktionen und Protokolle unterstützt werden, hängt somit vom verwendeten Kabel und den beiden verbundenen Endgeräten ab.

Dank Power Delivery 2.0 kann ein Endgerät über USB-C mit bis zu 100 Watt bei 20 Volt und 5 Ampere versorgt werden. Das genügt, um selbst Energie-hungrige Gerätschaften wie Notebooks mit Strom zu versorgen und aufzuladen. USB-C-fähige Monitore lassen sich zudem wie ein universeller Hub einsetzen, der auch weitere Peripherie-Geräte mit dem Computer verbinden kann. Damit hat USB-C das Potenzial, den leidigen Kabelsalat zu verkleinern.

DVI: Die erste relevante digitale Grafikschnittstelle war das Digital Visual Interface, kurz DVI. 1999 spezifiziert waren DVI-Buchsen ab dem Jahr 2000 auf den ersten Grafikkarten zu finden. Durchgesetzt hat sich DVI schließlich mit dem Siegeszug der TFT-Monitore als digitale Ausgabegeräte. DVI-Anschlüsse gibt es in verschiedenen Ausführungen mit unterschiedlichen Fähigkeiten. Gebräuchlich sind dabei DVI-I und DVI-D, jeweils mit unterschiedlich vielen Pins als Single- oder Dual-Link. Es gibt auch DVI-A. Damit ist es allerdings nur möglich, analoge Signale zu übertragen.

Bei DVI-I wird über die DVI-Buchse auch noch ein analoges Signal übertragen und kann mit einem geeigneten Adapter abgegriffen werden, DVI-D überträgt nur digitale Daten, als Übertragungsverfahren dient eine serielle Technik mit der Bezeichnung Transition Minimized Differential Signaling (TMDS). Bei Single-Link-Buchsen werden Daten nur über eine TMDS-Verbindung Übertragen, das reicht für eine maximale Auflösung von 2.560 x 1.600 Bildpunkten bei 60 Hz.

Mit der zweiten TMDS-Verbindung bei Dual Link steigt die maximale Auflösung auf 2560 x 1600 Bildpunkte. Dual-Link-Anschluss und Kabel sind auch für die stereoskopische 3D-Vision-Technik von Nvidia notwendig, die mit 120-Hz-Displays und Shutterbrille arbeitet. Prinzipiell überträgt DVI auch den für Blu-ray verwendeten Kopierschutz HDCP, letztlich hängt die Unterstützung aber vom verwendeten Monitor ab, der HDCP beherrschen muss.

DVI hat aus heutiger Sicht eine Reihe von Nachteilen. So kann die Technik keinen Ton übertragen. Die maximale Kabellänge ohne Signalverstärker beträgt zwischen 5 und 10 Meter. Auch lässt sich nur ein Monitor anschließen.

HDMI: Die HDMI-Schnittstelle(High Definition Multimedia Interface) hat sich seit dem Start der Version 1.0 im Jahr 2003 zu einer der wichtigsten Anschlusstechniken sowohl im IT-Bereich, als auch bei Geräten aus der Unterhaltungselektronik entwickelt. HDMI überträgt nur digitale Bildinformationen, ebenfalls über TMDS, zusätzlich aber auch noch Audio und ab der Version 1.4 auch Daten über einen integrierten Ethernet-Channel (100 Mbit).

HDMI 1.4 ist auch für eine stereoskopische 3D-Darstellung notwendig, 4K-Displays werden hier nur mit 30 Hz unterstützt, für eine Auflösung von 4.096 x 2.160 Bildpunkten mit 60 Hz ist der im September 2013 verabschiedete HDMI-2.0-Standard notwendig, erst hier ist die dafür nötige Übertragungsrate von 18 GBit/s spezifiziert. HDCP wird im Prinzip durchgehend unterstützt, eine Ausnahme bilden Kameras oder Camcorder mi HDMI-Ausgang. Über HDMI-CEC (Consumer Electronic Control) werden via HDMI auch Fernsteuersignale übertragen.

Die aktuellen HDMI-Versionen sind 2.0/2.0a sowie 2.1. Letzteres unterstützt auch 4K 3D sowie HDR und kann Daten theoretisch mit bis zu 38,4 GBit/s übertragen. Das ergibt eine maximale Auflösung von 10K bei 120 Hz. Die Version 2.1 wird nur benötigt, wenn der Kunde für etwa seine Konsole HDMI mit 4K über 60 Hz will. Die meisten aktuellen Fernseher und Monitore sind mit HDMI 2.0 ausgestattet. Für 144-Hz-Monitore eignet sich HDMI aber nicht.

Neben dem großen Typ-A-Anschluss gibt es noch eine Mini-HDMI- (Typ C) und eine Micro-HDMI-Variante für Mobilgeräte wie Tablets oder sehr flache Notebooks.

DisplayPort: Während HDMI primär als Schnittstelle für Geräte aus der Unterhaltungselektronik entwickelt wurde, ist der DisplayPort ein Produkt der IT-Industrie. Die erste DisplayPort-Spezifikation wurde 2006 von der VESA (Video Electronics Standards Association) verabschiedet, aktuell ist die Spezifikation 2.0 in Kraft.

Einer der Gründe für die Entwicklung ist, dass anders als bei HDMI hier für die Hersteller keine Lizenzkosten anfallen. DisplayPort baut auf PCI Express auf und nutzt bis zu vier Lanes für die Datenübertragung. Damit ist eine Datenrate von bis zu 21,6 GBit/s möglich, ausreichend auch für die 4K-Auflösung bei 60 Hz. Ähnlich wie HDMI überträgt DisplayPort auch Audio, die aktuelle Version unterstützt ebenfalls HDCP und stereoskopisches 3D mit 120 Hz. Dual-mode DisplayPorts (DP++) übertragen über einen Adapter auch DVI- und HDMI-Signale, allerdings deren maximaler Auflösung.

Über eine DisplayPort-1.2-Buchse können bis zu vier Monitore angeschlossen werden: Entweder als Kette (Daisy Chain), sofern der Monitor DP 1.2 unterstützt, oder über einen zusätzlichen DisplayPort-Hub. Neben der normalen DisplayPort-Buchse gibt es auch eine von Apple entwickelte Mini-Variante, die inzwischen auch Teil des VESA-Standards ist.

DisplayPort 2.0 erreicht eine maximale Auflösung von bis zu 15.360 x 8.460. Bei der Version 1.2 sind es immerhin noch 4.096 x 2.560 Pixel. Darüber hinaus ist es mit DisplayPort möglich, auch Töne zu übertragen und mehrere Monitore an einen Port anzuschließen. Die maximale Kabellänge beträgt rund 15 Meter. Wegen der Übertragung von besonders kleinen Paketen nur wenig störanfällig.

Thunderbolt: Ein Thunderbolt-Anschluss sieht auf den ersten Blick aus wie ein Mini-DisplayPort. Allerdings überträgt die gemeinsam von Intel und Apple entwickelte Schnittstelle in der Version 2.0 zusätzlich auch noch Daten mit bis zu GBit/s, Thunderbolt 1.0 schafft 10 GBit/s. Damit ist Thunderbolt schneller als USB 3.0 mit seinen 5 GBit/s und für den Anschluss externer SSDs gut geignet. Interessant ist die Kombination aus Video-, Audio- und Daten-Übertragung auch für Docking-Stationen, da ein Kabel als Anschluss ausreicht. Auch das Apple Thunderbolt Display kann so als Dock dienen. Allerdings sind Thunderbolt-Geräte und auch die Kabel deutlich teuerer. Daher ist Thunderbolt außerhalb der Apple-Welt kaum verbreitet.

DisplayLink: USB kann auch als Display-Anschluss dienen. Die Technik dahinter stammt von der Firma DisplayLink. Die von DisplayLink hergestellten Chips sind dabei nur in den Ausgabegeräten notwendig, also Monitoren, Display-Adaptern oder auch USB-3.0-Docking-Stationen mit Grafikschnittstelle. Auf dem Rechner genügt ein Treiber, der auch die Videokompression übernimmt.

MHL: Eine weitere Grafikschnittstelle, die eine USB-Buchse als Anschuss nutzen kann, ist der Mobile High-Definition Link. Allerdings werden hier keine Daten über USB übertragen, sondern ähnlich wie bei HDMI über TMDS. MHL wird primär für kleine Mobilgeräte wie Smartphones oder Tablets genutzt, die Ausgabe kann entweder über ein TV-Gerät mit MHL-Eingang oder mittels Adapter auch via HDMI erfolgen. Beim direkten Anschluss über MHL läuft auch noch die Spannungsversorgung für das Mobilgerät über das MHL-Kabel. Von den Fähigkeiten her entspricht MHL 2.0 dem HDMI-Standard 1.4, mit MHL 3.0 wird auch 4K-Video unterstützt.

Die Drahtlosen

Intel WiDi: Intels Wireless Display, vorgestellt bereits 2010, nutzt Wireless-LAN für die Bild-und-Tonübertragung in Full-HD-Auflösung zwischen einem Notebook und Tablet mit einem WiDi-fähigen WLAN-Chip und einem Empfänger, an dem über HDMI ein TV-Gerät angeschlossen wird. WiDi-fähige WLAN-Chips gibt es inzwischen nicht nur von Intel, sondern auch von Broadcom, passende WiDi-Empfänger mit zusätzlicher Miracast-Unterstützung sind etwa der ScreenBeam von Actiontec oder der PTV3000 von Netgear. Die Kommunikation erfolgt dabei über WiFi Direct mit WPA2-Verschlüsselung, also nicht über einen Router oder WLAN-Access-Point.

Seit 2015 wurde der Standard aber zu Gunsten von Miracast nicht mehr weiterentwickelt. Die letzte veröffentlichte Version ist 6.0.

Miracast: Technisch ist Miracast eng mit dem Intels WiDi verwandt. Es ist aber ein 2012 verabschiedeter offener Standard der WiFi-Allianz und wurde bisher primär bei Android-Smartphones eingesetzt, Apple hatte mit AirPlay bereits 2011 eine ähnliche Wireless-Streaming-Technik für iOS- oder OS-X-Geräte vorgestellt. Auch alle Rechner ab der Windows-Version 8.1 beherrschen Miracast, sofern der WLAN-Controller WiFi Direct unterstützt. Der Standard ermöglicht die Übertragung von bis zu 1080p-HD-Video (H.264) sowie 5.1-Surround-Sound.

Die Analogen

VGA: Die älteste noch verwendete Grafikschnittstelle ist VGA, als Video Graphics Array bereits 1987 von IBM eingeführt. Der ursprüngliche VGA-Standard gilt nur für eine Auflösung von 840 x 480 Bildpunkten bei 16 Farben, alle höheren Auflösungen und Farbtiefen sind inoffizielle Erweiterungen. Moderne Grafikkarten mit VGA-Ausgang liefern über die 15-polige D-SUB-Buchse maximal 2.048 x 1.536 Bildpunkte, allerdings durch das analoge Signal mit schlechterer Qualität, als bei digitalen Schnittstellen.

Bei der Verwendung längerer Kabel kann es zu Störungen kommen. Nach und nach stirbt VGA aus, ist aber trotzdem noch weit verbreitet.

TV-in/TV-out: Als TV-Eingang und Ausgang wurden bei älteren Grafikkarten verschiedene Anschlusstypen eingesetzt. Gebräuchlich waren dabei 4-polige S-Video-Buchsen oder Composite-Video-Anschlüsse in Form von Cinch-Ausgängen.

Second- oder Multiscreen-Anwendungen

Viele professionelle Anwender setzen heute mehr als nur einen Bildschirm ein, um verschiedene Fenster übersichtlicher darauf anzuordnen. Beim ersten Display spricht man vom First Screen, beim zweiten vom Second Screen. Werden noch mehr Bildschirme mehr benötigt, dann nennt man einen solchen Aufbau eine Multiscreen-Anwendung. Multiscreen kann aber auch bedeuten, dass neben dem mit dem PC verbundenen Display der Bildschirm eines Tablets oder eines Smartphones genutzt wird, um etwa etwas auf Twitter zu recherchieren.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, um mehrere Displays mit einem Computer zu verbinden. Wenn der Rechner über ausreichend USB-C-Anschlüsse verfügt, dann können die Monitore direkt angeschlossen werden. Alternativ ist es möglich, ein passendes Dock oder einen USB-Hub zu verwenden. Die dritte, besonders spannende Möglichkeit nennt sich Daisy Chaining. Als "Daisy Chain" (Englisch für "Gänseblümchenkette") wird die Verbindung mehrerer PC-Komponenten hintereinander in einer Reihe bezeichnet.

Dieser Aufbau ist relativ leicht umzusetzen, hat aber den Nachteil, dass er recht störanfällig ist. Tritt an einer Stelle der Chain ein Fehler auf, funktionieren auch alle dahinter liegenden Monitore nicht mehr.

Screen-Mirroring

Es geht auch ganz ohne Kabel, wenn nämlich das Display eines Smartphones per Screen-Mirroring mit einem Monitor verbunden wird. Apple und Samsung haben dafür Airplay beziehungsweise Miracast entwickelt. Acer hat mit dem CastMaster Touch zudem eine Lösung im Programm, mit der sich ein Notebook mit einem Display oder einem Beamer verbinden lässt. Dazu wird ein Dongle an den Computer angeschlossen, der drahtlos mit einem Receiver kommuniziert, der wiederum mit dem Ausgabegerät verbunden wird. Das Besondere: Ein CastMaster Touch arbeitet mit bis zu 64 Dongles zusammen. (awe/afi)