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VESA et MIPI viennent d'annoncer la finalisation et l'adoption de la technologie de compression DSC, un nouveau standard destiné à faire face au challenge grandissant que représente le transfert vers les écrans de flux d'images en résolutions 4K et 8K. La solution passe par la compression.

Les résolutions d'affichage sont en progression constante avec les formats UHD 4K, et bientôt 8K, qui poussent les débits toujours plus haut, à respectivement 13 Gbps et 50 Gbps en 60 Hz. De quoi poser des problèmes en termes de connectique adaptée (le DisplayPort 1.2 plafonne à 17 Gbps utiles, le futur DP 1.3 à +/- 26 Gbps), de taille des buffers pour les écrans et de consommation, ce dernier point étant particulièrement important pour les périphériques mobiles. Sans solution technique idéale à l'horizon, le standard DSC, pour Display Stream Compression, propose d'avoir recours à la compression du flux vidéo destiné à l'affichage.

Une approche qui n'est pas aussi simple qu'il n'y paraît. Pourquoi ne pas simplement transférer un flux H.264 vers l'écran ? Pour plusieurs raisons, les plus importantes étant la qualité insuffisante, le débit variable et la complexité trop élevée de l'encodage et du décodage. Les interfaces tant au niveau de l'envoi du flux vidéo que de sa réception doivent rester aussi simples que possible pour des raisons de coûts mais également pour ne pas annuler les gains en consommation.

A noter qu'en pratique, dans le cas de l'affichage d'une vidéo H.264 ou H.265, cela veut donc dire qu'elle sera décodée, traitée, réencodée en DSC, transférée à l'écran via une connectique standard et enfin décodée à nouveau en vue de l'affichage. Nous pouvons supposer qu'à terme, pour ces cas particuliers, une évolution logique sera de rendre possible de transférer directement le flux original aux écrans.

Pour le DSC, VESA indique avoir dû opter pour un compromis qui permette d'obtenir un rendu sans perte apparente (visually lossless) jusqu'à un résultat de 8 bits par pixel, un débit constant après compression, la possibilité de ne mettre à jour que des parties de l'image, le support de différents formats vidéo, un faible coût d'implémentation et la possibilité de supporter le décodage sur base d'anciennes technologies.


Schéma de l'encodeur DSC
L'algorithme retenu travaille sur base d'une seule ligne de pixels et est annoncé capable de réduire le débit par 3 dans sa version 1.0. A sa base, un moteur d'encodage DPCM (differential pulse-code modulation) avec buffer ICH (indexed color history), un codeur entropique et, en sortie, un buffer destiné à garantir le débit fixe. Le niveau de remplissage de ce dernier déterminera les paramètres qui régissent la qualité de la compression. Vous pourrez retrouver quelques détails de plus dans le whitepaper qui a été rendu public par VESA .

A noter en ce qui concerne la capacité de compression, que le support d'un des 3 modes de prédiction du DSC (par blocs) sera optionnel au niveau du décodeur. Cette information sera transmise au moteur d'affichage avec les autres informations liées à l'écran ou à la dalle. De quoi autoriser des contrôleurs plus simples pour les panneaux d'affichage mais avec un niveau de qualité ou de compression plus faible. Les écrans pourront ainsi être amenés à se différencier sur la qualité même de l'image.

Parmi les détails techniques, il y en a un qui n'est pas abordé : la latence d'affichage et son augmentation supposée. Cette hausse pourrait être insignifiante mais elle pourrait également être gênante dans le cadre du jeu vidéo. Là aussi, les contrôleurs et les écrans devraient pouvoir se différencier avec des décodeurs suffisamment rapides pour que le tout soit indolore dans le cas des "bons" écrans PC.

Le DSC est adopté conjointement par VESA et MIPI, organisme chargé de la définition de standards divers et variés liés au monde mobile. Le DSC pourra ainsi être utilisé à travers l'eDP 1.4 (embedded DisplayPort de VESA) et le DSI 1.2 (Display Serial Interface de MIPI). Dans un premier temps, les smartphones, tablettes et ordinateurs portables seront donc la cible principale, mais VESA précise que les écrans externes ne seront pas oubliés. Nous pouvons donc supposer que le DSC sera supporté à partir du futur DisplayPort 1.3.

A noter que d'autres initiatives dans ce sens ont été engagées dans l'industrie mais avec des résultats mitigés soit au niveau de la qualité soit au niveau de l'adoption suite à un format propriétaire. Qualcomm a par exemple mis au point une telle approche, qui était en démonstration au CES. A termes, si la compression DSC tient ses promesses de qualité, nous pouvons supposer que l'ensemble de l'industrie se concentrera sur ce format dont l'utilisation est gratuite pour les membres VESA et représente un coût négligeable pour les autres (350$).

Il y a un peu plus de 2 mois, nous vous dévoilions que l'initiative 'FreeSync' d'AMD, réponse standardisée au G-Sync de Nvidia, était en bonne voie de se transformer en option pour le standard DisplayPort 1.2a actuel.

Pour rappel, alors que le silence semble être la règle du côté de VESA, un lecteur bien informé nous avait alors indiqué qu'une demande de type SCR (Specification Change Request) avait été déposée de manière à intégrer le support optionnel de la fréquence de rafraîchissement variable au standard DisplayPort 1.2a. Cette proposition, représentée par un document daté du 25 novembre et intitulé DP1.2a Extend MSA Tmg Para AMD SCR, avait de toute évidence été soumise par AMD. Fin janvier, elle était au stade GMR (General Member Review) et donc en bonne voie d'être finalisée et ratifiée.

Selon notre source, que nous remercions à nouveau, différentes discussions concernant cette proposition ont eu lieu dans le courant du mois de février entre les différents membres concernés de VESA et, bonne nouvelle, elle a bien été adoptée comme prévu. Depuis le 1er avril, et ce n'est pas un poisson, la liste des demandes SCR adoptées en mentionne une nouvelle : DP1.2a Extend MSA Tmg Param Ignore Option AMD.

VESA et/ou AMD ne devraient donc plus tarder à annoncer officiellement l'arrivée de la fréquence de rafraîchissement variable pour le standard DisplayPort 1.2a.

Reste bien entendu de nombreuses questions quant à son support en pratique puisqu'il sera optionnel. AMD a indiqué à plusieurs reprises que des écrans déjà sur le marché pourraient potentiellement supporter ce mode d'affichage, mais nous ne savons toujours pas si ce sera réellement le cas. Quand de nouveaux écrans pourront-ils être proposés ? Nvidia et Intel feront-ils en sorte de supporter rapidement et activement ce mode d'affichage standardisé ? Compte tenu de l'intérêt de la chose, nous ne pouvons qu'espérer que ces questions trouvent rapidement des réponses !

Durant le CES, AMD nous a surpris en dévoilant une alternative gratuite au G-Sync de Nvidia. Si de nombreuses questions restent en suspens, nous en savons aujourd'hui un peu plus : elle devrait passer par une nouvelle option intégrée au standard DisplayPort 1.2a actuel.

Pour rappel, en octobre dernier, Nvidia a dévoilé G-Sync, un mode d'affichage qui repose sur une fréquence de rafraîchissement variable (ou dynamique, ou encore non-isochrone, FRV) destinée à forcer l'écran à se synchroniser par rapport au GPU. L'intérêt est d'éviter les désagréments de la fréquence de rafraîchissement fixe traditionnelle : elle force le GPU, qui par nature ne produit pas les images à intervalle parfaitement régulier, à se contorsionner pour se synchroniser par rapport à l'écran, ce qui entraîne suivant les cas et le mode de V-Sync des cassures dans les images, des saccades et/ou une latence supplémentaire. Des désagréments que les joueurs PC doivent accepter depuis de nombreuses années, à moins de disposer de systèmes très puissants capables de maintenir en permanence un niveau de performances égal ou supérieur au taux de rafraîchissement de l'écran.

Pour pouvoir proposer ce mode d'affichage miracle, Nvidia a recours à un "module G-Sync", relativement onéreux, qui vient prendre la place des contrôleurs de dalles LCD tradionnels ("scalers"). Nous avons pu tester un écran compatible G-Sync et les résultats sont probants : aucune cassure dans les images et une fluidité qui progresse nettement quand les performances se situent entre 40 et 60 fps.

Durant le CES, soit 4 mois plus tard, AMD a enfin réagi en indiquant qu'un standard VESA (Video Electronics Standards Association) allait permettre de faire de même sans devoir passer par un module spécial. Une initiative surnommée "FreeSync" en référence au surcoût élevé de la solution de Nvidia, et directement mise en démonstration à travers Toshiba Satellite Click (2-in-1 13.3") pour lequel la fréquence de rafraîchissement variable a été activée.

Bien que très brève, cette démonstration a mis en avant un résultat identique à celui de G-Sync et pour cause, son fonctionnement est exactement le même : partir de la fréquence de rafraîchissement maximale de l'écran et moduler la durée du VBLANK (espace entre 2 images sur le signal vidéo) pour forcer l'écran à "patienter" le temps que le GPU lui propose une nouvelle image à afficher.

Une démonstration qui a soulevé de nombreuses questions. Comment est-ce possible de faire aussi bien que G-Sync sans module spécial ? A quoi sert ce module G-Sync ? De quel standard s'agit-il ? Quand est-ce que cela pourrait être disponible ? Pourquoi Nvidia fait-il mine d'ignorer qu'un standard est en approche ? … Tant AMD que Nvidia ont préféré éviter de répondre à des questions trop précises, le premier probablement parce que sa solution n'est pas encore prête, le second probablement pour éviter d'avoir à admettre ne pas nous avoir tout dit…


Nous avions en effet dès le départ posé de nombreuses questions aux responsables de Nvidia concernant G-Sync, et à nouveau au début du mois de décembre en préparant le test du premier écran compatible. La possibilité qu'il fonctionne sur base d'un standard actuel ou futur ? Son intégration dans les portables qui pourrait être plus simple via l'eDP ? Nvidia n'a jamais répondu clairement à ces questions, se contentant de tourner autour du pot et de laisser penser que rien de tout cela n'était à l'ordre du jour, mais que tout était possible dans l'avenir. Après la démonstration d'AMD, Nvidia n'était pas plus pressé de répondre à ces questions, mais a tenu à préciser que la gestion de l'affichage est différente sur un écran intégré dans un portable par rapport à un moniteur de bureau et que sa solution repose sur une technologie propriétaire pour laquelle des brevets ont été déposés.

Rappelons à ce niveau qu'un brevet déposé n'est pas un brevet accordé (cela prend du temps) et encore moins un brevet validé puisque cela n'intervient en pratique aux Etats-Unis que s'il est contesté. Si la fameuse mention "patent pending" est prévue pour prévenir des concurrents éventuels qu'ils risquent d'enfreindre un brevet, son utilisation est devenue courante, toutes industries confondues, pour renforcer la communication en termes de crédibilité, de sentiment de complexité, d'exclusivité, etc.

Le plus simple aurait bien entendu été que VESA clarifie la situation. AMD indique que pas mal de personnes qui prennent part à l'organisation ont fait de gros yeux quand ils ont vus Nvidia annoncer une technologie propriétaire de gestion de la fréquence de rafraichissement variable. En fait, cette fonctionnalité existe depuis 2008 dans le standard eDP 1.0 (DisplayPort interne) puisqu'elle peut permettre des économies d'énergie, par exemple en ne rafraîchissant pas l'affichage du bureau Windows quand rien ne bouge. Nvidia ne ferait donc qu'en profiter dans une situation différente.


Malheureusement, VESA se contente de répondre qu'il ne leur est pas possible de commenter officiellement le sujet et qu'une communication officielle aura lieu plus tard dans l'année. L'accès à toutes les documentations des standards VESA est par ailleurs restreint à ses seuls membres.

En l'absence de plus de détails de la part de Nvidia, d'AMD ou de VESA, nous avons heureusement pu compter sur un lecteur bien informé, que nous remercions, puisqu'il a eu accès à ces documents et a pu nous les communiquer.

Nous apprenons ainsi qu'une demande de type SCR (Specification Change Request) a été déposée de manière à intégrer le support optionnel de la fréquence de rafraîchissement variable au standard DisplayPort 1.2a. Compte tenu du nom du document daté du 25 novembre, DP1.2a Extend MSA Tmg Para AMD SCR, il semble évident que la proposition a été soumise par AMD. Elle est actuellement au stade GMR  (General Member Review) est donc en bonne voie d'être finalisée et ratifiée.

Voici un extrait du document en question :

Summary
Extend the "MSA TIMING PARAMETER IGNORE" option to DisplayPort to enable source based control of the frame rate similar to embedded DisplayPort.

Intellectual property rights
N/A

Benefits as a result of changes
This enables the ability for external DisplayPort to take advantage of the option to ignore MSA timing parameter and have the sink slave to source timing to realize per frame dynamic refresh rate.

Assessment of the impact
The proposed change enable per frame dynamic refresh rate for single stream devices that expose dynamic refresh rate capability in EDID for DisplayPort interface. The source will be able to enable this with an SST interface or MST hub with physical ports. Logical MST port support of the feature is not included as part of this SCR. A generic framework to enable such feature for logical port is required that can accommodate other feature where stream related configuration is programmed in DPCD.

Analysis of the device software implication
SST device which support "MSA TIMING PARAMETER IGNORE" option will be able to expose the capability in EDID and DPCD to let source enable dynamic refresh rate.
Source driver would have to be updated to parse EDID and enable "MSA TIMING PARAMETER IGNORE" feature when source want the sink to be refreshed based on its update rate.

Analysis of the compliance test and interop implications
Currently this feature is tested as part of eDP CTS. New test would have to be added as part of DP LL CTS and EDID CTS.

D'ici quelques temps, les écrans DisplayPort 1.2a pourront donc, si les fabricants le désirent, supporter une fréquence de rafraîchissement variable. Pour cela, il faudra que la dalle LCD l'accepte ainsi que le contrôleur de l'écran. Durant le CES, AMD avait affirmé que certains moniteurs actuels seraient capables de supporter cette évolution avec une simple mise à jour de leur firmware, sans donner plus de détails. Nos questions à ce sujet sont restées lettres mortes et nous n'en savons donc pas plus, ni quand ces écrans actuels pourraient être mis à jour, ni quand de nouveaux modèles pourraient être commercialisés.

AMD nous a affirmé que le support de la fréquence de rafraîchissement variable était déjà intégré aux pilotes Catalyst récents mais qu'une interface pour en donner le contrôle aux joueurs était toujours en cours de développement. Même si les moniteurs compatibles FRV tardent à arriver, AMD devrait ainsi pouvoir proposer cette fonction rapidement sur certains portables, ce qui tombe d'ailleurs très bien puisque leur puissance graphique plus limitée fait qu'ils en auraient bien besoin pour proposer plus de confort aux joueurs.

Il est probable que Nvidia ait été le premier à réaliser l'intérêt que pourrait avoir la fréquence de rafraîchissement variable pour les joueurs. Friand de solutions propriétaires, Nvidia a cependant évité de soumettre son idée à VESA et opté pour le développement confidentiel d'un G-Sync limité à ses seules cartes graphiques. Une approche qui réduit immanquablement l'offre et empêche de généraliser son utilisation, même chez les utilisateurs de GeForce, mais qui a l'avantage de permettre de tirer des revenus supplémentaires de cette fonctionnalité, de se démarquer de la concurrence… et d'aller vite.

Ajouter une fonctionnalité à un standard VESA existant ou en cours de développement demande de prendre le temps qu'elle soit débattue par tous ses membres, validée et exploitée par l'industrie. Avec G-Sync, Nvidia a pu aller très vite, certes au prix d'un contrôleur écran émulé à l'aide d'un composant relativement cher. Ainsi, le module G-Sync est réellement utile à l'heure actuelle, car en attendant que des contrôleurs classiques supportent la FRV, que ce soit à travers un nouveau firmware, une nouvelle révision ou un nouveau modèle, c'est le seul moyen d'activer ce support sur les écrans de bureau.

Mais pourquoi Nvidia ne s'est-il pas contenté dans un premier temps de proposer G-Sync sur les portables, domaine où le lien eDP connecte la dalle au GPU d'une manière plus directe ? Sans surcoût ou revenu direct supplémentaire, cela aurait malgré tout apporté de la valeur à ses cartes graphiques mobiles. Le problème est que sur la majorité des portables équipés en GeForce, Nvidia n'est plus maître des sorties vidéos ! A travers la plateforme Optimus, toute cette partie est sous-traitée à l'IGP Intel. Ce dernier aurait donc dû collaborer à son support, or il a tout intérêt à préférer attendre un standard que favoriser une solution propriétaire de Nvidia.

Au final, vous l'aurez compris, aussi intéressante que soit la fréquence de rafraîchissement variable pour les joueurs, de nombreuses questions restent encore en suspens quant à sa généralisation éventuelle. Nvidia va-t-il supporter sa version standardisée dès qu'elle sera disponible ou tenter de forcer les joueurs à payer, en plus de leur carte graphique, la taxe d'une solution propriétaire ? Nvidia va-t-il arriver à s'entendre avec Intel pour l'arrivée de la FRV sur la plateforme Optimus ? Quand est-ce que des moniteurs DisplayPort 1.2a avec support de la FRV seront disponibles ? Si certains contrôleurs actuels acceptent la FRV via mise à jour de leur firmware, y aura-t-il des limitations telles que la désactivation de l'overdrive ?

En attendant d'en savoir plus, la technologie G-Sync de Nvidia doit être vue comme une manière d'accéder en primeur aux bénéfices du DisplayPort 1.2a + FRV, avec tout ce que cela implique : surcoût élevé et possibles limitations dans le futur en terme de compatibilité. Sans changer fondamentalement notre avis sur G-Sync tel que nous l'avions exprimé dans le test du premier écran compatible, avant d'apprendre l'arrivée d'une version standardisée, cela rend le surcoût plus difficile à accepter. Opter pour un des premiers écrans G-Sync en 1920x1080, les modèles de séries ne vont plus tarder, est difficilement justifiable s'ils s'accompagnent d'une surtaxe de 200€, de 150€ voire même de 100€.

Plus haut en gamme, par exemple sur le futur Asus RoG Swift PG278Q en 2560x1440 ou sur un éventuel moniteur UHD / 4K, notre avis est moins tranché. Il est plus difficile pour les cartes graphiques, même haut de gamme, de générer un affichage fluide dans cette résolution et dans les jeux gourmands. Nous pouvons donc comprendre que Nvidia se presse d'y apporter une solution d'autant plus que le tarif plus élevé de ces moniteurs, 800€ pour cet exemple, permet d'y intégrer plus facilement le surcoût actuel de G-Sync. Reste néanmoins à accepter de faire une croix sur toute possibilité d'évolution de son système vers une future carte graphique Radeon.


Le PG278Q d'Asus au CES.
Nous aurions bien entendu préféré que Nvidia se contente de lancer G-Sync tel qu'il existe aujourd'hui sur ce type d'écran, sans chercher à cacher le fait qu'il s'agit d'une version primeur d'un mode d'affichage qui est voué à être exploité par tous puisque basé sur le transfert d'une technologie qui existe déjà vers un autre type d'utilisation. Plus loin dans l'idéalisme il serait sans aucun doute bénéfique pour tous si Nvidia pouvait voir plus grand de temps en temps et viser des retours sur investissements indirects en transformant ses bonnes idées en propositions ouvertes, pour faire progresser l'écosystème PC, plutôt que de chercher une variante propriétaire à chaque technologie, dont la portée est mécaniquement plus limitée.

En attendant plus d'informations sur l'extension isosynchrone de VESA qui piloterait FreeSync, le consortium a profité du CES pour annoncer l'adoption d'un autre standard, baptisé DockPort . L'idée de DockPort avait été proposée à l'origine par AMD et Texas Instruments sous le nom de Lightning Bolt et Texas Instruments avait annoncé en juillet dernier un contrôleur supportant cette technologie.

Dédié plus spécifiquement aux plateformes portables, l'idée de DockPort est de proposer un câble unique entre un dock externe (qui peut être un écran) et un PC portable. En sus de transférer un flux vidéo, DockPort étend la norme DisplayPort 1.2 en encapsulant un flux USB 3.0.

Sur le fond, on peut voir des similarités dans le concept avec le Thunderbolt d'Intel et d'Apple qui utilise lui aussi des connecteurs DisplayPort pour faire transiter plus que de la vidéo. Sur le fond, si DockPort utilisera des connecteurs DisplayPort, on note quelques différences. D'abord, contrairement à Thunderbolt, on pourra se contenter de câbles passifs (mais différents des câbles DisplayPort traditionnels) moins onéreux. Une différence de cout qui se retrouve également dans les contrôleurs puisque celui de Texas Instruments est vendu moins de deux dollars.

Concernant le fonctionnement précis, VESA n'est pour l'instant pas très prolixe dans son communiqué. Pour rappel, DisplayPort 1.2 propose quatre lignes de données qui peuvent être agrégées pour une bande passante de 17.28 Gbit/s et propose en sus un canal auxiliaire de 720 Mbit/s. Il y aurait visiblement deux modes de fonctionnement distinct pour DockPort, un mode USB 3.0 ou deux des liens DisplayPort sont asservis au transfert USB 3.0 (on perd alors le support du 4K en 60Hz), et un second mode limité à l'USB 2.0 ou les quatre canaux restent disponibles pour la vidéo (on regagne de nouveau le 4K en 60Hz et le support du MST pour gérer plusieurs écrans en simultané), dans ce cas, c'est le canal auxiliaire qui serait utilisé pour faire transiter l'USB 2.0.

L'autre différence majeure concerne l'alimentation des périphériques. DockPort a été prévu pour permettre d'alimenter un PC portable à partir du dock (et disposer ainsi d'un câble unique pour écran/USB/alimentation), mais également pour alimenter dans le sens inverse des périphériques. On ne connait pour l'instant pas précisément la puissance supportée dans chaque sens (on sait juste d'après les documentations disponible que l'alimentation est possible en 5, 12 ou 19V). Pour rappel, Thunderbolt ne propose que 10 watts pour alimenter un périphérique externe.

VESA indique que la spécification sera publiée au second trimestre 2014.