想連通超高清的8K世界?沒有HDMI 2.1還真不行

2020-04-17

HDMI可算是我們日常生活中最常接觸到的接口了,特別是在使用PC、電視機等設備時,幾乎都少不了要用到它。從誕生之初,HDMI就樹立了“音畫一體”傳輸的理念,能同時傳輸音頻和視頻數據使它從一眾接口標準中脫穎而出。經過多年發展,HDMI接口的版本從HDMI 1.0發展到HDMI 2.0,再到去年年末HDMI組織HDMI Forum Inc正式發布了最新的HDMI 2.1。

那麽HDMI 2.1相比之前的版本增加了哪些功能、又有怎樣全新的特性呢?本文將為大家進行解讀。


▲HDMI是目前我們生活中最常見的音視頻接口之一。

在早期,PC、影音播放器等設備傳輸音視頻到電視機或者其他帶音頻功能的顯示設備時,需要同時連接音頻、視頻數據線,不同類型的接口很多,用戶在連接時比較麻煩。從2002年12月9日開始這一情況發生了變化,HDMI規範在這一天正式發布,它隻需要一根數據線就可以同時傳輸音頻和視頻數據,極大地提升了用戶在連接不同設備時的易用性。雖然距今已經15年之久,但是HDMI本身在視頻和音頻領域的地位依舊不可動搖,大量的設備包括顯卡、顯示器、遊戲主機、機頂盒等,都提供了對HDMI規範的支持。

在HDMI的發展過程中,隨著技術進步和傳輸要求的不斷提升,其規範也經曆了多代更新。從早期的HDMI 1.0隻支持1080p的顯示和消費性電子控製功能,到隨後的HDMI 1.4規範增加了對3D視頻、杜比TrueHD、DTS-HD等音頻技術的支持,再到HDMI 2.0增加了對eARC、4K、HDR等技術的支持,HDMI規範堪稱業內對音頻、視頻規格支持最齊全,同時帶寬最大的傳輸規範之一了。但是,HDMI組織還不滿足,全新的HDMI 2.1攜帶著大幅度提升的帶寬和對10K分辨率的支持,再度襲來。

帶寬暴增!為10K分辨率做準備

自從VGA這樣的模擬信號退出曆史舞台後,無論是DVI、HDMI還是DisplayPort等接口都依靠傳輸數字信號來完成影音圖形的數據傳播。數字信號無論在抗幹擾能力還是傳輸安全性、數據可靠性上都比模擬信號強太多。不過數字信號傳輸的問題在於,分辨率越高,音頻信息越豐富,對帶寬的要求也就越大。

舉例來說,1080p的視頻帶寬在未壓縮的情況下大約需要3Gbps,考慮到音頻信號等信息,因此同時支持音頻和視頻傳輸的HDMI 1.0規範將最大帶寬設定在了4.95Gbps。在隨後的更新中,考慮對4K分辨率的支持,HDMI 1.4規範將傳輸帶寬提升到了10.2Gbps,但是這個帶寬隻能勉強完成4K@30Hz視頻信號的傳輸,如果需要更高的4K@60Hz,就顯得捉襟見肘了。

HDMI 2.0改變了這樣的情況,帶寬進一步飆升至18Gbps,已經可以實現對4K@60Hz的支持了,基本覆蓋了目前所有主流視頻分辨率對貸款的要求,同時還加入了對多路無損音頻的支持,整體表現令人滿意。

但是,HDMI 2.0規範目前看起來還是缺乏前瞻性的。因為業內在對未來影音視頻發展方向上,已經推出了4K@120Hz、8K@60Hz甚至10K這樣的標準。其中8K分辨率高達7680×4360,10K分辨率則是10240×4320,更高的分辨率在帶來更清晰畫質的同時,隨之而來的是對數據帶寬需求的大幅提升,後者就需要傳輸規範來支持,HDMI 2.0顯然已經不能滿足需求了。

在最新的HDMI 2.1規範上,其最大帶寬的提升幅度以“倍”來計算,從之前的18Gbps提升至48Gbps,提升幅度達2倍之多。而48Gbps的帶寬就能完全滿足未來8K、10K超高清分辨率的需求,並且還能為同時傳輸多路無損音頻預留帶寬空間。

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▲HDMI 2.1帶寬暴增,為未來超清時代音視頻傳輸的需求預留了空間。

在帶寬提升之後,之前舊的HDMI數據線和接口是否還能使用呢?答案顯然是否定的。由於帶寬暴增,全新的HDMI 2.1在線纜設計和接口設計上增加了新的要求,以滿足高速傳輸下數據信號的穩定性和完整性,因此HDMI 2.1的接口和線纜需要通過HDMI 2.1認證,之前的HDMI 1.4以及HDMI 2.0規範的接口和線纜使用在支持HDMI 2.1的設備上是不能獲得新的規格的,但是反過來說HDMI 2.1的線纜向下兼容之前所有的規範。

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▲不同分辨率下圖像麵積示意圖。

更多新技術!視頻效果更出色

除了帶寬暴增這一最根本,也是最核心的變化之外,HDMI 2.1規範在其他技術方麵也進行了很多改變。包括動態HDR、靜態HDR、可變刷新率、快速媒體切換、快速鎮傳輸、自動低延遲模式等。實際上從HDMI 2.0開始,HDMI組織就開始在新規範中加入大量的新技術,讓視頻輸出的效果更好,更符合人們在未來的使用需求。下麵本文就簡單介紹一下在HDMI 2.1規範中加入的新技術。

●全麵支持HDR功能

HDMI 2.1開始加入了對HDR技術的支持,搭配支持HDR技術的顯示器,用戶能夠看到擁有更高對比度,色彩更討喜的畫麵。

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▲HDR技術帶來了更寬廣的寬容度和更出色的色彩顯示。

●增強的音頻回傳通道

ARC是指HDMI可以允許音頻信號通過HDMI數據線回傳,這樣就可以節省音頻數據反複傳輸需要的線纜和接口。在HDMI 2.1上,則提供了對eARC增強音頻回傳通道功能的支持。這項技術通過使用額外的兩個通道,實現了對低抖動、高帶寬、高保真的音頻回傳,最高支持8路24位、未壓縮的192kHz音頻,同時能夠回傳目前流行的Dolby Atmos以及DTS:X等技術的音頻信號,提高音頻回傳的效率和質量。

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▲HDMI 2.1接口和之前的產品完全相同,不過技術和帶寬的更新使得用戶需要搭配全新的線材。

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▲支持ARC功能的HDMI接口可以讓音頻信號在不同設備中傳遞。

●支持可變刷新率

考慮到目前不同幀率的視頻格式、尤其是遊戲的幀率變化對顯示器提出了新的要求,HDMI 2.1提供了對VRR技術,也就是可變刷新率的支持。VRR技術和桌麵的G-Sync、Free-Sync有一定的相似之處,都是通過支持可變刷新率的顯示屏,來消除視頻畫麵延遲、撕裂和卡頓等問題。

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▲HDMI支持VRR可變刷新率,能帶來更少撕裂、更多平滑的畫麵顯示效果。

●支持快速媒體切換

快速媒體切換是一個新加入的技術。這項技術主要是通過信號和顯示設備更快速的匹配,來消除目前顯示設備中存在的切換媒體或者輸入源時存在的黑屏延遲等問題。

●支持快速幀傳輸和自動低延遲技術

快速幀傳輸功能也主要是用於降低幀延遲,提高遊戲和視頻的流暢度、降低撕裂等問題而設計的新技術。自動低延遲技術則是用於自動校正和匹配低延遲設備,降低畫麵傳輸延遲、提高流暢度等。

●支持顯示流壓縮功能

HDMI 2.1開始支持顯示流壓縮,即DSC功能。這個功能的主要目的是實現視頻無損壓縮,讓數據傳輸占用帶寬更小、功率更低並且降低電磁幹擾等問題。



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