继索尼PS5、微软Xbox Series之后,天龙、马兰士于近期陆续宣布,将在年内推出首批支持8K音视频信号输入,并配置HDMI2.1接口的新款AV放大器,可实现8K/120Hz、8K/60Hz的视频信号直通。虽然HDMI2.1标准早在2017年就发布了,此前也有配备HDMI2.1接口的电视问世,但个人感觉好像直到最近才有一种标准落地的真实感。再加上新一代H.266VVC通用视频编码标准的发布让4K/8K资源的传输效率更高,也将促进HDMI2.1标准的普及速度,或许很快我们就可以在家中配齐一套支持HDMI2.1接口的信号源、功放和显示设备的家庭影院,来观看8K内容了。而此时距离HDMI1.0标准的发布,已经过去了将近18年。

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天龙、马兰士于近期陆续宣布,将在年内推出首批支持8K音视频信号输入,并配置HDMI2.1接口的新款AV放大器

HDMI标准发展史

2002年12月9日,由日立、松下、飞利浦、Silicon Image、索尼、汤姆逊、东芝七家公司组成的HDMI高清多媒体接口组织式发布了HDMI 1.0版标准。彼时HDMI的传输带宽为4.95Gbps,支持1080p全高清分辨率和Rec.709色域,音频方面支持8声道的PCM、24bit/192kHz格式。和更早之前的DVI相比,HDMI最明显的优势是能同时传输影像和音频信号,播放器和显示设备之间只需要一条HDMI连接即可,不仅提高了音视频传输的质量,而且大大简化了器材之间的连接方式。凭借着堪称革命性的优势,HDMI迅速扩张自己的势力,短短几年内就在大量家庭和个人娱乐相关的产品上占据一席之地。尽管成为HDMI论坛的会员、使用HDMI接口需要缴纳费用,但目前HDMI论坛仍然拥有来自全球各地和多个行业的超过90家公司会员,几乎所有的家庭/个人音视频设备都配备HDMI接口,比如电脑、电视、投影机、游戏机、播放机等等。可以说,我们已经离不开HDMI了。

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HDMI接口共有19个脚位

而在这么多年的发展历程中,HDMI之所以能牢牢占据着庞大的市场份额,以几乎无敌的姿态立足消费级传输标准领域,最主要的原因在于始终保持自我更新能力。以下我们简单回顾一下HDMI标准的主要发展历程:

一下HDMI标准的主要发展历程:

2002年,HDMI1.0标准发布。

2004年,HDMI 1.1标准宣布支持DVD-Audio格式。

2005年,HDMI 1.2标准新增对DSD无损格式的支持。

2006年, HDMI 1.3版本将带宽增加至10.2Gbps,支持xvYCC广色域、Dolby TrueHD和DTS-HD MA等音频格式。之后又陆续推出1.3a、1.3b、1.3b1、1.3c等小更新的标准。

2009年,HDMI 1.4标准问世,首次支持4K 30p、3D格式和ARC功能。

2013年,HDMI 2.0标准将带宽提升至18Gbps,支持4K 60p并兼容Rec.2020色深。音频方面开始支持32声道格式。

2015年,HDMI 2.0a标准开始支持HDR高动态范围技术,HDMI2.0b则新增了对HLG的支持。

2017年,HDMI2.1标准一下子将带宽增加到48Gbps,支持8K/60Hz、4K/120Hz格式和动态HDR技术。

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微软Xbox Series和索尼PS5是首批支持HDMI2.1接口的游戏主机

迎合8K时代的HDMI2.1标准

一般来说,标准总是先于产品,但标准的更新让我们可以展望未来的发展趋势。虽然目前HDMI2.1还未普及,市面上的产品普遍配备的都是HDMI2.0接口,但HDMI2.1标准发布时还是让人感到相当振奋。因为HDMI2.0标准的18Gbps最高只能传输4K/60Hz/4:2:2/10bit的视频信号,无法应对将要到来的8K时代。而拥有48Gbps带宽的HDMI2.1标准就不一样了,基本可以胜任8K/60Hz/4:2:0/12bit规格的信号传输,只是需要利用DSC压缩传输技术才能传输8K/120Hz规格的视频。除了带宽之外,HDMI2.1标准还强化和新增了几个实用的功能,比如eARC增强型音频回传讯道功能、VRR可变刷新频率、QMS快速媒体切换功能和QFT快速帧传输功能等。其中eARC增强型音频回传讯道功能是已有ARC功能的强化版,最高支持杜比全景声和DTS:X等三维沉浸式音效,以及未压缩的5.1、7.1以及最高32通道的未压缩音频信号的回传,对于Soundbar等产品而言非常实用。VRR可变刷新频率如名称所示,可通过不断改变刷新频率将视频源与显示设备同步,从而带来更加流畅的观看体验,有效减少或消除游戏画面延迟、卡顿与撕裂的问题。至于QMS快速媒体切换功能,简单来说,它可以解决信号源切换时的黑屏问题,改善使用体验。另外还有QFT快速帧传输和ALLM自动低延迟模式这两个特别针对VR设备的功能,它们的主要作用还是在于减少画面延迟,带来更好的佩戴和游戏体验。

HDMI2.1标准一下子将带宽增加到48Gbps,支持8K/60Hz、4K/120Hz格式和动态HDR技术

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相比于前一代标准,HDMI2.1标准新增对动态HDR 技术、eARC增强型音频回传讯道功能、VRR可变刷新频率等的支持

采用与带宽、视频规格相关的标准来标识HDMI线

在HDMI2.1标准公布的同时,HDMI论坛还同时推出了崭新的Ultra High Speed HDMI线材规范,并在2020年初宣布了“超高速HDMI认证”标签这一新的认证和验证措施,任何长度的线材均须通过HDMI授权测试中心(ATC)的认证测试,才能获得认证。通过认证后,包装上将粘贴“超高速 HDMI 认证”标签,表明其符合HDMI 2.1标准,以方便消费者辨别。说起来,目前HDMI论坛已经不再采用HDMI版本来标识线材了,而是采用另外一套与传输带宽、视频规格相关的标准来区分,比如:

Standard HDMI线材:可满足1080p/24Hz/4:2:2/8bit,带宽为2.23Gbps以下的信号传输;

High SpeedHDMI线材:适用于4K/24Hz/4:2:2/8bit,带宽为8.91Gbps以下的信号;

Premium HDMI线材:可传输4K/60Hz/4:2:2/10bit,带宽为17.82Gbps以下的信号;

Ultra High Speed HDMI线材:适用于48Gbps带宽以下的4K/8K/10K信号传输。

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eARC增强型音频回传讯道功能支持包括Dolby Atmos与DTS:X,以及未压缩的5.1、7.1以及最高32通道的未压缩音频信号的回传

HDMI铜线和光纤线各有优劣

可以看到,从HDMI1.0到HDMI2.1,带宽越来越大,可传输的数据总量也成倍增加。相应地,对线材的传输能力提出了越来越高的要求。传统HDMI铜线的传导性基本是由铜线的数量决定的,铜线越多,传导性越好,也就意味着,当带宽增加时,铜线的大小和重量也必然随之增加。这还是不是最大的问题,HDMI铜线的“致命伤”在于它无法长距离传输,一旦距离超过10米,就会产生损耗,可能会导致信号丢失或分辨率下降等问题。带宽越大,传输距离越短。对于面积较大的私人影院或商业、办公场所来说,HDMI铜线的适用性变得越来越弱。

所以,HDMI光纤线取代HDMI铜线是大势所趋。HDMI光纤线基本都采用光纤加铜线的架构,以铜线导电,以光纤传输信号,从信号源到显示设备需要经历两次光电转换。它的优点是光纤本身非常纤细轻巧,线材的重量大大减轻,而且光纤传导每千米的损耗几乎可以忽略不计,解决了HDMI线长距离传输的难题。目前市面上的HDMI光纤线往往能把长度做到100米,如果通过HDBaseT,超过300米都有可能。但这并不意味HDMI光纤线是完美无缺的,因为内置光电转换电路,所以线材本身耗电,如果导致电压降低的话,会影响画质,比如画面看起来不够鲜艳、对比度降低或噪点明显增加等等,转换电路要是温度过高,线材的稳定性也会受到影响。HDMI铜线就不会有上述这些问题。在兼容性方面,铜线也比光纤线更好。总之,铜线和光纤线各有优劣,我们完全没有必要去盲目贬低铜线或神化光纤线。就算8K时代真正到来,HDMI光纤线是否一定会取代铜线,也还是一个未知数。

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虽然HDMI2.1标准支持48Gbps带宽,但要传输如8K/120Hz等高规格的信号时,还是需要使用DSC压缩传输技术(表格中标红的规格)

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和铜线相比,HDMI光纤线更加纤细轻巧,而且能传输更长的距离

常被忽略又至关重要的兼容性问题

最后,说一说HDMI线材的兼容性问题。有人将兼容性比喻成投影机的镜头盖。不管播放器、投影机、线材和播放的内容规格多高,不把投影机盖子打开,是出不了画面的。也就是说,当线材的兼容性出现问题时,带宽再高也无济于事。有些光纤线在这两台设备上可以正常使用,在另外两台设备上可能就会出现问题,或者说前两个月很稳定,第三个月开始有大大小小的毛病,这些都是兼容性惹的祸。我们日常生活中遇到的很多音画问题其实都和线材的兼容性或操作、施工不当息息相关(以设备和线材本身没有质量问题为前提)。这里简单举几个常见的例子,并给出解决问题的建议。

1. 画面跳帧/出现雪花。可以考虑先降带宽,把画面规格降低。注意,如果4K画面出不了,而1080p出画面的话,不一定是带宽的问题,有时候是握手协议的问题,基本可以判断投影机只认HDCP 1.4协议,不认HDCP 2.2协议。如果播放的是一些没有HDCP 2.2.保护机制的演示片,也有可能会出现类似的问题,比如光看播放器的菜单界面没问题,电影内容一出来,画面就跳帧,就是HDCP 2.2的兼容出现问题了。

2. 系统只出画面,不出声音。这种情况可能是器材受到干扰。最简单的方法是将所有系统关机,拔线,再重接。

3. 拔掉HDMI光纤线后,投影机死机。光纤线的信号源和显示设备两边都通电,拔线瞬间的脉波已经影响到机器里面的运行软件,所以造成投影机死机。这种频率高一点的话,机器可能会烧掉,需要特别注意。如果是HDMI铜线,你可以只关信号源端,但光纤线的话,要两端都关。

小结

在家庭影院/个人娱乐系统中,HDMI线是默默无闻的配角,也是必不可少的纽带。很多人感觉不到它的重要性,甚至意识不到它的存在,但不可否认的是,它让信号源和音视频设备之间的连接变得出乎意料得简单。回顾HDMI标准的发展史,就像在看家用音视频规格的升级历程一样。在标准刚刚推出,甚至推出的一两年内,可能都找不到支持该规格的产品或内容源,但我们知道这只是时间问题,总有一天一切都会变现。HDMI2.1标准也是如此。它的发布,传递出8K时代终将到来的信号。而根据HDMI论坛的相关资料,下一代HDMI标准的带宽可能达到128.3Gbps,直接支持8K/120Hz/4:2:2/12bit规格的超高清信号传输,这也将是BT.2020标准中最高规格的8K信号传输规格。

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