想連通超高清的8K世界？沒(méi)有HDMI 2.1還真不行
2020-04-17
HDMI可算是我們?nèi)粘Ｉ钪凶畛＝佑|到的接口了，特別是在使用PC、電視機(jī)等設(shè)備時(shí)，幾乎都少不了要用到它。從誕生之初，HDMI就樹(shù)立了“音畫(huà)一體”傳輸?shù)睦砟睿芡瑫r(shí)傳輸音頻和視頻數(shù)據(jù)使它從一眾接口標(biāo)準(zhǔn)中脫穎而出。經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，HDMI接口的版本從HDMI 1.0發(fā)展到HDMI 2.0，再到去年年末HDMI組織HDMI Forum Inc正式發(fā)布了最新的HDMI 2.1。
那么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(jìn)行解讀。
▲HDMI是目前我們生活中最常見(jiàn)的音視頻接口之一。
在早期，PC、影音播放器等設(shè)備傳輸音視頻到電視機(jī)或者其他帶音頻功能的顯示設(shè)備時(shí)，需要同時(shí)連接音頻、視頻數(shù)據(jù)線(xiàn)，不同類(lèi)型的接口很多，用戶(hù)在連接時(shí)比較麻煩。從2002年12月9日開(kāi)始這一情況發(fā)生了變化，HDMI規(guī)范在這一天正式發(fā)布，它只需要一根數(shù)據(jù)線(xiàn)就可以同時(shí)傳輸音頻和視頻數(shù)據(jù)，極大地提升了用戶(hù)在連接不同設(shè)備時(shí)的易用性。雖然距今已經(jīng)15年之久，但是HDMI本身在視頻和音頻領(lǐng)域的地位依舊不可動(dòng)搖，大量的設(shè)備包括顯卡、顯示器、游戲主機(jī)、機(jī)頂盒等，都提供了對(duì)HDMI規(guī)范的支持。
在HDMI的發(fā)展過(guò)程中，隨著技術(shù)進(jìn)步和傳輸要求的不斷提升，其規(guī)范也經(jīng)歷了多代更新。從早期的HDMI 1.0只支持1080p的顯示和消費(fèi)性電子控制功能，到隨后的HDMI 1.4規(guī)范增加了對(duì)3D視頻、杜比TrueHD、DTS-HD等音頻技術(shù)的支持，再到HDMI 2.0增加了對(duì)eARC、4K、HDR等技術(shù)的支持，HDMI規(guī)范堪稱(chēng)業(yè)內(nèi)對(duì)音頻、視頻規(guī)格支持最齊全，同時(shí)帶寬最大的傳輸規(guī)范之一了。但是，HDMI組織還不滿(mǎn)足，全新的HDMI 2.1攜帶著大幅度提升的帶寬和對(duì)10K分辨率的支持，再度襲來(lái)。
帶寬暴增！為10K分辨率做準(zhǔn)備
自從VGA這樣的模擬信號(hào)退出歷史舞臺(tái)后，無(wú)論是DVI、HDMI還是DisplayPort等接口都依靠傳輸數(shù)字信號(hào)來(lái)完成影音圖形的數(shù)據(jù)傳播。數(shù)字信號(hào)無(wú)論在抗干擾能力還是傳輸安全性、數(shù)據(jù)可靠性上都比模擬信號(hào)強(qiáng)太多。不過(guò)數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)膯?wèn)題在于，分辨率越高，音頻信息越豐富，對(duì)帶寬的要求也就越大。
舉例來(lái)說(shuō)，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(hào)等信息，因此同時(shí)支持音頻和視頻傳輸?shù)腍DMI 1.0規(guī)范將最大帶寬設(shè)定在了4.95Gbps。在隨后的更新中，考慮對(duì)4K分辨率的支持，HDMI 1.4規(guī)范將傳輸帶寬提升到了10.2Gbps，但是這個(gè)帶寬只能勉強(qiáng)完成4K@30Hz視頻信號(hào)的傳輸，如果需要更高的4K@60Hz，就顯得捉襟見(jiàn)肘了。
HDMI 2.0改變了這樣的情況，帶寬進(jìn)一步飆升至18Gbps，已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)4K@60Hz的支持了，基本覆蓋了目前所有主流視頻分辨率對(duì)貸款的要求，同時(shí)還加入了對(duì)多路無(wú)損音頻的支持，整體表現(xiàn)令人滿(mǎn)意。
但是，HDMI 2.0規(guī)范目前看起來(lái)還是缺乏前瞻性的。因?yàn)闃I(yè)內(nèi)在對(duì)未來(lái)影音視頻發(fā)展方向上，已經(jīng)推出了4K@120Hz、8K@60Hz甚至10K這樣的標(biāo)準(zhǔn)。其中8K分辨率高達(dá)7680×4360，10K分辨率則是10240×4320，更高的分辨率在帶來(lái)更清晰畫(huà)質(zhì)的同時(shí)，隨之而來(lái)的是對(duì)數(shù)據(jù)帶寬需求的大幅提升，后者就需要傳輸規(guī)范來(lái)支持，HDMI 2.0顯然已經(jīng)不能滿(mǎn)足需求了。
在最新的HDMI 2.1規(guī)范上，其最大帶寬的提升幅度以“倍”來(lái)計(jì)算，從之前的18Gbps提升至48Gbps，提升幅度達(dá)2倍之多。而48Gbps的帶寬就能完全滿(mǎn)足未來(lái)8K、10K超高清分辨率的需求，并且還能為同時(shí)傳輸多路無(wú)損音頻預(yù)留帶寬空間。
▲HDMI 2.1帶寬暴增，為未來(lái)超清時(shí)代音視頻傳輸?shù)男枨箢A(yù)留了空間。
在帶寬提升之后，之前舊的HDMI數(shù)據(jù)線(xiàn)和接口是否還能使用呢？答案顯然是否定的。由于帶寬暴增，全新的HDMI 2.1在線(xiàn)纜設(shè)計(jì)和接口設(shè)計(jì)上增加了新的要求，以滿(mǎn)足高速傳輸下數(shù)據(jù)信號(hào)的穩(wěn)定性和完整性，因此HDMI 2.1的接口和線(xiàn)纜需要通過(guò)HDMI 2.1認(rèn)證，之前的HDMI 1.4以及HDMI 2.0規(guī)范的接口和線(xiàn)纜使用在支持HDMI 2.1的設(shè)備上是不能獲得新的規(guī)格的，但是反過(guò)來(lái)說(shuō)HDMI 2.1的線(xiàn)纜向下兼容之前所有的規(guī)范。
▲不同分辨率下圖像面積示意圖。
更多新技術(shù)！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(guī)范在其他技術(shù)方面也進(jìn)行了很多改變。包括動(dòng)態(tài)HDR、靜態(tài)HDR、可變刷新率、快速媒體切換、快速鎮(zhèn)傳輸、自動(dòng)低延遲模式等。實(shí)際上從HDMI 2.0開(kāi)始，HDMI組織就開(kāi)始在新規(guī)范中加入大量的新技術(shù)，讓視頻輸出的效果更好，更符合人們?cè)谖磥?lái)的使用需求。下面本文就簡(jiǎn)單介紹一下在HDMI 2.1規(guī)范中加入的新技術(shù)。
●全面支持HDR功能
HDMI 2.1開(kāi)始加入了對(duì)HDR技術(shù)的支持，搭配支持HDR技術(shù)的顯示器，用戶(hù)能夠看到擁有更高對(duì)比度，色彩更討喜的畫(huà)面。
▲HDR技術(shù)帶來(lái)了更寬廣的寬容度和更出色的色彩顯示。
●增強(qiáng)的音頻回傳通道
ARC是指HDMI可以允許音頻信號(hào)通過(guò)HDMI數(shù)據(jù)線(xiàn)回傳，這樣就可以節(jié)省音頻數(shù)據(jù)反復(fù)傳輸需要的線(xiàn)纜和接口。在HDMI 2.1上，則提供了對(duì)eARC增強(qiáng)音頻回傳通道功能的支持。這項(xiàng)技術(shù)通過(guò)使用額外的兩個(gè)通道，實(shí)現(xiàn)了對(duì)低抖動(dòng)、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(shí)能夠回傳目前流行的Dolby Atmos以及DTS：X等技術(shù)的音頻信號(hào)，提高音頻回傳的效率和質(zhì)量。
▲HDMI 2.1接口和之前的產(chǎn)品完全相同，不過(guò)技術(shù)和帶寬的更新使得用戶(hù)需要搭配全新的線(xiàn)材。
▲支持ARC功能的HDMI接口可以讓音頻信號(hào)在不同設(shè)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、尤其是游戲的幀率變化對(duì)顯示器提出了新的要求，HDMI 2.1提供了對(duì)VRR技術(shù)，也就是可變刷新率的支持。VRR技術(shù)和桌面的G-Sync、Free-Sync有一定的相似之處，都是通過(guò)支持可變刷新率的顯示屏，來(lái)消除視頻畫(huà)面延遲、撕裂和卡頓等問(wèn)題。
▲HDMI支持VRR可變刷新率，能帶來(lái)更少撕裂、更多平滑的畫(huà)面顯示效果。
●支持快速媒體切換
快速媒體切換是一個(gè)新加入的技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)主要是通過(guò)信號(hào)和顯示設(shè)備更快速的匹配，來(lái)消除目前顯示設(shè)備中存在的切換媒體或者輸入源時(shí)存在的黑屏延遲等問(wèn)題。
●支持快速幀傳輸和自動(dòng)低延遲技術(shù)
快速幀傳輸功能也主要是用于降低幀延遲，提高游戲和視頻的流暢度、降低撕裂等問(wèn)題而設(shè)計(jì)的新技術(shù)。自動(dòng)低延遲技術(shù)則是用于自動(dòng)校正和匹配低延遲設(shè)備，降低畫(huà)面?zhèn)鬏斞舆t、提高流暢度等。
●支持顯示流壓縮功能
HDMI 2.1開(kāi)始支持顯示流壓縮，即DSC功能。這個(gè)功能的主要目的是實(shí)現(xiàn)視頻無(wú)損壓縮，讓數(shù)據(jù)傳輸占用帶寬更小、功率更低并且降低電磁干擾等問(wèn)題。