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    關于UHD|正確認識HDMI線材和HDMI 2.1規格

    作者:時間:2022-06-10來源:影音新生活收藏

    線是家庭影院里面最重要的傳輸,既能傳送影像也能傳送音頻。但是線也是最難懂的一種,尤其和傳統的影像線、聲頻線相比,線的結構和用法更為復雜,許多影音玩家對于HDMI線的認識一知半解,再加上廠商在介紹HDMI線產品時的說法不一、標示各異,更容易加深很多人對HDMI的誤解,本文希望能透過淺顯的文字,把HDMI線與規格的來龍去脈說清楚。

    本文引用地址:http://www.me-unplugged.com/article/202206/435020.htm

    其實并沒有版本的

    首先第一個觀念,HDMI“線”本身并沒有2.0版、2.1版這樣的分別,它其實就是一個單純的物理性傳輸通道。除非是特殊設計,否則一般的HDMI線接頭里面并沒有芯片,也沒有協定。而在HDMI線身里面共有19條傳輸通道,如果你檢視HDMI的接頭就會看到有19個針腳,每一個針腳就是一個傳輸通道,這一點從HDMI線推出以來都是一樣的,并沒有產生過變化。

    那所謂的HDMI版本是怎么回事呢?HDMI版本的意義在于:播放信號源(例如藍光播放機)所配置的HDMI傳送芯片,和接收裝置(例如電視機)所配置的HDMI接收/處理芯片是什么版本。舉例來說,HDMI2.1版的規范中支援8K/60Hz影像,想要讓它實現,就必須是藍光機和電視機都搭載2.1版的HDMI芯片,才有可能實現8K/60Hz影像的傳送。只要任何一方的版本不足,就不可能傳送8K/60Hz。HDMI線在其中只是扮演信號傳輸通道的角色而已。

    更詳細一點來說,HDMI里面有一個通道是負責EDID(Extended Display Identification Data),也就是傳送端和接收端的辨識功能,也就玩家所俗稱的器材“握手”,握手成功之后,才會決定傳輸的模式、頻寬、和支援哪些功能。那HDMI線怎么傳送資料呢?在HDMI內部的19條通道當中,有四“組”是負責主要大量影音資訊的傳送,這四組是每3個通道為一組(例如通道1-3為一組),所以四組就占去了里面的12條通道,而這12條通道也就是所謂的高速傳輸通道。而剩下的7條通道是用來做其它功能的,例如前述的EDID握手辨識、HDCP版權保護機制、CEC連動控制,以及本次要探討的ARC/eARC音頻回傳通道等等。

    那如果HDMI線的物理結構(通道數量)都不變,為什么隨著HDMI版本的提升,HDMI線可以傳輸更大量的資料呢?這是因為HDMI傳送和接收芯片的版本越高,就會采用越先進的壓縮和傳送技術。

    舉例來說,在版之前,它的四組主要傳送通道是采用TMDS最小化傳輸差分信號技術(Transition Minimized Differential Signaling)。而在HDMI 2.1版之后,改成了新的FRL(Fixed Rate Link)技術,每一組采用FRL技術的通道能傳送的資訊量可以是6、8、10和12Gbps,四組相加之后,HDMI 2.1的傳輸速率就可以有24、32、40和48Gbps四種,我們常見的“HDMI 2.1標榜最高傳輸率為48Gbps”就是這樣來的。

    所以說,如果有一條HDMI線,是在1.4版時代生產的,但因為做工良好,在面對HDMI 2.1版的環境時,理論上是可以正常工作的。那為什么我們還要在意HDMI線的品質呢?因為這是理論上,在實際狀況中,當HDMI線要傳送越大量的資料,它的抗衰減能力和抗干擾能力就要越好,否則就可能出現掉資訊、或傳輸失敗的情形,換言之,HDMI線設計的越好、用料越好,越能經得起新版本、高資料量環境的傳輸考驗。

    所以這樣看下來,你就知道HDMI線本身是沒有2.0、2.1這樣的版本分別的,所以嚴格來講,并沒有所謂的HDMI 2.1線或HDMI 8K線這樣的類別,有的廠商會這樣標示,純粹是為了方便消費者看懂、容易辨識而已。

    而HDMI協會對于HDMI線有一套它自己定立的規范,不是用版本,而是用等級,大致有以下等級:

    High Speed HDMI Cable:也就是透過HDMI協會實測,證明可以滿足10.2Gbps頻寬,也就是能對應HDMI 1.4版的環境。此時的環境已經能對應4K,不過只有30Hz畫面更新率。

    Premium High Speed HDMI Cable:也就是透過實測,證明可以滿足18Gbps的頻寬,也就是能對應HDMI 2.0版的環境。

    Ultra High Speed HDMI Cable:也就是透過實測,證明可以滿足48Gbps的頻寬,也就是可以對應HDMI 2.1版的環境。

    而上述這些線又分成:有沒有帶“網路通道”(HDMI Ethernet Channel),有網路通道者,就是指在上述的四組主要傳輸通道之外,還有通道可以專責進行網路資訊傳輸的任務。而“網路通道”的功能也是信號源端和接收端的器材都支援,才能夠啟動。那HDMI線這么復雜,一般消費者怎么辨識呢?為此,HDMI協會開發了專門的認證機制,以Premium High Speed HDMI Cable和Ultra High Speed HDMI Cable來說,當HDMI線通過測試、獲得認證之后,產品必須在盒面標示線材的等級名稱,同時必須在線身上打印產品的等級名稱。除此之外,還必須在產品上貼上防偽貼紙, Premium High Speed HDMI Cable貼的是橘色仿偽貼紙,而Ultra High Speed HDMI Cable貼的是銀色的防偽貼紙。

    HDMI協會對于這個防偽貼紙的做法是相當嚴謹的,只要產品長度不同,就必須獨立送測,以獲得個別的認證和貼紙。而且廠商產品出貨時,是一個產品上就貼上一張貼紙。當消費者拿到產品后,可以下載HDMI協會開發的應用程式HDMI Cable Certification App,就可以用這個App掃描貼紙上的二維碼,就能看到這條線獲得認證的資料,包含了:廠商名稱、線材等級,以及線材長度等等。

    HDMI 2.1版本器材的能力

    那如果是一條能滿足HDMI 2.1版環境的HDMI線可以做到哪些事呢?按HDMI協會最初公告的規范,它應該有最大48Gbps的資料傳輸能力,在這樣的狀況下,它可以傳送8K/60Hz、4K/120Hz的影像。如果傳送/接收的器材有支援DSC顯示器串流壓縮技術(Display Stream Compression),那么還能將48Gbps的利用率再向上提升,最高可以達到8K/120Hz、10K/120Hz(4:2:2)等超高規格,所以你會看到有的HDMI線標示可以傳送10K,就是這樣來的。

    而在HDMI 2.1版本發布時,也增加了許多新的功能,所以你只要看到與HDMI 2.1有關的介紹時,常會見到這些名詞。例如,支援動態的HDR(Dynamic HDR),也就是HDR+或Dolby Vision。又例如:VRR可變更新率(Variable Refresh Rate)、ALLM自動低延遲模式(Auto Low Latency Mode)、QFT快速禎率模式(Quick Frame Transport)、QMS快速媒體切換(Quick Media Switching)等等,后面這四個功能主要都是在處理畫面的對應、降低延遲、防止影像的撕裂,或避免轉換時出現黑畫面等問題,主要都是游戲方面比較會用到的功能。而最后還是那句老話,必須傳送端和接收端的硬體都有支援,這些功能才能啟動。

    ARC與eARC

    講了這么多,終于要講到重點了:eARC,而要談eARC,就必須先從ARC講起。ARC是指“音頻回傳通道”(Audio Return Channel),是2009年HDMI協會提出HDMI 1.4版時所增加的附加功能。如果電視與環繞擴大機(或其它的音響器材)兩方均搭載HDMI 1.4端子(或高于HDMI 1.4版本),就可以讓電視的音效傳送給環繞擴大機,讓多聲道劇院取代電視的喇叭發聲。因為在以前,都是由AV功放傳送音效給電視,而ARC的傳送方向是反過來,所以稱為“回傳”功能。那ARC和eARC功能差在哪里呢?eARC是2017年隨著HDMI 2.1版推出時新增加的功能,它就是“增強版的音頻回傳功能”(Enhanced Audio Return Channel),能傳輸的頻寬大為增加。根據HDMI協會所釋出的資料,ARC的頻寬只有1Mbps左右,而eARC則可以達到37Mbps,這讓eARC能傳輸的音頻規格大幅提升。

    舉例來說,ARC只能傳輸“有壓縮”的5.1音頻,而eARC則可以傳輸“無壓縮”的5.1或7.1音頻。再來,eARC還可以傳送192kHz/24bit的“物件導向音效”,也就是Dolby Atmos和DTS:X。另外在功能面也有部分增強,例如在ARC的設計中“影音同步”(或稱唇形同步Lip Sync)是一個選項(Optional),而到了eARC就改成了強制執行(Mandatory),能抑制影音不同步的問題。

    ARC這個功能,原意是簡化接線,因為在它出現之前,如果要從電視傳送音效給其它的音響器材,還必須另外再接一條光纖線,而有了ARC功能就不必了,一條HDMI線就能搞定“正傳”影音與“回傳”音效。后來因為兩件事情的發展讓ARC這個功能越來越重要,其一是新版本eARC的出現,頻寬增加很多,可以傳送Dolby Atmos這類的物件導向音效,這是以往的光纖線辦不到的,讓它成了傳送音效的首選。第二就是串流影片的興起,網路電視成了播放串流影片的主要信號源,如果希望網路電視的音效更好,而且可以播放Dolby Atmos這類高規格音效,eARC就成為了必要,所以近年的網路電視、環繞擴大機、Soundbar,甚至連兩聲道音響器材,都紛紛開始支援HDMI eARC功能。

    而在這樣的發展之下,HDMI線的角色有了改變。在過往大部分3C領域中,HDMI線是影像線的角色,例如連接電腦屏幕、或傳統投影機。而在家庭影院的場合中,HDMI線如果是連接于播放機和環繞擴大機之間,它是同時傳送影像與聲音的角色。而現在,如果要透過網路電視播放串流影片,HDMI線就成了負責傳送聲音頻號給Soundbar或環繞擴大機的“聲頻線”。

    這里要值得留意的是,eARC傳送聲音時并不是用HDMI線里面的四組主要傳送通道(這四組只做正向傳送,而且內含高資料量影像信號),eARC是采用第14和第19接腳的通道。這就造成了一個現象,如果廠商在制作線材時,只注重四組主要傳輸通道,其它通道采用較差的導體,就會影響到eARC的聲音表現,所以廠商在線材制作上嚴不嚴謹,有沒有偷工減料,從eARC的表現就能看出端倪。也因此,現在已經有些Hi-End名廠推出的HDMI線會特別強調:“HDMI線內的所有通道都是采用一致的良好導體,包含eARC部分”,這就是廠商有注重到這個環節。而透過我們的實測,在eARC通道上設計嚴謹、采用優良導體的HDMI線,確實在表現串流影片音效時,能提供更為高級的效果,如果你重視串流影片的聲音品質,可以多留意標榜如此設計的線材。

    光纖HDMI線材 

    最后淺談一下光纖HDMI線。早期的HDMI線大多是采用銅線作為導體,前面說過,如果傳輸的資料量越大,HDMI線的抗衰減能力、抗干擾能力就要越強。而面對HDMI 2.1版的嚴苛環境,傳輸距離如果超過5米以上對傳統HDMI線就是很大的考驗。所以近年來,有越來越多HDMI線是采用光纖作為導體,因為光纖信號的衰減率極低,讓HDMI線的耐受長度可以大幅增長,10米、20米都沒問題,有些產品甚至標榜可以達到100米。

    這種產品的設計就跟傳統的HDMI線不一樣,在HDMI線的端子頭里面配置了光電信號轉換芯片,發射端是電轉光,接收端是光轉電,也因為如此,這種HDMI線的連接有方向性,其中一端為發射端,一端為接收端,不能接反。值得留意的是,光纖HDMI線并不是把所有的導體都光纖化,多半的作法,是把傳輸龐大資料的主要四組通道光纖化,也就是把1~12個接腳的導體改成由4條光纖來傳送,這樣就可以跑很長的距離。而除了這12個導體之外,其它導體仍然是采用傳統的銅導體居多,如果是這類設計,你就會發現HDMI線的正向傳送距離比較長,而eARC音頻回傳的距離比較短,就是這個原因。



    關鍵詞: HDMI 線材 HDMI 2.1

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