【专题】在2020年依然未能普及 但HDMI 2.1仍然是8K传输的过渡阶段

前文回顾

从技术发展的角度而言，我们很早就已经在讨论在1080p全高清之后，应该选择哪一个视频的发展阶段，不过显然世界出现了分歧，欧美国家主推4K，而日本则要大力发展8K，主要的原因在于东京奥运会，从而就导致了当超高清电视制作与传输的BT.2020规范之中，对于UHD超高清有两种不同的分辨率定义，包括4K和8K。如果我们只谈画质上的飞跃，实际上8K相比4K，更能凸显超高清的优势，尤其是在100英寸左右的大屏方面。不过从最终的结果来看，我们目前所走的UHD超高清发展道路，显然是4K而并非8K。但是8K其实离我们并不遥远。例如说，现在我们已经可以在国内电商平台轻松买得到大尺寸的8K电视，尽管选择的数量还是相对不多，但已经覆盖了国内外的大牌。而HDMI 2.1则是UHD超高清传输从4K走向8K的关键所在，可以真正实现一根线完成8K影音传输。
HDMI 2.1早在2017年11月就已经正式发布，并不是这两年才带来的新技术规范，按照本来的发展思路，本来今年应该普及，但从目前市场的状况来看，估计还要经历一段时间。其实在专业显示领域，作为HDMI的对手，DisplayPort早已抢先一步加入了对8K传输的支持，也就是说其实我们很早就已经能够实现8K的超高清信号传输了，只是在民用领域一直都缺乏节目源的支持，使得8K在消费电子领域的发展十分迟缓。由此可以看出，消费电子领域对8K似乎还是不够重视。
相对于HDMI 2.0b只是HDMI 2.0a与HDMI 2.0的补充修正版本，HDMI 2.1则是大幅度提升了传输的性能指标，甚至有人觉得不应该叫2.1，应该直接叫做HDMI 3.0。因为在技术上取得明显的突破，最为关键的一点在于支持传输带宽的大幅度跃升。从HDMI2.0标准的最高18Gbps骤然提升至48Gbps，能够实现更高帧率的4K超高清信号，大大强化了游戏影像方面的表现。当然传输带宽的增加也表示HDMI 2.1已经具备了8K超高清传输的要求。
不过，为什么HDMI 2.1要采用48Gbps最高传输带宽规格，而不是其他规格？主要的原因在于当我们要传输8K/60，4:2:0，12bit无压缩超高清信号的时候，我们就需要48Gbps左右的传输带宽。换句话来说，HDMI 2.1标准是专门为下一代的超高清8K传输而特别设计的，充分考虑过8K信号传输的要求。如果想要实现8K/120、4:2:2、12bit无压缩超高清信号传输，所需要的传输带宽就会达到惊人的128Gbps左右，恐怕就需要3个HDMI 2.1的接口整合在一起才有足够的带宽了。不过值得留意的一点，HDMI官方还表示，当采用DSC压缩传输技术，HDMI 2.1还能传输8K/120的高帧率信号。由此看来，对于8K传输而言，HDMI 2.1仍然属于过渡阶段，128Gbps的下一版本才是8K传输的最终选择。

在HDMI 2.1之中

不难发现高帧率变得越来越重要

在HDMI 2.1所涉及到的4K与8K传输参数之中，十分强调帧率的重要性，具体来说，HDMI 2.1支持4K 48/50/60/100/120、5K 48/50/60/100/120、8K 48/50/60/100/120、10K48/50/60/100/120。其中，5K与10K分别是4K与8K的宽屏版本，画面比例大约为2.35:1。以10K为例，垂直分辨率和8K相同，依然是4320，只不过画面的水平分辨率提升到10240。
当画面的帧率越高，我们所能看到的动态影像细节就越多。在1080p蓝光电影的年代，基本上电影大片都是采用最低的24p的帧率，画面的流畅性非常一般，特别是面对高速转换的镜头，动态画面往往是模糊不清的，甚至还会有卡顿的感觉。在如今的UHD 4K超高清蓝光电影的时代，绝大部分的电影大片还是沿用了24p的帧率，低帧率所造成的不流畅性依旧存在。不过，UHD 4K蓝光也有少数的电影开始采用60p的帧率，不管是画面的流畅性还是动态影像的清晰度都让我们留下了深刻的印象。未来8K片源，我们相信很有可能会以60p起步，部分片源与运动赛事甚至可能采用120p，让画面除了静态清晰度获得提升之外，动态清晰度与流畅性也能大幅度增强。
其实，帧率对于电竞游戏的画面呈现来说，相比清晰度要更加重要，尤其是竞技类的“车、枪、球”游戏，大大增强了游戏的可玩性。因此，电脑显示器在帧率这方面相比平板电视和家庭影院投影机要走得快许多，平板电视只有极少数可以做到120Hz刷新率，家庭影院投影机则还停留在60Hz，但目前144Hz、甚至是240Hz刷新率的电脑显示器几乎已经成为了主流标配。因此，我们认为帧率的提升将会是家用大屏显示系统未来的重点发展方向，而且在BT.2020标准之中，也加入了120p的帧率要求，也就意味着未来不管是8K平板电视，还是8K家庭影院投影机都需要想着这个目标不断前进。而从目前已经推出的几款8K电视和投影机来看，它们也开始注意到120Hz的刷新率的重要性了。

HDMI 2.1强化了HDR

8K与HDR已经是密不可分

在HDMI 2.1之中，除了强化传输信号帧率与显示设备刷新率的重要性之外，我们发现HDMI 2.1还十分强调HDR高动态范围的重要性。由于目前4K蓝光、游戏已经普遍使用HDR技术，特别是应用面最广的HDR10，不管是影音爱好者还是游戏玩家相信对HDR所带来的画面提升都会深有体会。HDR高动态范围的好处是扩大了整个画面的明暗对比，使得画面中的黑色更深沉，高光更具能量感，从而让整个画面的细节更为丰富，高光部分的色彩更加接近于我们所看到的实际色彩亮度。而且HDR还赋予了影视创作者更大的色彩空间，相比以往可以让他们加入许多更加鲜艳与浓艳的色彩，这就使得我们会在一些色域足够广的HDR平板电视与投影画面中，能看到非常能吸引我们眼球的惊人色彩。但是我们也需要注意，HDR要出好的效果对于显示设备本身的亮度和色彩性能是有一定要求的，并不是每一款支持HDR的平板电视和家用投影机都能获得好的细节与色彩表现。可能有些朋友会发现，自己的HDR显示设备打开HDR后，画面偏亮或偏暗，色彩也变得是否清淡，其实这并非是HDR效果不好，而是你本身所使用的显示设备的性能还没有达到HDR的要求。
HDMI 2.1相比以往的HDMI版本，十分强调它支持多种静态与动态HDR的解决方案。尽管HDR高动态范围技术的发展十分迅速，出现了越来越多不同的规格种类，但目前主流的HDR规格，依然是HDR10、Dolby Vision与HLG三大类型，先不谈采用混合对数算法，主要应用于电视广播领域的HLG技术，另外两种分别是静态与动态HDR技术的代表。其中，HDR10属于10bit色深的静态HDR技术，Dolby Vision则是12bit色深的动态HDR技术。现阶段，由于家庭影院投影机仅能支持HDR10与HLG两种HDR技术规格，除了少数投影机品牌特别加入了动态映射功能，绝大部分都只是采用静态HDR的处理方式。简单来说就是整部电影采用相同的动态范围标准，对于显示设备的亮度有相当高的要求，现阶段的家庭影院投影机暂时还无法达到，因此若后期调校不到位，很有可能导致高光力道不足，又或者高光层次欠缺的难题。
而动态HDR技术的优势，在于其动态范围优化的方式从整部电影，调整为每一帧的画面。换句话说就是对画面动态范围的处理变得更为细致，所得到的每一帧画面的明暗对比更为强烈，更能凸显HDR高动态范围的优势。考虑到绝大部分的电影的画面平均亮度都不高，这反而会降低平板电视和家庭影院投影机在HDR亮度方面的要求。对于8K显示设备而言，动态HDR技术相信也会成为另外一个技术发展的趋势。此外，我们还需要留意8K还将会使用更高的12bit色深标准，相比10bit整体画面所能呈现的色彩将会更加丰富，画面的色彩层次过渡也会更加平滑与自然。

HDMI 2.1加入新的HDMI线材规范

以满足8K超高清传输

对于传输线材标准，HDMI论坛早已宣布不再采用HDMI版本来标识，而是采用另外一套与传输带宽相关的标准来定义。不过这样的做法，似乎还很难普及到用户之中，目前依然大部分人对于HDMI线材的选择是通过HDMI版本来判断的。但是我们还是需要清楚地了解正规的线材版本究竟是怎样的。
对于1080/24p，4:2:2，8bit，带宽为2.23Gbps以下的信号传输，可以采用Standard(标准) HDMI线材；对于4K/24p，4:2:2，8bit，带宽为8.91Gbps以下的信号可以采用HighSpeed(高速) HDMI线材；对于4K/60p，4:2:2，10bit，带宽为17.82Gbps以下的信号可以采用Premium(高级) HDMI线材；至于48Gbps带宽以下的4K/8K/10K信号传输可以采用Ultra High Speed(超高速) HDMI线材传输。其中，Ultra HighSpeed HDMI线材还特别强调拥有超低的EMI(电磁干扰)，可减少对附近无线设备的干扰。毕竟目前越来越多的播放设备、平板电视以及AV放大器开始加入了无线传输的功能，随着无线传输带宽的不断提高，对于电磁干扰的要求就更高。
从目前的情况来看，想要实现48Gbps带宽的10米以上的长距离传输，HDMI光纤线已经成为了最佳的解决方案，当然传统HDMI线同样也可以在线身中加入放大器来实现长距离传输，此外也可以考虑采用HDMI转高速网线如(7A类线)的方式，但可能需要采用数据压缩技术处理。不过，将来若要实现8K/120p，4:2:2，12bit，带宽为128.3Gbps的超高清信号传输，从目前的技术来说，不管是哪一种HDMI线材解决方案都需要获得技术突破才能支持了。不过，未来可能还会有新的无损压缩的信号传输技术推出，解决8K高规格影音传输的难题，大家不需要太担心。

HDMI 2.1显然是充分考虑到8K游戏的优化，VRR、QMS、QFT、ALLM

HDMI 2.1相比HDMI 2.0最重要的提升毫无疑问是传输带宽达到了48Gbps，具备了传输8K/60甚至8K/120超高清信号的能力，但是我们还需要注意，其实HDMI 2.1显然是增强了对游戏方面的优化。最主要的原因在于这几年来蓬勃发展的游戏电竞市场，吸引了一大群年轻玩家和用户，可是HDMI在这方面的市场占有率明显不如DisplayPort，在一些技术上的相对落后是其中最主要的问题，例如说缺乏对高帧率的支持、不支持可变刷新率等等。
因此，HDMI 2.1终于狠下决心，首先终于开始支持VRR可变刷新频率，这种技术在电竞游戏显示器领域已经获得非常广泛的应用。由于游戏画面的帧率并非固定不变，会根据游戏场景的变换而作出调整，这时就需要显示器的刷新率也与游戏场景帧率同步变化，才能获得最流畅与不失真的动态影像。HDMI 2.1中的VRR技术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与最佳质量的影像再现，可以实现在渲染的同时发送并显示帧，不会受到任何限制，有效减少或消除游戏画面延迟、卡顿与撕裂的问题。另外，HDMI 2.1中的QFT快速帧传输功能同样也是增强显示设备刷新率的表现，但通过减低游戏和交互式虚拟现实显示的延迟来实现。
其次，QMS快速媒体切换功能可以瞬间切换显示内容的分辨率或帧率，而不会有任何显示中断，换句话来说就是彻底解决了我们在切换不同信号源令人讨厌的黑屏等待的问题，实现快速的节目源切换的问题。同样QMS也能让我们在玩游戏的过程中实现快速、无黑屏的游戏切换。这个也是HDMI 2.1标准中其中一个最为实用的功能。
另一个值得我们留意的HDMI 2.1特性就是ALLM自动低延迟模式。它可以为各种不同的娱乐应用显示的时候，自动选择理想的延迟设置，同时不会干扰观看与交互性应用，很明显这也是专门针对游戏优化的重要技术。
除此之外，HDMI2.1 还带有eARC增强型音频回传讯道功能，能够支持目前前沿的基于对象的音频规格，包括DolbyAtmos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，可以确保音频设备与HDMI 2.1设备之间的完整的兼容性。
（未完待续）

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