【专题】基本满足8K/60传输要求的HDMI 2.1规格

前文回顾

信号传输是家庭影院定制安装领域的基础环节，没有稳定的信号传输，优秀的画面与声音何从谈起。在家庭影院领域，不管是信号源设备，还是AV放大器、家庭影院投影机都是采用HDMI接口。因此，在谈起家庭影院定制安装传输标准细则的时候，我们就不能不谈最新的HDMI 2.1规格。尽管目前绝大部分的设备仍然是基于HDMI 2.0规格，但是不久的将来我们必须要满足8K/60的8K超高清传输需求，这就需要家庭影院系统中相关的设备全面升级至HDMI 2.1规格。HDMI 2.0规格与HDMI 2.1规格最大的不同之处在于传输带宽的差异，HDMI 2.0只有18Gbps带宽，可以满足现在主流的4K/60、4:2:2、10bit的4K超高清视频信号的传输，而HDMI 2.1规格则将所支持的传输带宽从18Gbps提升至48Gbps。不过，需要留意的一点，其实48Gbps的带宽仍然无法完全满足BT.2020对于8K/120高规格的超高清、高帧率的视频信号的传输要求。再加上日前HDMI在电脑显示与专业视频显示方面的竞争对手DisplayPort已经颁布最高支持77.37Gbps传输带宽的2.0规格，HDMI 2.1规格从视频传输的角度而言，有点像是过渡阶段的传输规格，相信随着更多成熟8K平板电视与家庭影院投影机的诞生，很快我们将会能够看到支持更高带宽的HDMI新规格的出现。

回顾HDMI 2.1规格诞生的原因

受到8K超高清传输高带宽要求的压力，在2018年11月HDMI论坛正式发布了新一代的HDMI2.1规格，明确指出新一代HDMI传输介面能够支持8K/60的信号传输，同时将带宽扩展为48Gbps。尽管这个最高支持的传输带宽已经被DisplayPort 2.0超过，但是目前HDMI论坛成员已经超过90家，全面覆盖了消费电子领域的众多品牌，影响力越来越大，相信即使到了8K超高清的年代，HDMI相比DisplayPort依然拥有毫无疑问的统治力。

为什么是48Gbps的带宽

整个HDMI 2.1规格中关键在于支持传输带宽的大幅度跃升。从HDMI 2.0b规格的最高18Gbps骤然提升至48Gbps，直接影响到HDMI线材需要面临更新换代，而长距离传输HDMI光纤线的优势将更加明显。为什么HDMI 2.1规格采用48Gbps最高传输带宽？因为当我们要传输8K/60p，4:2:0，12bit超高清信号的时候，我们就需要48Gbps的传输带宽。换句话来说，HDMI 2.1规格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信号传输的基本要求。那么，HDMI 2.1规格能否实现8K/120级别的超高清信号传输？这需要依靠DSC(DisplayStream Compression) 显示流压缩技术，将8K/120规格的超高清信号进行压缩传输。

更高的传输带宽要求，就需要全新的线材规范

为了解决48Gbps信号传输的问题，HDMI论坛特别推出了崭新的Ultra High Speed HDMI线材规范，能够全面支持4Kp50/60/100/120与8Kp50/60并且还加入了eARC与VRR等新的HDMI 2.1技术特点。同时Ultra High Speed 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。

必须强调的一点，对于传输线材标准，HDMI论坛已经不再采用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。对于1080/24、4:2:2、8bit，带宽为2.23Gbps以下的信号传输，可以采用Standard HDMI线材；对于4K/24、4:2:2、8bit，带宽为8.91Gbps以下的信号可以采用High SpeedHDMI线材；对于4K/60、4:2:2、10bit，带宽为17.82Gbps以下的信号可以采用Premium 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 HDMI线材传输。而根据HDMI论坛的相关资料，下一代的HDMI规格很可能直接就支持8K/120、4:2:2、12bit，带宽为128.3Gbps的超高清信号传输，而这也将会是BT.2020标准中最高规格的8K信号传输规格。因此，随着HDMI传输的带宽越来越高，未来还需要突破至128Gbps，对于HDMI线材的传输要求更高，HDMI线材要实现10米以上的长距离传输则需要持续不断的技术突破。

而从目前的情况来看，想要实现48Gbps高带宽的10米以上长距离传输，HDMI光纤线是一种不错的解决方案，同样也可以考虑采用HDMI转高速网线如(7A类线)的方式。但是未来是否传统的HDMI合金线能够通过技术的改革，加入性能更为强大的放大器实现48Gbps的8K超高清信号长距离传输，让我们拭目以待吧。另外，对于HDMI 2.1标准所支持的画面分辨率，除了8K之外，还能支持10K超高清显示。其实10K就是8K的2.35:1版本，垂直分辨率依然是4320，只不过画面的水平分辨率提升到10240。同样，HDMI 2.1标准也支持4K的宽屏版5K超高清显示，也就是5120×2160。

120Hz高帧率或刷新率是HDMI 2.1规格中的重点

在HDMI 2.1规格之中，我们可以看到8K方面的技术指标并不会单独存在，往往在后面都会加上60Hz这个数字。其实这个数字就是帧率，或者说是屏幕的刷新频率。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24Hz的帧率，主要是为了兼容胶片电影的规格。24Hz影像的特点在于拥有相当强的胶片感，但面对高速运动的影像时并不清晰，画面的流畅性一般。60Hz甚至是120Hz高帧率的影像能够有效提升高速动态影像的清晰度，尤其在体育赛事、动作电影、游戏与VR方面。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24Hz的帧率，动作大片卡顿的问题依然存在。不过我们也终于看到第一部采用60Hz帧率的电影，来自李安的《比利林恩的中场战事》，画面流畅性相信给不少影音爱好者留下了深刻的印象。其实，帧率是非常重要的衡量画面优异性的指标。而电脑显示器在这方面就比平板电视和家庭影院投影机要走得快许多，目前144Hz刷新率的显示器已经成为了电子竞技类游戏屏幕的标配，甚至高端游戏显示器已经能够达到200Hz以上的刷新率。如果你是一个游戏的发烧玩家，习惯了144Hz甚至是200Hz高刷新率的影像，回过头来看24Hz的蓝光电影，恐怕眼睛会觉得难受。在BT.2020标准之中，对于8K超高清信号是需要达到120Hz的帧率，而在HDMI 2.1标准之中最高也可以支持8K/60、4K/120的非压缩超高清传输要求。期待未来能够有更多采用高帧率拍摄的蓝光电影或影视节目的推出。

强调支持多种静态与动态HDR解决方案

除了高刷新率之外，HDMI 2.1规格更是特别强调支持多种静态与动态HDR高动态范围的解决方案。目前主流的HDR技术主要分为两大类，一是属于静态HDR技术的HDR10，一是采用元数据的动态HDR技术的Dolby Vision。HDR10与Dolby Vision已经成为了现阶段UHD 4K超高清蓝光的主流HDR技术规格，只是在家庭影院方面，暂时家庭影院投影机仅仅支持HDR10，还不能支持Dolby Vision。如果想要感受Dolby Vision的优势，对于家庭影院系统而言，还需要等待能够真正支持DolbyVision机型的出现。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。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，也就是说对于画面动态范围的处理更为细致，所得到的每一帧画面的明暗对比更为强烈，更能突显了HDR高动态范围的优势。静态HDR技术最大的问题是基于显示设备的亮度信息实现色调映射，而动态HDR技术则是基于电影中每一帧的亮度信息显示动态的色调映射，原则上来说，动态HDR技术更加适合光输出并不是那么高的投影设备，能够让投影机表现出更好的画面动态过渡。

eARC、VRR、QMS、QFT、ALLM

HDMI 2.1规格中的那些方便用户的功能

下面我们再来讲讲HDMI 2.1规格中那些便于用户使用的附加功能，尽管不像8K/60、动态HDR技术、48Gbps带宽那么引人注目，但是却同样都是十分有用的功能，包括了eARC、VRR、QMS、QFT、ALLM功能。

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，可以确保音频设备与HDMI 2.1设备之间的完整兼容性。eARC最常用到的地方是Soundbar一体化条形音箱，特别是能够支持Dolby Atmos与DTS:X这类沉浸式三维音效的Soundbar。

VRR可变刷新频率是一种专门针对电子游戏的功能，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。VRR可以搭配AMD FreeSync技术使用，让整个动态游戏画面变得更加流畅。

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问题，实现快速的节目源切换。这个对于家庭影院投影系统来说是非常有用的功能，也是HDMI 2.1规格之中最实用的功能。

QFT快速帧传输是一个减少游戏和交互式虚拟现实显示延迟问题的实用性功能。ALLM自动低延迟模式可以在各种不同的娱乐应用显示的时候，自动设置理想的延迟设置，同时不会干扰观看与交互性应用，主要也是为游戏与VR显示而设的功能。QFT和ALLM这两个功能主要应用在头戴式设备上，例如VR设备。这类头戴式设备由于用户的眼睛离显示屏的距离非常近，对于画面的延迟有很高的要求，所以HDMI 2.1规格通过这两个新功能强化了VR设备在延迟方面的表现。

（连载完）

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