HDMI 2.1 – łącze gotowe na rozwój telewizji 4K i 8K HDR

Zmiany konstrukcyjne, takie jak HDR, zwiększenie częstotliwości odświeżania obrazu do 120 Hz i przewidywane wprowadzane za kilka lat 8K, w telewizorach Ultra HD/4K i konsolach gier wymuszają zmianę w parametrach łącza HDMI, aby umożliwić przesłanie większej ilości danych. Dlatego rozwijana jest wersja standardu HDMI 2.0. W 2015 i 2016 r. dodano uzupełnienia HDMI 2.0a i HDMI 2.0b, a w styczniu 2017 r. ogłoszono specyfi kację HDMI 2.1.

Dla użytkowników sprzętu audio-wideo dużym udogodnieniem było wprowadzenie standardu HDMI, umożliwiającego przesyłanie cyfrowych sygnałów audio-wideo i danych sterujących za pomocą jednego kabla, czyli łącza HDMI (High Defi nition Multimedia Interface). Wprowadzenie telewizji Ultra HD i zmian konstrukcyjnych w wyświetlaczach 4K spowodowało konieczność wprowadzenia nowej wersji standardu – 2.1, który zwiększy możliwości wersji 2.0.

HDMI 2.1 zwiększenie przepustowości łącza do 48 Gbit/s.

Jakie użyteczne funkcje realizuje się za pomocą łącza HDMI?

W urządzeniach audio wideo praktycznie stosuje się łącza w wersji HDMI 1.4 i HDMI 2.0. Wersja HDMI 1.4 uwzględnia:

• kanał Ethernet, umożliwiający dwustronną transmisję danych z prędkością do 100 Mbit/ s bez dodatkowego kabla. Pozwala to także na udostępnianie łącza internetowego innym urządzeniom połączonym w tym standardzie i transmisję danych między nimi;
• zwrotny kanał audio (Audio Return Channel), dzięki któremu możliwe jest zarówno transmitowanie sygnałów audio z odbiornika telewizyjnego do zestawu kina domowego, jak i ich odbieranie przez ten sam kabel HDMI. Eliminuje to użycie dodatkowego kabla audio. Tak więc połączenie audio będzie działało w obie strony tylko na jednym kablu. Wejścia HDMI są oznaczane jako HDMI ARC, aby mieć pewność, że mają one tę funkcję. W menu audio łączonych urządzeń trzeba sprawdzić, czy jest ona włączona;
• możliwość wysyłania sygnałów 3D w standardzie 1080p w dostępnych formatach wyświetlania;
• obsługę rozdzielczości 4K × 2K, która umożliwia wyświetlanie obrazów o czterokrotnie większej liczbie pikseli niż w rozdzielczości 1080p;
• stosowanie znacznie mniejszego złącza mikro- HDMI do urządzeń mobilnych;
• obsługę dystrybucji sygnałów HD w pojazdach;
• obsługiwane jest 8 kanałów audio.

Funkcja CEC 2.0

W wersji HDMI 2.0 poszerzono możliwości funkcji CEC (Consumer Electronics Control), która została wprowadzona już w wersji HDMI 1.0. Dodano funkcję Dual viewing, jednoczesną obsługę czterech strumieni audio, obsługę formatu obrazu 21:9, dynamiczną synchronizację strumieni audio-wideo.

Dzięki funkcji CEC 2.0 można połączyć telewizor z kinem domowym, odtwarzaczem DVD lub Blu-Ray i sterować nimi jednym pilotem (nie tylko urządzeniami tej samej fi rmy). Firmy nadają tej funkcji własne nazwy, np. LG – SimplyLink, Panasonic – Viera Link, Philips – EasyLink, Samsung – Anynet+, Sharp – Aquos link. W urządzeniach z wersją CEC 2.0 są realizowane takie funkcje jak odtwarzanie i nagrywanie jednym przyciskiem (One Touch Play Record), przełączenie urządzenia w stan czuwania (Standby), przepuszczanie sygnałów zdalnego sterowania (Remote Control Pass Through), sterowanie systemem audio (System Audio Control). Jednym z przykładów wygodnej obsługi urządzeń audio-wideo jest podłączenie np. odtwarzacza DVD do amplitunera kina domowego, a jego do telewizora kablami HDMI. Włączenie odtwarzacza DVD spowoduje automatyczne włączenie amplitunera i wybranie wejścia DVD oraz włączenie telewizora i przesłanie sygnału AV z DVD do telewizora. Funkcja CEC nie działa automatycznie, trzeba ją znaleźć w menu ustawień łączonych urządzeń.

Dual viewing

Wprowadzenie telewizji 3D umożliwiło wykorzystanie kanałów przesyłania dwóch niezależnych strumieni wideo 3D w tym samym czasie na jednym telewizorze do realizacji funkcji Dual viewing. Dwie osoby mogą jednocześnie odbierać dwa różne obrazy przy pomocy specjalnych okularów, np. pasywnych 3D. Każda z par ma inną polaryzacje okularów, co umożliwia niezależne oglądanie obrazu z linii nieparzystych lub parzystych. Można też użyć okularów aktywnych z wbudowanymi słuchawkami (Samsung Multi View). Funkcja jest wykorzystywana w konsolach gier. Oprócz formatu obrazu 16:9 jest możliwa obsługa formatu 21:9, np. z płyt BD na telewizorach, monitorach czy projektorach tego formatu.

Multi stream audio

W tradycyjnym telewizorze możliwe jest słuchanie jednej ścieżki dźwiękowej. Zwiększenie liczby jednocześnie przesyłanych strumieni audio do 4 daje możliwość ich odbioru czterem użytkownikom (Multi stream audio). Możliwy będzie jednoczesny odbiór, np. przez słuchawki, różnych wersji dialogów fi lmowych lub odtwarzanie dwóch ścieżek audio przy korzystaniu z funkcji Dual viewing. Standard HDMI 2.0 umożliwia tworzenie dźwięku wielokanałowego 3D do 32 kanałów.

Przy przesyłaniu strumieni audio-wideo z różnych źródeł mogą występować opóźnienia miedzy nimi. Dynamiczna synchronizacja Auto Lip-Sync rozwiązuje ten problem przez dynamiczną synchronizację obu strumieni. Dla oszczędności w produkcji w urządzeniach są montowane różne wersje wejść HDMI. Z reguły w telewizorach występuje od 2 do 4 wejść HDMI, mogą być one w różnych wersjach, np. 1.4 i 2.0, i mogą różnić się funkcjami. Trzeba sprawdzać ich opisy na tylnym panelu urządzenia lub w instrukcji, np. czy obsługują ARC, CEC, kanał ethernetowy, aby uzyskać optymalne połączenie.

Uzupełnienia HDMI 2.0 – HDMI 2.0a i 2.0b

W 2015 i 2016 r. wprowadzono kolejne zmiany do standardu HDMI 2.0 – powstała wersja HDMI 2.0a. Zmiany są niewielkie, związane ze zwiększoną dynamiką obrazu – HDR (High Dynamic Range). Możliwa będzie dzięki temu transmisja metadanych HDR, aby obraz miał znacznie więcej szczegółów niż dotychczas w jasnych i ciemnych obszarach. W praktyce wiąże się to tylko z aktualizacją oprogramowania telewizorów z funkcją HDR. Oznacza to zgodność z otwartym formatem HDR10, zgodnym ze standardem CEA- 8161.3, który jest stosowany w telewizorach, projektorach, odtwarzaczach Blu-ray 4K.

Szybki rozwój standardów HDR spowodował konieczność uwzględnienia w specyfi kacji kolejnego standardu HDR – HLG (Hybrid Log Gamma). Standard HLG opracowany został przez brytyjską telewizję BBC oraz japońską NHK do obsługi transmisji telewizyjnych na żywo. Nadawcy telewizyjni mają ograniczone pasmo nadawania i jest niemożliwe nadawanie dwóch niezależnych sygnałów TV: SDR i HDR. Standard Hybrid Log Gamma umożliwia jednoczesne przesyłanie danych HDR i SDR w tym samym sygnale TV. Tradycyjne telewizory SDR zignorują metadane zwarte w sygnale, natomiast urządzenia obsługujące HDR HLG odczytają je.

Obsługę standardu HDR HLG zapewniają telewizory Panasonic z 2015 i 2016 r. W 2017 r. TCL wprowadzi tę funkcję w telewizorach z wyższych serii. Wszystkie modele telewizorów LCD i OLED marki LG oraz niektóre serie z 2016 r. będą zgodne z HLG. Także wszystkie telewizory HDR marki Samsung będą miały upgrade HLG. Uzupełnienie będzie wprowadzone także w telewizorach HDR Sony i Philipsa.

HDMI 2.1 – istotne zmiany

Istotne zmiany dotyczą standardu HDMI 2.1. Związane są z rozwojem techniki HDR, obsługą większych rozdzielczości i szybkości odświeżania obrazu. Do najważniejszych cech należą:

• zwiększenie przepustowości do 48 Gbit/s (HDMI 2.0 – 18 Gbit/s, HDMI 1.4 – 10,2 Gbit/s);
• obsługa rozdzielczości 4K/120 Hz, 8K/60 Hz;
• obsługa dynamicznych metadanych HDR;
• Game Mode VRR – obsługa zmiennej liczby klatek, wykorzystywana głównie w grach wideo, co wyeliminuje zacięcia, rozmycia i zmniejszy opóźnienia widoczne na obrazie;
• standard eARC (Enhanced Audio Return Channel), umożliwiający transmisję zwrotną dźwięku obiektowego (Dolby Atmos, DTS X).

HDMI 2.1 obsługa dynamicznych metadanych w obrazie HDR.

Kable HDMI

HDMI to najpopularniejszy kabel do przesyłania sygnałów cyfrowych wideo i audio w telewizorach, kamerach wideo, odtwarzaczach Blu-ray, DVD i nagrywarkach DVD. Sygnały audio i wideo przesyłane łączem HDMI zapewniają najlepszą jakość obrazu i dźwięku. Typowy kabel jest zakończony niewielkim płaskim wtykiem 19-stykowym. Do transmisji cyfrowych sygnałów audio i wideo jest używany protokół TMDS (Transition Minimized Differential Signaling) o dużej przepustowości danych. Dodatkowo dane są zabezpieczone przed kopiowaniem protokołem HDCP (High Bandwidth Digital Content Protection). W obu urządzeniach połączonych kablem HDMI potrzebny jest zestaw kluczy szyfrujących i dekodujących dane, aby nastąpiła transmisja danych.

Dawniej kable były produkowane dla konkretnej wersji standardu HDMI. Teraz obsługują wszystkie standardy i zostały one ujednolicone do pięciu rodzajów:

• HDMI Standard (category 1) – standardowy kabel HDMI do transmisji obrazu o rozdzielczości 1920 × 1080 i sygnałów 1080i/p, 720p;
• HDMI Standard with Ethernet – kabel standardowy z możliwością przesyłania danych sieciowych (dom i Internet);
• HDMI High Speed (category 2) – do transmisji obrazu o rozdzielczości 1080p i 4K (4096 × 2160) 60 Hz, (HDMI 2.0 18 MBit/s);
• HDMI High Speed with Ethernet – te same możliwości co High Speed, dodatkowo obsługa kanału Ethernet.
• Premium HDMI Cable Certyfication – kable, które przeszły specjalny program certfikacji zgodności z HDMI 2.0b oraz o zminimalizowanych zakłóceń EMI. Przeznaczone są dla urządzeń wideo zgodnych z wymaganiamai 4K@60Hz, BT.2020 i HDR. Zawierają specjalną etykietę z kodem QR uniemożliwiającą sprawdzenie certyfikatu.

Łącza w domowym systemie kina domowego Ultra HD HDR powinny być tego samego standardu HDMI 2.0.

Kable HDMI a urządzenia mobilne

Typowe złącze „kabla telewizyjnego” HDMI typu A ma 19 styków (15 × 5,55 mm), B – 29 styków do transmisji dwóch kanałów (tzw. dual link), natomiast mniejsze – mini-HDMI C (11,2 × 3,2 mm) i o połowę mniejsze mikro-HDMI D (6,4 × 2,8 mm) mają 19 styków i możliwość transmisji sygnału 1080p. Kabel HDMI ze złączem mini (typu C) i mikro (typu D) nadaje się do przesyłania filmów HD, dźwięku i obrazów 3D z kamery lub aparatu fotograficznego do telewizora bez używania komputera. Wtyki HDMI mogą mieć różną konstrukcję. Tam, gdzie jest mało miejsca, przydatne będą wtyki kątowe. Wygodne są wtyki łamane poziomo lub pionowo. Można dokupić sam adapter łamany, do którego dołącza się posiadany kabel HDMI. Sam kabel HDMI może mieć przekrój okrągły lub być wykonany z przewodu taśmowego.

Połączenie MHL – obraz ze smartfona na dużym ekranie

MHL (Mobile High-Definition Link) to standard pozwalający na przesłanie za pośrednictwem jednego kabla zarówno dźwięku, jak i obrazu z urządzeń przenośnych, takich jak smartfon czy tablet, do urządzeń stacjonarnych, takich jak monitory, telewizory i sprzęt audio. Podobnie jak w standardzie HDMI są możliwe:

• transmisja nieskompresowanego obrazu o maksymalnej rozdzielczości 1080p;
• przesyłanie nieskompresowanego dźwięku 8-kanałowego;
• HDCP – chronienie przesyłanych treści;
• ładowanie przenośnego urządzenia;
• do połączenia jest wymagany kabel ze złączem HDMI i mikro- -USB (typ B).

Łatwiejsze połączenia: kabel HDMI – USB typ C

Organizacja HDMI.org ogłosiła w 2016 r. specyfikację HDMI Alt Mode dla łącza HDMI – USB Type C (odpowiednik funkcji DisplayPort Alt Mode). Standard umożliwi przesyłanie sygnałów wideo z wejścia USB typu C urządzenia mobilnego, np. laptopa, do telewizora ze złączem HDMI. W trybie HDMI Alt Mode obsługiwany jest pełny zakres funkcji HDMI 1,4b, takich jak:

• rozdzielczość do 4K;
• Audio Return Channel (ARC);
• 3D (HD i 4K);
• HDMI Ethernet Chanel (HEC);
• Consumer Electronic Control (CEC);
• Deep Color, x.v.Color;
• obsługa HDCP 1.4 i HDCP 2.2.

Takie kable zgodne z HDMI Alt Mode nie wymagające konwerterów lub adapterów pokazała na tragach CES firma Cypress Semiconductors Corp.. Zawierają one kontrolery Cypress EZ-PD USB-C umożliwiające przesyłanie sygnałów z urzadzeń z wyjściami USB-C do wyświetlaczy HD i 4K. Kable HDMI-USB typu C mają się pojawić w 2017 r.

Przy kupowaniu urządzeń wideo warto sprawdzać, jakiego standardu mają złącza HDMI. W telewizorach Ultra HD są stosowane HDMI 1,4 i HDMI 2.0.

Przy łączeniu kilku urządzeń, np. odtwarzacza Blu-ray 4K, amplitunera kina domowego 4K i telewizora 4K HDR, wszystkie połączenia powinny być wykonywane złączami HDMI 2.0, wtedy otrzymamy optymalny obraz z efektami HDR. HDMI 2.1 to standard przyszłości, które jego funkcje zostaną wykorzystane przez producentów TV zobaczymy w przyszłości.