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HDMI 2.1HDMI线材线材

关于UHD | 正确认识HDMI线材和HDMI 2.1规格

影音新生活 4K/UHD 超高清 2022-06-08 2,766 0
关于UHD | 正确认识HDMI线材和HDMI 2.1规格-影音新生活

HDMI线是家庭影院里面最重要的传输线材,既能传送影像也能传送音频。但是HDMI线也是最难懂的一种线材,尤其和传统的影像线、声频线相比,HDMI线的结构和用法更为复杂,许多影音玩家对于HDMI线的认识一知半解,再加上厂商在介绍HDMI线产品时的说法不一、标示各异,更容易加深很多人对HDMI的误解,本文希望能透过浅显的文字,把HDMI线与HDMI 2.1规格的来龙去脉说清楚。

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其实并没有HDMI 2.1版本的线材

首先第一个观念,HDMI“线”本身并没有2.0版、2.1版这样的分别,它其实就是一个单纯的物理性传输通道。除非是特殊设计,否则一般的HDMI线接头里面并没有芯片,也没有协定。而在HDMI线身里面共有19条传输通道,如果你检视HDMI的接头就会看到有19个针脚,每一个针脚就是一个传输通道,这一点从HDMI线推出以来都是一样的,并没有产生过变化。

那所谓的HDMI版本是怎么回事呢?HDMI版本的意义在于:播放信号源(例如蓝光播放机)所配置的HDMI传送芯片,和接收装置(例如电视机)所配置的HDMI接收/处理芯片是什么版本。举例来说,HDMI2.1版的规范中支援8K/60Hz影像,想要让它实现,就必须是蓝光机和电视机都搭载2.1版的HDMI芯片,才有可能实现8K/60Hz影像的传送。只要任何一方的版本不足,就不可能传送8K/60Hz。HDMI线在其中只是扮演信号传输通道的角色而已。

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更详细一点来说,HDMI里面有一个通道是负责EDID(Extended Display Identification Data),也就是传送端和接收端的辨识功能,也就玩家所俗称的器材“握手”,握手成功之后,才会决定传输的模式、频宽、和支援哪些功能。那HDMI线怎么传送资料呢?在HDMI内部的19条通道当中,有四“组”是负责主要大量影音资讯的传送,这四组是每3个通道为一组(例如通道1-3为一组),所以四组就占去了里面的12条通道,而这12条通道也就是所谓的高速传输通道。而剩下的7条通道是用来做其它功能的,例如前述的EDID握手辨识、HDCP版权保护机制、CEC连动控制,以及本次要探讨的ARC/eARC音频回传通道等等。

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那如果HDMI线的物理结构(通道数量)都不变,为什么随着HDMI版本的提升,HDMI线可以传输更大量的资料呢?这是因为HDMI传送和接收芯片的版本越高,就会采用越先进的压缩和传送技术。

举例来说,在HDMI 2.1版之前,它的四组主要传送通道是采用TMDS最小化传输差分信号技术(Transition Minimized Differential Signaling)。而在HDMI 2.1版之后,改成了新的FRL(Fixed Rate Link)技术,每一组采用FRL技术的通道能传送的资讯量可以是6、8、10和12Gbps,四组相加之后,HDMI 2.1的传输速率就可以有24、32、40和48Gbps四种,我们常见的“HDMI 2.1标榜最高传输率为48Gbps”就是这样来的。

所以说,如果有一条HDMI线,是在1.4版时代生产的,但因为做工良好,在面对HDMI 2.1版的环境时,理论上是可以正常工作的。那为什么我们还要在意HDMI线的品质呢?因为这是理论上,在实际状况中,当HDMI线要传送越大量的资料,它的抗衰减能力和抗干扰能力就要越好,否则就可能出现掉资讯、或传输失败的情形,换言之,HDMI线设计的越好、用料越好,越能经得起新版本、高资料量环境的传输考验。

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所以这样看下来,你就知道HDMI线本身是没有2.0、2.1这样的版本分别的,所以严格来讲,并没有所谓的HDMI 2.1线或HDMI 8K线这样的类别,有的厂商会这样标示,纯粹是为了方便消费者看懂、容易辨识而已。

而HDMI协会对于HDMI线有一套它自己定立的规范,不是用版本,而是用等级,大致有以下等级:

  • High Speed HDMI Cable: 也就是透过HDMI协会实测,证明可以满足10.2Gbps频宽,也就是能对应HDMI 1.4版的环境。此时的环境已经能对应4K,不过只有30Hz画面更新率。
  • Premium High Speed HDMI Cable:也就是透过实测,证明可以满足18Gbps的频宽,也就是能对应HDMI 2.0版的环境。
  • Ultra High Speed HDMI Cable:也就是透过实测,证明可以满足48Gbps的频宽,也就是可以对应HDMI 2.1版的环境。
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而上述这些线又分成:有没有带“网路通道”(HDMI Ethernet Channel),有网路通道者,就是指在上述的四组主要传输通道之外,还有通道可以专责进行网路资讯传输的任务。而“网路通道”的功能也是信号源端和接收端的器材都支援,才能够启动。那HDMI线这么复杂,一般消费者怎么辨识呢?为此,HDMI协会开发了专门的认证机制,以Premium High Speed HDMI Cable和Ultra High Speed HDMI Cable来说,当HDMI线通过测试、获得认证之后,产品必须在盒面标示线材的等级名称,同时必须在线身上打印产品的等级名称。除此之外,还必须在产品上贴上防伪贴纸, Premium High Speed HDMI Cable贴的是橘色仿伪贴纸,而Ultra High Speed HDMI Cable贴的是银色的防伪贴纸。

HDMI协会对于这个防伪贴纸的做法是相当严谨的,只要产品长度不同,就必须独立送测,以获得个别的认证和贴纸。而且厂商产品出货时,是一个产品上就贴上一张贴纸。当消费者拿到产品后,可以下载HDMI协会开发的应用程式HDMI Cable Certification App,就可以用这个App扫描贴纸上的二维码,就能看到这条线获得认证的资料,包含了:厂商名称、线材等级,以及线材长度等等。

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HDMI 2.1版本器材的能力

那如果是一条能满足HDMI 2.1版环境的HDMI线可以做到哪些事呢?按HDMI协会最初公告的规范,它应该有最大48Gbps的资料传输能力,在这样的状况下,它可以传送8K/60Hz、4K/120Hz的影像。如果传送/接收的器材有支援DSC显示器串流压缩技术(Display Stream Compression),那么还能将48Gbps的利用率再向上提升,最高可以达到8K/120Hz、10K/120Hz(4:2:2)等超高规格,所以你会看到有的HDMI线标示可以传送10K,就是这样来的。

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而在HDMI 2.1版本发布时,也增加了许多新的功能,所以你只要看到与HDMI 2.1有关的介绍时,常会见到这些名词。例如,支援动态的HDR(Dynamic HDR),也就是HDR+或Dolby Vision。又例如:VRR可变更新率(Variable Refresh Rate)、ALLM自动低延迟模式(Auto Low Latency Mode)、QFT快速祯率模式(Quick Frame Transport)、QMS快速媒体切换(Quick Media Switching)等等,后面这四个功能主要都是在处理画面的对应、降低延迟、防止影像的撕裂,或避免转换时出现黑画面等问题,主要都是游戏方面比较会用到的功能。而最后还是那句老话,必须传送端和接收端的硬体都有支援,这些功能才能启动。

ARC与eARC

讲了这么多,终于要讲到重点了:eARC,而要谈eARC,就必须先从ARC讲起。ARC是指“音频回传通道”(Audio Return Channel),是2009年HDMI协会提出HDMI 1.4版时所增加的附加功能。如果电视与环绕扩大机(或其它的音响器材)两方均搭载HDMI 1.4端子(或高于HDMI 1.4版本),就可以让电视的音效传送给环绕扩大机,让多声道剧院取代电视的喇叭发声。因为在以前,都是由AV功放传送音效给电视,而ARC的传送方向是反过来,所以称为“回传”功能。那ARC和eARC功能差在哪里呢?eARC是2017年随着HDMI 2.1版推出时新增加的功能,它就是“增强版的音频回传功能”(Enhanced Audio Return Channel),能传输的频宽大为增加。根据HDMI协会所释出的资料,ARC的频宽只有1Mbps左右,而eARC则可以达到37Mbps,这让eARC能传输的音频规格大幅提升。

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举例来说,ARC只能传输“有压缩”的5.1音频,而eARC则可以传输“无压缩”的5.1或7.1音频。再来,eARC还可以传送192kHz/24bit的“物件导向音效”,也就是Dolby Atmos和DTS:X。另外在功能面也有部分增强,例如在ARC的设计中“影音同步”(或称唇形同步Lip Sync)是一个选项(Optional),而到了eARC就改成了强制执行(Mandatory),能抑制影音不同步的问题。

ARC这个功能,原意是简化接线,因为在它出现之前,如果要从电视传送音效给其它的音响器材,还必须另外再接一条光纤线,而有了ARC功能就不必了,一条HDMI线就能搞定“正传”影音与“回传”音效。后来因为两件事情的发展让ARC这个功能越来越重要,其一是新版本eARC的出现,频宽增加很多,可以传送Dolby Atmos这类的物件导向音效,这是以往的光纤线办不到的,让它成了传送音效的首选。第二就是串流影片的兴起,网路电视成了播放串流影片的主要信号源,如果希望网路电视的音效更好,而且可以播放Dolby Atmos这类高规格音效,eARC就成为了必要,所以近年的网路电视、环绕扩大机、Soundbar,甚至连两声道音响器材,都纷纷开始支援HDMI eARC功能。

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而在这样的发展之下,HDMI线的角色有了改变。在过往大部分3C领域中,HDMI线是影像线的角色,例如连接电脑屏幕、或传统投影机。而在家庭影院的场合中,HDMI线如果是连接于播放机和环绕扩大机之间,它是同时传送影像与声音的角色。而现在,如果要透过网路电视播放串流影片,HDMI线就成了负责传送声音频号给Soundbar或环绕扩大机的“声频线”。

这里要值得留意的是,eARC传送声音时并不是用HDMI线里面的四组主要传送通道(这四组只做正向传送,而且内含高资料量影像信号),eARC是采用第14和第19接脚的通道。这就造成了一个现象,如果厂商在制作线材时,只注重四组主要传输通道,其它通道采用较差的导体,就会影响到eARC的声音表现,所以厂商在线材制作上严不严谨,有没有偷工减料,从eARC的表现就能看出端倪。也因此,现在已经有些Hi-End名厂推出的HDMI线会特别强调:“HDMI线内的所有通道都是采用一致的良好导体,包含eARC部分”,这就是厂商有注重到这个环节。而透过我们的实测,在eARC通道上设计严谨、采用优良导体的HDMI线,确实在表现串流影片音效时,能提供更为高级的效果,如果你重视串流影片的声音品质,可以多留意标榜如此设计的线材。

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光纤HDMI线材

最后浅谈一下光纤HDMI线。早期的HDMI线大多是采用铜线作为导体,前面说过,如果传输的资料量越大,HDMI线的抗衰减能力、抗干扰能力就要越强。而面对HDMI 2.1版的严苛环境,传输距离如果超过5米以上对传统HDMI线就是很大的考验。所以近年来,有越来越多HDMI线是采用光纤作为导体,因为光纤信号的衰减率极低,让HDMI线的耐受长度可以大幅增长,10米、20米都没问题,有些产品甚至标榜可以达到100米。

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这种产品的设计就跟传统的HDMI线不一样,在HDMI线的端子头里面配置了光电信号转换芯片,发射端是电转光,接收端是光转电,也因为如此,这种HDMI线的连接有方向性,其中一端为发射端,一端为接收端,不能接反。值得留意的是,光纤HDMI线并不是把所有的导体都光纤化,多半的作法,是把传输庞大资料的主要四组通道光纤化,也就是把1~12个接脚的导体改成由4条光纤来传送,这样就可以跑很长的距离。而除了这12个导体之外,其它导体仍然是采用传统的铜导体居多,如果是这类设计,你就会发现HDMI线的正向传送距离比较长,而eARC音频回传的距离比较短,就是这个原因。

 

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