HDMI

Mamy już na naszych stronach wyjaśnienie czym jest HDCP. Niedawno zamieściliśmy interesujący artykuł na temat HDTV. Czas więc także zająć się kolejnym terminem na literkę 'H', który z dwoma poprzednimi ma wiele wspólnego.

HDMI jest skrótem od High-Definition Multimedia Interface. Jest to nowy rodzaj cyfrowego łącza audio i wideo, które ma zastąpić wszystkie inne używane dotąd przez odtwarzacze wideo, telewizory i monitory. Główną ideą jest wykorzystanie pojedynczego kabla zamiast kilku do połączenia np. odtwarzacza wideo z telewizorem. Nowy standard łącza opracowany został przez firmy Hitachi, Matsushita (Panasonic/National/Technics), Philips, Silicon Image, Sony, Thomson (RCA) i Toshiba.

Największą zaletą, którą niesie ze sobą ten standard, jest wykorzystanie cyfrowego łącza zarówno dla sygnału audio jak i wideo, zapewniając tym samym najwyższą jakość. W obecnych czasach przesyłanie sygnału audio następuje za pomocą pojedynczego kabla, ale bardzo rzadko można spotkać urządzenia takie jak odtwarzacze DVD, które wykorzystują cyfrowe łącze wideo (najbardziej popularnymi standardami są S-Video i Component Video, oba analogowe). Obecne łącze wideo nosi nazwę DVI.

Istnieją trzy podstawowe różnice pomiędzy HDMI i DVI. Po pierwsze, HDMI obsługuje wyższe rozdzielczości niż DVI, włączając w to rozdzielczości, które nie mają jeszcze komercyjnego zastosowania (teoretycznie HDMI obsługuje dwa razy wyższą rozdzielczość niż obecnie dostępna w odbiornikach HDTV). Po drugie, DVI przesyła tylko sygnał wideo, sygnał audio wymaga osobnego połączenia, podczas gdy HDMI łączy zarówno sygnał wideo jak i audio. Po trzecie, łącze HDMI jest o wiele mniejsze od DVI.

na górze DVI, na dole HDMI

HDMI jest kompatybilne z DVI i możliwe jest podłączenie urządzenia ze złączem DVI do innego urządzenia z HDMI, korzystając z kabla o końcówkach HDMI - DVI, lub specjalnej przejściówki.

Podczas przesyłania danych złączem HDMI wykorzystywany jest protokół TMDS (Transition Minimized Differential Signaling), stworzony przez Silicon Image (nadała mu ona komercyjną nazwę PanelLink), który zresztą jest także wykorzystywany przez łącze DVI.

Standard ten koduje 8 bitowe dane w 10 bitowy sygnał i przesyła je za pomocą transmisji różnicowej. Dane audio i wideo przesyłane są za pomocą trzech dostępnych kanałów danych TMDS.

Informacje wideo przesyłane są jako serie 24 bitowych pikseli - 10 bitów na cykl zegarowy. Częstotliwość zegara TMDS wynosi 165 MHz. Oznacza to, że dzięki HDMI możliwe jest przesyłanie do 165 milionów pikseli na sekundę, a przy okazji liczba ta informuje nas jaką najwyższą rozdzielczość można przesłać.

Aby zrozumieć 'zegar piksela' i jego znaczenie, weźmy dla przykładu rozdzielczość 720p, szeroko stosowaną w odbiornikach HDTV. Rozdzielczość ta w rzeczywistości wynosi 1280x720 pikseli. Mnożąc 1280 przez 720 otrzymujemy liczbę dostępnych pikseli na ekranie. Ale aby uzyskać liczbę pikseli na sekundę, czyli transfer tej rozdzielczości, musimy jeszcze pomnożyć to przez liczbę klatek na sekundę, czyli częstotliwość odświeżania. Jeśli częstotliwość odświeżania wynosi 60Hz (720p@60 Hz) potrzebujemy połączenia zdolnego przesłać 55,27 mln pikseli na sekundę, lub 55.3 MHz.

Jeśli powtórzymy obliczenia dla najwyższej rozdzielczości dostępnej obecnie, czyli 1080p (1920x1080) przy 60 MHz, okaże się, że potrzebujemy transferu na poziomie 124.4 MHz. Ponieważ standard HDMI jest w stanie przesłać 165 milionów pikseli na sekundę, jest on aż nadto wystarczający dla tej rozdzielczości.
 
Tak więc złącze HDMI obsługuje najwyższą dostępną obecnie na rynku CE (Consumer Electronics) rozdzielczość, a także wyposażone jest w tryb dual-link o częstotliwości 330 MHz, obsługujący także wyższe rozdzielczości, nie wykorzystywane jeszcze przez rynek komercyjny.

Przesyłane piksele obrazu mogą być zakodowane jako formaty RGB, YCbCr 4:4:4 lub YCbCr 4:2:2 o 24 bitach na piksel.

YCbCr jest cyfrową wersją Video Component (najczęściej używana analogowa wersja Video Component to YPbPr). Standardy te znane też są jako YUV.

'Y' oznacza luminancję (lub w uproszczeniu "lumę", która jest obrazem bez informacji o kolorze, tj. obrazem czarnobiałym), 'Cb' jest różnicą pomiędzy niebieskim a luminancją (B-Y), natomiast 'Cr' stanowi różnicę między czerwonym, a luminancją (R-Y). Trzy oznaczenia przedstawiają częstotliwość używaną do kodowania sygnałów Y, Cb lub Cr.

Liczba '4' oznacza częstotliwość 13.5 MHz, która jest wykorzystywana przez  systemy NTSC, PAL i Secam. Standard 4:4:4 oznacza, że wszystkie sygnały są przesyłane z taką samą częstotliwością. Z kolei 4:2:2, że sygnał Y jest przesyłany z częstotliwością 13.5 MHz, ale 'Cb' i 'Cr' z 6.75 MHz. Naturalnie tryb ten, mimo że często wykorzystywany, zapewnia niższą jakość obrazu.

Sygnał audio może mieć od dwóch do ośmiu kanałów dzięki częstotliwości do 192 KHz.

HDMI ma dwa rodzaje łącz: typ A, z 19 pinami oraz typ B, z 29 pinami. Drugie łącze jest większe i pozwala na korzystanie z konfiguracji dual-link, podwajającej maksymalną częstotliwość przesyłu. Dzięki łączu typu A możliwe jest osiągnięcie częstotliwości do 165 MHz, podczas gdy za pomocą łącza typu B możliwe jest uzyskanie częstotliwości do 330 MHz.

I rzecz najistotniejsza z punktu widzenia użytkowania - standard TMDS ogranicza długość kabla do około 150 centymetrów.

Urządzenia nadające wyposażone w łącza typu A mogą być podłączane do urządzeń odbierających wyposażonych w łącza typu B za pomocą kabla z wtyczką typu A na jednym końcu i wtyczką typu B na drugim. Natomiast nie jest możliwe połączenie urządzenia nadającego wyposażonego w łącze typu B z urządzeniem odbierającym wyposażonym w łącze typu A.