HDMI 1.4高速影音數位介面產品開發新挑戰
- DIGITIMES企劃
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前言：為搶佔影音介面的龍頭霸主，HDMI與Displayport間的規格角力可說是不分軒輊，但在HDMI 1.4版新規格釋出後，兩者的規格又產生更大的差距，目前看起來HDMI既具備市場用量優勢，新版介面所延伸的規格未來性又更進一步強化，至於新規格確認4Kx2K解析度為其標準支援性外，未來還可延展如雙1080p的3D畫面應用，讓未來影音產品的功能設計增添更多應用想像，但也讓未來導入產品的設計難度增加不少。
本文：
高解析度多媒體影音介面（High Definition Multimedia Interface；HDMI），目前已快速成為全球消費性電子產品的數位介面標準，從薄型電視、DVD播放器甚至是數位相機，各式影音或行動裝置，幾乎多有志一同選擇HDMI介面。在HDMI 1.4新介面規格釋出後，除釋出針對硬體小型化設計的新連接端子式樣，在相關應用所採用的線材複雜度，也較以往1條傳輸線通用的時代大為不同。
HDMI 1.4介面規範新特性
HDMI Licensing, LLC針對HDMI 1.4提眾多新變更，其中以網路介面支援最令人注目，在新版HDMI 1.4所規劃的功能中，共有7大新變革，其中1.4版整合乙太網路數據資料傳輸、雙向音源傳輸與針對車載應用市場的設計規劃，是最為重大的介面規格改變，也宣示HDMI不只限於消費性電子應用，還將狹新介面支援特性，搶攻以往相對難以攻入的新應用市場。
●HDMI乙太網通道（HDMI Ethernet Channel；HEC）
HDMI 1.4版將增加1組數據傳輸通道，藉此提供連接裝置彼此的數據雙向高速通訊支援，其應用基礎架構沿續目前應用最普遍的乙太網路協定，只要是裝置本身就有乙太網路的相關支援，就能透過HDMI 1.4的新介面實現單傳輸線就能搞定視訊、音訊、數據通信…等多重應用。
此技術可應用於多元的IP通訊應用上，擴展更多架構於HDMI傳輸的CE產品用途，例如，讓多媒體家用電腦可將網路連接資源透過單一傳輸線，提供如擴大機、BD播放機、數位電視…等裝置的上網需求，延伸其播放價值，而 HDMI Ethernet Channel還可擴展更多裝置間的通訊加值應用，為支援HDMI介面的裝置提供更多產品功能開發的無限想像。
●音源回授通道（Audio Return Channel；ARC）
Audio Return Channel設置目的在減少傳輸音源所需的纜線數量，在以往的視聽裝置連接方式，光立體聲所需的音源線就有2對，若採5.1ch的環場音效，其傳輸線更有多達6對，造成音源線材連接時的困擾。對裝置而言，線材過於繁複也會造成錯誤連接或是設備故障的原因，而HDMI透過數位化技術，將多組音源透過Audio Return Channel支援達到共用線材目的，也可善用高傳輸頻寬優勢，一次解決這個視聽設備的老問題。
●3D Over HDMI技術整合
雖然3D顯示器目前的發展趨勢仍似乎趨於停滯，市場的關注焦點仍放在整機的低價化趨勢，但HDMI提前將3D顯示應用必須面對的影像傳輸需求進行介面支援改善，例如，3D顯示資料為達到模擬錯視效果的視覺立體感，其傳輸的影像資料必須至少提升1倍，因此規劃最高支援2組1080p影像串流資訊。即便目前3D顯示應用還在起步階段，至少傳輸介面已有初步規劃，也能避免未來相關業者自創專屬傳輸介面，避免3D應用發展還得面臨介面整合的窘境。
●支持4K × 2K hi-end影音應用
4K × 2K即3,840 × 2,160＠24Hz/25Hz/30Hz或4,096 × 2,160＠24Hz，觀察其具體顯示格式會發現，其顯示解析度已經超越現有FullHD規範，這已經是非用藍光光碟不可才能負荷的內容素材。4K × 2K可以說是未來藍光影視系統的終極影音規格，此系統設定已可以達到接近Film的水準。
●提升色彩空間範圍
HDMI 1.4介面規範，將技術將支援專為數為相機設計的色彩空間描述格式，例如，Adobe RGB、AdobeYCC601、sYCC601…等，此為改善數位相機拍攝相片於HDMI終端顯示裝置的色彩呈現效果。
●Micro HDMI迷你連接器支援
全新的Micro HDMI連接器設計，會比現存的19針連接器體積縮小一倍，此為針對行動裝置縮小化的設計趨勢，讓行動裝置可以利用HDMI 1.4介面技術輸出1080p的高解析度影像。
●車載應用支援（Automotive Connection System；ACS）
HDMI自家用市場，在1.4改版後也顯露擴張不同應用市場的企圖心，其中Automotive Connection System連接系統，即是針對車載應用為主的功能設計，Automotive Connection System特殊傳輸纜線，可為車內娛樂系統提供高解析度的影音傳輸解決方案，其設計規劃同時也能負荷車內的高溫、振動、噪訊來源複雜的應用環境限制。
在車內影音系統應用方案中，其實HDMI 1.4新增的乙太網路支援規範，亦能為車用影音系統增加更多技術應用附加價值，例如，先前提過的Audio Return Channel，車內各放音單體可輕鬆利用單一線材解決多聲道音訊傳輸需求，而擴大機、中控電腦也可以透過HDMI支援的乙太網路環境，達到系統共連資訊傳輸的目的，甚至利用數位化的傳輸設計，簡化繁複的線纜配置。
呼應影音設備網路化趨勢 卻增加介面設計複雜度
HDMI Ethernet Channel為HDMI 1.4規格最大的改變，此舉雖可讓影音週邊輕鬆透過HDMI進行網路連結，例如，BD Live技術設備，以往都需透過有線或無線網路解決方案，去處理BD Live服務所需的網路連結需求，但在HDMI 1.4支援下，只要硬體對應相容，則可利用單一連線解決網路連接，甚至達到網路分享的應用目的。
可以想見的設計方式，是由電視統一連接網際網路連線資源，或由綜合擴大機為之，若要減少產品的連接複雜度，UPnP介面支援是必要設計，此舉雖在應用提供更大彈性，但也讓設計複雜度為之增加。例如，網路分享的應用機制、防火牆機制、存取權限…等設計，讓家電業者廠商可能在技術整合的部份，需要更多網通技術設計資源奧援。
但HDMI Ethernet Channel的整合，對於新興的影音應用卻有其設計必要性，例如，透過乙太網路連接DLNA設備，讓影音設備可輕鬆應用IPTV加值功能，甚或透過網路瀏覽器，檢視網路影音內容，其單一接線的解決方案，讓家電整合IT或3C應用的設計潛力增加。
數位化音源設計 增加設計與驗證成本
Audio Return Channel在HDMI 1.4也是重要改良，其特色在於單一傳輸線實現不同音源的上/下行傳輸鏈路支援，此技術在綜合擴大機的設計尤其適用。但要實現Audio Return Channel卻牽涉到整個影音系統配套設計組合的同步機制，例如，實現Audio Return Channel第一步程序就是所傳輸的音源均為已數位化的資訊，在傳輸過程中若是純粹的音訊系統，其實還不會產生同步問題，但若是用於影音觀賞用途，當影片與音效出現不同步，就很容易被使用者識破。
Audio Return Channel設計需讓系統預留針對音源的上行、下行資料保證傳輸頻寬，並透過同步化機制將影音延遲降到最低，以避免傳輸過程中出現嚴重延遲，而對影音系統而言，可能會因為成本或設計限制，當HDMI透過多裝置層層連接後，能否維持一致的影音同步要求，就會考驗HDMI介面晶片的處理實力。
而影響Audio Return Channel運作效能的關鍵，除了HDMI設備間的連接狀況外，其傳輸線品質也是一大問題，若要達到Audio Return Channel系統要求，必須所有的HDMI傳輸線都必須達到Audio Return Channel基本要求，避免傳輸過程因線材差異影響系統正常運作。
3D、4K x 2K應用 考驗HDMI傳輸線品質
在多媒體素材不斷朝多元應用趨勢發展，3D遊戲、3D家庭劇院…等應用也將是未來具備HDMI介面的影音週邊設計新挑戰，以目前方興未艾的3D顯示器技術，利用雙顯示畫面合成錯視畫面的基本原理，若3D技術要求其畫面精細度，在3D條件下仍要維持1080p的輸出水準，其結果就是HDMI必須負荷至少1倍1080p的資料傳輸量。另朝high-end家庭劇院市場開發的4K x 2K解析度支援，對於HDMI 1.4則是重點支援項目，與 3D Over HDMI同要需要在傳輸線材、連接端子就必須負荷高頻傳輸要求，在HDMI 1.4要求中，也將3D Over HDMI應用限制需採High Speed HDMI Cable連接。
HDMI線纜規格要求多 未來線材認證更趨複雜
觀察HDMI 1.3規格，其最大支援的傳輸內為1440p（即2,560 x 1,440/48bit），而HDMI 1.4目前是出的介面規格就達到4K x 2K水準（即3,840 x 2,160@24/25/30Hz或4,096 x 2,160@30Hz）、甚至是採雙1080p的3D畫面應用，另規範中還追加100Mbps的乙太網路連接支援，單一規範等於跨資通、娛樂…等應用用途。檢視4K x 2K若只是30Hz內容量，其所需頻寬上限雖僅比1440P@60Hz多增加一些，但一般業界評估，HDMI 1.4由於追加HEC channel支援，cable有重新認證的必要性，最壞的情況是多出更多專用纜線認證成本。
雖然HDMI在1.4介面規格規劃之初，即考量1.4與1.3x版本間的回溯相容需求，但以往HDMI尚未導入這麼多應用內容，HDMI線纜用途為僅作為高解析度視訊、音訊裝置間傳送介質，但在多樣功能（如網路、Audio Return Channe、 3D Over HDMI）加入的狀況下，舊款HDMI 1.3a認證的傳輸線材，雖基本影音應用傳輸支援能力不變，但若針對1.4版追加的應用可能會因此受限。新一代HDMI 1.4介面支援的傳輸線，也會衍生標準HDMI傳輸線、高速HDMI傳輸線、標準乙太網路支援HDMI傳輸線、高速乙太網路支援HDMI傳輸線與車載用HDMI傳輸線…等至少5種線材類型。
以標準HDMI傳輸線其支援低標為1080i/60Hz內容，舊有規格的傳輸線應可沿用無虞，至於高速HDMI，為支援1.4版介面的新式視訊、3D、色深度…等，以傳輸超越1080p視訊為基本要求，舊有線材支援度就會因此受限。此外，標準乙太網路、高速乙太網路、車載用HDMI設備目前相關產品幾乎沒有，也會增加生產廠商自行驗證的限制。目前線材在廠商內部驗證的條件，受限於相關支援1.4規格的硬體產品不足，自行驗證的相關設備資源有限，可能會有初期相關產品送驗的時程與難度相對提升，其生產成本亦因為用量較少而受影響。
