Existem algumas mudanças radicais no HDMI 2.1, a atualização mais recente da especificação HDMI . O HDMI 2.1 oferece suporte a resoluções de vídeo mais altas e taxas de atualização mais rápidas, incluindo 4K 120, 8K 60 e até 10K, bem como formatos HDR dinâmicos, aumentando a largura de banda do cabo de 18 Gbps do HDMI 2.0 até 48 Gbps e além. Mas o que permite o aumento de largura de banda e desempenho do HDMI 2.1?
Neste artigo, explicarei as alterações da camada física HDMI 2.1 e os esquemas de compactação. Também detalharei como verificar a qualidade do sinal HDMI 2.1.
HDMI 2.1 apresenta duas vezes as resoluções horizontal e vertical de 4K. Ele também oferece taxas de quadros mais altas do que as versões HDMI anteriores. O Suporte para maiores resoluções e taxas de quadros permite que o HDMI 2.1 produza 4K a 120 Hz, 8K a 60 Hz e vídeo de 10K.
O HDMI 2.1 também oferece suporte aos espaços de cores mais recentes, como BT.2020, com 10 ou mais bits por cor e taxas de quadros mais altas em vídeo de resolução 8K não compactado a 60 quadros (4:2:0) por segundo e vídeo 4K a 120 quadros ( 4:4:4) por segundo.
As resoluções que usam a tecnologia Display Stream Compression (DSC), como 8K a 120 Hz e 10K a 120 Hz, estão disponíveis apenas no modo de link de taxa fixa de largura de banda (FRL). Explicarei isso mais em uma seção posterior.
Figura 1 -
demonstração de resolução 8K
www.hdmi.org
Figura 2 -
Resoluções compatíveis com HDMI 2.1
www.hdmi.org
As resoluções marcadas com um asterisco na Figura 2 usam o Display Stream Compression. A tecnologia DSC transmite o quadro de vídeo do codificador de origem e, em seguida, a imagem compactada é dividida em fatias (dados compactados DSC). Cada fatia é uma partição codificada independentemente. Após a divisão, cada fatia é decodificada na extremidade do coletor. A Figura 3 explica como o DSC funciona.
Figura 3 -
Explicação da compressão DSC
A tecnologia de sinalização diferencial minimizada por transição (TMDS) é usada para transmitir dados seriais de alta velocidade. A Silicon Image Inc., membro do Digital Display Working Group, desenvolveu o TMDS em 1999. O protocolo PanelLink TMDS foi usado pela primeira vez com DVI e depois adicionado ao HDMI. Hoje, HDMI 2.0 e todas as versões HDMI anteriores usam TMDS. O diagrama abaixo mostra como HDMI usa TMDS para transmitir diferentes tipos de dados.
Figura 4 -
Diagrama de blocos da camada física HDMI
https://www.ti.com/lit/pdf/slla367
O HDMI TMDS usa os canais 0 e 1, bem como as pistas 2 e 3 para transmitir áudio digital, vídeo e dados auxiliares. A faixa 4 é o canal de relógio TMDS que não transmite nenhum áudio, vídeo ou dados. Relógio TMDS é uma referência de frequência para recuperação de dados nos três canais de dados TMDS (canais 0, 1 e 2). Este relógio TMDS normalmente é executado na taxa de pixel de vídeo.
HDMI 2.1 não usa TMDS. Ele usa o novo esquema de codificação FRL. Por meio do Link Training, a tecnologia FRL do HDMI 2.1 pode usar três ou quatro faixas de 3 Gbps por faixa a 12 Gbps por faixa para uma taxa de bits composta máxima de 48 Gbps. A codificação TMDS pode usar apenas três pistas. O HDMI 2.1 é compatível com as especificações HDMI anteriores, portanto, o FRL possui um modo de três pistas. Na tabela 1, você pode ver todas as larguras de banda das taxas de link da pista FRL.
| Tabela 1 - Taxas de link de pista FRL | |||
|---|---|---|---|
| Número de pistas | Taxa Fixa por Faixa | Largura de banda total (esperada) | Carga útil máxima |
| 3 | 3 Gbps | 9 Gbps | 9 Gbps x (16/18) = 8 Gbps |
| 3 | 6 Gbps | 18 Gbps | 18 Gbps x (16/18) = 16 Gbps |
| 4 | 6 Gbps | 24 Gbps | 24 Gbps x (16/18) = 21,33 Gbps |
| 4 | 8 Gbps | 32 Gbps | 32 Gbps x (16/18) = 28,44 Gbps |
| 4 | 10 Gbps | 40 Gbps | 40 Gbps x (16/18) = 35,56 Gbps |
| 4 | 12 Gbps | 48 Gbps | 48 Gbps x (16/18) = 42,67 Gbps |
Figura 5 -
Estrutura de sinal do diagrama HDMI 2.1
Tecnologia Keysight
https://www.keysightevent.com/b4
O FRL não requer um canal de clock como o TMDS. O relógio está embutido na pista data3 (Figura 5), e suas informações são extraídas pelo clock data recovery (CDR). CDR é o processo de extrair informações de tempo de um fluxo de dados seriais.
Antes do HDMI 2.1, cada canal TMDS executava uma sequência de 10 bits. A codificação TMDS é baseada em um algoritmo de 8 a 10 bits. Esse algoritmo é apenas 80% eficaz porque cada caractere de 10 bits contém 8 bits de dados de pixel. O 9º e o 10º bits são os únicos bits de codificação.
HDMI 2.1 usa codificação FRL 16b/18b que é 88,8% eficaz. A melhor codificação do 2.1 aumenta a taxa de transferência de dados de vídeo em 9% em relação à codificação 8b/10b.
Figura 6 -
esquema de codificação 16b/18b
Laboratórios Granite River
https://graniteriverlabs1-my.sharepoint.com/:b:/g/personal/qanderson_graniteriverlabs_com/Ed3zyf3gv5RLu1ByzSgNcAMBpGezu-WpUkenA7zUQq66iA?e=qxjkLK
Aqui está uma tabela que lista as diferenças entre os sinais HDMI :
| Tabela 2 - Tabela de resumo do sinal HDMI | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| Versão HDMI | |||||
| 1.0–1.2a | 1.3–1.3a | 1.4–1.4b | 2.0–2.0b | 2.1 | |
| Data de lançamento | Dez 2002 (1,0) | junho de 2006 (1.3) | junho de 2009 (1.4) | Set 2013 (2.0) | Nov-2017 |
| Maio de 2004 (1.1) | novembro de 2006 (1.3a) | Março de 2010 (1.4a) | abril de 2015 (2.0a) | ||
| Ago 2005 (1.2) | Out 2011 (1.4b) | Março de 2016 (2.0b) | |||
| Dez 2005 (1.2a) | |||||
| Especificações de sinal | |||||
| Taxa Máx. de Bits de Transmissão (Gbit/s) | 4.95 | 10.2 | 10.2 | 18 | 48 |
| máx. Taxa de dados (Gbit/s) | 3.96 | 8.16 | 8.16 | 14.4 | 42.6 |
| máx. Taxa de caracteres TMDS (MHz) | 165 | 340 | 340 | 600 | N / D |
| Canais de Dados | 3 (*) | 3 (*) | 3 (*) | 3 (*) | 4 (**) |
| Esquema de Codificação | TMDS 8b/10b | TMDS 8b/10b | TMDS 8b/10b | TMDS 8b/10b | FRL 16b/18b |
| Eficiência de Codificação | 80% | 80% | 80% | 80% | 88.80% |
| Compressão | - | - | - | - | DSC 1.2 (***) |
| * D0, D1, D2 | |||||
| ** L0, L1, L2, L3 | |||||
| *** HDMI 2.1 incorpora compressão de link VESA DSC 1.2a. Para mais informações sobre DSC, clique https://www.unigraf.fi/resource/fec-dsc/ | |||||
A qualidade de um sinal HDMI Clock-Data pode ser determinada usando um teste de máscara. No traçado do Teste de máscara, deve haver uma forma de olho aberto que evite a área de limite da máscara de olho azul onde ocorre a degradação do sinal que pode levar a erros de imagem. Dê uma olhada na Figura 7 para ver a “abertura do olho” ou região de dados válidos, que atende aos limites de abertura dos olhos, conforme definido na especificação HDMI 2.1.
Figura 7 -
Teste de diagrama de olho de dados com quatro faixas a 48 Gbps
A especificação HDMI 2.1 é uma nova arquitetura que oferece uma experiência AV de alta qualidade. A principal razão pela qual ele é capaz de produzir um vídeo melhor do que as especificações anteriores é que ele elimina a tecnologia DVI para abranger as quatro pistas completas do FRL.
engenheiro de produção
George Liu tem 12 anos de idade. experiência na indústria de cabeamento, dados e conectividade de vídeo. Como gerente de projetos e produtos da Black Box, ele trabalha diretamente com fornecedores OEM nacionais e internacionais no lançamento de novos produtos. George é certificado como PMP e CQE e é candidato a mestrado no programa de gerenciamento industrial da National Taiwan University of Science and Technology.
