影音百科之HDMI篇 标准/带宽/规格

继索尼PS5、微软Xbox Series之后，天龙、马兰士于近期陆续宣布，将在年内推出首批支持8K音视频信号输入，并配置HDMI2.1接口的新款AV放大器，可实现8K/120Hz、8K/60Hz的视频信号直通。虽然HDMI2.1标准早在2017年就发布了，此前也有配备HDMI2.1接口的电视问世，但个人感觉好像直到最近才有一种标准落地的真实感。再加上新一代H.266VVC通用视频编码标准的发布让4K/8K资源的传输效率更高，也将促进HDMI2.1标准的普及速度，或许很快我们就可以在家中配齐一套支持HDMI2.1接口的信号源、功放和显示设备的家庭影院，来观看8K内容了。而此时距离HDMI1.0标准的发布，已经过去了将近18年。

天龙、马兰士于近期陆续宣布，将在年内推出首批支持 8K 音视频信号输入，并配置 HDMI2.1 接口的新款 AV 放大器

HDMI标准发展史

2002年12月9日，由日立、松下、飞利浦、Silicon Image、索尼、汤姆逊、东芝七家公司组成的HDMI高清多媒体接口组织式发布了HDMI 1.0版标准。彼时HDMI的传输带宽为4.95Gbps，支持1080p全高清分辨率和Rec.709色域，音频方面支持8声道的PCM、24bit/192kHz格式。和更早之前的DVI相比，HDMI最明显的优势是能同时传输影像和音频信号，播放器和显示设备之间只需要一条HDMI连接即可，不仅提高了音视频传输的质量，而且大大简化了器材之间的连接方式。凭借着堪称革命性的优势，HDMI迅速扩张自己的势力，短短几年内就在大量家庭和个人娱乐相关的产品上占据一席之地。尽管成为HDMI论坛的会员、使用HDMI接口需要缴纳费用，但目前HDMI论坛仍然拥有来自全球各地和多个行业的超过90家公司会员，几乎所有的家庭/个人音视频设备都配备HDMI接口，比如电脑、电视、投影机、游戏机、播放机等等。可以说，我们已经离不开HDMI了。

HDMI 接口共有 19 个脚位

而在这么多年的发展历程中，HDMI之所以能牢牢占据着庞大的市场份额，以几乎无敌的姿态立足消费级传输标准领域，最主要的原因在于始终保持自我更新能力。以下我们简单回顾一下HDMI标准的主要发展历程:

一下HDMI标准的主要发展历程:

2002年，HDMI1.0标准发布。

2004年，HDMI 1.1标准宣布支持DVD-Audio格式。

2005年，HDMI 1.2标准新增对DSD无损格式的支持。

2006年， HDMI 1.3版本将带宽增加至10.2Gbps，支持xvYCC广色域、Dolby TrueHD和DTS-HD MA等音频格式。之后又陆续推出1.3a、1.3b、1.3b1、1.3c等小更新的标准。

2009年，HDMI 1.4标准问世，首次支持4K 30p、3D格式和ARC功能。

2013年，HDMI 2.0标准将带宽提升至18Gbps，支持4K 60p并兼容Rec.2020色深。音频方面开始支持32声道格式。

2015年，HDMI 2.0a标准开始支持HDR高动态范围技术，HDMI2.0b则新增了对HLG的支持。

2017年，HDMI2.1标准一下子将带宽增加到48Gbps，支持8K/60Hz、4K/120Hz格式和动态HDR技术。

微软Xbox Series 和索尼PS5是首批支持HDMI2.1接口的游戏主机

迎合8K时代的HDMI2.1标准

一般来说，标准总是先于产品，但标准的更新让我们可以展望未来的发展趋势。虽然目前HDMI2.1还未普及，市面上的产品普遍配备的都是HDMI2.0接口，但HDMI2.1标准发布时还是让人感到相当振奋。因为HDMI2.0标准的18Gbps最高只能传输4K/60Hz/4:2:2/10bit的视频信号，无法应对将要到来的8K时代。而拥有48Gbps带宽的HDMI2.1标准就不一样了，基本可以胜任8K/60Hz/4:2:0/12bit规格的信号传输，只是需要利用DSC压缩传输技术才能传输8K/120Hz规格的视频。除了带宽之外，HDMI2.1标准还强化和新增了几个实用的功能，比如eARC增强型音频回传讯道功能、VRR可变刷新频率、QMS快速媒体切换功能和QFT快速帧传输功能等。其中eARC增强型音频回传讯道功能是已有ARC功能的强化版，最高支持杜比全景声和DTS:X等三维沉浸式音效，以及未压缩的5.1、7.1以及最高32通道的未压缩音频信号的回传，对于Soundbar等产品而言非常实用。VRR可变刷新频率如名称所示，可通过不断改变刷新频率将视频源与显示设备同步，从而带来更加流畅的观看体验，有效减少或消除游戏画面延迟、卡顿与撕裂的问题。至于QMS快速媒体切换功能，简单来说，它可以解决信号源切换时的黑屏问题，改善使用体验。另外还有QFT快速帧传输和ALLM自动低延迟模式这两个特别针对VR设备的功能，它们的主要作用还是在于减少画面延迟，带来更好的佩戴和游戏体验。

HDMI2.1 标准一下子将带宽增加到 48Gbps，支持 8K/60Hz、4K/120Hz 格式和动态 HDR 技术

相比于前一代标准，HDMI2.1 标准新增对动态 HDR 技术、eARC 增强型音频回传讯道功能、VRR 可变刷新频率等的支持

采用与带宽、视频规格相关的标准来标识HDMI线

在HDMI2.1标准公布的同时，HDMI论坛还同时推出了崭新的Ultra High Speed HDMI线材规范，并在2020年初宣布了“超高速HDMI认证”标签这一新的认证和验证措施，任何长度的线材均须通过HDMI授权测试中心（ATC）的认证测试，才能获得认证。通过认证后，包装上将粘贴“超高速 HDMI 认证”标签，表明其符合HDMI 2.1标准，以方便消费者辨别。说起来，目前HDMI论坛已经不再采用HDMI版本来标识线材了，而是采用另外一套与传输带宽、视频规格相关的标准来区分，比如：

Standard HDMI线材：可满足1080p/24Hz/4:2:2/8bit，带宽为2.23Gbps以下的信号传输；

High SpeedHDMI线材：适用于4K/24Hz/4:2:2/8bit，带宽为8.91Gbps以下的信号；

Premium HDMI线材：可传输4K/60Hz/4:2:2/10bit，带宽为17.82Gbps以下的信号；

Ultra High Speed HDMI线材：适用于48Gbps带宽以下的4K/8K/10K信号传输。

eARC 增强型音频回传讯道功能支持包括 Dolby Atmos 与 DTS:X，以及未压缩的 5.1、7.1以及最高 32 通道的未压缩音频信号的回传

HDMI铜线和光纤线各有优劣

可以看到，从HDMI1.0到HDMI2.1，带宽越来越大，可传输的数据总量也成倍增加。相应地，对线材的传输能力提出了越来越高的要求。传统HDMI铜线的传导性基本是由铜线的数量决定的，铜线越多，传导性越好，也就意味着，当带宽增加时，铜线的大小和重量也必然随之增加。这还是不是最大的问题，HDMI铜线的“致命伤”在于它无法长距离传输，一旦距离超过10米，就会产生损耗，可能会导致信号丢失或分辨率下降等问题。带宽越大，传输距离越短。对于面积较大的私人影院或商业、办公场所来说，HDMI铜线的适用性变得越来越弱。

所以，HDMI光纤线取代HDMI铜线是大势所趋。HDMI光纤线基本都采用光纤加铜线的架构，以铜线导电，以光纤传输信号，从信号源到显示设备需要经历两次光电转换。它的优点是光纤本身非常纤细轻巧，线材的重量大大减轻，而且光纤传导每千米的损耗几乎可以忽略不计，解决了HDMI线长距离传输的难题。目前市面上的HDMI光纤线往往能把长度做到100米，如果通过HDBaseT，超过300米都有可能。但这并不意味HDMI光纤线是完美无缺的，因为内置光电转换电路，所以线材本身耗电，如果导致电压降低的话，会影响画质，比如画面看起来不够鲜艳、对比度降低或噪点明显增加等等，转换电路要是温度过高，线材的稳定性也会受到影响。HDMI铜线就不会有上述这些问题。在兼容性方面，铜线也比光纤线更好。总之，铜线和光纤线各有优劣，我们完全没有必要去盲目贬低铜线或神化光纤线。就算8K时代真正到来，HDMI光纤线是否一定会取代铜线，也还是一个未知数。

虽然HDMI2.1标准支持48Gbps带宽，但要传输如8K/120Hz等高规格的信号时，还是需要使用DSC压缩传输技术（表格中标红的规格）

和铜线相比，HDMI光纤线更加纤细轻巧，而且能传输更长的距离

常被忽略又至关重要的兼容性问题

最后，说一说HDMI线材的兼容性问题。有人将兼容性比喻成投影机的镜头盖。不管播放器、投影机、线材和播放的内容规格多高，不把投影机盖子打开，是出不了画面的。也就是说，当线材的兼容性出现问题时，带宽再高也无济于事。有些光纤线在这两台设备上可以正常使用，在另外两台设备上可能就会出现问题，或者说前两个月很稳定，第三个月开始有大大小小的毛病，这些都是兼容性惹的祸。我们日常生活中遇到的很多音画问题其实都和线材的兼容性或操作、施工不当息息相关（以设备和线材本身没有质量问题为前提）。这里简单举几个常见的例子，并给出解决问题的建议。

1. 画面跳帧/出现雪花。可以考虑先降带宽，把画面规格降低。注意，如果4K画面出不了，而1080p出画面的话，不一定是带宽的问题，有时候是握手协议的问题，基本可以判断投影机只认HDCP 1.4协议，不认HDCP 2.2协议。如果播放的是一些没有HDCP 2.2.保护机制的演示片，也有可能会出现类似的问题，比如光看播放器的菜单界面没问题，电影内容一出来，画面就跳帧，就是HDCP 2.2的兼容出现问题了。

2. 系统只出画面，不出声音。这种情况可能是器材受到干扰。最简单的方法是将所有系统关机，拔线，再重接。

3. 拔掉HDMI光纤线后，投影机死机。光纤线的信号源和显示设备两边都通电，拔线瞬间的脉波已经影响到机器里面的运行软件，所以造成投影机死机。这种频率高一点的话，机器可能会烧掉，需要特别注意。如果是HDMI铜线，你可以只关信号源端，但光纤线的话，要两端都关。

小结

在家庭影院/个人娱乐系统中，HDMI线是默默无闻的配角，也是必不可少的纽带。很多人感觉不到它的重要性，甚至意识不到它的存在，但不可否认的是，它让信号源和音视频设备之间的连接变得出乎意料得简单。回顾HDMI标准的发展史，就像在看家用音视频规格的升级历程一样。在标准刚刚推出，甚至推出的一两年内，可能都找不到支持该规格的产品或内容源，但我们知道这只是时间问题，总有一天一切都会变现。HDMI2.1标准也是如此。它的发布，传递出8K时代终将到来的信号。而根据HDMI论坛的相关资料，下一代HDMI标准的带宽可能达到128.3Gbps，直接支持8K/120Hz/4:2:2/12bit规格的超高清信号传输，这也将是BT.2020标准中最高规格的8K信号传输规格。