HDMI 2.1b 规范解读

HDMI® 规范 HDMI 2.1b 是最新版 HDMI® 规范，支持一系列更高的视频分辨率和刷新频率，包括 8K60 和 4K120 以及高达 10K 的分辨率。同时支持动态 HDR 格式，带宽能力增加到 48Gbps HDMI。

新的超高速 HDMI 线缆支持 48Gbps 带宽。该线缆可确保提供超高带宽独立特性，包括支持 HDR 的未压缩 8K 视频。超低 EMI（电磁干扰），可减少对附近无线设备的干扰。线缆逆向兼容，亦可用于现有的 HDMI 设备。

HDMI 规范 HDMI 2.1b 的特色包括：

更高的视频分辨率：可支持一系列更高的分辨率和更快的刷新频率（包括 8K60Hz 和 4K120Hz），实现沉浸式的观看体验和流畅的快动作细节。支持高达 10K 的分辨率，满足商业 AV、工业和专业用途。
动态 HDR 可确保视频的每一幕、甚至每一帧，都显示出景深、细节、亮度、对比度的理想值以及更宽广的色域。
基于源的色调映射 (SBTM) 是一种新的 HDR 功能，除了显示设备完成的 HDR 映射之外，它还能够让源设备执行部分 HDR 映射。SBTM 在 HDR 和 SDR 视频或图形组合成单个图片的情况下尤其有用，例如画中画或带有集成视频窗口的节目指南。SBTM 还让 PC 和游戏设备可以自动产生优化的 HDR 信号，以尽可能利用显示器的 HDR 功能，而无需手动配置源设备。
超高速 HDMI 线缆可支持未压缩的 HDMI 2.1b 功能支持的 48G 带宽。线缆发出的 EMI 非常低，逆向兼容 HDMI 规范的早前版本，亦可用于现有的 HDMI 设备。

1 HDMI1.4/2.0和2.1区别

HDMI 1.4、2.0和2.1是该标准的不同版本，它们之间的区别主要在于支持的分辨率、帧率、颜色深度以及其他功能方面有所不同。

特性	HDMI 1.4	HDMI 2.0	HDMI 2.1
最高分辨率	1080p (Full HD)	4K/8K	8K
最高帧率	30Hz	60Hz	120Hz
3D视频支持	是	是	是
HDR支持	否	是	是
色深度	8位	10位或12位	10位或12位
音频通道	最多8个	最多32个	最多32个
ARC/eARC支持	ARC	eARC	eARC
VRR支持	否	否	是
ALLM支持	否	否	是
QMS支持	否	否	是
Quick Frame Transport (QFT)支持	否	否	是
Variable Refresh Rate (VRR)支持	否	否	是
Auto Low Latency Mode (ALLM)支持	否	否	是
Dynamic HDR支持	否	否	是
Enhanced Audio Return Channel (eARC)支持	否	是	是
回放延迟	高	低	非常低

2 FRL和TMDS

FRL（Fixed Rate Link）和TMDS（Transition Minimized Differential Signaling）都是与 HDMI（High-Definition Multimedia Interface）技术相关的术语，它们在 HDMI 数据传输中起着关键作用。

特性	TMDS	FRL
传输技术	差分信号传输	固定速率链路
数据速率	较低，适用于较低分辨率	更高，适用于高分辨率
码率可调性	不可调整	可调整
HDMI标准版本	HDMI 1.x和HDMI 2.0	HDMI 2.1
主要应用场景	较低分辨率和帧率的视频传输	高分辨率和帧率的视频传输
传输稳定性和可靠性	较低，受电磁干扰影响较大	更高，适用于更高性能要求

2.1 TMDS

定义：TMDS 是一种数字信号传输技术，通过一对差分信号线传输数据，用于在数字显示设备之间传输视频和音频数据。
工作原理：TMDS通过在信号传输过程中最小化信号变化的方式来减少电磁干扰和信号失真，以确保数据传输的稳定性和可靠性。
应用：TMDS技术被广泛应用于HDMI标准中，包括HDMI 1.x和HDMI 2.0版本，用于支持高清视频和音频传输。

2.2 FRL

定义：FRL是HDMI 2.1标准中引入的新一代数字信号传输技术，旨在支持更高的数据速率和更高的分辨率。
工作原理：FRL采用固定速率链路，通过可变的码率来传输数据，可以根据需要调整数据传输速率，以满足不同分辨率和帧率的要求。
应用：FRL技术主要用于支持HDMI 2.1标准中的高性能要求，如8K分辨率、120Hz帧率等。

3 ARC与eARC

特性	eARC	ARC
带宽	更高，支持更高质量音频传输	较低，受限于基本音频传输
音频格式支持	更多，包括高分辨率音频和对象音频	较少，通常只支持基本音频格式
自动低延迟模式（ALLM）	支持	不支持
高清音频传输	支持	受限于较低音频质量
HDMI标准版本	HDMI 2.1	早期版本，如 HDMI 1.x 和 HDMI 2.0

3.1 ARC

定义：ARC 是 HDMI 标准中的一项功能，允许通过 HDMI 连接将音频从显示设备传输回音频接收设备（通常是 AV 接收器或音频系统）。
功能：
1. 单一线缆传输：ARC 允许音频信号通过 HDMI 线缆从显示设备返回到音频设备，避免了使用额外的音频连接线。
2. 基本音频传输：ARC 主要用于传输基本的音频信号，例如立体声音频或基本的多声道音频格式。
3. 简化连接：ARC 简化了多媒体系统的连接，减少了电缆混乱和连接复杂性。

3.2 eARC

定义：eARC 是 HDMI 2.1 标准中引入的增强型音频返回通道。它是 HDMI ARC（Audio Return Channel）的升级版本，旨在提供更高的音频质量和更多的音频传输功能。
功能：
1. 高清音频传输：eARC 支持传输高分辨率的音频信号，包括Dolby Atmos和DTS:X等立体声格式，以及更高的音频比特率和采样率。
2. 音频对象传输：eARC 可以传输音频对象，例如针对特定声音源的对象音频信号，提供更加精确的声音定位和环绕音效。
3. 自动低延迟模式（ALLM）：eARC 支持自动低延迟模式，可在连接到支持ALLM的设备时自动启用，减少音频和视频之间的同步延迟。
4. 高带宽音频传输：eARC 提供了更高的带宽，可以传输更多的音频信道和更高的音频质量，以满足高端音频设备的需求。

4 ALLM

Auto Low Latency Mode（ALLM），即自动低延迟模式，是HDMI 2.1标准中引入的一项功能。它旨在提供更流畅的游戏体验，通过自动降低显示器的输入延迟（即延迟时间），以减少游戏中的响应延迟，从而提高游戏的实时性和可玩性。

ALLM技术的实现原理如下：

检测游戏模式：当游戏主机（如游戏机或电脑）启动游戏时，游戏主机会通过HDMI连接向显示器发送ALLM信号。
显示器响应：接收到ALLM信号的显示器会自动切换到低延迟模式。在这种模式下，显示器将尽可能快地处理接收到的图像信号，减少图像信号从游戏主机到显示器之间的延迟。
延迟降低：通过减少输入信号到显示器之间的延迟，游戏玩家可以在游戏中获得更快的响应速度，提高游戏体验的实时性和流畅度。

ALLM技术所能达到的延迟降低取决于显示器的处理速度和响应时间，一般来说，ALLM可以将输入延迟降低到较低水平，提供更快的游戏响应速度。

5 VRR

可变刷新率（VRR）是HDMI 2.1标准中引入的一项技术，旨在消除游戏中的画面撕裂（tearing）和卡顿（stuttering）现象。VRR允许显示器根据输入信号的刷新率动态调整自身的刷新率，以确保画面的流畅度和一致性。

VRR技术的实现原理如下：

动态刷新率调整：当显示器接收到支持VRR的设备（如游戏主机或图形处理器）发送的信号时，它可以根据输入信号的刷新率动态调整自身的刷新率。
消除画面撕裂：通过动态调整刷新率，VRR可以确保显示器在每一帧的绘制时都能及时更新，消除了画面撕裂现象，使图像更加平滑和连贯。
减少卡顿：VRR还可以减少卡顿现象，因为它允许显示器在输入信号的刷新率变化时动态调整，从而避免了由于固定刷新率而导致的帧率不匹配问题。

VRR技术所能实现的效果取决于显示器和发送VRR信号的设备的性能和兼容性。一般来说，VRR可以显著改善游戏体验，尤其是在帧率波动较大的情况下。

6 HDR

高动态范围（HDR）是一种HDMI显示技术，旨在提供比标准动态范围（SDR）更广泛的亮度范围和色彩深度，以获得更逼真、更生动的图像效果。在HDMI连接中，HDR技术允许视频源发送HDR图像信号到兼容的显示器上，从而实现更高质量的图像显示。

特性	HDR	SDR
亮度范围	更广泛，可呈现更明亮的高光和更深的阴影	较窄，亮度范围有限
色彩深度	更丰富，能够呈现更多种色彩	较少，色彩深度有限
视觉效果	更逼真、更生动的图像效果	相对较平淡
设备要求	需要兼容HDR的视频源和显示器	通用设备即可

HDR技术的实现原理如下：

更广泛的亮度范围：HDR技术通过扩展亮度范围，使显示器能够呈现更亮的高光和更深的阴影，以增加图像的动态范围。
更丰富的色彩深度：HDR还提供更丰富的色彩深度，使显示器能够呈现更多种色彩，以获得更真实和生动的图像效果。
兼容性：HDMI连接中的HDR技术需要视频源（如播放器、游戏主机等）和显示器都支持HDR功能才能实现。一旦连接的设备都支持HDR，视频源可以发送HDR信号，而显示器可以正确解码和显示HDR图像。

HDR技术的效果通常通过两个主要参数来描述：亮度范围和色彩深度。亮度范围通常以“nits”（尼特）为单位来衡量，而色彩深度则通常以比特数（bits）来表示，表示每个颜色通道可以显示的不同色彩数量。