「HDMI」 一篇文章讲清楚HDMI 2.1的一切(2023版) |
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先给结论: 1、HDMI 线材没有2.0和2.1之分,官方只定义了高速线和超高速线。HDMI 线只是物理传输通道,没有芯片也没有协议。短距离使用(1.5米内),你甚至可以用以前的2.0线跑满48Gb带宽; 2、HDMI 2.1的所有特性,包括带宽、VRR、eARC等功能都由HDMI控制芯片决定; 3、HDMI 2.1带宽分24Gb、32Gb、40Gb和48Gb,满血带宽通常指的是40Gb以上。 (2021年12月更新,现在已经没有HDMI 2.0规格了,具体详见下面的文章)HDMI 2.1官方虚标?避坑指南请收好!可能是全网HDMI 2.1讲的最透彻的 建议先收藏,总会用的到本文将通过以下3个章节详细介绍关于HDMI 2.1的一切:一、HDMI 2.1控制芯片介绍二、HDMI 2.1线材全拆解(光纤和铜缆线材拆解)三、HDMI 2.1带宽与特性介绍(eARC、VRR等)四、HDMI 2.1设备避坑指南一、HDMI 2.1主控芯片HDMI 2.1在工作时,需要信源端(例如PS5)和显示端设备(例如索尼X95J)通过EDID握手协商后,再决定传输模式、带宽、HDR格式等功能。 1.1 信源端PS5和XSX,在GPU中都没有整合HDMI的控制芯片,而是单独一块SOC负责HDMI: PS5用的是松下半导体的MN8639,索尼游戏的老朋友,PS4和PS4 Pro分别用了松下的MN86471A和864729。 ![]() 目前MN8639支持FRL模式下每通道8Gb带宽,4个通道32Gb带宽。 XSX用的是NB7NQ621M,来自安森美半导体。最大支持40Gb带宽和DSC影像压缩 。微软在XSX上换了新的芯片供应商,天蝎座(Xbox one X)上用的还是德州仪器的TDP 158 HDMI控制芯片。 图像信号通过游戏主机GPU处理完后,首先通过HDMI芯片编码,然后再将高频率电信号以固定的速率,通过HDMI线传输至电视机或者功放系统; 1.2 显示端在电视和显示器上,HDMI 控制芯片一般整合在CPU SOC中。 华硕PG32UQ显示器采用的是联咏科技(联发科子公司)NT68552UPG,集成HDMI 2.1和DP 1.4控制。 ![]() 索尼X9500G上,联发科MT5998 处理芯片中整合了HDMI控制器。 当图像信号通过HDMI接口传输过来后,主控芯片的HDMI控制器经过解码后,再交给GPU或者其他图像芯片处理。 索尼中高端电视机图像处理都交由专门的X1或者XR画质芯片处理。 ![]() 在MTKS900芯片内部,整合了48Gb带宽的HDMI 2.1控制芯片,但是因为芯片算力不够,如果电视机没有额外的画质处理芯片,电视机工作在4K 120hz时,垂直分辨率会从2160P减到1080P,这也是部分电视机4K 120hz模糊的根本原因。 例如索尼的9000H,使用RTX3060TI显卡时,最大带宽48Gb,能够以4K 120hz 12bit 444模式工作: ![]() 但因为9000H没有单独的画质芯片协助处理画面,算力不够导致垂直分辨率减半,文字非常不清晰: ![]() 有同样问题的,还有小米6至尊。可以说,采用MTKS900单芯片的电视机都有4K 120hz模糊的问题。 不过索尼在X90J、95J上新增了XR画质芯片协助处理,模糊问题就不存在了。 1.3 HDMI 2.1芯片小结所以信源设备能够和显示设备最终能不能使用48Gb带宽,可不可以VRR,主要取决于信源端和显示端两块HDMI控制芯片的协商,这个协商过程是通过EDID来进行的。 另外,有些显示器的HDMI 2.1芯片只支持单通道FRL 6Gb带宽,也就是HDMI 2.1最大带宽24Gb,4K 120Hz 444 10bit只能通过DSC实现。 如果连接不支持DSC的PS5,那么PS5的4K 120hz模式,只能以420色度二次采样实现。 ![]() 此部分内容在PS5、XSX主机HDMI 2.1接口解析文章中有详细介绍: PS5、XSX主机HDMI2.1接口特性全解析 | 线材、电视选购指南二、HDMI 线缆拆解(铜缆和光纤)为了便于描述和理解,下文中高速线缆用HDMI 2.0线代替,超高速线缆用2.1代替。 2.1 铜缆HDMI 2.0线拆解普通的铜缆HDMI 线就是物理接触式插头,没有芯片也没有协议: ![]() HDMI 公头共有20个针脚(与DP是一样的),其中19个针脚位于接头内部,1个接地针脚连接接头外壳; 母头共有19个针脚,与公头不一样,没有外壳接地的针脚。 公头和母头一样,均只是简单的物理电路连接接头,未内置任何芯片。 再来看线缆。因为买的线材是普通的28AWG 高速线缆,所以铝镁编制的屏蔽层并不密集(比上次拆的开博尔DP 1.4线的屏蔽层要疏一些)。 同样的,屏蔽网下有一层铝箔麦拉,目的同样是抗干扰。 ![]() 撕开铝箔后,是5P+4C+ADB的20芯线材,5对主线上都还有一层铝箔麦拉。 ![]() 剥开主线上的铝箔,是数据通道的3根线,一蓝一白为差分信道的正负极,透明外壳线缆为接地。 线缆用的都是单根OFC无氧铜,用料还算可以。 当然,蓝白数据线因为传输的数据量要大很多,所以线材明显要比其他线粗一截。 ![]() HDMI 线材内部的结构跟上次拆的DP线拆是一模一样的,除了铝镁编网屏蔽层的编织疏密程度不一样,其他无论是线材数量还是结构,完全一样。 如果对DP 1.4接口感兴趣,全网最好的DP 1.4接口和线材解析就在下面:显示器是接DP还是接HDMI?铜缆HDMI线材和针脚的连接方式如下图所示: ![]() 由于损耗和干扰的存在,原则上被动式HDMI 2.1线缆不超过3米,超过3米后需要增加中继放大模块,或者采用光纤HDMI线缆。 2.2 光纤HDMI 2.1线缆拆解光纤HDMI线的拆解,用的是开博尔和菲伯尔的HDMI 2.1光纤线。 光纤HDMI 线属于主动式线缆,在发射端和接收端分别有光电转化的激光模块 ![]() 把照片再放大,光纤接头的内部结构就可以一览无余。 首先,光纤HDMI 线并非把所有铜芯都换成了光纤,而是把4条高速通道的铜缆换成了光纤(4芯光纤替换12条铜缆)。 这样做的好处是,将原本在铜缆上传输的高频电信号转化成了光信号,光信号在光纤内传播时损耗极低,且不受外部电磁环境干扰,所以可以极大提升传播距离和抗干扰性能。同时,4芯光纤替换12条铜缆,线材可以做的又轻又细: 如何挑选一条HDMI 2.1光纤线?你想了解的都在这里!![]() 光纤HDMI 2.1线材,使用光纤承载4条高速通道的数据传输任务,信号在传输线由光信号传播,光信号在光纤里面既跑不出来,也不会受外界电磁波影响,因此能够完成长距离高速率传播的任务。 同时,其余低速通道使用铜缆,具备双向传输的能力,因此,光纤HDMI线材仍然具备eARC回传等功能。 HDMI铜线没有带宽,但光纤线是有带宽的,带宽大小取决于光电转换模块的能力: ![]() 我拆解的这条菲伯尔Ultra Pro 3用的FH10T/R芯片他们自研,最大带宽为48Gbps: ![]() 光纤线领域,菲伯尔是当之无愧的领导者,无论是纤芯还是芯片都是业界领先的,有兴趣可以看看我的这篇文章: 硬核拆解一条1300元的HDMI光纤线!一篇文章讲清楚HDMI 2.1线材选购的所有知识2.3 HDMI 2.1线材小结线材选购指南: HDMI线也玩发烧?一文读懂HDMI线选购(光纤/铜芯)HDMI 线缆在整个影音系统中只有一个任务:完整而且无差错的传输所有该传的信息。 传输的带宽越大,距离越远,对线材的抗衰减和抗干扰能力要求越高。 如果距离短,质量合格的铜缆HDMI线就能应付超高速率的传输,哪怕是一条HDMI 2.0线材;超过3米或者5米,因为信号衰减太多,铜缆就心有余而力不足了,这个时候就要使用主动式HDMI 线缆了,用的最多的是光纤HDMI线; 三、HDMI 2.1 带宽与特性HDMI 2.1的新特性包含48Gb最大带宽、以及eARC、VRR、QFT、QMS、ALLM、DSC等新特性。 3.1 HDMI 2.1带宽HDMI 2.1相比2.0,采用FRL模式(Fixed RateLink)在4条数据通道中传输高速数据,FRL带宽可以是6、8、10和12Gb,因此HDMI 2.1的速率有24、32、40和48Gb四种。 PS5带宽32Gb;XSX带宽40Gb;RTX3080带宽48Gb;48Gb带宽能够实现 4K 120hz 12bit 444; 40Gb带宽能够实现 4K 120hz 10bit 444; 32Gb带宽能够实现 4K 120hz 10bit 422; 444、422又代表什么? 为了缩小图像的体积,便于传输和储存,往往还需要对图像进行色度二次采样和压缩。4:4:4表示不进行色度二次采样,保留100%的颜色信息;而4:2:2是经过二次采样后颜色信息替换(压缩)50%,使位流带宽可以减少三分之一;而4:2:0则是将颜色信息替换75%(压缩),使位流带宽减少50%,大部分的蓝光电影都采用4:2:0方式采样。 ![]() 不过有意思的是,因为人眼对色彩敏感程度不如亮度,所以经过4:2:2采样后的画面,在绝大多数的民用设备上,看起来都跟4:4:4未压缩的画面几乎没有区别。 所以在PS5上设置成10bit位宽,4:2:2色度二次采样。 3.2 eARC增强音频回传HDMI 2.1 ARC/eARC音频回传功能详解(2月更新)eARC就是增强型(Enhanced)的ARC,中文全称:增强音频回传功能,是HDMI 2.1接口的一项标准功能。带宽变成了37Mb,可以传输次时代无损音轨了,包括: Dolby TrueHD 、AC-4、Dolby Atmos、DTS HDMA、DTS:X、LPCM 7.1也就是说,eARC通道通吃目前市面上所有的音频格式,无论是无损还是32声道。 关于eARC有一个宣传陷阱! 由于eARC数据通道用的是HDMI接口中的14口和19口,独立于HDMI 2.1的4个高速数据通道,所以这个功能可以被下放到HDMI 2.0接口上。 ![]() 但有很多厂商的设备带宽只有18Gb,实际也就是HDMI 2.0接口,但因为配备了eARC功能就当成HDMI 2.1接口宣传,例如飞利浦B97 回音壁,在购买时一定要做好功课。 3.3 VRR可变刷新率VRR可变刷新率可以看成是增强版的垂直同步技术,目的是防撕裂。 VRR是次时代游戏主机和游戏显卡的一项重要功能,目前Xbox Series X、PS5和RTX30系列,均已支持VRR。 VRR需要信源设备和显示设备同时支持才能正常工作。 在显示器或者电视上我们会看到三种VRR技术: Adaptive Sync是VESA(视频电子标准协会)的VRR标准,它是DisplayPort 1.2a接口的一项标准功能,如果显示器配备DP 1.2接口,那么必定支持Adaptive Sync功能; Free Sync是AMD对Adaptive Sync的定制化和商用版本,Free Sync也是Xbox、RX200系列以上显卡所使用的VRR技术,支持HDMI和DP接口。Free Sync共有三个级别,详见下表: ![]() G-Sync是英伟达的VRR技术,GTX10系列开始使用,与Adaptive Sync和Free Sync实现原理略有不同,但目标是一致的。同样的,G-SYNC也分为三个级别: ![]() 其中,G-SYNC Compatible通过DP接口支持Adaptive Sync和Free Sync功能。 3.4 ALLM 自动低延迟模式ALLM,自动低延迟模式,顾名思义,是专为游戏准备的。 当游戏设备和显示设备(电视)通过HDMI EDID握手时,会知道该显示设备是否支持ALLM功能,如果支持,则会直接让显示设备进入游戏模式,减少画质处理,降低输入延迟和响应时延。 3.5 DSC 影像压缩传输HDMI 的DSC功能跟VESA的DP 1.4一样,最大的作用是通过算法将画面帧压缩,可以2:1或者3:1的压缩率处理图像,大幅降低传输带宽,以此来实现8K 60hz。 DSC是视觉无损的压缩方式,也就是说实际是有损的,打游戏时可以开启,但是如果是专业制图用的话,不推荐开DSC。 XSX和RTX 3060TI以上的显卡支持DSC,PS5不支持DSC。 四、HDMI 2.1 设备避坑指南4.1 电视支持HDMI 2.1,且4K 120hz不模糊玩PS5,索尼电视是最佳选项,有特殊加成。 2021年10月,索尼打造了一个「Perfect for PlayStation 5」,看字面意思就知道是:“完美搭配”。 实际情况来看,「Perfect for PlayStation 5」确实是有点东西,并且是索尼独占的: HDR 自动映射(Auto HDR Tone Mapping) 简单来说PS5将自动识别BRAVIA电视的型号,并相应地为电视匹配理想的HDR设置。也就是说,不同的型号的索尼电视,PS5会采用不同的HDR画面设置 内容自适应图像模式(Auto Genre Picture Mode) 简言之就是拥有XR芯片的索尼电视,可以自动识别用户是在玩游戏还是在看电影,如果在玩PS5,那么自动进入游戏模式,降低延迟;如果在用PS5看蓝光碟,那么会自动切换到电影模式,增强画质表现。 目前能使用这些特殊加成的,大概有4款,A90J/80J和X95J/90J。 4.1.1 索尼X90L/91L X90/91L实际上比前两年的9500H更加优秀,我实际测试下来画质完全不虚其他品牌几百分区的MiniLED电视: ![]() X90L/91L也是索尼官方制定的PS5专用游戏电视。 评测与使用指南在这里: 玩转游戏与影音!索尼X90L/91L电视满血玩机攻略4.1.2 雷鸟鹤7 Pro 雷鸟鹤7 Pro采用了联发科最新的P700芯片,支持XSX的4K 120Hz杜比视界游戏模式,非常爽: ![]() 65寸的鹤7 Pro就有288个分区,控黑表现不错;再加上没有广告,并且用户可以完全自定义的灵动追光版电视桌面,用起来还是非常舒服的: 100%自在!雷鸟电视「灵控桌面·追光版」系统深度体验报告(鹤7 Pro)4.1.3、飞利浦PML9567 PML9567是飞利浦2022年4K旗舰miniled电视,480分区,4面环境光,杜比视界和HDR10+通吃,2个满血HDMI 2.1接口,加上良好的eARC兼容性,算是8000元左右非常值得入手的电视了: ![]() 万字深度评测在这里: 何止流光溢彩!飞利浦PML9567 Miniled电视深度评测与玩机教程(万字)4.1.4、 LG C3 LG C3 OLED电视是Xbox Series X官方合作伙伴(XSX全绿),也是XSX最佳游戏电视。 LG C3有4个满血HDMI 2.1接口,同时支持QMS: ![]() LG OLED电视还支持nVIDIA的G-SYNC和AMD FreeSync画面刷新率同步技术,无论是RTX3080显卡还是PS5和XSX游戏机,都能让游戏画面无撕裂,更流畅。 4.2 功放和回音壁4.2.1 回音壁 目前市场上完美支持HDMI 2.1全功能的回音壁只有索尼的A9/A7000/A5000: ![]() 其他回音壁,主要关注eARC功能是否完整即可。 因为篇幅原因,其他回音壁评测与购买攻略请参考文末链接。23年的三星旗舰Q990C,算是各方面都比较完善的,没有断联,声道映射也都正常: ![]() 4.2.2、HDMI 2.1功放 安桥NR7100: 安桥NR7100共采用两颗HDMI和图像处理芯片,全部来自松下。 其中一颗是MN864797,负责背面的HDMI4-6口和前置输入; HDMI4-6口带宽为24Gb,前置输入为10.2Gb: ![]() 另一颗HDMI芯片位于铝制散热器下,型号为MN864807,拥有40Gb带宽,支持VRR与ALLM。 MN864807是主HDMI芯片,除了负责HDMI1-3口的输入和MAIN+SUB的输出外,还需要处理来自MN864797的音视频信号。 深度评测在这里: 9.2声道客厅影音中枢!安桥NR7100功放拆解与评测4.4 线材4.4.1、1.5米以内:随便买,基本上不会翻车。 4.4.2、1.5米-3米距离 这个距离的HDMI 2.1超高速线材就要好好挑选了,如果买的杂牌,极大可能出现黑屏闪屏的问题,建议挑选知名品牌。 有HDMI 官方认证的,可以直接购买! ![]() 开博尔的线很扎实,28AWG,纯铜芯,屏蔽层用的铝镁编织网,很密集。 4.4.3、光纤线 光纤线HDMI 2.1线材一定要挑知名品牌,做工好的: 五、更多推荐阅读2023年「全景声」回音壁超级购买指南(三星/索尼/普乐之声/BOSE篇)【回音壁评测】:三星Q990C、 三星Q990B 、索尼A7000、索尼A5000、飞利浦F1套装 【电视评测】: 索尼X90L/91L、雷鸟鹤7 Pro、飞利浦PML9567、 【播放器评测】:芝杜Z9X Pro、芝杜Z10 Pro/Z9X、神盾2019 Pro、 【HDMI 2.1】 HDMI 2.1线材挑选 、ARC/eARC 、 PS5、XSX HDMI2.1 、 |
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