【聚焦】相互兼容,达致统一,探寻今后影音传输的发展趋势(上)

影音中国 2018-03-13 14:32:20



尽管从市场的角度而言,UHD 4K蓝光才刚刚迈入国内市场的大门,以Dolby Atmos与DTS:X为核心的沉浸式三维音效早已被广大影音爱好者所接受,但从技术的角度来看,影音信号传输的门槛不断提高,在刚刚过去的1月,我们非常熟悉的HDMI传输标准从原本的HDMI 2.0a、HDMI 2.0b升级到HDMI 2.1,对于画面分辨率的支持从原本的4K/60Hz提升到8K60、4K120,并且加入了对动态HDR技术的支持,支持更多基于声音对象的高级多声道音频格式,让设备具备自动检测之类的高级音频控制功能。换句话来说,你正在使用的许多影音设备已经跟不上技术发展的潮流,在不久的将来就要被淘汰。不过,如果你已经在使用兼容UHD 4K规格的超高清蓝光播放机、AV放大器与投影机系统,以及5.1.2、7.1.4或以上的沉浸式三维音效系统,那么暂时不需要过分担心,毕竟按照以往这么多年发展经验而言,这样的系统面对未来3-5年是绰绰有余的。而如果你还在使用1080p全高清与7.1声道环绕声音箱的影音系统的话,就需要考虑是否要等到采用HDMI 2.1标准的产品面世再更新换代了。



除了HDMI能够实现高规格的4K超高清影音信号传输之外,不难发现市场上还有不少其他的传输标准可以支持,包括DisplayPort、HDBaseT、superMHL、Thunderbolt 3、WirelessHD,只是它们所主打的领域有所不同,例如DisplayPort主要应用在专业监视器、专业投影机领域,HDBaseT集中在长距离传输的工程或定制安装市场上,superMHL则集中在移动影音设备上,Thunderbolt 3主要是苹果设备在使用,而WirelessHD则以无线超高清短距离的传输领域为主。



对于未来影音传输发展的方向,我们认为在短时间之内很难会有一种传输标准在所有领域能够实现垄断,在不同的领域仍然会出现不同的传输标准,但是这些传输标准之间慢慢已经开始能够相互兼容,例如HDMI与DisplayPort之间的转换、superMHL与HDMI之间的转换等。因此,未来影音传输标准发展的方向将会是相互兼容,让家庭影院、移动影音、专业视频等领域之间的相互传输能够融合在一起,达致最终的统一。下面,我们将较为深入地谈谈HDMI、DisplayPort、HDBaseT、superMHL这几项备受瞩目的传输标准的最新规格与兼容性特点,让大家在使用过程中能够更加得心应手。



集中体现在HDR兼容性的提升,HDMI 2.1标准的焦点并非8K60或4K120


对于HDMI 2.1标准的突然到来,我们都感到较为意外,毕竟在去年HDMI才悄悄地释放出全新的HDMI 2.0b标准,加入了对HLG与HDR10标准的支持,从技术的角度而言,HDMI 2.0b标准基本上已能满足现行主流UHD 4K超高清影音播放的需求。由此,可以说HDMI 2.1是属于未来影音传输的标准,相对于HDMI 2.0系列标准18Gbps的传输带宽,48Gbps的传输带宽总共翻了两倍多,使得其能够支持更高的画面分辨率与更快的画面刷新率,可以实现8K60与4K120的高规格超高清影音信号的传输;支持崭新的Dynamic HDR(动态HDR),基于单个场景或单帧画面来实现最佳的画面景深、细节、亮度、对比度以及更广阔的色域空间,而非以往整部电影的处理方式,更为灵活;带有eARC功能,让设备具备自动识别沉浸式三维音效的能力,并可以进行高阶的音频信号控制等。另外,HDMI 2.1标准还带有全新针对游戏的Game Mode VRR功能,释放出现有顶级3D图像处理器强大的即时渲染功能,让游戏的画面更加流畅、自然与清晰。



其实不仅能实现8K/60

HDMI 2.1标准可以达到惊人的10K/120


随着UHD 4K超高清蓝光的降临,我们终于能够亲身感受到高品质UHD 4K超高清在画面精细度方面与现行主流的1080p全高清画面之间的差异,尤其在120英寸或以上的大画面就更为明显。但不得不说,在ITU-R BT.2020规范的白皮书文件之中,对于UHD超高清的定位事实上是包括4K(3840×2160)与8K(7680×4320)两种规格,而刷新率方面最高可达到120Hz,因此,严格意义上来说,在BT.2020规范之中,最高的UHD超高清传输标准的影像信号可以达到8K/120Hz。



在HDMI 2.1标准之中,不仅可以实现8K/60与4K/120规格的超高清影音信号传输,事实上还能够实现8K100/120、10K50/60、10K100/120这些更高规格的信号传输。但现阶段而言,家用领域暂时主要还是停留在4K/60,包括平板电视和家庭影院投影机,而少数的游戏专用显示器可以达到4K/144。因此,HDMI 2.1可以满足未来很长一段时间UHD超高清信号传输的要求。



支持参数型与动态型HDR

满足主流HDR规范的要求


相比对于8K60或4K120等高规格视频信号的支持,HDMI 2.1在规格方面更重要的提升在于完善了对更多主流HDR信号规格的支持,除了目前应用面十分广泛的HDR10这类参数型的HDR规格之外,还可以支持制作精度更高的动态型HDR规格,例如Dolby Vision。HDR10这类参数型的HDR规格是以整部影片的方式,从一开始到结束都用同一种的元数据进行画面动态范围的控制,虽然在处理精度上不及动态型HDR规格,但是目前来说取得了更大的应用面,不仅在UHD 4K超高清蓝光方面广泛使用,而且普及到平板电视、家庭影院投影机以及高清网络播放器。



在实际观看过程中,在连续动态影像的表现上参数型与动态型HDR在画面动态细节、色彩表达方面的差距并不会十分明显,当然其中一个问题也在于现阶段显示设备的输出亮度与色域表现仍没有完全释放出动态型HDR的优势,随着激光、HLD光源技术的不断提升,技术规范标准的完善与放开,未来的HDR主流技术,我们认为将会是效果更佳理想的动态HDR规格。



随着带宽提升到48Gbps的水准

全新的48G线材规格终于诞生


HDMI 2.1标准之所以能够支持8K100/120、10K50/60、10K100/120这些超高规格的视频信号传输,最核心的一点在于其传输带宽从HDMI 1.4标准的10.2Gbps、HDMI 2.0标准的18Gbps大幅度提升到48Gbps,可能不少朋友第一眼看到这样的带宽提升,必然会预想到一种全新线材的出现,果然HDMI 2.1标准也指出将会推出一种全新规格的48G线材以保证高规格的音视频信号传输,并且还包括新的EMI电磁干扰特性。终于,我们看到了HDMI标准对于HDMI线材有了更加直观的命名,而不是以往的较为模糊的标速、高速线材命名方式,直接以线材传输的带宽来表示,让用户能够清晰地知道这款HDMI线材究竟能够达到怎样程度的影音信号传输水平。



对于手上还拿着旧款的高速带网络传输特性的HDMI线材的用户,HDMI官方表示这类线材依然可以支持某些规格的信号传输,但要实现全部规格的影音信号传输还需要选择48G线材,例如要输出8K60或4K120以及8K HDR等。在兼容性方面,崭新的48G线材可以兼容以往的使用HDMI接口的影音设备,同时也兼容A、C与D类HDMI接头规格。


对沉浸式三维音效有了更明确的支持

拥有支持度更高的eARC功能


在以往的HDMI标准之中,我们发现其实并没有十分明确地指出将会支持以声音对象方面为核心的沉浸式三维音效,但是在HDMI 2.1标准之中就非常强调这一点,指出拥有eARC功能,能够支持绝大多数高规格的沉浸式三维音效的传输。



而我们从以往的HDMI标准中知道,ARC实际上是指Audio Return Channel,也就是音频反馈通道,让信号源设备与下游设备获得更加协调的工作方式,而eARC功能类似于增强型的音频反馈功能,可以让AV放大器自动检测信号源中发出的沉浸式三维音效信号,而不需要额外开启AV放大器中的相关功能,如蓝光播放机输出一个Dolby Atmos或DTS:X音效,AV放大器就能自行判断并开启这两种沉浸式三维音效处理。由此,我们可以看到以后沉浸式三维音效将会成为日后多声道环绕声音效的主流。需要注意的一点,要开启eARC功能,需要搭配HDMI高速带网络功能的线材或者48G线材。


为了争夺Displayport在PC游戏市场的份额

带来了针对游戏应用的Game Mode VRR功能


毫无疑问,在高端PC领域,Displayport接口的应用相比HDMI要多出不少,最主要的原因在于不少高端游戏专用的3D显示卡都带有新规格的Displayport接口,相比HDMI以往的标准接口能够输出更高规格的超高清视频规格,甚至部分顶级显卡还只是配备了多个Displayport接口,而没有配置HDMI接口。此次HDMI 2.1标准的推出,也特别为了争取PC游戏方面的市场份额,带来了能够在描绘动态影像每一帧画面的同时也进行传输与显示而不限于固定传输或刷新率的能力,并能开启3D图像处理器在即时画面渲染方面的性能,大幅度减低延迟与掉帧,增强游戏画面的细节,使得游戏画面的表现更加出色。



最后,从上述HDMI 2.1标准的这些技术规范与特点,可以看到确实HDMI仍然是目前家用影音传输领域的领头羊,在许多方面都领先于其他的传输技术规格,但是在这次规范的升级之中,我们并没有看到在接头、接口形式方面与以往相比有所改进,例如依然不带锁,可能会在长时间使用过程中容易造成接头掉落的问题等。不过,相对而言,也使得新规格48G线材能够与以往标准的接头相兼容,对于用户来说也算是好消息。


从移动影音传输延伸至家庭影院市场,superMHL标准的推出让人印象深刻


不知道大家有没有留意不少家用投影机背面的HDMI接口都支持MHL传输,能够让投影机直接接收移动设备发出的高清影音信号。从MHL 1.0、MHL 2.0、MHL 3.0到superMHL标准,MHL(Mobile High-Definition Link)移动高清链接标准已经能够轻松传送UHD 4K HDR加上沉浸式三维音效的影音信号,让移动影音延伸至家庭影院之中。目前MHL传输主要采用的是安卓手机常见的micro-USB,而superMHL传输则多是基于USB C型或superMHL专用接口,整体的应用面相当广泛,可以说是未来影音传输标准的发展重要方向之一。


相比HDMI

更早支持UHD 8K HDR超高清视频传输


相比HDMI刚刚才推出支持UHD 8K超高清影音传输的HDMI 2.1标准,在2015年正式推出的superMHL就已经能够传输UHD 8K HDR规格的超高清视频信号传输了。



以下这些是superMHL能够支持的部分视频格式:

●720×[email protected] 59.94/60Hz

●720×[email protected] 50Hz

●1280×[email protected] 50/59.94/60Hz

●1920×1080i @ 50/59.94/60Hz

●1920×[email protected] 50/59.94/60Hz

●3840×[email protected] 24/25/30/48/50/60Hz

●5120×[email protected] 24/25/50/60Hz

●7680×[email protected] 24/25/30/50/60/120Hz


基本上这些规格已经能够满足今后3-5年影音传输的要求,值得留意的是除了支持主流的4K与8K两种超高清规格之外,还能完整支持5K规格的超高清信号,主要是针对部分5K规格的专业监视器视频信号传输要求。在HDR技术上,元数据标准是其中一个核心,superMHL可支持应用面最为广泛的SMPTE 2084 HDR元数据规范,也就是大家所熟知的广泛应用在UHD 4K超高清蓝光与网络流媒体视频传输的HDR10规范。



涵盖家用与专业色彩标准

从BT.2020到AdobeRGB


除了拥有UHD HDR超高清高动态范围影音信号传输的能力,superMHL还支持广泛的色彩空间与色域标准,从BT.2020到AdobeRGB,分别满足家用领域显示与内容制作、摄影印刷方面的各种高要求。



以下这些是superMHL能够支持的色彩空间与色域标准:

●RGB 4:4:4

●YCbCr 4:4:4

●YCbCr 4:2:2

●YCbCr 4:2:0 (4K分辨率或以上)

●xvYCC

●BT.2020 (8K与4K UHD)

●Rec.709

●sYCC601

●AdobeYCC601

●AdobeRGB


另外,superMHL在色彩深度方面也有相当高的支持度,不仅能够兼容720或1080高清级别的8bit色彩深度,更能轻松支持4K与8K的10bit与12bit的高色彩深度,甚至最高可以支持每个色彩通道48bit的超高色彩深度。而支持superMHL的信号源设备最高能支持32个显示设备输出,并同时支持8个不同的画面分辨率。这些显示设备上可以显示相同与不同的影像信号,还能对每一个显示器分配不同的音频信号传输。



全面支持沉浸式三维音效处理

包括Dolby Atmos与DTS:X


SuperMHL除了与MHL 3.0一样都能支持8通道的高清音频传输之外,更加入了对主流1080p蓝光与UHD超高清蓝光之中的沉浸式三维音效传输的支持,包括Dolby Atmos与DTS:X以及1bit音频格式等多种高级音频传输的支持。superMHL还可以单独传输音频信号,而无需与视频信号共同传输。这就与HDMI一样可以采取音视频分离式的传输方式,以便向下兼容以往不支持4K超高清视频传输的AV放大器。



另外,SuperMHL还能够支持HDCP2.2内容保护协议。只有支持最新规格的内容保护协议,才能够顺利传输包括蓝光与超高清蓝光在内的有版权的电影、音乐内容,实现与蓝光播放机、AV放大器以及家庭影院投影机相连接。而HCDP就是专门为高清影音传输而设的内容保护协议。SuperMHL支持HDCP 2.2最新规范,使用公用的RSA钥匙验证以及128bitAES加密。


可与各种接口规范相兼容

可实现最高6个通道的A/V信号传输


在所使用的接口规范上,superMHL非常灵活,并不限制于影音设备使用专门的superMHL标准接口,支持在各种常见接口之间实现自由转换,包括安卓智能手机常用的micro-USB接口、普通影音设备所采用的HDMI A型接口、最新型笔记本电脑所采用的USB C型接口,换句话来说,即使你所采用的设备并没有采用superMHL标准接口,但是也能够支持superMHL规格标准传输。这也解释了为什么我们经常能够看到一部分投影机会带有支持MHL传输的HDMI接口,同时也有部分投影机会额外加上一个支持MHL传输的micro-USB接口的原因。



不过,在superMHL标准之中,只有superMHL标准接头才能同时用在信号源与下游设备(AV放大器、电视、投影机、显示器等)上,其余的接头均有讲究,具体要求如下。


●micro-USB(信号源)

●USB C型(信号源)

●HDMI A型(下游设备)

●superMHL标准接头(信号源与下游设备)


需要留意的一点,使用不同规格传输接头,能够实现的影音传输信号精度是不相同的,主要的原因是这些接头所支持的superMHL影音信号传输通道数量不同。


以下是四种superMHL主要采用的接头方式所支持的传输通道数量。

●micro-USB:1个

●HDMI A型:1个

●USB C型:4个

●superMHL:6个


需要留意,6条通道也是superMHL所能达到的最高标准。


其中,micro-USB接头是最早出现的MHL传输接头方式,这种小5pin设计的接头,目前已经完整兼容MHL规格高清影音传输,也具备了支持superMHL在4K 60p方面的超高清传输。



USB C型接头是在2014年才诞生的新型小体积USB接头,采用24pin设计,支持1-4个高速传输通道,属于专门为智能手机、平板电脑、手提电脑以及桌面电脑而重新设计的接头。由于传输通道提升到4个,USB C型接头在superMHL上的支持度更高,可以实现更高级别的超高清影音传输。superMHL标准接头则是这些接头之中最高规格的,采用32pin设计,最高支持传输6个通道影音信号,同时需要留意的一点,superMHL标准接头可以搭配上述任何一种接头在同一条线材上使用,具有完整的向下兼容能力,可惜现在这种正式使用superMHL标准接口的影音设备并不多。


更强功率的电力供应

以便于流媒体播放设备连接使用


作为一种以移动影音传输为主要应用方向的传输标准,superMHL相比其他几种主流传输标准,提供了更加强劲的电力供应,能输出20V、2A约40W的电力输出,除了常见的可为智能移动设备提供快速充电之外,更重要的一点应用在于可以让流媒体播放棒、机顶盒以及蓝光播放器直接从显示设备上获取运行的电力,使得这些设备能直接连接使用而无需额外供电,使用起来更加方便。而针对使用安全性的环节,相关的superMHL传输线材都通过了特定的电压检测技术测试,以免发生长时间传输过热的安全问题。



总的来说,从以上几大superMHL传输标准的主要特点来看,superMHL将UHD、HDR、沉浸式三维音效等前沿的影音技术融入到移动影音传输之中,让移动影音与家用影音相结合,拉动了客厅影院市场的发展,日后当移动设备的影音播放能力不断跃升,完全有资格成为新一代UHD 4K流媒体信号源,而superMHL与HDMI接口方面完整的兼容能力也确保了superMHL未来在客厅影院方面的广泛应用,成为未来影音传输标准方面另一股不可忽视的重要力量。




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