HDMI – что это такое и как работает стандарт?

Интерфейс HDMI сегодня стал практически безальтернативным вариантом подключения устройств отображения в бытовой видеотехнике. Если в мире тех-же компьютеров это лишь одна из нескольких альтернатив, то для передачи видео, и, что немаловажно, аудио на телевизор или проектор других вариантов не осталось. Попробуем разобраться в версиях этого интерфейса и нюансах выбора компонентов и кабелей в контексте используемых вариаций HDMI.

Что было до HDMI

До конца XX века в бытовой видеотехнике безгранично властвовали аналоговые интерфейсы – от простейшего «композита», поддерживающего лишь видео стандартного разрешения, до компонентного YPbPr, способного передавать видео с разрешением Full HD, правда, лишь в чересстрочном варианте 1080i. Важно, что эти стандарты были предназначены для трансляции только видео, а для передачи аудио необходимо было использовать второй кабель.

Тем временем, для компьютерной техники впервые был разработан цифровой стандарт трансляции видео DVI (Digital Visual Interface), способный передавать контент с разрешением вплоть до 1 920 x 1 200 и частотой смены кадров до 120 Гц. Интерфейс получил широкое распространение при подключении компьютерных мониторов к видеоадаптерам, но также поддерживал работу лишь с видео. Со временем этот интерфейс стал применяться в топовых моделях телевизоров, проекторов и проигрывателей DVD.

HDMI – первые шаги

Интерфейс HDMI начал разрабатываться в лабораториях известной американской компании Silicon Image, занимающейся видеотехнологиями. Но статус отраслевого стандарта он получил, когда к разработкам подключились такие гранды индустрии как Matsushita Electric, Philips, Sony, Toshiba, Technicolor, Maxell, Lattice Semiconductor и другие. Первая версия стандарта была принята в декабре 2002 года.

В части передачи видео HDMI базировался на цифровом интерфейсе DVI, который был дополнен возможностью трансляции многоканального аудио в цифровом формате. В отличие от профессиональной компьютерной техники, в бытовых мультимедийных системах способность обойтись единственным кабелем между источником контента и устройством отображения была обязательной. Кроме того, стандарт HDMI определял 19-штырьковый разъём, который был ощутимо компактнее штекера DVI, но был чисто цифровым (DVI в этом плане был универсальным, допуская трансляцию видео как в цифровом виде – DVI-D, так и в аналоговом – DVI-A).

Дебютная версия стандарта HDMI с индексом 1.0, утвержденная 9 декабря 2002 года, поддерживала трансляцию цифрового потока со скоростью до 4,9 Гбит/с, что позволяло передавать видео с разрешением Full HD (1080p) и частотой смены кадров до 60 Гц, а также несжатый восьмиканальный звук с разрешением до 24 бит/192 кГц. Кроме того, стандарт поддерживал спецификацию CEC (Consumer Electronic Control), позволяющую устройствам обмениваться сигналами управления, чтобы, к примеру, синхронизировать свою работу. Версия интерфейса 1.1 появилась менее чем через два года – в мае 2004, но существенных новшеств она не предложила. Стандарт лишь пополнился функционалом защиты цифрового аудио, что было необходимо для трансляции контента с аудиодисков высокого разрешения DVD Audio.

Через год с небольшим – в августе 2005 года, свет увидела версия 1.2, главной особенностью которой стала поддержка трансляции однобитного цифрового аудиопотока, использующегося в стандарте новых оптических аудиодисков высокого разрешения SACD. Кроме того, наряду с цветовым пространством YCbCr CE, была добавлена поддержка RGB, что было важно для совместимости с компьютерной техникой.

Первой серьезной ревизии стандарт HDMI подвергся с выходом версии 1.3 в июне 2006 года. Прежде всего, была существенно увеличена поддерживаемая скорость цифрового потока (битрейт) – теперь он составил 10,2 Гбит/с, что позволяло транслировать видео 1080p с частотой смены кадров вплоть до 120 Гц, либо с разрешением 2 560 × 1 440 и частотой до 60 Гц. В эту версию была добавлена поддержка Deep Color – расширенной кодировки цвета с разрядностью 10, 12 и 16 бит на каждый цветовой компонент (напомним, что стандартная кодировка использует всего 8 бит), а также стандарта цветопередачи xvYCC. Также через HDMI 1.3 можно было передавать многоканальное аудио в новых форматах сжатия без потерь Dolby TrueHD и DTS-HD Master Audio, а также здесь была впервые реализована технология автоматической синхронизации видео и аудиосигналов Auto lip-sync.

Наконец, был стандартизован миниатюрный в сравнении с обычным коннектором разъем mini HDMI (тип C) для подключения портативных гаджетов, к примеру, видеокамер. Уже весной 2007 года вышла версия 1.3b, которая была дополнена поддержкой расширенного списка команд управления спецификации CEC.

Версии HDMI, которые остаются актуальными и сегодня

Версия 1.3 с её модификацией с суффиксом b оставались актуальными целых три года, пока в мае 2009 года не появилась версия 1.4, основной особенностью которой стала поддержка видео 4K. Разрешение 3 840 × 2 160 поддерживается здесь с частотами развертки 24, 25, либо 30 Гц, а 4 096 × 2 160 – с частотой 24 Гц, хотя требования к пропускной способности не изменились – 10,2 Гбит/с. Кроме того, в этой ревизии стандарта впервые был реализован обратный звуковой канал ARC для трансляции аудиосопровождения с телевизора на внешние устройства, к примеру, на саундбар. Также интерфейс HDMI 1.4 поддерживал передачу 3D-видео и здесь впервые был реализован Ethernet-канал (HDMI Ethernet Channel, HEC). Наконец, был стандартизован разъем micro HDMI (тип D), который стал ещё меньше, чем mini HDMI (тип C).

Уже через год, в марте 2010, была представлена модификация стандарта 1.4a, в которой была расширена поддержка трехмерного видео – для вещательного контента в стандарт HDMI добавили обязательную поддержку 3D-режимов Side-by-Side и Top-and-Bottom. А в вышедшей в октябре 2011 года версии 1.4b добавили поддержку трехмерного видео с параметрами 1080p/120 Гц.

Версия 2.0 интерфейса HDMI была представлена в сентябре 2013 года. Главным новшеством стало увеличение пропускной способности интерфейса до 18 Гбит/с, что позволяет транслировать видео 4K с частотой смены кадров до 60 Гц. Среди других нововведений – поддержка цветовой субдискретизации 4:2:0 и число аудиоканалов теперь может достигать 32. Кроме того, добавлена поддержка устройств отображения с соотношением сторон 21:9, возможность параллельной передачи двойного видеопотока для нескольких пользователей на одном экране и многопотоковая трансляция аудио нескольким пользователям, число которых может достигать четырёх.

Базовый вариант второй версии HDMI, который получил индекс 2.0a, появился только через два года – в апреле 2015. Именно здесь впервые была официально закреплена поддержка передачи видео с расширенным динамическим диапазоном HDR. И хотя с этой задачей зачастую успешно справлялся даже интерфейс версии 1.4, гарантий успеха этот стандарт не давал. В декабре 2016 года в стандарт, который получил индекс 2.0b, добавили поддержку актуальных вариантов стандарта видео с расширенным динамическим диапазоном – HDR10, Dolby Vision и HLG (Hybrid Log Gamma).

Заглянем в завтрашний день

Новый переломный момент в истории HDMI связан с появлением видео с разрешением 8K и, как следствие, с необходимостью ещё большего увеличения битрейта канала трансляции данных. В январе 2017 года опубликована версия стандарта HDMI с индексом 2.1. Пропускная способность повышена до 48 Гбит/с, что позволяет работать с видео с разрешением до 10K и частотой обновления кадров до 120 Гц. Стандартом поддерживаются цветовые пространства DCI-P3 и BT.2020 с использованием 10, 12 и 16-битного кодирования каждого канала цвета, а также все актуальные форматы видео с расширенным динамическим диапазоном.

Из дополнительного функционала здесь реализован расширенный обратный аудиоканал eARC, игровой режим VRR (Variable Refresh Rate) – поддержка переменной частоты обновления кадров, технология сжатия видео потока DSC (Display Stream Compression) и автоматический режим низкой задержки входного сигнала ALLM (Auto Low Latency Mode). Последние три особенности связаны в основном с появлением игровых консолей нового поколения PlayStation 5 и Xbox Series X, в которых реализованы все эти технологии.

На конференции в преддверии главной отраслевой выставки CES 2022, которая пройдет уже в январе следующего года, организация HDMI Licensing Administrator, курирующая стандарт HDMI, объявила о скором появлении новой версии интерфейса – HDMI 2.1a. Основная новость – поддержка технологии SBTM (Source-Based Tone Mapping), оптимизирующей отображение видео с расширенным динамическим диапазоном HDR. Технология позволяет перенести часть обработки HDR-видео с устройства отображения на источник контента. Это может быть полезным, когда на экране необходимо параллельно (к примеру, в разных окнах) воспроизвести видео в HDR и SDR – технология SBTM позволяет обработать каждый тип контента отдельно и в соответствии с параметрами конкретного устройства отображения. В HDMI Licensing Administrator заявили, что устройства с портами HDMI версии 2.1 смогут перейти на вариант 2.1a после обновления системной прошивки.

В заключение скажем пару слов на волнующую всех тему возможной длины кабеля HDMI. Особенно этот вопрос беспокоит владельцев домашних кинозалов на основе классических проекторов, оснащенных длиннофокусной оптикой. Стандарт гарантирует работоспособность кабеля HDMI на длинах до 5 метров. Но это вовсе не значит, что кабель длиной 8 или 10 метров работать не будет – это скорее означает, что кабель не обязан заработать, но вполне может. Успех зависит от множества факторов, начиная с конкретной реализации передатчика и приёмника HDMI в источнике и устройстве отображения, и заканчивая конструкцией и качеством изготовления самого кабеля. То есть, нужно помнить, что выбору кабеля HDMI, особенно если его длина превышает пять метров, нужно уделить самое пристальное внимание – и обязательно проверять работоспособность кандидатов именно в вашей системе. Кроме того, в последнее время стали появляться оптические кабели HDMI, длина которых может быть существенно больше 10 метров без какой-либо угрозы для работоспособности. К тому-же в большинстве случаев оптоволокно гораздо тоньше качественного медного кабеля с многослойной изоляцией – то есть, такой кабель проще прокладывать. Правда, конструкция таких решений куда сложнее – в разъемах скрыты активные преобразователи цифрового сигнала, получающие питание от портов HDMI. По этой причине стоимость таких кабелей в среднем оказывается выше.

Редакция Hi-Fi.ru