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HDMI不是传输数字信号吗,为什么还有线材优劣之分?

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发表于 2017-5-21 12:48:41 | 显示全部楼层 |阅读模式
HDMI的信号频率太高,电缆已经成为传输线。
任何阻抗不连续的地方,比如双绞线绞距不均匀、接插件、电缆尾部在接插件前解开双绞的地方,都会发生反射,电缆末端反射的信号会一直传输到源端再反射一次,反射信号还会叠加到原始波形上,最终导致波形失真。本来一个方波信号到了接收端变成非常怪异的信号,甚至都无法可靠地判断是0还是1,发生了误码。
工程上一般用眼图来形象地测试这种现象。
上两张信号远低于HDMI的电缆传输效果图说明一下,才100MHz的信号。HDMI最高可是1.65GHz的。
这张是比较好的双绞线效果,黄色的是时钟,青色的是伪随机码数据,眼睛张开得很大:

9d7af6a6616f229e697c25197f75f3a9_b.jpg

下面这是用不太标准的双绞线传输的效果(美国Raychem公司航天级导线),可以看到波形叠加了很多反射信号,“眼皮”变得很厚,“眼睛”张开得很小了,非常容易产生误码。
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 楼主| 发表于 2017-5-21 12:52:37 | 显示全部楼层
本帖最后由 好色仙人 于 2018-3-1 15:56 编辑

以下文章是网友对hdmi线材的理解?


亚马逊上最贵的HDMI信号线,购买50英尺(约15米)你需要花掉大约87400元人民币.
1226c2ff6e10eb4bcd13fee6b3510228_b.png

廉价的HDMI信号线50英尺仅仅需要182元人民币


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看到这么丧失的价格差距...我想你心中最大的疑问是“它们之间到底有什么区别
?”

Why all HDMI cable are the same?(为什么所有HDMI线都是一样的?)

这是CNET一名笔者提出的一个问题,CNET是美国非常有名的科技新闻网站,下面我摘下翻译出来的一段。  

特别提醒:
(有时候不得不说现在很多无聊的小编胡乱写文章和报道迷糊消费者,自己对技术不懂又在哪里装懂,老外也照样是坑爹的料。)

Geoffrey Morrison :

现在你可以花3.5美金、19.99美金、99.99美金或者699.99美金去购买一根6英尺(1.8米)长的HDMI信号线。销售人员和零售商、尤其是线缆的制造商希望你相信在更贵的HDMI信号线上会得到更好的图像和声音质量。

是的,你花了很多自己的血汗钱购买这些线材,但几十个著名的HDMI线缆制造商和声名狼藉的公司,它们的产品优势全都是编造出来的谎言。线材产品当中存在如此巨大的利润,有一些零商甚至向买家推介数百美元的HDMI信号线,但这根本就是没必要的。
实际的情况是:昂贵的HDMI信号线在提供图像质量上与廉价的HDMI信号线并没有区别,cnet之前就有提到过这个,原因是:科学
他认为昂贵与廉价HDMI线之间没有区别。理由是什么?让我们先了解一下:

什么是数字信号?
首先,蓝光机HDMI接口输出的是数字信号,数字信号是由0和1的二进制代码,在蓝光机当中,一幅图片由非常多的0和1组成,类似100101这样的排列,蓝光机会将它压缩到最小化的排列方式,例如压缩成111000这样的组合,然后蓝光机会将它通过HDMI线 传输至你的电视,电视将它重新排列成正确的顺序,于是生成了画面,这看起来非常神奇。它其实就跟我们在电脑上去压缩一个文件一样,它会变得更小,然后你将 它传给其他人的电脑,他收到后就可以通过解压缩把它还原成原来的文件。当然,如果你的电脑压缩文件或者传输过程中出了一点点差错,你会发现这个压缩文件将 损坏,无法打开,或者你只能打开已经传输完成的那一部分,但无论如何它不会变成一个更好的文件,以数字传输的音视频信号是一样的道理。所以你只能得到两种 结果,完整的画面或者花屏、无图,而不是对比度或者色彩质量的差别。

最常见的错误来自于那些用于“模拟信号”的观点,他们认为在任何信号线中,信号被恶化的可能性都很高。但是数字信号与模拟信号相比,数字信号并不存在被恶化到影响画面质量的情况,如果有信号,图片是完全正常的,如果没有足够的信号来创建图像,你得到的是花屏或者无图。

将HDMI线的长度控制在15米内,信号会更加稳定,当然20、30米也不一定会出什么问题,这是仅仅是参考,因为长距离传输信号肯定会相对有较大衰减,但请再次记住这个衰减不是给你一个对比度或者色彩更差的图像,而是花屏或者无图!
贵的质量会更好?
更昂贵的信号线也许会有更坚固,更厚实的外壳,更长的使用寿命。但就我个人观察到的,我发现许多“高端”的HDMI线有些笨重,在连接设备的时候可能会压迫到插头,长远来看可能造成损坏,而那些不笨重的HDMI线,它们看起来就跟便宜货一样。
其他谎言
当线材制造商声称他们的HDMI信号线支持120Hz或者是240Hz画面时,他们是在对你撒谎。无论是刷新率转换到120Hz还是240Hz,都是你的显示设备通过插帧去完成的,而不是HDMI信号线。现在最好的HDMI2.0版本仅仅能在4K分辨率下传输60Hz的画面信号,没有所谓的120Hz或者240Hz原生信号。
HDMI线的版本
没差别仅仅是针对同一个版本下的HDMI线材,但在更高分辨率下,不同版本之间有明显的差距。现在主要还在市面上销售的HDMI信号线有1.4和2.0两种版本,HDMI1.4最高能在1080p下达到60Hz的画面刷新率,但是在传输4K画面信号时,线的传输带宽已经明显不够,所以画面仅仅能达到24Hz的刷新率,而HDMI2.0在4K下的画面刷新率能达到50/60Hz,在观看4K节目时,整个画面的运动会更加流畅。(不过这也并不意味着你对4K电视机使用了HDMI2.0版本的线就能够达到更好的4K画质,因为近两年的4K电视机,部分都还是采用的HDMI1.4的接口,也就是说硬件上还不支持HDMI2.0)。

除了传输信号在画面上的刷新率有区别以外,HDMI2.0比HDMI1.4拥有更好的色彩深度,简单来说就是色彩的层次感将会更好(HDMI1.4仅仅支持到8bit的色深,而HDMI2.0能支持10bit的色深)。

头疼的是HDMI1.4和2.0版本的线材在插头上都没有标示...也就是说拆掉了外包装后你根本就不知道到底那根才是你要的版本,除非你知道它的品牌型号并能够查找到型号的资料。

我的建议是什么?
如果你的HDMI线是在2年以前购买的,除非你能够确认它是一根HDMI2.0版本的线,不然我建议你将它更换成最新的,以适应现在或者未来可能要更换的设备,因为你已经了解了数字信号的秘密,不再需要考虑为一根3米长的HDMI线付出50美金甚至更高的价格,但请一定要在正规商店去购买正规品牌,不然不排除商家可能会把HDMI1.4版本的当HDMI2.0的卖给你。如果你现在就需要一些HDMI线,请直接选择HDMI2.0版本的。

如果你看不懂上面说的也没关系,请记住下列几点
1、同样版本同样长度的HDMI信号线,画面和声音不会有任何区别,这是对合格产品来说的,如果不合格,那么你得到的是花屏或者无图像,而不是色彩或者其他质量上的区别。
2、购买时请选择正规商店和正规品牌,不要使用DIY或者杂牌产品。
3、购买时请确认HDMI版本为2.0。
数字信号也会衰减,这是肯定的,长距离传输后有可能发生的是一部分信号没有到达,那就会出现花屏或者无图像的情况,而不是让画面对比度和色彩变差,花屏和无图像它属于画面故障。
举个例子,就像一个花了的光盘,你在观看过程中可能会出现画面花屏或者声音卡带,这就是盘面上信号缺失导致的,但这属于故障,在你光盘完整的时候它传输的信号不会多出一些什么,即使你用质量更好的光盘。

HDMI线材厂商宣称的是好的线材会得到更优质的画面,这是不可能的!数字信号传输要做到的只是完整,仅此而已!除非有数据证明一根数字信号线使用其他材质后比普通的纯铜信号线传输得更远而且保证信号完整,而事实是线材制造商根本就没有给出什么真实的数据,他们只是宣称你会得到更好的画面和声音,是这样吗?它将把0或者1变成其他的什么吗?如果是保证完整性,那数据呢?

以上文章是网友争论的观点不代表本人观点?
线材的传输是数据决定的,当一个用户用画面出不出图像来衡量线材的好坏实在可笑至极。首选画面分帧率分码流。眼图代表了在一定时间内通过的数据量。如果你播放的是大码流的数据,差的线材根本传输不过去,还有就是画质在图像一起上会有很大的衰减。所以说明线材的传输至关重要。尤其是在18G/48G大数据的传输上,很多有没有搞明白一个道理,如果线材都可以,你给我做出一个20米可以传输18Gb48Gb信号的线材给大家,吹牛B谁都会,当来真的时候就狗屁不懂了。
很多线材厂家投入巨资研究导体的传导性能,如何做到无损做到不丢失数据,如果按照以上网友的争论,这些线材厂家都是傻B了,没有你有能耐了。
所以线材好不好,不仅是看图像,看眼图,更重要的是要测试传输过来的影音质量,图像可以达到几级水平,比如709.还是2020.这才是根本。

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 楼主| 发表于 2017-5-21 12:56:05 | 显示全部楼层
本帖最后由 好色仙人 于 2017-5-23 15:14 编辑

有很多网友说出了他们的观点如下:


影响线材质量

屏蔽,衰减,距离,做工。

说骗钱的真的够了…数字信号也需要屏蔽的好不好,不能干扰别人也不能被别人干扰。具体可参考usb以及以太网双绞线的防干扰相关项目,不能简单认为所有超出你的价格接收范围的就纯粹骗钱

HDMI传输的是数字信号,原理是将时钟信号与音视频信号分离,形成CLK/D0/D1/D2四组差分线,传输的是差分信号。试想八股线传输高速数据信号的同时有任意一根工作异常(如有时延、阻抗不连续等问题),那么恢复出来的信号肯定会有很明显的问题。
因此当传输差分信号时,单根线缆、线缆之间都会有详细要求,也因此HDMI独立对线缆进行认证。


生产HDMI线的厂家,市面上价格差别一个是一个线的线芯规格(有1.3版也就是13根线芯,1.4版就是14根线芯带地线,在就是2.0版19根线芯带一根地线,)还有就是这条线的材料,铜包钢跟无氧铜两个的差别相差太远了,一个信号传输速度,一个画面清晰,稳定,在就是线的柔软度和使用寿命,最后就是一个品牌和包装。贵东西还是有贵东西的好处。


高速数字信号传输也是讲信号质量的。有些地方跟射频挺像的。你以为做高速信号的就是拉个线就完了?




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 楼主| 发表于 2017-5-23 15:21:07 | 显示全部楼层
音频信号和视频图像信号哪些是数字信号,为什么

所谓数字信号,是一种离散的,用高低电位表示信息的一种信号。而另一部分是模拟信号。模拟信号是通过电流计量量(电流强度I,电压强度U)来表示信息的信号。
两者的区别主要是通过二者的波形的差别来进行比较的。只有以波形形式命名的信号我们才能判断它的信号究竟是数字信号还是模拟信号。正弦波信号是标准的模拟信号,时钟脉冲是数字信号。
对于音频信号和视频图象信号而言,即可以是模拟信号,也可以是数字信号。

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 楼主| 发表于 2017-5-23 15:30:45 | 显示全部楼层
光纤HDMI与筒HDMI线区别

光纤的传输原理是:
第一步,首先把HDMI里的音频视频电信号转成光信号进行传输。
第二步,在把接收端把光信号转换成电信号还原。
   两次转化已经让信号流失了很多细节。但是他电最大优势在与可以远距离传输,尤其是距离远有优势,在近距离传输上不占有任何优势。

光纤是什么材料做成的
光纤是光导纤维的简写,是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。一种传输光能的波导介质,一般由纤芯和包层组成。
这个分很多种类,不同的光纤材料传导的数据可靠度也有很大的差距。

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 楼主| 发表于 2017-5-23 15:34:13 | 显示全部楼层
高频传输理论及高频信号传输线材相关知识
光纤线SPDIF输入,一般称为光纤输入,也叫Toslink,这是日本东芝(TOSHIBA)公司较早开发并设定的技术标准,它是以Toshiba+link命名的,在器材的背板上有OPTICAL作标识,现在几乎所有的数字影音设备都具备这种格式的接头。Toslink光纤曾大量应用在普通的中低档CDLDMDDVD机及组合音响上。Toslink使用光纤传送SPDIF讯号,分两种类型,一般家用的设备都是用标准的接头,而便携式的器材如CD随身听等,则是用与耳机接头差不多大小的迷你光纤接头mini-Toslink
光纤连接可以实现电气隔离,阻止数字噪音通过地线传输,有利于提高DAC的信噪比。但是,时基误差是影响音质的重要因素,
所以衡量数字音响设备传输接口性能的好坏,应以引起时基误差的大小为标准。由于光纤连接的信号要经过发射器和接收器的两次转换,会产生严重影响音质的时基抖动误差(Jitter),因此这类光纤接口音质虽然较为透明,但数码味较浓,缺乏生气,显得缺乏韵味。

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 楼主| 发表于 2017-5-23 15:39:45 | 显示全部楼层
高频传输理论及高频信号传输线材相关知识
传输介质(Transmission Media)
一、有线传输介质(WiredTransmission Media)
计算机网络中目前流行使用的有线传输介质(Wired Transmission Media)
为:铜线和玻璃纤维。
1.铜线
铜线(CopperWire):
由于具有较低的电阻率、价廉和安装容易等优点因而成为最早用于计算机网络中的传输介质,它以介质中传输的电流作为数据信号的载体。为了尽可能减小铜线介质所传输信号之间的相互干涉(Interference),我们使用两种基本的铜线类型:双绞线和同轴电缆
2.双绞线
双绞线(Twisted Pair):
是把两条互相绝缘的铜导线纽绞起来组成一条通信线路,它既可减小流过电流所辐射的能量,也可防止来自其它通信线路上信号的干涉。双绞线分屏蔽和无屏蔽两种,双绞线的线路损耗较大,传输速率低,但价格便宜,安装容易,常用于对通信速率要求不高的网络连接中。
3.同轴电缆
同轴电缆(Coaxial Cable):
由一对同轴导线组成,同轴电缆频带宽,损耗小,具有比双绞线更强的抗干扰能力和更好的传输性能。按特性阻抗值不同,
同轴电缆可分为基带(用于传输单路信号)和宽带(用于同时传输多路信号)
两种。同轴电缆是目前LAN局域网与有线电视网中普遍采用的比较理想的传输介质。
4.玻璃纤维
目前,在计算机网络中十分流行使用易弯曲的石英玻璃纤维来作为传输介质,它以介质中传输的光波(光脉冲信号)作为信息载体,因此我们又将之称为光导纤维,简称光纤(Optical Fiber)或光缆(Optical Cable)。光缆由能传导光波的石英玻璃纤维(纤芯),外加保护层构成。在光缆一头的发射器使用LED光发射二极管(Light Emitting Diode)或激光(Laser)来发射光脉冲,在光缆另一头的接收器使用光敏半导体管探测光脉冲。与电缆相比,光缆具有体积小、重量轻,频带宽、容量大,传输速率高,不受外界电磁场的影响,抗干扰能力强,安全保密性好,可以单根使用等优点;但它弯成直角时易折断,并难于确定折断位置,安装和连接均需要专用设备。近年来,由于扩展束透镜技术在多节点连接器应用上的突破,再加上诸如光源、检波器和多路转换器等光缆部件的开发和端口化,光缆已成为计算机网络中最理想的传输介质。光缆可分为单模(只提供单路光信道)和多模(提供多路光信道)两种传输方式。

注意,这个只是用户计算机数据交换系统上,不是用在影音系统上,这个是有一定的区别的。

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 楼主| 发表于 2018-3-1 15:59:45 | 显示全部楼层
4K 基本知识,线材的传输。

电信号:本质就是电流 电压 只是这些电流电压包含了一些信息
数字信号:本质就是0和1 一个高电平 一个低电平
模拟信号:连续的电信号


显示器的“颜色深度”
  颜色深度可以看作是一个调色板,它决定了屏幕上每个像素点支持多少种颜色。由于显示器中每一个像素都用红、绿、蓝三种基本颜色组成,像素的亮度也由它们控制(比如,三种颜色都为最大值时,就呈现为白色),通常色深可以设为4bit、8bit、10bit、12bit 16bit、24bit。色深位数越高,颜色就越多,所显示的画面色彩就逼真。但是颜色深度增加时,它也加大了图形加速卡所要处理的数据量。
10bit视频是指一种视频编码的特征,意思是每个颜色通道用10个bit来表达。这样,每个颜色通道的色彩级数从8bit的256级提高到了1024级,就可以更细致地表达颜色。


色深
色域是面积,色深是在色域限定的面积里能细分的层次。6bit就是细分64片,8bit就是细分256片。可以简单想象,色深越高,每一片面积越小,能对应的颜色就越精准。颜色就3个,要调出更多的颜色就要增加这3个色的深度。6bit面板每个色有64个色阶,能调出64*64*64=262144种色。8bit面板能有256*256*256=16.7M种颜色。10bit面板能有1024*1024*1024=10.7亿种颜色。色深到底影不影响色域你还是再想想吧



视频带宽(Video BW),指每秒钟电子枪扫描过的总像素数即单位时间每条扫描线上面显示频点数总和。像素时钟(点时钟)可以计算为“水平分辨率(总数)×垂直分辨率(总数)×场频(画面刷新次数)”与行频相比,带宽更具有综合性,也更直接地反映显示器性能。大家不要混淆视频带宽和像素时钟。



码流
  码流(Data Rate)是指视频文件在单位时间内使用的数据流量,也叫码率或码流率,是视频编码中画面质量控制中最重要的部分,一般我们用的单位是Kb/s或者Mb/s。一般来说同样分辨率下,视频文件的码流越大,压缩比就越小,画面质量就越高。码流越大,说明单位时间内取样率越大,数据流,精度就越高,处理出来的文件就越接近原始文件,图像质量越好,画质越清晰,要求播放设备的解码能力也越高。

帧率
     一帧就是一副静止的画面,连续的帧就形成动画,如电视图象等。我们通常说帧数,简单地说,就是在1秒钟时间里传输的图片的帧数,也可以理解为图形处理器每秒钟能够刷新几次,通常用fps(Frames Per Second)表示。每一帧都是静止的图象,快速连续地显示帧便形成了运动的假象。高的帧率可以得到更流畅、更逼真的动画。每秒钟帧数 (fps) 愈多,所显示的动作就会愈流畅。

分辨率
视频分辨率是指视频成像产品所成图像的大小或尺寸。常见的4K视像分辨率有3840X2160P 4096X2160P。在成像的两组数字中,前者为图片长度,后者为图片的宽度,两者相乘得出的是图片的像素,长宽比一般为16:9。

三者之间的关系
好的画质是分辨率、帧率和码率三者之间的平衡:
帧率:FPS(每秒钟要多少帧画面);   以及Gop(表示多少秒一个I帧)
码率:编码器每秒编出的数据大小,单位是kbps,比如800kbps代表编码器每秒产生800kb(或100KB)的数据。
分辨率:单位英寸中所包含的像素点数; VGA:Video Graphics Array(视频图像分辨率)

三者的对应直播质量的影响因素:
帧率:影响画面流畅度,与画面流畅度成正比:帧率越大,画面越流畅;帧率越小,画面越有跳动感。如果码率为变量,则帧率也会影响体积,帧率越高,每秒钟经过的画面越多,需要的码率也越高,体积也越大。帧率就是在1秒钟时间里传输的图片的帧数,也可以理解为图形处理器每秒钟能够刷新几次。
分辨率:影响图像大小,与图像大小成正比:分辨率越高,图像越大;分辨率越低,图像越小。
清晰度
在码率一定的情况下,分辨率与清晰度成反比关系:分辨率越高,图像越不清晰,分辨率越低,图像越清晰。
在分辨率一定的情况下,码率与清晰度成正比关系,码率越高,图像越清晰;码率越低,图像越不清晰。


通过一个真正的4K 60Hz刷新率和10位色彩(约19.12Gb/s)的信号(4096×2160像素)线材的速度要足够快。所以高品质的HDMI 线要的是速度。

HDMI 2.0功能提升
HDMI 2.0的传输带宽增加到了18 Gbps,主要是为了实现在50/60fps帧频情况下达到4K的清晰度。在上一个HDMI版本中,4K@30fps的速度大概需要的带宽是9Gbps,新版本上升为4K@60fps的时候,需要的带宽就是9Gbps×2,即18Gbps。因为它的速率非常快,所以其传输的数据是未经压缩的,即纯粹的原始数据。
新版本还提供了双画面特性,就是可以在一个屏幕上看到两个视频画面,双视频流可同步传输多个视频信号到同一屏幕上,而使得多人可以共享同一屏幕,观看不同的视频内容。该功能的一个典型应用就是多人游戏,这些可以通过佩戴具有相应功能的眼镜实现。
多音频流:可以同步传输多个音频流至多个用户(最高达 4 个),例如,多种语言的音频流同步传输至多个用户。其与双画面功能配合,可在同一个屏幕上同时使用双画面显示多音频/视频内容。
HDMI 2.0还提供了最多32个音频通道,以享受身临其境般的多维音频体验,其听觉体验要优于传统的“环绕立体声”,体验清晰,实现了高保真的三维定位音效。与此同时,新版本还实现了高达1536kHz的音频采样率,进一步提高了音频清晰度。
CEC(消费电子产品控制)扩展:该控制技术可以实现使用一个遥控器对多个HDMI设备的操作。CEC 2.0扩展了功能,可以通过单点控制对消费类电子设备进行增强的指挥和控制。
HDMI 2.0还支持广角影片21:9的视频宽高比,从而满足观看者对广角影院视觉体验的需求。
动态自动声画同步:该增强型功能大大缩短了现有视频内容资源的处理时间,因为现今可用的视频内容来源广泛,视频处理的时间差别很大,这会引入延迟的音频/视频定时,而动态音频/视频同步功能通过动态同步视频和音频流解决了此问题,而且无需用户操作。
HDMI 2.0无需新的HDMI线缆,现有电缆将支持新版本功能,而高速线缆将支持HDMI 2.0增加的带宽(18Gbps)。同时,现有的连接器和插座都支持HDMI 2.0的所有功能。

HDMI极限速率是如何定义的?
HDMI有4P信号线,其中有3P分别用来传输红、绿、蓝三种色彩分量的信号,1P用来传输clock信号。
HDMI升级到2.0版本后就有了相关的定义,可以支持到24位、36位、最高48位的色深。 这是就规定了HDMI CAT2的最高传输速率为10.2G。 举个例子:现在市场上应用最多的1080P 60Hz ,就是屏幕显示为横向1920个像素、纵向1080个像素,每秒刷新60次。用公式计算下来其像素频宽(就是你说的时钟频率)大约为148.5MHz。 可以理解为HDMI的每对信号线每秒传输148.5兆个像素。
这里的1个像素是有一个10位的二进位码组成,其中有8位是视频数据,2位是控制信号,HDMI的8位视频二进制码信号发出时先要经过一个8b/10b的编码器,将8位信号加上2位控制信号后发送,所以1个像素是由10位二进制码组成。
上面1080P的传输速率就可以理解为3对*148.5MHz*10位=4.455G/s
这个就是HDMI的传输速率,对应的10.2G也就可以理解了,最高10.2G/S、每对3.4G/S、像素频宽340MHz
上面所说的1080P就是3*8=24位的传输,就是说1080P  60Hz实际传输的是24位的色深。 HDMI协会制定标准是考虑其发展性的,1.3版本规定最高支持到48位的色深,这个48位的色深的传输速率就接近10.2G/s了,为了HDMI产品发展和可扩充性,才把最高传输速率定的这么高。

色彩深度
* 色彩深度计算机图形学领域表示在位图或者视频帧缓冲区中储存1像素的颜色所用的位数,它也称为位/像素(bpp)。色彩深度越高,可用的颜色就越多。               
8bit 10bit 12bit 14bit 16bit
在数字信息存贮中,计算设备用2进制数来表示,每个0或1就是一个位(bit)。 假设1代表黑、0代表白,在黑白双色系统中最少有2bit。单基色为nbit,画面位数就为2 ?bit,位数越大,灰度越多,颜色也越多,彩色系统中同理。视频画面10bit含义就是画面能以10为二进制数的数量控制色彩层次(即灰阶)。通常 8bit相当于256级灰阶——即常说得24位真彩色;而10bit就相当于1024级灰阶。三基色混合成彩色,增加1 bit就意味色彩数增加8倍。10bit就相当于1024的三次方——1073741824,约为10.7亿色。远大于8bit的1670万色。

视频信号输出带宽是怎么计算的?
HDMI/2.0输出 按照3840 x2160 分辨率,每个像素10bit , 单通道就是 10X3=30bit. 按照输出帧率60fps那就是3840 x2160 x30 x60= 14929920000单位应该是bit 。
根据以上方法换算如下:那么4k带宽计换算完毕等于14.9 Gbps
当然,这个计算结果是非常理论化的,还有別的因素要考虑。HDMI使用的TMDS(最小化传输差分信号)机制。实际效率理论也就是14.9Gbps。这个带宽要求已经超过了HDMI/1.4的10.2Gbps要求,只有 HDM12.0才能达到18Gps,因而才可以轻易支持4K 60Hz输出。

理论计算(数据未压缩)
4K显示屏对应的解析度:3840*2160
4K内容需要的传输速率:3840*2160*8*3*60≈12 Gbps (前提:不考虑数据中的其他信号;数据位数为8 bits/color;帧率为60fps)

10 bit 和 8 bit 的灰度级别
通常的我们使用的显示器色彩是 24 bit ,那么现在提出的 10 bit 单通道色彩,两者是怎样一种关系呢?
  这是一个非常容易混淆的概念,实际上,可以这样计算,1 位单通道色彩的图像只是黑色和白色两种色彩,而单通道 8 bit 实际相当于显示器定义的 24 bit 或 32 bit ,显示器定义只是简单的色彩通道相加,而不是单通道色彩深度;单通道 16 bit 具有 65536 个灰度级别,和显示器的色彩定义不同,显示器是两个 5 bit 通道加上 1 个 6 bit 通道,色彩还没有达到单通道 8 bit 的图像显示质量。
   8 bit 和 10 bit 也是这样。高位深表示在一个色阈中更多的采样数值,8 bit 提供 256 个采样点,而10 bit 提供1024 个采样点,其色彩精度是8 bit 的4 倍。
也就是说,显示器和图像深度之间是一个单通道色深与颜色数量之间的关系,24 bit 真彩色显示器显示数量是单通道10 bit 色彩数量的六十四分之一。如果按照三原色计算,10 bit 单色彩通道相加为30 bit 色彩,或者说10 亿色。



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 楼主| 发表于 2018-3-1 16:03:26 | 显示全部楼层
细说HDMI的前生今世

就算不是影音发烧友,很多人也脱离不了HDMI线的影响。家里买部新的平面电视,很可能已经都是4K解析度了,因为4K电视价格一路下滑,与2K高画质电视距离越来越小,消费者当然会选择新科技产品。如果再买部可观看网路电视的机上盒,或可播放下载节目的高画质播放盒,甚至是携带型的高画质MP4播放器,都少不了HDMI线连接。从电脑街一条百来元,到音响店一条上万元,这些HDMI线究竟有什么区别?
影像传输介面的演进
最早类比的影像端子称为Composite Video,以黄色RCA接头代表影像,除了RF外,这是最古老的输出入介面;后来才发展出S-Video(彩度与亮度分离)、Component(色差端子,把影像中的明度、彩度、同步脉冲分解开来各自传送)、D-Terminal、VGA、DVI等其他介面。无论如何,这些端子都是影像和声音分开的。
1970年代欧洲诞生了一种21 pin的SCART介面,将影像和声音全部整合在一起,影像和左右声道都是Bi-directional双工的,也包含RGB及S-Video的讯号,它能够自动对应宽荧幕,开启家用消费电子产品自动化运用的先锋。SCART到目前为止,都能够支持高画质影音讯号,其功能在卫星接收器上发挥的淋漓尽致。欧规的DVB卫星接收器,在当地都必定使用SCART接头,为了应付Pay TV付费电视节目,这时候SCART的数据汇流排除了联结付费电视的解码器之外,还兼具控制碟型天线的位置,连带可以操作集波器的极性,达到接收来自不同卫星的节目。SCART的控制技术发展经验,造就了控制通道的技术概念,后来IEEE 1394及HDMI的CEC控制通道的设计就受到它的启发。

黄色的RCA接头是常见的Composite Video端子;黑色者是可分离彩度与亮度的S-Video端子;有红蓝绿三色的是Component色差端子。
IEEE 1394被苹果称为FireWire,由于Sony在苹果未将FireWire作为统一品牌之前,就注册以i.Link作为商标,最初Sony的DV使用这种介面,因此也称为DV端子。
IEEE 1394的传输效率相当优异,控制通道的指令也很完备,只要是日本高画质卫星的玩家,一定很熟悉i.Link的控制方式。在电脑网路的运用上,IEEE 1394也有一种功能称为IP over IEEE 1394,这种互联配置方式,即使没有Hub的情况下,透过IEEE 1394汇流排,也可以组成一个区域网路进行对外网路连线。不过2007年微软公司宣布,IEEE 1394汇流排上的IP网路,不再提供支持在Windows所有的更新版本,也就是说IEEE 1394面临末代命运。
同时蓝光机攻城掠地,i.Link的速度不再符合精确又高速的工作效率,所以日本数位广播逐渐放弃这个介面。电脑方面,IEEE 1394必须付费授权,现在也被拥有高速化技术的USB 3.0取代了。2005年日本松下曾推出令人惊叹的VIERA Link技术,学习SCART单线数据汇流排的方式传输AV.Link的讯号,使用单一遥控器就可以操作周边的机器,促使HDMI 1.2a修订版本公布了CEC功能,松下后来也改以HDMI作为系统连动控制的技术。

欧洲在1970年代推出的SCART接头,能支援高解析影音讯号,其控制技术的发展经验启发了IEEE 1394与HDMI的设计。

1999年以美国Silicon Image的专利技术为蓝本所推出的DVI端子,当时旨在统一新时代的数位显示介面标准。

苹果公司叫IEEE 1394,SONY称之为i.LINK,现在已逐渐淡出市场。
HDMI的诞生
2002年4月,Hitachi、Panasonic、Philips、Silicon Image、Sony、Thomson、Toshiba等七家公司共同组建了HDMI高画质多媒体介面组织,开始着手制定一种符合高画质时代标准的全新数位化视讯、音讯介面技术,同年12月9日正式发布了HDMI 1.0版标准,为HDMI(High-Definition Multimedia Interface,高清晰度多媒体介面)正式拉开序幕。
其实早在1999年,为了满足数位时代高品质图形影像的要求,DDWG数据显示工作组以美国Silicon Image公司的专利技术为蓝本,推出了一种名为DVI的介面,旨在统一新时代数位显示介面标准。此一技术得到IT产业Intel、DELL、HP、IBM等多个大企业支持。但伴随着数位高清影音的发展,DVI介面逐渐暴露出种种问题,甚至成为进步的瓶颈。DVI介面存在的主要问题有︰
DVI介面考虑的对象是PC,对于平板电视的兼容能力一般。
DVI介面缺乏对影像版权保护的支持。
DVI介面只支援8 bit的RGB信号传输,不能让广色域的显示终端发挥最佳性能。
DVI介面出于兼容性考虑,预留了不少接脚以支援类比设备,造成介面体积较大。
DVI介面只能传输图像讯号,完全没有考虑对于数位声音讯号的支援。

2002年12月正式发布HDMI介面。
由于以上种种缺陷,DVI接口已经不能更好地满足整个行业的发展需要。因此,无论是IT厂商、平面电视制造商,还是好莱坞的众多出版商,都迫切需要一种更好的能满足未来高画质视讯产业发展的介面技术,HDMI标准于焉诞生。由于HDMI可同时传输影像和声音讯号,对于建构家庭剧院、消费电子类产品而言,大大减少了缆线的数量,便利实用。经过了数十年的发展和演进,HDMI介面目前已经被广泛应用在平面电视、数位相机/摄影机、高画质多媒体播放机、投影机、PC、手机、平板电脑、车用电子设备等非常多的领域,成为消费电子设备中不可缺少的影音介面。
HDMI介面的种类
HDMI共有五种介面,实际上运用的仅为其中四种,分别是:
HDMI A Type
总共有19 pin,是影音器材最常见的HDMI接头规格,相当于DVI Single-Link传输。A type的插头内部接脚呈环状排列,标准规定外观尺寸的误差要控制在相当小的范围内(0.05mm),以保证良好的接触性。
HDMI B Type
总共有29 pin,可传输A type两倍的TMDS资料量,相当于DVI Dual-Link传输,用于传输高解析度图形(WQXGA 2560×1600以上)。但因为传输TMDS时工作频率必须提高至270 MHz以上,而在HDMI 1.3的IC出现之前,大部分设备只能稳定在165 MHz以下工作,所以此类介面未应用在任何产品中。
HDMI C Type
称为Mini HDMI,总共有19 pin,可以说是缩小版的HDMI A type,但脚位定义有所改变,主要是用在携带型装置上,例如DV、数位相机、携带型多媒体播放器等。
HDMI D Type
也称为Micro HDMI,共有19 pin,脚位定义有所改变,介面比Mini HDMI缩小约50%,可为相机、手机等携带式装置带来最高支援1080p的解析度及最高支持5GB的传输速度。
HDMI E Type
共有19 pin,多用于汽车产业,1.4版本才首次于市场出现。E型接头设计对环境的要求特别严格,接头互相连接时要注意耐震、防潮、温差变化、噪音干扰等,因为车上的环境不如住家安定,所以在HDMI的各类型接头中这是唯一有interlocking互锁的结构。

HDMI版本
HDMI最早的介面规范HDMI 1.0于2002年12月公布,1.1版本于2004年公布,1.2版本于2005年公布,1.3版本于2006年公布,1.4版本于2009年公布,最新的2.0版本于2013年公布。每一次版本更新都是为了扩大应用范围,增加功能,提高速率的实现。
1.0版 → 研发、试用阶段
1.1版 → 只有影像(1080p)
1.2 → 影像(1080p)+立体声
1.3 → 影像(1080p)+支持7.1声道
1.4 → 基本与1.3版相同,再增加乙太网路通道、音讯回传通道、3D over HDMI、支援4K解析度、扩大对色阶的支援,与Micro HDMI连接器
那些HDMI标准的发起者组织在推广HDMI标准的时候,并不是本着救世济人的原则,单纯的推广一种领先的技术,其背后还有着更深层次的商业原因。这就要从HDMI晶片的主要供应商Silicon Image说起。前面说过HDMI标准是由Hitachi、Panasonic、Philips、Silicon Image、SONY、Thomson、Toshiba等七家公司共同制定,而这七家公司中,掌握了HDMI标准最核心技术的便是美国Silicon Image,它不仅掌握着HDMI核心的TMDS(transition minimized differential signaling,最小化传输差分讯号)技术,也是全世界最大的HDMI主控晶片供应商,因此,HDMI标准的普及程度就和Silicon Image之间产生了直接的利益关系。

不同尺寸的HDMI接头适用于不同的设备。
HDMI是要收费的!
为了更好地推广HDMI标准,以Silicon Image为首,又成立了一个专门的全资子公司HDMI Licensing, LLC。这个公司专门负责HDMI标准的更新、向设备商的推广,和对各种搭载了HDMI产品的认证和测试工作。当初制定HDMI标准的其余六家公司,也成了HDMI Licensing公司的创建者,但是占据的份额相对较小。
天下没有免费的午餐,HDMI Licensing公司支付相应的费用。而费用的构成也比较多,主要有以下几种收费项目。
一、每种使用HDMI的设备需要缴纳每年一万美元的权利金,如果要加入HDCP(High-bandwidth Digital Content Protection,高频宽数位内容保护)功能,还需支付额外的一万美元。对于HDCP功能,几乎很少有厂家会选择放弃,不然他们的产品将缺乏基本的竞争力。
二、为了保证装有HDMI介面的设备之间的相容性,厂商们还需参加Authorized Testing Center举办的HDMI ATC相容性测试,包括影像设备、接收器、转发设备、线材等每一种都单独收费。
三、每部用于商业化的器材,还需要单独缴纳15美分的权利金和4美分的HDCP权利金。如果使用HDMI的logo,每件器材还需再缴纳5美分。
上面这三项收费,还仅仅是HDMI Licensing收入的一部分,另外一部分收入则来自于贩卖HDMI主控晶片。目前世界上能提供HDMI主控晶片的厂家除了Silicon Image,还有安捷伦等厂商。数位显示技术中,目前世界上有三大主流技术,TMDS为Silicon Image所开发、LVDS隶属National Semiconductor独有专利,以及日本Sony研发的GVIF技术,各有所长。令人不解的是Sony有不错的技术,为何会联合Silicon Image共同推展HDMI的TMDS技术呢?商业竞争的策略,巧妙之处尽在不言中。

Panasonic研发的Viera-Link技术,希望用简单的方式操控影音设备,HDMI透过CEC技术也能实现同样功能。

美国Silicon Image研发的TMDS技术可以说是HDMI的核心,因此他们成为市场争夺战中最大的受益者。

先前提过,HDMI标准是由Hitachi、Panasonic、Philips、Silicon Image、SONY、Thomson、Toshiba等七家公司共同制定,七家HDMI创始会员在完成HDMI 1.4b标准制定后,认为需要注入更多的会员伙伴持续针对HDMI未来需求进行标准制定,加上七家创始会员多半来自消费性电子产品领域,他们认为需要有更多不同业界的声音加入,故于2011年10月成立HDMI论坛,将取代先前的HDMI联盟(HDMI Associate)进行标准制定。目前HDMI论坛有88家成员,囊括消费性电子产品、PC、智慧型手持装置、量测设备、半导体业者,并由88家会员投票选出11名董事会成员,由他们负责管理以及负责HDMI论坛的营运。
HDMI论坛包括两个工作团队,分别是技术工作与行销。此组织的宗旨是以非营利与互利为出发点创办,会员需缴纳15,000美金的会费,且与HDMI授权是独立的,加入HDMI论坛与获得HDMI授权的费用需要分别支付,但加入HDMI论坛不需要是HDMI授权会员,而是只要与HDMI技术有关的业者都能缴纳年费加入,未来也可能有内容供应者加入的可能。但别忘了,HDMI Licensing, LLC仍是HDMI论坛的指定代理商,负责HDMI规格2.0版的授权事宜;同时也是HDMI联盟的指定代理商,负责所有HDMI规格先前版本的授权事宜。

由于频宽的大幅提升,HDMI2.0可以把更多功能放进去。
HDMI 2.0新标准
HDMI Licensing , LLC于2013年9月在柏林的IFA 2013年会场正式介绍了HDMI 2.0规格,经四年研发而成的新规格不但能与现有接头和插座相容,频宽方面有大幅的提升(最高达18 Gbps)。同时新增许多全新功能,例如4K@50/60 (216p)(其视讯解析度为1080p/60的4倍)、32个LPCM音讯通道、动态自动嘴型同步、最高达1536 kHz 的声音讯号取样率、双显示、多串流音讯、剧院级超广角21:9视讯长宽比,以及CEC控制的延伸。
HDMI 2.0规格是由HDMI论坛的技术工作小组开发完成,小组成员均为全球顶尖的消费性电子产品、PC、行动装置、线材与零组件的制造商,而HDMI 2.0的命名已是经由HDMI论坛的成员一致投票决定。HDMI Licensing, LLC总裁Steve Venuti表示,HDMI开发厂商在全球已超过1331家,HDMI 2.0版规格之所以能兼容旧版线材或接头,是因为研发出有效率、但对线材损耗较低并可通过18Gbps的讯号。2013年HDMI装置数量约7.6亿台,中国开发商占34%,紧接的是台湾地区和北美地区的开发商,分别占19%和18%。而虽然HDMI 2.0与Display Port(HDMI的强劲对手,但仅限于IT厂家使用)功能类似,但其着重于4K技术及消费性电子市场而非单一的PC市场。随着智慧型装置的演进,未来HDMI也许会和Display Port合作开发技术。

随着长度增加,讯号会有很大的衰减,所以较长的HDMI线几乎都要加上放大线路。
HDMI 2.0有哪些新功能
换句话说,消费者不需要急着更换HDMI线,因为2.0版本与1.4版本并没有本质上的区别,在设备方面使用2.0版的晶片那是厂家的事,只要你的线材工作频宽足够,再用两年也不成问题。不过我们还是要认识一下HDMI 2.0版本所增加的新功能︰
一、大大增加了传输效率。HDMI 2.0规范最大支持18 Gbps的传输频宽(1.4版本仅为10.2 Gbps),这是在用户不需要更换新线材的清况下实现的,所以选择导体材质,还不如选择导体线径,越粗的损耗越少,频宽也越宽。
二、支持50/60帧4K超高解析影像讯号。其实在1.4b版本中已经支持4K超高解析视讯,但HDMI 2.0可以支持3840×2160解析度和50、60 fps(frame per-second,每秒显示影格张数),而之前是24/30 fps,让画面更加流畅,这也是传输速率增加的结果。
三、支援双画面显示。之前3D显示器推出时,不少厂商就推出了可以在一个荧幕上同时实现两幅画面的的产品,这样两个人配戴不同的眼镜,看到的是完全不同的画面(如Sony推出的Play Station系列显示器)。这除了需要显示器具备非常高的扫描频率之外(至少240Hz),也需要影像传输足够顺畅,而HDMI 2.0就完全支持。

HDMI走的是纯数位讯号,与普通音响用线不同,需要经过严谨的测试,因此目前市面上真正经过HDMI 2.0认证的产品非常少。
四、更强大的音频性能。在家庭剧院系统中,高品质声音讯号传输的资料量甚至大大超过影像讯号,因此对声音讯号的支援也是很多人所非常关注的。1.4版本只支持8声道的讯号,2.0版本则增加到32声道,对应未来8K电视的22.2声道环绕声规格也没问题。
五、支援多组声音讯号流(audio stream)。HDMI 2.0支援双画面的显示,双声音讯号流也是同样的意思。HDMI 2.0最多可让四个用户同时接收到来自不同的音源传送的讯号。
六、超高声音取样率。由于具备超高传输速率的特性,HDMI 2.0不但能支援更高解析度、更高的fps影像讯号,同时也能传送高达1536 kHz的声音取样率。
七、支援更多CEC控制。之前版本的HDMI介面只能支援少量CEC控制功能,而HDMI 2.0的CEC 2.0则增加了不少新的功能。
八、动态影像与声音同步。通过技术改进与超高传输速率的支持,在不需要用户强调单独调整的情况下,HDMI 2.0就支援声音讯号流与影像流的同步。
九、支援21:9超宽荧幕显示。


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 楼主| 发表于 2018-3-1 16:05:39 | 显示全部楼层
HDMI线材优劣原理解析


  在影音模拟时代,对于讯源线材的要求非常之高,器材使用的不同档次或品牌的线材,出来的画面或声音效果都会有很大的差别。这是因为模拟时代讲究的是最大程度地确保信号传输的正确性而不受外界干扰,所以线材的优劣对影音信号传输的正确性起到至关重要的作用;说的直白一些就是一分价格一分货,这在模拟时代就是金条玉律。
  而进入超高速4k数字时代,这条玉律几乎瞬间就被打破。那么无疑HDMI线材便成为了众多用户争相讨论的焦点。从原理上来看,HDMI线材仅作为一条通用介质,传输的都是0或1的数字信号,无论线材优劣只要能传输数据,得到的结果就是一样的。咋一比较,进入数字时代线材真的已经没有高低贵贱之分了吗?

那么对于HDMI线材进行深入了解之前,我们有必要了解一些专业知识。
眼图(Eye Diagram)
眼图是利用专业仪器测试线材传输性能时在取样示波器(Sampling Scope)上可以观察到的一种图形。由于测试得到的图像比较像人眼,故成为“眼图”。从眼图上可以观察码间串扰和噪声的影响,从而判断系统传输系统的优劣程度。

眼图是衡量HDMI 线缆稳定型和传输质量的一个重要指标,眼图的“眼睛”张开的大小反映着码间串扰的强弱,“眼睛”张的越大,且眼图越端正,表示码间串扰越小;反之,则表示码间串扰越大。
门限值(Threshold)
门限制是一个较为专业的术语,平时能在卫星电视接收机、数字机顶盒、网络路由器等设备说明书中发现。他是指保证机器正常稳定工作的最低信号强度和稳定度值。信号强度在门限值之上,图像信号便能接收正常且效果极佳;而信号强度低于门限值时,图像会突然消失或出现马赛克,图像画质不存在一个由好到差的渐变过程,俗称“雪崩效应”。
误码率(BER)
误码率( BER: bit error rate) 是衡量数据在固定时间内数据传输精确度的指标。误码率=传输中的误码/所传输的总码数。这里要澄清一个概念,数码传输虽然只有0和1两种信号,但依然会有误码存在,通常规定音频双向传输的误码率应小于十亿分之一。
HDMI线到底有没有版本区别?
HDMI的版本区别只在于设备的输入输入端口,HDMI线材本身其实是没有区别的,这事一个基本常识,但很多人却不太明白,线材的区别值在于制作工艺、材料、长度等方面,本身并没有版本区别。
线材的工艺材料
HDMI线材本质上就如同是一条数据信息高速道路传递信息承担责任。一条合格的高品质的HDMI线材研发生产过程中须遵循三大技术要领:
1、        带宽  带宽类同一条高速的铁路,所以HDMI线材的带宽是越高越好。HDMI协会公布的HDMI2.1标准首次对带宽做出明确要求,必须达到48Gbps。2.0标准是18Gbps. 就如同北京到上海有18量高铁车并排18个车道一次到达上海,如果线材带宽不够,就如同18辆高铁通过一个铁轨到达上海,他们在一定时间内的运输和通过时间就是带宽频率。所以18车道的通行效率毫无疑问高过1车道。
带宽速度快慢,与线材的导体息息相关,所以很多线材厂家不惜巨资投入研发线材的导体,确保能够达到最大的带宽传输值。
                                                                  
2、屏蔽  屏蔽网类似高铁路网是封闭式还是半封闭式或者开放式道路。封闭式高速铁路因为防外界干扰能力强,所以高铁没有任何干扰通行时更顺畅。屏蔽好的线材,确保有效隔离电磁干扰,率先在HDMI线材领域执行EMI(电磁干扰)检测标准。
                                                                  
3、端子  一条公路的出、入口设计规划如果不够科学合理,同样会导致交通拥堵。好的端子接头和线材工艺会让数据传输没有色彩失真的问题。好的端子采用的铜箔屏蔽层有很高的抗干扰性可以更好的保证数据的可靠传输。


就如同高速公路的汽车,并排18辆一次通过18道收费通道一样。如果只有一个收费通道,18辆汽车要拍成一排一个一个通过收费通道。这样的接头端子是没有办法在约定的时间内完成数据的运输的。这也是线材端子和线材一样重要的原因。甚至比线材还重要。                             
HDMI线的理论传输距离有多长?


在生产上,单条线最长大约可以达到30米(内置信号放大器的类型除外),而在实际运用中,最长距离建议不要超过20至15米。这个要根据线材接头的导体材质和制作工艺来决定他能传输数据的远近。这也是很多优质的hdmi线价格很昂贵的真实原因。


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