视频接口HDMI需要担心DisplayPort或MHL阵营吗?

继4k uhd显示器与相关影音内容逐渐普及之后,业界已经将关注目光投向高动态范围(hdr)与8k解析度规格。目前已有多款高阶平面电视与影音播放器支援4k uhd与hdr,并将视讯介面升级到hdmi 2.0a,以便支援更大的资料流量。
4k解析度已成为目前平面电视市场上的主流规格,为了进一步驱动买气,目前各品牌制造商开始将产品开发的重点放在高动态范围(high dynamic range, hdr)、广色域(wide color gamut)上面,盼藉此创造出更好的观赏体验。
另一方面,随着日本开始为8k解析度广播服务与相关平面电视产品进行暖身,标准组织也开始将眼光投向8k领域,盼能抢得市场先机。
支援4k解析度、hdr、广色域等技术规格的新一代显示器,在画质表现方面压倒性地胜过full hd显示器,几已成为公认的事实。然而,为了显示更大的动态范围与更丰富的颜色,显示介面必须跟着升级,才能承载随之增加的资料流量。
hdr将成下一主流 带动hdmi 2.0a需求
举例来说,蓝光光碟联盟(blu-ray disc association, bda)选择将hdr-10作为蓝光光碟的hdr强制标准后,已同步将hdmi 2.0a及hdcp 2.2拷贝保护标准列为配套标准。因为与hdmi 1.4相比,hdmi 2.0a的频宽从10.2gbit/s大幅增加到18gbit/s,足以承载为支援hdr所增加的元资料(metadata)(表1)。
根据hdmi标准授权组织(hdmi licensing llc)的统计资料,截至2016年国际消费性电子展(ces)前,一千七百多家hdmi授权厂商中,已有近60%取得hdmi 2.0a授权。可以预见的是,hdmi 2.0a很快将成为影音终端产品的主流介面规格。
不过,目前hdmi所采用的hdr-10规格是以静态元资料为基础,整部影片节目采用一致的动态范围等级。相较之下,杜比(dolby)与飞利浦(philips)则力推动态hdr,让影片制作者可以在后期制作时,视需要自由调整不同场景的动态范围。一般预期,hdmi未来也会支援动态hdr。
值得一提的是,杜比目前正在推广的dolby vision规格已支援动态hdr,而且可以与hdmi 1.4介面相容,制造商不一定要采用最新的hdmi 2.0系列介面。目前已有部分电视大厂推出同时支援hdr-10与dolby vision的高阶产品。
相较之下,飞利浦所提出的第三种动态hdr标准便得使用比hdmi 2.0更先进的视讯介面。飞利浦提出的动态hdr标准具备更灵活的弹性,可视显示设备的规格能力调整其动态范围等级,不像现有的影像规格只有hdr与标准动态范围(sdr)两种选择(图1、2)。
图1 飞利浦hdr功能方块图 资料来源:飞利浦(8/2015)
图2 飞利浦hdr所提出的sdr相容模式功能方块图 资料来源:飞利浦(8/2015)
事实上,除了动态hdr外,飞利浦也已开始研究下一代色彩显示系统,以便进一步提升画质。飞利浦指出,为了尽可能重复利用现有的设备与投资并与sdr系统保持相容性,目前的hdr仍沿用ycbcr色彩标准,但该公司已经开始研究新一代色彩标准y”u”v”(图3)。
图3 y”u”v”色彩显示标准 资料来源:飞利浦(8/2015)
y”u”v”标准短期内可能还无法出现在市面上,但比起现有的ycbcr标准,y”u”v”可以进一步将hdr编码讯号最佳化,提升其品质与频宽效率。
次世代hdmi规格已进入定义阶段
在2016年1月举行的ces期间,hdmi论坛(hdmi forum)主席robert blanchard透露,新一代hdmi标准已经在定义中,主要的技术开发目标是支援8k解析度及更强的hdr功能。此外,下一代hdmi还会支援供电等新功能,让显示器可以直接供电给电视棒或其他讯号源设备。
关于下一代hdmi标准的频宽、推出时间、功能细节等资讯,hdmi论坛目前不愿透露太多,也不评论现有装置能否藉由韧体更新升级成新标准。但由于下一代hdmi同时要达到支援8k解析度及强化hdr效果的目标,硬体设计将出现更动的机会不低。
根据日本nhk先前进行的8k显示串流实验显示,在每秒120格的条件下,传输未压缩的8k讯号需要48gbit/s频宽;即便将格数减半为每秒60格,频宽需求还是远超过hdmi 2.0所能提供的18gbit/s。若加上hdr元资料,则hdmi 2.0的频宽将更形不足。
displayport /supermhl争抢8k传输大饼
在hdmi还未能支援8k传输的情况下,其他视讯介面标准已经跃跃欲试,想利用这个机会在技术上超前hdmi。例如2015年1月发表的supermhl便可支援8k串流与动态hdr,视讯电子标准协会(vesa)则在2016年3月发表新一代displayport 1.4介面,同样也可支援8k串流及动态hdr标准。
displayport 1.4的单通道频宽为8.1gbit/s,与display port 1.3相当。在典型的四通道配置下,总频宽可达32.4gbit/s。不过,displayport 1.4导入了压缩比为3:1的display stream compression (dsc)压缩技术,因此在相同的频宽下,可以支援每秒60格的8k hdr影音传输;若用来传输4k影音,则每秒可达120格。
supermhl采用32针接脚,最大频宽为36gbit/s,同样支援dsc压缩标准。mhl联盟(mhl consortium)表示,supermhl的频宽足以支援每秒120格的8k影音传输。值得注意的是,supermhl除了有自己的专属连接器规格外,supermhl也和displayport一样,可以与usb type-c连接器相容。
hdmi可望保持主场优势
虽然hdmi的传输频宽暂时落后给supermhl与displayport 1.4,但仍无损于其视讯传输标准一方之霸的地位。毕竟,广播服务生态系统的进步速度向来落后于终端产品。在未来1∼2年内,8k电视会是相当小众,甚至是技术宣示型的产品。
夏普(sharp)在2015年8月推出全球第一台8k平面电视,售价高达14万美元。
但直到目前为止,消费市场上并没有对应的影音内容。最快要等到2016年巴西奥运期间,电视转播单位才会开始拍摄8k奥运转播节目,而且时数很短,约仅130小时。一般认为,2020年东京奥运才会是8k平面电视起飞的时间点。在此之前,平面电视规格升级的重点将不在解析度提升,而是各种画质的改良升级。
因此,短期内hdmi阵营仍可按其既定步调开发下一代规格,不用担心displayport或mhl阵营会利用hdmi暂时无法支援8k的空档大举入侵平面电视、蓝光光碟机等hdmi的主要应用市场。此外,hdmi标准向来具备向前相容特性,目前支援该标准的影音装置已接近50亿台,其庞大的安装基础,将对其他视讯介面形成一定的进入障碍。

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