كيف يعمل نطاق ترددي HDMI؟

يقوم HDMI (واجهة الوسائط المتعددة عالية الدقة) بنقل بيانات الفيديو والصوت عبر مجموعة من قنوات البيانات التسلسلية عالية السرعة. في إصدارات HDMI من 1.0 إلى 2.0، تحمل ثلاث قنوات بيانات TMDS (الإشارة التفاضلية المُقلِّلة للانتقالات) بيانات البكسل إلى جانب قناة ساعة منفصلة. بدءًا من HDMI 2.1، تنتقل الواجهة إلى وضع FRL (الرابط ذو المعدل الثابت) مع أربع قنوات بيانات ونظام ترميز أكثر كفاءة، مما يزيد النطاق الترددي المتاح بشكل كبير.

لا يساوي معدل الإرسال الخام معدل البيانات القابل للاستخدام بسبب الحمل الزائد للترميز. تستخدم إصدارات HDMI المعتمدة على TMDS ترميز 8b/10b، حيث تحمل 10 بتات مُرسَلة 8 بتات فقط من البيانات الفعلية — بكفاءة 80%. يستخدم HDMI 2.1 و2.2 ترميز 16b/18b بكفاءة فعلية تبلغ 87.5% بعد احتساب الحمل الزائد لطبقة الرابط. يحدد معدل البيانات الناتج عدد البكسلات في الثانية التي يمكن للاتصال توصيلها.

يعتمد تحقيق مجموعة معينة من الدقة ومعدل التحديث على معدل بيانات إصدار HDMI، وتنسيق الألوان (RGB أو YCbCr 4:4:4 أو 4:2:2 أو 4:2:0)، وعمق الألوان (بتات لكل مكوّن). تتطلب الدقات الأعلى ومعدلات التحديث الأسرع والألوان الأكثر ثراءً نطاقًا ترددياً أوسع. يساعد فهم هذه الحدود على تجنب شراء شاشة أو كابل لا يستطيع port HDMI لديك تشغيله بالكامل.

وصف الأداة

تحدد هذه الآلة الحاسبة الحد الأقصى لمعدل التحديث لأي مجموعة من إصدار HDMI والدقة وتنسيق الألوان وعمق الألوان. تعرض جدول جدوى لمعدلات التحديث الشائعة (60 و120 و144 و165 و240 و360 هرتز)، موضحةً ما إذا كان كل معدل مدعومًا وما هي النسبة المئوية من النطاق الترددي المتاح التي يستهلكها. تستخدم جميع الحسابات معدلات البيانات الرسمية لمواصفات HDMI وتشمل الحمل الزائد لفترة الإخماد CVT-RBv2.

كيف تعمل

تتبع الآلة الحاسبة الخطوات التالية:

  1. البحث عن معدل البيانات المتاح: لكل إصدار HDMI حد أقصى ثابت لمعدل البيانات محدد بمواصفاته — من 3.96 جيجابت/ثانية (HDMI 1.0) إلى 84.0 جيجابت/ثانية (HDMI 2.2)
  2. حساب البتات لكل بكسل: ضرب عمق الألوان (بتات لكل مكوّن) في عدد المكوّنات لتنسيق الألوان المختار — 3 لـ RGB و YCbCr 4:4:4، و2 لـ YCbCr 4:2:2، و1.5 لـ YCbCr 4:2:0
  3. حساب إجمالي البكسلات لكل إطار: إضافة فترات الإخماد CVT-RBv2 (80 أفقيًا، 58 رأسيًا) إلى الدقة النشطة
  4. حساب الحد الأقصى لمعدل التحديث: قسمة معدل البيانات المتاح على البتات المطلوبة لكل إطار

$$\text{Max Hz} = \frac{\text{Data rate (from HDMI version spec)}}{(\text{Width} + 80) \times (\text{Height} + 58) \times \text{BPC} \times \text{Components}}$$

مقارنة إصدارات HDMI

إصدار HDMI إجمالي النطاق الترددي معدل البيانات القنوات الترميز
1.0–1.2a 4.95 جيجابت/ثانية 3.96 جيجابت/ثانية 3 (TMDS) 8b/10b (80%)
1.3–1.3a 10.2 جيجابت/ثانية 8.16 جيجابت/ثانية 3 (TMDS) 8b/10b (80%)
1.4–1.4b 10.2 جيجابت/ثانية 8.16 جيجابت/ثانية 3 (TMDS) 8b/10b (80%)
2.0–2.0b 18.0 جيجابت/ثانية 14.4 جيجابت/ثانية 3 (TMDS) 8b/10b (80%)
2.1–2.1b 48.0 جيجابت/ثانية 42.0 جيجابت/ثانية 4 (FRL) 16b/18b (87.5%)
2.2 96.0 جيجابت/ثانية 84.0 جيجابت/ثانية 4 (FRL) 16b/18b (87.5%)

أمثلة

دقة 4K بمعدل 120 هرتز مع RGB بعمق 8 بت:

  • تتطلب ما يقارب 17.81 جيجابت/ثانية من معدل البيانات
  • HDMI 2.0 (14.4 جيجابت/ثانية) غير كافٍ — يلزم استخدام HDMI 2.1 (42.0 جيجابت/ثانية)
  • هذا هو السبب في أن كثيرًا من شاشات وأجهزة التلفاز 4K بمعدل 120 هرتز تتطلب ports HDMI 2.1

دقة 4K بمعدل 60 هرتز مع HDR بعمق 10 بت (RGB):

  • تتطلب ما يقارب 11.14 جيجابت/ثانية
  • يستطيع HDMI 2.0 (14.4 جيجابت/ثانية) التعامل معها باستخدام 77% من طاقته
  • لا يستطيع HDMI 1.4 (8.16 جيجابت/ثانية) ذلك — وهو مشكلة شائعة مع شاشات HDR القديمة

دقة 8K بمعدل 60 هرتز:

  • بعمق 8 bpc RGB، تتطلب ما يقارب 71.24 جيجابت/ثانية
  • HDMI 2.2 فقط (84.0 جيجابت/ثانية) يستطيع تشغيل هذه الدقة بشكل أصلي دون ضغط

شرح الخيارات

  • إصدار HDMI — يحدد الحد الأقصى لمعدل البيانات المتاح. يستخدم HDMI 1.0–2.0 إشارة TMDS مع 3 قنوات؛ بينما يستخدم HDMI 2.1 وما بعده FRL مع 4 قنوات وترميز أكثر كفاءة
  • الدقة — اختر من الإعدادات المسبقة الشائعة (من 720p إلى 8K، بما في ذلك الشاشات العريضة جداً) أو أدخل دقة مخصصة بالبكسل
  • تنسيق الألوان — يستخدم RGB و YCbCr 4:4:4 النطاق الترددي الكامل؛ يستخدم YCbCr 4:2:2 أقل بنحو 33%؛ ويستخدم YCbCr 4:2:0 أقل بنحو 50%. تجدر الإشارة إلى أن YCbCr 4:2:0 مدعوم رسميًا بدءًا من HDMI 2.0 فصاعدًا
  • عمق الألوان — البتات لكل مكوّن لوني: 8 bpc (قياسي)، أو 10 bpc (HDR)، أو 12 bpc (ألوان عميقة)، أو 16 bpc. يدعم HDMI 1.0–1.2a الألوان العميقة فقط مع YCbCr 4:2:2؛ ويتطلب 16 bpc إصدار HDMI 1.3 أو أحدث

الميزات

  • يغطي جميع إصدارات HDMI من 1.0 إلى 2.2 بمعدلات بيانات دقيقة وفق المواصفات
  • يحسب الجدوى لستة معدلات تحديث شائعة (60 و120 و144 و165 و240 و360 هرتز) مع نسب استخدام النطاق الترددي
  • يدعم الدقات المخصصة و10 إعدادات مسبقة مدمجة تشمل تنسيقات الشاشات العريضة جداً
  • يأخذ في الاعتبار الحمل الزائد لفترة الإخماد CVT-RBv2 في جميع الحسابات
  • يعرض نظام الترميز وقنوات البيانات والبتات لكل بكسل في النتائج

حالات الاستخدام

  • التسوق للحصول على تلفاز أو شاشة: تحقق مما إذا كان إصدار port HDMI لديك قادرًا على تشغيل شاشة 4K أو 8K محددة بمعدل التحديث المطلوب قبل الشراء
  • التخطيط لإعداد الألعاب: تحقق مما إذا كان إصدار HDMI في وحدة التحكم أو بطاقة الرسومات لديك يدعم الدقة ومعدل التحديث المستهدفَين، خاصةً لألعاب 4K بمعدل 120 هرتز أو 1440p بمعدل 144 هرتز
  • إنشاء محتوى HDR: افهم تأثير النطاق الترددي عند التبديل من عمق ألوان 8 بت إلى 10 بت أو 12 بت لأعمال الفيديو الاحترافية