Wie funktioniert die HDMI-Bandbreite?

HDMI (High-Definition Multimedia Interface) überträgt Video- und Audiodaten über eine Reihe von Hochgeschwindigkeits-Seriell-Datenkanälen. Bei HDMI-Versionen 1.0 bis 2.0 übertragen drei TMDS-Datenkanäle (Transition-Minimized Differential Signaling) Pixeldaten zusammen mit einem separaten Taktkanal. Ab HDMI 2.1 wechselt die Schnittstelle in den FRL-Modus (Fixed Rate Link) mit vier Datenkanälen und einem effizienteren Kodierungsschema, was die verfügbare Bandbreite erheblich erhöht.

Die rohe Übertragungsrate entspricht nicht der nutzbaren Datenrate, da Kodierungsaufwand anfällt. TMDS-basierte HDMI-Versionen verwenden 8b/10b-Kodierung, bei der 10 übertragene Bits nur 8 Bits tatsächlicher Daten enthalten – eine Effizienz von 80 %. HDMI 2.1 und 2.2 verwenden 16b/18b-Kodierung mit einer effektiven Effizienz von 87,5 % nach Berücksichtigung des Link-Layer-Overheads. Die resultierende Datenrate bestimmt, wie viele Pixel pro Sekunde die Verbindung liefern kann.

Ob eine bestimmte Kombination aus Auflösung und Bildwiederholrate erreichbar ist, hängt von der Datenrate der HDMI-Version, dem Farbformat (RGB, YCbCr 4:4:4, 4:2:2 oder 4:2:0) und der Farbtiefe (Bits pro Komponente) ab. Höhere Auflösungen, schnellere Bildwiederholraten und reichhaltigere Farben erfordern mehr Bandbreite. Das Verständnis dieser Grenzen hilft dabei, den Kauf eines Monitors oder Kabels zu vermeiden, das Ihr HDMI-port nicht vollständig ansteuern kann.

Beschreibung des Tools

Dieser Rechner ermittelt die maximale Bildwiederholrate für jede Kombination aus HDMI-Version, Auflösung, Farbformat und Farbtiefe. Er zeigt eine Machbarkeitstabelle für gängige Bildwiederholraten (60, 120, 144, 165, 240 und 360 Hz) an, die angibt, ob jede unterstützt wird und welchen Prozentsatz der verfügbaren Bandbreite sie verbraucht. Alle Berechnungen verwenden die offiziellen Datenraten der HDMI-Spezifikation und berücksichtigen den CVT-RBv2-Austastintervall-Overhead.

Funktionsweise

Der Rechner folgt diesen Schritten:

  1. Verfügbare Datenrate nachschlagen: Jede HDMI-Version hat eine feste maximale Datenrate, die durch ihre Spezifikation definiert ist – von 3,96 Gbit/s (HDMI 1.0) bis 84,0 Gbit/s (HDMI 2.2)
  2. Bits pro Pixel berechnen: Multiplizieren Sie die Farbtiefe (Bits pro Komponente) mit der Anzahl der Komponenten für das gewählte Farbformat – 3 für RGB und YCbCr 4:4:4, 2 für YCbCr 4:2:2, 1,5 für YCbCr 4:2:0
  3. Gesamtpixel pro Frame berechnen: CVT-RBv2-Austastintervalle (80 horizontal, 58 vertikal) zur aktiven Auflösung addieren
  4. Maximale Bildwiederholrate berechnen: Die verfügbare Datenrate durch die pro Frame benötigten Bits dividieren

$$\text{Max Hz} = \frac{\text{Datenrate (aus HDMI-Versionsspezifikation)}}{(\text{Breite} + 80) \times (\text{Höhe} + 58) \times \text{BPC} \times \text{Komponenten}}$$

HDMI-Versionsvergleich

HDMI-Version Gesamtbandbreite Datenrate Kanäle Kodierung
1.0–1.2a 4,95 Gbit/s 3,96 Gbit/s 3 (TMDS) 8b/10b (80 %)
1.3–1.3a 10,2 Gbit/s 8,16 Gbit/s 3 (TMDS) 8b/10b (80 %)
1.4–1.4b 10,2 Gbit/s 8,16 Gbit/s 3 (TMDS) 8b/10b (80 %)
2.0–2.0b 18,0 Gbit/s 14,4 Gbit/s 3 (TMDS) 8b/10b (80 %)
2.1–2.1b 48,0 Gbit/s 42,0 Gbit/s 4 (FRL) 16b/18b (87,5 %)
2.2 96,0 Gbit/s 84,0 Gbit/s 4 (FRL) 16b/18b (87,5 %)

Beispiele

4K 120 Hz mit 8-Bit-RGB:

  • Erfordert ~17,81 Gbit/s Datenrate
  • HDMI 2.0 (14,4 Gbit/s) ist unzureichend – HDMI 2.1 (42,0 Gbit/s) wird benötigt
  • Deshalb erfordern viele 4K-120-Hz-Monitore und Fernseher HDMI-2.1-Ports

4K 60 Hz mit 10-Bit-HDR (RGB):

  • Erfordert ~11,14 Gbit/s
  • HDMI 2.0 (14,4 Gbit/s) bewältigt dies bei 77 % Auslastung
  • HDMI 1.4 (8,16 Gbit/s) kann es nicht – ein häufiges Problem bei älteren HDR-Displays

8K 60 Hz:

  • Bei 8 bpc RGB werden ~71,24 Gbit/s benötigt
  • Nur HDMI 2.2 (84,0 Gbit/s) kann dies nativ ohne Komprimierung ansteuern

Erklärung der Optionen

  • HDMI-Version — Bestimmt die maximal verfügbare Datenrate. HDMI 1.0–2.0 verwenden TMDS-Signalisierung mit 3 Kanälen; HDMI 2.1+ verwendet FRL mit 4 Kanälen und effizienterer Kodierung
  • Auflösung — Wählen Sie aus gängigen Voreinstellungen (720p bis 8K, einschließlich Ultrawide) oder geben Sie eine benutzerdefinierte Auflösung in Pixeln ein
  • Farbformat — RGB und YCbCr 4:4:4 nutzen die volle Bandbreite; YCbCr 4:2:2 verbraucht ~33 % weniger; YCbCr 4:2:0 verbraucht ~50 % weniger. Hinweis: YCbCr 4:2:0 wird offiziell ab HDMI 2.0 unterstützt
  • Farbtiefe — Bits pro Farbkomponente: 8 bpc (Standard), 10 bpc (HDR), 12 bpc (Deep Color) oder 16 bpc. HDMI 1.0–1.2a unterstützt Deep Color nur mit YCbCr 4:2:2; 16 bpc erfordert HDMI 1.3+

Funktionen

  • Deckt alle HDMI-Versionen von 1.0 bis 2.2 mit spezifikationskonformen Datenraten ab
  • Berechnet die Machbarkeit für sechs gängige Bildwiederholraten (60, 120, 144, 165, 240, 360 Hz) mit Bandbreitenauslastungsprozentsätzen
  • Unterstützt benutzerdefinierte Auflösungen und 10 integrierte Voreinstellungen einschließlich Ultrawide-Formate
  • Berücksichtigt den CVT-RBv2-Austastintervall-Overhead in allen Berechnungen
  • Zeigt Kodierungsschema, Datenkanäle und Bits pro Pixel in der Ausgabe an

Anwendungsfälle

  • Fernseher- und Monitorkauf: Überprüfen Sie, ob Ihre HDMI-Port-Version ein bestimmtes 4K- oder 8K-Display mit der gewünschten Bildwiederholrate ansteuern kann, bevor Sie kaufen
  • Gaming-Setup-Planung: Prüfen Sie, ob die HDMI-Version Ihrer Konsole oder GPU Ihre Zielauflösung und Bildwiederholrate unterstützt, insbesondere für 4K-120-Hz- oder 1440p-144-Hz-Gaming
  • HDR-Inhaltserstellung: Verstehen Sie die Bandbreitenauswirkungen des Wechsels von 8-Bit auf 10-Bit oder 12-Bit Farbtiefe für professionelle Videoarbeit