Kuinka HDMI-kaistanleveys toimii?

HDMI (High-Definition Multimedia Interface) siirtää video- ja äänidataa useiden nopeiden sarjatietokanavien kautta. HDMI-versioissa 1.0–2.0 kolme TMDS (Transition-Minimized Differential Signaling) -datakanavaa kuljettaa pikselidataa erillisen kellokanavanaan rinnalla. HDMI 2.1:stä alkaen liitäntä siirtyy FRL (Fixed Rate Link) -tilaan, jossa on neljä datakanavaa ja tehokkaampi koodausmenetelmä, mikä kasvattaa käytettävissä olevaa kaistanleveyttä merkittävästi.

Raaka siirtonopeus ei vastaa käytettävissä olevaa datanopeutta koodauksen aiheuttaman ylikuorman vuoksi. TMDS-pohjaiset HDMI-versiot käyttävät 8b/10b-koodausta, jossa 10 lähetettyä bittiä sisältää vain 8 bittiä varsinaista dataa — hyötysuhde on 80 %. HDMI 2.1 ja 2.2 käyttävät 16b/18b-koodausta, jonka efektiivinen hyötysuhde on 87,5 % linkkitason ylikuorma huomioituna. Tuloksena saatava datanopeus määrittää, kuinka monta pikseliä sekunnissa yhteys pystyy välittämään.

Se, onko tietty resoluutio- ja virkistystaajuusyhdistelmä mahdollinen, riippuu HDMI-version datasiirtonopeudesta, värimuodosta (RGB, YCbCr 4:4:4, 4:2:2 tai 4:2:0) ja värisyvyydestä (bittiä komponenttia kohden). Suuremmat resoluutiot, nopeammat virkistystaajuudet ja rikkaammat värit vaativat enemmän kaistanleveyttä. Näiden rajoitusten ymmärtäminen auttaa välttämään monitorin tai kaapelin ostamisen, jota HDMI-porttisi ei pysty täysin ajamaan.

Työkalun kuvaus

Tämä laskin määrittää enimmäisvirkistystaajuuden mille tahansa HDMI-version, resoluution, värimuodon ja värisyvyyden yhdistelmälle. Se näyttää toteutettavuustaulukon yleisille virkistystaajuuksille (60, 120, 144, 165, 240 ja 360 Hz) osoittaen, onko kukin tuettu ja kuinka suuren osan käytettävissä olevasta kaistanleveydestä se kuluttaa. Kaikki laskelmat käyttävät virallisia HDMI-spesifikaation datanopeuksia ja sisältävät CVT-RBv2-tyhjennysvälin ylikuorman.

Kuinka se toimii

Laskin noudattaa seuraavia vaiheita:

  1. Hae käytettävissä oleva datanopeus: Jokaisella HDMI-versiolla on kiinteä enimmäisdatanopeus, jonka sen spesifikaatio määrittelee — 3,96 Gbit/s (HDMI 1.0) ja 84,0 Gbit/s (HDMI 2.2) välillä
  2. Laske bittiä pikseliä kohden: Kerro värisyvyys (bittiä komponenttia kohden) komponenttien lukumäärällä valitulle värimuodolle — 3 RGB:lle ja YCbCr 4:4:4:lle, 2 YCbCr 4:2:2:lle, 1,5 YCbCr 4:2:0:lle
  3. Laske pikselien kokonaismäärä ruutua kohden: Lisää CVT-RBv2-tyhjennysvälit (80 vaakasuuntainen, 58 pystysuuntainen) aktiiviseen resoluutioon
  4. Laske enimmäisvirkistystaajuus: Jaa käytettävissä oleva datanopeus ruutua kohden tarvittavilla biteillä

$$\text{Maks. Hz} = \frac{\text{Datanopeus (HDMI-version spesifikaatiosta)}}{(\text{Leveys} + 80) \times (\text{Korkeus} + 58) \times \text{BPC} \times \text{Komponentit}}$$

HDMI-versioiden vertailu

HDMI-versio Kokonaiskaistanleveys Datanopeus Kanavat Koodaus
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 %)

Esimerkkejä

4K 120 Hz 8-bittisellä RGB:llä:

  • Vaatii noin 17,81 Gbit/s datanopeuden
  • HDMI 2.0 (14,4 Gbit/s) ei riitä — tarvitaan HDMI 2.1 (42,0 Gbit/s)
  • Tämän vuoksi monet 4K 120 Hz -monitorit ja -televisiot vaativat HDMI 2.1 -portit

4K 60 Hz 10-bittisellä HDR:llä (RGB):

  • Vaatii noin 11,14 Gbit/s
  • HDMI 2.0 (14,4 Gbit/s) selviytyy siitä 77 %:n käyttöasteella
  • HDMI 1.4 (8,16 Gbit/s) ei pysty — yleinen ongelma vanhemmissa HDR-näytöissä

8K 60 Hz:

  • 8 bpc RGB:llä vaatii noin 71,24 Gbit/s
  • Vain HDMI 2.2 (84,0 Gbit/s) pystyy ajamaan tätä natiivisti ilman pakkausta

Asetukset selitettyinä

  • HDMI-versio — Määrittää käytettävissä olevan enimmäisdatanopeuden. HDMI 1.0–2.0 käyttää TMDS-signaalia 3 kanavalla; HDMI 2.1+ käyttää FRL:ää 4 kanavalla ja tehokkaammalla koodauksella
  • Resoluutio — Valitse yleisistä esiasetuksista (720p–8K, mukaan lukien ultralaajakuva) tai syötä mukautettu resoluutio pikseleinä
  • Värimuoto — RGB ja YCbCr 4:4:4 käyttävät täyden kaistanleveyden; YCbCr 4:2:2 käyttää noin 33 % vähemmän; YCbCr 4:2:0 käyttää noin 50 % vähemmän. Huomaa, että YCbCr 4:2:0 on virallisesti tuettu HDMI 2.0:sta alkaen
  • Värisyvyys — Bittiä värikomponenttia kohden: 8 bpc (standardi), 10 bpc (HDR), 12 bpc (syväväri) tai 16 bpc. HDMI 1.0–1.2a tukee syväväriä vain YCbCr 4:2:2:lla; 16 bpc vaatii HDMI 1.3:n tai uudemman

Ominaisuudet

  • Kattaa kaikki HDMI-versiot 1.0:sta 2.2:een spesifikaation mukaisilla datanopeuksilla
  • Laskee toteutettavuuden kuudelle yleiselle virkistystaajuudelle (60, 120, 144, 165, 240, 360 Hz) kaistanleveyden käyttöprosentteineen
  • Tukee mukautettuja resoluutioita ja 10 sisäänrakennettua esiasetusta, mukaan lukien ultralaajakuvamuodot
  • Ottaa CVT-RBv2-tyhjennysylikuorman huomioon kaikissa laskelmissa
  • Näyttää koodausmenetelmän, datakanavat ja bittiä pikseliä kohden tulostuksessa

Käyttötapaukset

  • Television ja monitorin ostaminen: Tarkista, pystyykö HDMI-porttisi versio ajamaan tiettyä 4K- tai 8K-näyttöä halutulla virkistystaajuudella ennen ostamista
  • Peliympäristön suunnittelu: Tarkista, tukeeko konsolisi tai näytönohjaimesi HDMI-versio tavoiteresoluutiotasi ja virkistystaajuuttasi, erityisesti 4K 120 Hz- tai 1440p 144 Hz -pelaamisessa
  • HDR-sisällöntuotanto: Ymmärrä kaistanleveyteen kohdistuva vaikutus, kun siirrytään 8-bittisestä 10-bittiseen tai 12-bittiseen värisyvyyteen ammattimaista videotyötä varten