Jak działa przepustowość HDMI?

HDMI (High-Definition Multimedia Interface) przesyła dane wideo i audio za pośrednictwem zestawu szybkich szeregowych kanałów danych. W wersjach HDMI od 1.0 do 2.0 trzy kanały danych TMDS (Transition-Minimized Differential Signaling) przenoszą dane pikseli wraz z osobnym kanałem zegarowym. Począwszy od HDMI 2.1, interfejs przechodzi w tryb FRL (Fixed Rate Link) z czterema kanałami danych i wydajniejszym schematem kodowania, co dramatycznie zwiększa dostępną przepustowość.

Surowa prędkość transmisji nie jest równa użytecznej przepustowości danych ze względu na narzut kodowania. Wersje HDMI oparte na TMDS używają kodowania 8b/10b, gdzie 10 przesłanych bitów przenosi tylko 8 bitów rzeczywistych danych — wydajność wynosi 80%. HDMI 2.1 i 2.2 używają kodowania 16b/18b z efektywną wydajnością 87,5% po uwzględnieniu narzutu warstwy łącza. Wynikowa przepustowość danych określa, ile pikseli na sekundę może dostarczyć połączenie.

To, czy dana kombinacja rozdzielczości i częstotliwości odświeżania jest osiągalna, zależy od przepustowości danych wersji HDMI, formatu kolorów (RGB, YCbCr 4:4:4, 4:2:2 lub 4:2:0) oraz głębi kolorów (bitów na składową). Wyższe rozdzielczości, szybsze częstotliwości odświeżania i bogatsze kolory wymagają większej przepustowości. Zrozumienie tych ograniczeń pomaga uniknąć zakupu monitora lub kabla, którego port HDMI nie jest w stanie w pełni obsłużyć.

Opis narzędzia

Ten kalkulator wyznacza maksymalną częstotliwość odświeżania dla dowolnej kombinacji wersji HDMI, rozdzielczości, formatu kolorów i głębi kolorów. Wyświetla tabelę wykonalności dla typowych częstotliwości odświeżania (60, 120, 144, 165, 240 i 360 Hz), pokazując, czy każda z nich jest obsługiwana i jaki procent dostępnej przepustowości zużywa. Wszystkie obliczenia wykorzystują oficjalne przepustowości danych ze specyfikacji HDMI i uwzględniają narzut interwału wygaszania CVT-RBv2.

Jak to działa

Kalkulator wykonuje następujące kroki:

  1. Wyszukanie dostępnej przepustowości danych: Każda wersja HDMI ma stałą maksymalną przepustowość danych określoną przez swoją specyfikację — od 3,96 Gbit/s (HDMI 1.0) do 84,0 Gbit/s (HDMI 2.2)
  2. Obliczenie bitów na piksel: Pomnożenie głębi kolorów (bitów na składową) przez liczbę składowych dla wybranego formatu kolorów — 3 dla RGB i YCbCr 4:4:4, 2 dla YCbCr 4:2:2, 1,5 dla YCbCr 4:2:0
  3. Obliczenie łącznej liczby pikseli na klatkę: Dodanie interwałów wygaszania CVT-RBv2 (80 poziomych, 58 pionowych) do aktywnej rozdzielczości
  4. Obliczenie maksymalnej częstotliwości odświeżania: Podzielenie dostępnej przepustowości danych przez liczbę bitów wymaganych na klatkę

$$\text{Maks. Hz} = \frac{\text{Przepustowość danych (ze specyfikacji wersji HDMI)}}{(\text{Szerokość} + 80) \times (\text{Wysokość} + 58) \times \text{BPC} \times \text{Składowe}}$$

Porównanie wersji HDMI

Wersja HDMI Całkowita przepustowość Przepustowość danych Kanały Kodowanie
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%)

Przykłady

4K 120 Hz przy 8-bitowym RGB:

  • Wymaga ~17,81 Gbit/s przepustowości danych
  • HDMI 2.0 (14,4 Gbit/s) jest niewystarczające — wymagane jest HDMI 2.1 (42,0 Gbit/s)
  • Dlatego wiele monitorów i telewizorów 4K 120 Hz wymaga portów HDMI 2.1

4K 60 Hz przy 10-bitowym HDR (RGB):

  • Wymaga ~11,14 Gbit/s
  • HDMI 2.0 (14,4 Gbit/s) obsługuje to przy 77% wykorzystaniu przepustowości
  • HDMI 1.4 (8,16 Gbit/s) nie obsługuje — częsty problem ze starszymi wyświetlaczami HDR

8K 60 Hz:

  • Przy 8 bpc RGB wymaga ~71,24 Gbit/s
  • Tylko HDMI 2.2 (84,0 Gbit/s) może obsłużyć to natywnie bez kompresji

Objaśnienie opcji

  • Wersja HDMI — Określa maksymalną dostępną przepustowość danych. HDMI 1.0–2.0 używa sygnalizacji TMDS z 3 kanałami; HDMI 2.1+ używa FRL z 4 kanałami i wydajniejszym kodowaniem
  • Rozdzielczość — Wybierz spośród typowych ustawień wstępnych (od 720p do 8K, w tym ultrawide) lub wprowadź niestandardową rozdzielczość w pikselach
  • Format kolorów — RGB i YCbCr 4:4:4 używają pełnej przepustowości; YCbCr 4:2:2 używa ~33% mniej; YCbCr 4:2:0 używa ~50% mniej. Należy pamiętać, że YCbCr 4:2:0 jest oficjalnie obsługiwane od HDMI 2.0 wzwyż
  • Głębia kolorów — Bity na składową koloru: 8 bpc (standard), 10 bpc (HDR), 12 bpc (głęboki kolor) lub 16 bpc. HDMI 1.0–1.2a obsługuje głęboki kolor tylko z YCbCr 4:2:2; 16 bpc wymaga HDMI 1.3+

Funkcje

  • Obejmuje wszystkie wersje HDMI od 1.0 do 2.2 z przepustowościami danych zgodnymi ze specyfikacją
  • Oblicza wykonalność dla sześciu typowych częstotliwości odświeżania (60, 120, 144, 165, 240, 360 Hz) z procentowym wykorzystaniem przepustowości
  • Obsługuje niestandardowe rozdzielczości i 10 wbudowanych ustawień wstępnych, w tym formaty ultrawide
  • Uwzględnia narzut wygaszania CVT-RBv2 we wszystkich obliczeniach
  • Wyświetla schemat kodowania, kanały danych i bity na piksel w wynikach

Przypadki użycia

  • Zakup telewizora lub monitora: Sprawdź, czy Twoja wersja portu HDMI może obsłużyć konkretny wyświetlacz 4K lub 8K przy żądanej częstotliwości odświeżania przed zakupem
  • Planowanie zestawu do gier: Sprawdź, czy wersja HDMI Twojej konsoli lub karty graficznej obsługuje docelową rozdzielczość i częstotliwość odświeżania, szczególnie dla gier w 4K 120 Hz lub 1440p 144 Hz
  • Tworzenie treści HDR: Poznaj wpływ na przepustowość przy przejściu z 8-bitowej na 10-bitową lub 12-bitową głębię kolorów w profesjonalnej pracy wideo