Что такое HDMI?

HDMI - High Definition Multimedia Interface (Мультимедийный интерфейс высокой четкости) – это первый и единственный полностью цифровой интерфейс для передачи несжатых аудио- и видеоданных, поддерживаемый всеми игроками медиа-рынка. Осуществляя передачу кристально чистых, полностью цифровых аудио- и видеоданных по одному кабелю, HDMI значительно упрощает используемую кабельную систему и позволяет потребителям получать звук и изображение высочайшего качества.

Преимущества HDMI перед аналоговыми интерфейсами

Контент HD-ready: Потребители, использующие устройства HDMI с поддержкой протокола HDCP (протокол защиты широкополосных цифровых данных) могут быть уверены в постоянном доступе к первоклассному контенту высокой четкости. Контент-провайдеры (киностудии и телесети) требуют, чтобы видеоданные высокой четкости передавались только на «защищенные устройства вывода», использующие протокол HDCP. На сегодняшний день контент может передаваться через незащищенные интерфейсы, такие как аналогово-компонентные, поскольку введение формата Blu-ray привело к отсрочке активации флага ограничения изображения (флаг защиты контента) для минимизации возможных проблем при переходе на новый формат. Активация ожидается в ближайшие годы, что приведет к тому, что в будущем аналогово-компонентные или незащищенные интерфейсы не смогут быть использованы для просмотра фильмов высокой четкости. Аналогичная ситуация складывается для кабельного и спутникового телевидения, в отношении которого Американская ассоциация кинокомпаний (MPAA) настаивает, чтобы Федеральное агентство по связи ограничило передачу данных высокой четкости только на защищенные устройства вывода.

Качество: Поскольку HDMI является цифровым интерфейсом, он, в отличие от аналогового видео, обеспечивает передачу видеоданных высочайшего качества без каких-либо потерь. Разница особенно заметна в сценах с низкой яркостью и при более высоком разрешении, например 1080p. Цифровое видео является более четким по сравнению с компонентным и устраняет нерезкость и двоение изображения, присущие последнему. Эта разница наиболее сильно выражается в мелких высококонтрастных деталях, таких как текст.

Легкость в использовании: HDMI передает видеоданные и многоканальные аудиосигналы по единому кабелю, что снижает стоимость, а также устраняет проблему спутывания кабелей в используемых аудио/видео системах. Это особенно выгодно при модернизации имеющегося или добавлении нового оборудования.

Интеллектуальный интерфейс: HDMI поддерживает двустороннюю связь между источником видеоданных (например, DVD-плейером) и приемником цифрового телевидения, при этом предоставляя новые элементы функциональности, одним из которых является автоматическая конфигурация. При использовании HDMI устройства автоматически настраивают наиболее эффективные форматы (например, 480p или 720p, 16:9 или 4:3) для дисплеев, к которым они подключаются, что устраняет необходимость внешнего вмешательства для определения оптимального разрешения или аудиоформата.

Дело не только в длине кабеля

Перспективы HDMI многообещающи. Передача несжатых цифровых аудио- и видеоданных высокой четкости по одному кабелю – это заинтересует любого. Но упомяните HDMI в разговоре с AV-интегратором, и вероятнее всего в ответ Вы услышите не самые лестные отзывы. Быстрый поиск по интернет-форумам и публикациям в данной отрасли откроет массу жалоб о проблемах, связанных с HDMI, начиная от раздражающих задержек переключения и мерцания экрана до полного отказа проигрывания аудио и отображения видео.

Существует две основные причины возникновения проблем в работе HDMI: ширина полосы и сложность. Несжатые видеоданные высокой четкости требуют крайне высокую ширину полосы пропускания цифровых данных, что трудноосуществимо при использовании медных проводов. Добавим сюда популярные опции, такие как расширение 1080p и потенциал технологии «Deep Color» – и проблема усугубляется.

На рынке существует ряд продуктов, которые пытаются решить данную проблему, некоторые из которых вполне неплохо с ней справляются. Но нельзя не отметить не столь очевидную проблему – чрезмерную сложность HDMI. 

HDMI является интерфейсом полнодуплексной цифровой связи. Создатели HDMI воспользовались его цифровой природой и добавили несколько механизмов связи для автоматического управления и кодировки контента. К сожалению, в процессе разработки не были учтены требования инсталляционной индустрии, а HDMI не слишком хорошо подвергается перенастройке. Усложняет проблему тот факт, что цифровое управление является достаточно новым для большинства крупных игроков медиа-рынка, поэтому его освоение пришлось проводить в весьма краткие сроки.

Несмотря на то, что интерфейс HDMI значительно более сложен, чем аналоговые, он не настолько сложен как бытовая автоматика, Ethernet, или любой из бесчисленных протоколов беспроводной связи. Компании с опытом работы в данных областях, могут использовать HDMI в конфигурациях, которые не были предусмотрены разработчиками.

В данной части Руководства будут рассмотрены вопросы необходимости перехода на использование HDMI и разъяснены новые функции, поддерживаемые HDMI. Мы развеем миф о квитировании между источниками HDMI, усилителями и дисплеями, и рассмотрим причины некоторых наиболее распространенных проблем в области.

Попрощайтесь с аналоговой связью

Перед тем как углубиться в технические детали, необходимо ответить на важный вопрос: зачем нам нужен HDMI? Несмотря на то, что аналоговое распределение видеоданных успешно занимает значительную часть рынка, аналоговая связь постепенно изживает себя. Контент-провайдерам, таким как телесети и киностудии, нравится то, что HDMI поддерживает протокол защиты широкополосных цифровых данных (HDCP). Протокол HDCP позволяет им кодировать данные в процессе передачи, что затрудняет возможность копирования и создания пиратских копий. Они настойчиво требуют, чтобы производители бытовой электроники перешли с аналоговых интерфейсов на HDMI и постепенно добиваются своего. Для тех, кого это не убедило, приведем несколько предвестников скорой кончины аналогового формата:

Флаг защиты изображения: В формате Blu-ray заложена бомба замедленного действия, которая вскоре взорвется – флаг защиты изображения (ICT). Этот встроенный флаг заставляет плееры снижать качество видеоизображения на аналоговых выводах до стандартного разрешения, которое составляет одну четвертую от текущего аналогового максимума – 1080i. Киностудии требуют более распространения HDMI и Blu-ray до поставки дисков, в которых применяется данное ограничение, и по имеющимся сведениям решили не осуществлять поставки до 2010 или 2012 гг.

Поддержка контент-провайдеров: SkyHD, популярная европейская служба спутникового вещания, уже поставляет только декодеры со встроенным HDMI. А в Соединенных Штатах, Американская ассоциация кинокомпаний (MPAA) настаивает, чтобы Федеральное агентство по связи выдала разрешение на блокирование трансляции фильмов на декодеры с аналоговыми выходами.

Поддержка функций: Новейшие и важнейшие функции поддерживаются только HDMI. Вышеуказанные форматы 1080p и Deep Color, например, не поддерживаются и никогда не будут поддерживаться аналоговыми интерфейсами. Более разборчивые потребители, которые являются важнейшими клиентами индустрии аудио- видео интеграции , желают видеть у себя эти усовершенствованные функции. Любая аналоговая распределительная система, которая передают контент коммерческого назначения, рискует устареть в течение последующих нескольких лет. Наступило время, когда отраслям бытовой электроники и специальных систем необходимо осуществлять переход на HDMI.

Сравнение кабелей

Сложность HDMI становится очевидной при сравнении кабеля HDMI с аналоговыми аудио- и видеокабелями. Аналоговые кабели обычно включают от одной до трех пар проводов, в зависимости от формата, и передают аудио- или видеосигнал (но не оба одновременно). В отличие от этого, кабель HDMI состоит из 19 проводов, которые осуществляют высокоскоростную передачу видео-, аудио- и иной цифровой информации. Цифровые аудио- и видеоданные кодируются в три канала цветности и канал синхронизации. Аудиоданные содержатся внутри видеоданных и включаются и извлекаются на каждом конце. Дополнительная информация, передаваемая через HDMI, включает:

DDC: Канал связи с монитором (DDC) является двухсторонним интерфейсом между источником и последующим усилителем или устройством отображения. Данный канал был изначально предусмотрен для передачи информации о возможностях устройства, которая кодируется в структуру, называемую «подробные идентификационные данные дисплея» (EDID). Устройства HDMI используют EDID для индикации, какие аудио- и видеоформаты они поддерживают; более подробно это описывается в следующем разделе. Интерфейс DDC также используется для установки и осуществления кодирования протокола HDCP.

Опознание активного соединения: Входное устройство обозначает свое рисутствие с помощью сигнала опознания активного соединения (HPD). Это позволяет каждому устройству определять, когда подключается кабель, и начать процесс аутентификации.

CEC: Проводка для канала управления устройствами (CEC) является обязательной, несмотря на то, что использование CEC в продукте не является обязательным. Канал CEC использует стан дартный для отрасли протокол AV Link для осуществления функций удаленного управления, и яв ляется однопроводной двусторонней последовательной шиной. Функция CEC позволяет пользова телю управлять несколькими CEC-устройствами с помощью единого устройства удаленного управления, а отдельным CEC-устройствам управлять друг другом без вмешательства пользователя.

В зависимости от устройства и производителя сигналы DDC, HPD, и CEC проявляют различное взаимодействие. Такое несоответствие может отрицательно сказаться на работе устройства. С HDMI ассоциируются дополнительные управляющие сигналы, однако они не входят в область обзора данного Руководства. 

HDMI кабель KRAMER

Топология

Каждая система HDMI состоит как минимум из одного источника контента, например, блока приема кабельного телевидения или проигрывателя Blu-ray, и входного устройства, например, телевизора или проектора. Большинство специальных систем также включают как минимум один промежуточный силитель, который принимает и ретранслирует HDMI-контент. Промежуточные усилители включают простые устройства, такие как переключатели и распределительные усилители, а также более сложно-функциональные устройства, такие как аудио- и видео видеопроцессоры.

Протокол EDID

EDID – это информация, передаваемая от дисплея к источнику, и определяющая его разрешающую способность. Изначально разработанная для компьютеров и дисплеев, с использованием HDMI, EDID также стала применяться в области бытовой электроники. HDMI дисплеи и приемники объемного звука телевизор может использовать EDID для обозначения поддержки стандартных разрешений высокой четкости, а также 1080p и Deep Color. Другой телевизор может не поддерживать разрешения выше 720p/1080i. Один аудиопроцессор может поддерживать стандарт Dolby TrueHD, в то время как другой поддерживает только стандарт Dolby; большинство телевизоров поддерживают только базовый стереозвук. Вся эта информация хранится в EDID.

Источник контента считывает и анализирует EDID для определения требуемых к передаче форматов. Источник, если таковой имеется, должен передавать только те форматы, которые поддерживаются устройствами приема. Например, проигрыватели Blu-ray включают видеоанализаторы для того, чтобы исходный формат диска наиболее соответствовал возможностям телевизора или проектора.

В самых простых системах с одним телевизором и аудиопроцессором, протокол EDID работает достаточно хорошо. С другой стороны, при использовании систем "мультирум" с несколькими телевизорами, подключенными к нескольким источникам с помощью одного или нескольких HDMI коммутаторов, могут возникнуть проблемы. Коммутаторы отвечают за сбор EDID всех телевизоров и предоставления одной унифицированной версии источнику. Такой вариант не прописан ни в спецификации HDMI, ни в спецификации . Как следствие, коммутаторы могут вести себя по разному. Соединение различных EDID может быть сложным вопросом, поэтому до установки следует проверить, как различные коммутаторы их обрабатывают.

Протокол HDCP

Кодирование HDCP является еще одним осложняющим фактором в HDMI-системах. Система HDCP делится на две части:
1. она аутентифицирует HDCP устройства для того, чтобы убедиться, что они имею право на прием контента, и
2. кодирует контент для предотвращения вмешательства во время передачи

Аутентификация удостоверяет, что все устройства, получающие контент, имеют соответствующие лицензии и разрешения. Вывод аудио- и видеопотоков на дисплей осуществляется только после успешной аутентификации.

Устройства, которые ретранслируют контент HDCP, должны сообщать источнику обо всех приемных соединениях в системе. Каждое HDCP-устройство имеет уникальный идентификатор, извест- ный как KSV (вектор выбора ключа), который необходимо передать на источник. Источник должен проверить каждое устройство до начала передачи контента. Именно этот процесс аутентификации вызывает 5-10-секундную задержку переключения в HDMI-устройствах. DigitalMedia решает этот вопрос «пустого экрана» с помощью технологии QuickSwitch HD™. В стандартном устройстве пе- реключения HDMI-аутентификация каждого дисплея протекает динамически при направлении на него видеоданных. При использовании DigitalMedia процесс аутентификации проходит при добав- лении дисплеев. Во время инициализации источники аутентифицируются с каждым дисплеем с помощью системы DigitalMedia перед направлением на них аудио- или видеоданных. При этом ка- ждое переключение происходит мгновенно.

К сожалению, все источники имеют жесткое ограничение на количество подключаемых дисплеев, ввиду ограничения принимаемых ключей KSV. Требования HDCP позволяют подключать 127 устройств, однако обычно источники поддерживают намного меньшее количество. Многие поддерживают менее десяти устройств, а, по меньшей мере, для одного из популярных в области блоков приема кабельного телевидения такое число составляет всего одно устройство. Если промежуточный усилитель предоставляет источнику слишком много ключей KSV, источник прекращает передачу контента. К сожалению, производители предпочитают не рекламировать ограничения по клю- чам KSV. Клиенты даже не узнают о существовании проблемы, пока не попробуют подключить к определенному источнику дополнительный усилитель или дисплей. Аудио- и видеосигналы отключаются без видимых на то причин в каждой подключенной комнате, даже не выводя сообщение об ошибке. 

Опять же необходимо решение, которое позволит установщикам принимать правильные конструктивные решения. Во время первого запуска система DigitalMedia проверяет ограничения по ключам KSV каждого источника и устанавливает соответствующие ограничения на переключателе. Это укажет установщику о возможных проблемах, чтобы их можно было решить до начала исполь- зования системы конечным потребителем.

Установщики должны знать об ограничениях по ключам KSV в любой HDMI-системе, включающей более одного дисплея. Проверьте, как ваше оборудование работает с различными вариантами, когда нарушаются ограничения источников по ключам KSV с помощью перечня оборудования (см. приложение А) и с помощью испытаний на месте установки.

Протокол управления устройствами (CEC)

Каждый кабель HDMI содержит канал связи, который позволяет устройствам, подключаемым с помощью HDMI, осуществлять связь друг с другом. Этот протокол называется Протокол управления устройствами (CEC) Однако при наличии системы управления вам не нужно, чтобы другие устройства подавали команды. Протокол CEC должен содержать стандартные для отрасли команды с целью обеспечения взаимодействия, однако, несогласованная поддержка со стороны производителей бытовой электроники привела к широкому расхождению функций, которые можно запустить с каждого устройства. Некоторые примеры такой функциональной взаимосвязи, которые обнаружила компания «Crestron»:

Несколько DVD-плейеров одного производителя в одной системе так взаимодействуют друг с другом, что только один из них может осуществлять воспроизведение единовременно. Как только на плейер поступает команда на воспроизведение, плейер, через протокол CEC, посылает команду паузы на все остальные устройства.

При выключении плейера Blu-ray он посылает команду выключения, отключая все дисплеи, подключенные к системе. Такие функциональные команды являются серьезной проблемой, поскольку они посылаются скрыто и без вашего оповещения. DigitalMedia прерывает канал связи между HDMI-устройствами, которые подключены к переключателю, поэтому такие команды не могут быть посланы без вашего согласия. Кроме того, DigitalMedia, в качестве альтернативы системам управления IR и RS-232, предоставляет метод направления команд CEC от системы управления, так чтобы такой канал связи можно было использовать в ваших интересах.

Аудио

HDMI предоставляет только один канал связи для многоканального аудиосигнала высокой четкости 7.1. Однако в отличие от традиционных аналоговых видеоисточников, HDMI-источники обычноне осуществляют одновременную передачу многоканального и 2-канального аудиосигнала. Это представляет проблему при многокомнатном режиме, когда в различных комнатах используются различные аудиоустройства с передачей объемного звука и стереозвука. HDMI-источники обычно отключают аналоговые выходы при передачи аудиосигнала через HDMI.

Компания «Crestron» решает данную проблему, предоставляя специальные HDMI-карты, которые принимают многоканальные аудиопотоки и выводят оба типа аудиоданных для распределения. Эти специальные карты обозначаются суффиксом -DSP

Выводы

Широкая поддержка со стороны контент-провайдеров и производителей бытовой электронники делает HDMI будущим передачи видеоданных высокой четкости. Это зачастую вводит в заблуждение неосведомленных установщиков (в особенности в более крупных системах), а проблемы не ограничиваются лишь длиной кабеля. Обработка протоколов EDID и управление протоколами HDCP требует сложных микроконтроллеров, особенно в многокомнатном режиме. Системы переключения должны легко настраиваться для интеллектуальной работы с протоколами HDCP и EDID. Система Crestron DigitalMedia управляет этими различными механизмами связи и предоставляет детальную информацию для поиска и устранения неисправностей, так что установщик может решить такие проблемы, как сбои в работе кабеля, несовместимость устройств и затруднения при защите контента.

Умный дом. Киев, ул Якира 8, офис 18 (10 этаж), тел. 044 592-08-28