HDMI 2.1 – 8K電視的新視界

Allion Labs / Tina Yu

關於8K的新話題,就會追溯到先前日本喊出2020東京奧運8K轉播的話題。而也因為這個話題,讓8K電視的討論熱度不斷提高中。在今年的消費電子展上(CES),SONY、Sharp、LG、Samsung、TCL等等電視大廠都推出了他們的8K電視。根據市調機構IHS Markit預測8K電視的出貨量,在2018年不到2萬台,但到了2019年將「飛速成長」到43萬台,而在2020這年預測會飆漲至200萬台,可以預見8K電視的驚人商機!

資料來源:IHS Markit

市場上的電視,4K規格已是主流規格,不到兩萬的價格也是有機會入手一台。當然HDMI的介面也是每台電視的標準介面之一,在2017年底,HDMI協會公布了最新規格Version 2.1,其中的最大亮點是頻寬提升至48Gbps,所以8K的規格則是基本配備甚至可以來到10K的解析度。所以說8K時代已經開啟,也因此會加快4K的淘汰,以後8K會是家中的基本配備也不為過。

8K電視距離全面落實仍有技術層面需克服

無庸置疑的,8K電視在未來勢必越來越普及!但要達到全面實現8K的理想距離現實還有非常一大段路要走。2019年是8K元年,各家電視廠商都積極發展自家的8K電視,雖然HDMI 2.1介面以及其腳位配置上與先前的版本並無不同,但是HDMI 2.1的新8K規格跟之前HDMI 2.0的4K規格卻是兩種不同的技術,它也比之前的HDMI版本,更加嚴格、更加複雜。

下圖是HDMI規格比較表:

訊號規格HDMI 2.0HDMI 2.1
傳輸最大頻寬18Gbps48Gbps
傳輸技術TMDSFRL
AV傳輸通道D0, D1, D2L0, L1, L2, L3
編碼方式8b/10b16b/18b
壓縮技術DSC 1.2
相容之前版本Yes(HDMI 1.4b)Yes(HDMI 1.4b, HDMI 2.0)

從上表的規格來看,HDMI 2.1最大傳輸頻寬已經增加到HDMI 2.0的2.6倍。因此,若要在現有的框架下,沿用原有的TMDS的傳輸技術以及8b/10b的編碼方式已經不敷使用。為什麼這麼說呢?我們來回顧一下,所謂的TMDS技術為何?

  1. 最小化傳輸差分訊號(Transition Minimized Differential Signaling,簡稱TMDS)是美國Silicon Image公司開發的一項高速傳輸資料技術。
  2. 此項技術最早用於DVI介面上,後沿用在HDMI介面上發揚光大。
  3. 其特點為利用兩個腳位為差分訊號來傳送訊號的技術。
  4. 傳送影像的方式,則透過4對TMDS channel(Clock, Data0, Data1, Data2)來傳送。
  5. 而TMDS Clock只是用來讓接收端當參考頻率來做data recover用的,實際的AV訊號是跑在其他的3對TMDS Data通道上。
  6. 採用了8b/10b也就是8 bit的輸入訊號轉成10 bit的編碼方式,主要目的是透過差分訊號來降低EMI以及提高精確的訊號傳輸速率。

透過上面特點,可以知道現有架構下要再提高頻寬,不是要在增加新的Data通道,而要在現有的3對Data通道中去傳送更高的資料量等的方式,但是,這都不是最佳解方法。因此,新的FRL(Fixed Rate Link)傳輸技術以及16b/18b的編碼方式應運而生,其特點如下:

  1. FRL是Fixed Rate Link的縮寫,顧名思義,就是固定比例的頻寬速率。
  2. 原本的TMDS Clock, Data 0, Data 1, Data 2對應成FRL Lane 0, Lane 1, Lane 2, Lane 3。
  3. 類似於DP的Embedded CK模式,因為不需要專用的Clock通道,所以,AV訊號不只可以傳送3對Lane甚至到4對Lane。
  4. 編碼方式則把8b/10b變成16b/18b,改善了9%的編碼效率。
  5. 採用了VESA的DSC壓縮技術,解析度高達10K@120。
  6. 不同於DC-coupled TMDS的傳輸方式已轉變成AC-coupled FRL的傳輸方式。
  7. 透過FRL Link Training的溝通,可以相容於TMDS模式。

因此,要怎麼既符合新增的FRL模式又要相容於原有的TMDS模式,則是開發HDMI 2.1產品的廠商的一大課題。

百佳泰8K測試方案

為了讓開發8K電視的廠商們快速拿到符合HDMI 2.1規格的入場卷,百佳泰積極與相關儀器廠商合作,開發了Allion的SCDC控制器(AJSC-1)整合於8K的相關電氣測試當中,如下的測試方案:

  • 8K實力驗證測試
    • FRL 電氣特性測試
    • FRL Protocol測試
    • 8K Video測試
  • HDMI 2.0 認證測試
    • TMDS 電氣特性測試
    • TMDS Protocol測試
    • TMDS Decoding測試
    • TMDS Video Timing 測試
    • EDID相關測試
  • HDMI 1.4 認證測試
    • EDID/E-DDC Test
    • Electrical Test
    • Protocol Test
    • Video Test
    • Audio Test
    • Interoperability with DVI Test
    • Advanced Features

百佳泰測試範例

HDMI 2.1 的8K電視一開始遇到其中一個課題就是在接收到含有Jitter的訊號時會產生不正常的Error,透過Allion AJSC-1的Debug GUI可以快速的找到產生Error的來源出處。

此外,Link Training的溝通正確於否也是另一個課題,透過另一套DDC Monitor的GUI可以快速找到相關Register是否符合HDMI 2.1規範。

相信8K的技術上仍存在許多未知且潛在的風險,百佳泰身為業界的領導品牌,已率先投入測試儀器設備的合作以及專業的測試技術。若想了解更多關於8K電視的細節,請聯繫我們!