Изучение HDMI

Введение
Каждый пользователь, кто покупал HDTV, PlayStation 3, проигрыватель HD-DVD или Blu-ray, с большой долей вероятности, слышали о HDMI. Обычному пользователю, может показаться, что это всего лишь одно из множества подключений телевизоров или ресиверов домашнего кинотеатра. Однако HDMI – это больше, чем порт на задней панели телевизора (и зачастую дорогой кабель, который умещается внутрь). Это набор правил, позволяющих электронным устройствам высокой четкости обмениваться данными.
С момента своего создания в 2002 году HDMI превратился в лучший и самый удобный стандарт цифрового (аудио и видео) подключения с точки зрения скорости передачи, полосы пропускания и функций в целом. Кроме того, за почти два десятилетия его существования было выпущено пять версий интерфейса HDMI, которые эффективно революционизировали то, как различная электроника и гаджеты взаимодействуют и обмениваются информацией. Последний стандарт технологии HDMI 2.1 может похвастаться скоростью передачи 48 Гбит / с в дополнение ко многим другим функциям и улучшениям, таким как поддержка 4K, 5K, 8K и Содержимое 10К.
Целью данной работы является изучение HDMI.

1 Описание HDMI
1.1 Что такое HDMI
До появления телевизоров высокой четкости большинство телевизоров отображали изображения в стандартном разрешении. Картинка была примерно квадратной – соотношение сторон 4:3. Его разрешение, или количество точек, из которых формируется изображение на экране, составляло около 704 x 480 пикселей. Изображение было чересстрочным – каждая часть движущегося изображения на самом деле была половиной изображения, но картинки менялись достаточно быстро, чтобы человеческий мозг этого не замечал. Наконец, старые телевизоры полагались на аналоговые сигналы, которые распространяются как постоянно меняющийся электрический ток.
Стандарт HDTV, с другой стороны, является цифровым. Он работает с информацией в виде единиц и нулей. Эта информация передается по кабелям в виде отдельных электрических импульсов. HDTV имеет соотношение сторон 16:9, поэтому изображение получается прямоугольным. Данный стандарт подразумевает применение высокого разрешения – современные стандарты HDTV допускают разрешение до 1920 x 1080 пикселей. Сигналы HDTV также могут быть прогрессивными, что означает, что каждый кадр движущегося изображения представляет собой целое изображение, а не его половину.
Таким образом, по сравнению со стандартными телевизорами, телевизоры высокой четкости имеют более широкий экран, больше пикселей и более высокую частоту обновления. Часто телевизоры высокой четкости могут отображать больше цветов, чем старые телевизоры. Это означает, что телевизорам, поддерживающим HDTV, требуется обмениваться большим количеством данных. Если HDTV может получать эту информацию в цифровом виде, ему также не нужно тратить время или вычислительную мощность на преобразование сигнала из аналогового формата.
Всё это приводи к HDMI. Стандарт HDMI, созданный группой производителей электроники, представляет собой набор рекомендаций по созданию высокоскоростных соединений между цифровыми устройствами.
HDMI расшифровывается как High Definition Multimedia Interface. Это мультимедийный интерфейс, способный обрабатывать видео и аудио высокой четкости (HD).
При правильной настройке HDMI может играть большую роль в системе домашнего кинотеатра. Текущий стандарт может передавать сигналы высокой четкости 1080p и поддерживает восемь каналов несжатого звука, что достаточно для системы объемного звука 7.1. HDMI может сократить количество кабелей, необходимых для подключения компонентов, и даже уменьшить количество пультов дистанционного управления, необходимых для просмотра фильма.
1.2 История HDMI
Первые дни HDMI на самом деле восходят к 2002 году, когда основатели технологии впервые начали работать над первой ее версией – HDMI 1.0. В то время идея заключалась в создании нового стандарта, который был бы обратно совместим с DVI, стандартом только для видео, который в то время можно было найти на многих мониторах.
Эти основатели не были неизвестными изобретателями. Вместо этого они были группой международных компаний, которые хотели разработать новый стандарт передачи видео и аудио на следующие несколько десятилетий. В число первоначальных учредителей входили такие компании, как Panasonic, Philips, Sony, Toshiba, RCA и другие, но эта технология также пользовалась поддержкой поставщиков контента, таких как Disney, Warner Bros. Universal и других.
У HDMI были и другие цели. Например, основатели хотели, чтобы технология была относительно небольшой и обеспечивала совместимость со звуком, что упростило бы использование для потребителей. Вскоре после разработки стандарта в 2003 году открылся первый авторизованный центр тестирования HDMI, за которым вскоре последовал еще один центр в Японии в 2004 году. Если говорить о 2004 году, то в том году, всего через несколько лет после того, как был впервые разработан стандарт, было продано 5 миллионов устройств с поддержкой.
1.3 Преимущества HDMI
Использование HDMI по сравнению с другими стандартами имеет ряд преимуществ. HDMI может передавать как видео, так и аудио, и это дает ему явное преимущество перед более старыми стандартами, которые могли передавать только один или другой вид данных. В результате, среднестатистическому потребителю, который хочет подключить игровую консоль к телевизору или чему-то подобному, нужен только один кабель.
В последних версиях HDMI стал еще более универсальным. Например, стандарт HDMI теперь также может передавать 3D-данные и данные Ethernet – и все это по одному кабелю, что является одним из основных преимуществ HDMI. Это значительно упрощает настройку системы домашнего кинотеатра.
Важно отметить, что HDMI – это стандарт передачи данных, и у него разные разъемы. Например, есть также разъемы Mini HDMI и Micro HDMI, которые иногда используются в таких устройствах, как видеокамеры, ноутбуки или планшеты.
1.4 Версии HDMI
HDMI 1.0 был официально выпущен 9 декабря 2002 года и был способен передавать цифровой видеосигнал и до 8 каналов звука. По сути, был использован стандарт передачи DVI и добавлена ​​поддержка звука. Стандарт позволял передавать данные со скоростью до 4,95 ГБ в секунду – это означало, что люди могли передавать видео с разрешением до 1080p и частотой кадров 60 кадров в секунду.
HDMI 1.1 был выпущен в мае 2004 года и добавил поддержку DVD-Audio, а также несколько небольших изменений в электрических характеристиках.
HDMI 1.2 был следующей версией стандарта HDMI и был представлен в августе 2005 года. Хотя всего через несколько месяцев после выхода HDMI 1.1, HDMI 1.2 внес ряд серьезных изменений в стандарт, в том числе значительно улучшил поддержку ПК за счет поддержки низкого напряжения.
HDMI 1.3 был выпущен в июне 2006 года и увеличил пропускную способность одного канала HDMI до целых 10,2 Гбит / с. HDMI 1.3 также добавил поддержку 10-битного, 12-битного и 16-битного цветового разрешения на канал, а также представил новый разъем HDMI Type C или mini-HDMI.
HDMI 1.4, выпущенный в мае 2009 года, добавил ряд дополнительных функций, которые сделали разъем намного более универсальным. Например, он добавил канал HDMI Ethernet для совместного использования интернет-соединения. Возможно, даже лучше была добавленная поддержка разрешений 4K при 30 Гц. HDMI 1.4 также добавил канал возврата звука или HDMI ARC. Это позволяло телевизору отправлять данные в систему объемного звучания и помогло устранить необходимость в отдельном аудиокабеле в системах более высокого уровня.
HDMI 2.0 был первым серьезным изменением версии с момента выпуска HDMI – однако вряд ли можно поспорить, что HDMI был близок к исходной версии. HDMI 2.0 был выпущен в сентябре 2013 года и увеличил пропускную способность до 18 Гбит / с, таким образом поддерживая частоту обновления 60 Гц при разрешении 4K. HDMI 2.0 также добавил поддержку до 32 аудиоканалов. HDMI 2.0a был выпущен в 2015 году, добавив поддержку технологии HDR, такой как HDR 10.
Добавление HDR очень важно для HDMI. HDR, или расширенный динамический диапазон, по сути, обеспечивает более яркие блики, более яркие, естественные цвета и многое другое, поэтому с HDR изображение в целом выглядит более детализированным. Чтобы использовать эту функцию HDMI, необходимо выполнить ряд вещей. Во-первых, пользователю нужен телевизор, поддерживающий HDR и имеющий соединение, такое как HDMI 2.0, которое также поддерживает его. Фактический контент также должен быть оптимизирован для HDR – и, к счастью, все больше и больше контента от таких компания, как Netflix поставляется с поддержкой HDR. Многие игровые консоли также добавляют поддержку HDR, чтобы люди могли наслаждаться более яркими и четкими изображениями во время игр. PlayStation 4, Xbox One S и One X поддерживают HDR.
HDMI 2.1 – последняя и лучшая версия HDMI, выпущенная в ноябре 2017 года. Эта версия поддерживает полосу пропускания 48 Гбит / с и огромное разрешение 10K при 120 Гц. Для широкого распространения этой версии HDMI потребуется несколько лет, отчасти потому, что для нее действительно требуется новый кабель HDMI, в отличие от старых улучшений, а отчасти потому, что какое-то время не будет никакого контента или дисплеев для ее поддержки. Однако некоторые компании, такие как Cable Matters, выпускают кабели новейшего стандарта HDMI 2.1, чтобы опередить конкурентов.
1.5 Сравнение HDMI и DisplayPortHDMI – не единственный стандарт, предназначенный для передачи видео и аудиоканалов через один разъем. DisplayPort – еще один стандарт.
DisplayPort в настоящее время имеет версию DisplayPort 1.4, которая поддерживает разрешение до 8K при 60 Гц с HDR. DisplayPort гораздо чаще используется на компьютерных мониторах и компьютерах, чем в телевизорах и других потребительских устройствах, и для этого есть веская причина – он поддерживает такие технологии, как AMD FreeSync и Nvidia G-Sync, которые помогают создать игровой процесс без разрывов. К сожалению, лишь немногие производители используют DisplayPort 1.4 – и многие застряли на DisplayPort 1.2. Если у пользователя есть доступ только к порту HDMI 2.0 или порту DisplayPort 1.2, как у многих мониторов, то HDMI может быть лучше благодаря поддержке HDR.

2 Как работает HDMI
2.1 Внешняя структура кабеля
На рисунке 1 показан обычный соединительный кабель HDMI. Кабели HDMI относительно толще обычных аудио / видео разъемов из-за их конструкции. Вышеуказанный кабель имеет цилиндрическую форму; однако плоские кабели HDMI также становятся популярными.

Рисунок SEQ Рисунок \* ARABIC 1 – Кабель HDMI
В толстых корпусах размещены ферритовые бусины, которые подавляют высокочастотные сигналы электромагнитных помех и шум при передаче. Таким образом, излучение от близлежащих кабелей питания или других кабелей HDMI значительно снижается за счет использования этих ферритовых шариков. Это тип электронных дросселей, которые работают за счет рассеивания высокочастотных токов в виде тепла, в отличие от индуктивных дросселей, которые позже высвобождают энергию.

Рисунок SEQ Рисунок \* ARABIC 2 – Ферритовые кольца на кабеле HDMI
Пластиковая оболочка корпуса и защита проводов передачи покрыта слоем оплетки из волоконной сетки. Этот слой, изготовленный из полимера высокой плотности, является жаропрочным и огнестойким. Это помогает предотвратить истирание кабеля и увеличивает срок его службы.

2.2 Внутреннее строение кабеля
Внутри кабели HDMI состоят из проводников для аудио и визуальных компонентов (рисунок 3). И аудио, и визуальные компоненты также имеют канал возврата аудио, что увеличивает скорость и эффективность их сигналов. Большинство проводников и припой, используемые для соединения проводников и соединителей, состоят из бескислородной меди высокой чистоты, хотя некоторые используют серебро в качестве припоя.
Серебро и медь – металлы с самой высокой проводимостью, но они также подвержены коррозии при контакте с атмосферой. Зеленое потускнение меди и темно-серое потускнение серебра, которое может произойти со временем, повлияют на проводимость металлов. Когда в кабеле используются медь и серебро самого высокого качества, вероятность окисления или коррозии со временем снижается.
Снаружи стандартные кабельные разъемы состоят из 19 контактов. Штыри и внешняя крышка высококачественных кабелей HDMI покрыты 24-каратным золотом. Золото невероятно хорошо противостоит коррозии (поэтому его традиционно использовали для хранения богатства) и действует как защитник. На самом деле это не улучшит качество сигнала, но продлит срок службы кабеля HDMI.
Для внешней оболочки, увеличивающей длину кабеля, используются различные материалы, но обычно они состоят из прочного ПВХ-пластика разной толщины.
Более короткие кабели могут быть более гибкими, но более длинные кабели, например, те, которые используются для установки в стене, должны быть более жесткими, чтобы поддерживать соединение. Кабели HDMI были разработаны для больших расстояний, и лучшие кабели будут поддерживать соединение на расстоянии до 10 метров (32,8 фута) без использования повторителя, устройства, которое работает для расширения сигнала.

Рисунок SEQ Рисунок \* ARABIC 3 – Внутреннее устройства кабеля HDMI
Многие кабели HDMI также включают в себя Ethernet, который обеспечивает подключение к Интернету в дополнение к аудио- и видео. На самом деле кабели HDMI с Ethernet работают только с устройствами, поддерживающими эту технологию, и обычно это означает подключение кабеля HDMI к маршрутизатору, после чего пользователь может просто использовать обычный кабель Ethernet.
2.3 Типы разъёмов HDMI
Разъем HDMI типа A (рисунок 4): этот разъем был выпущен в соответствии с исходным стандартом и с тех пор является основой стандарта HDMI. Разъем типа A – это тот разъём, который наиболее знаком пользователям AV-оборудования, и он встречается на огромном количестве предметов, включая телевизоры, DVD-плееры, спутниковые приставки, рекордеры, игровые приставки и многие другие предметы. Там, где пространство не является проблемой, разъем HDMI типа A идеален, поскольку он самый надежный.
Внешний размер штекера или вилки составляет 13,9 мм × 4,45 мм, а внутренние размеры розетки или розетки – 14 мм × 4,55 мм.

Рисунок SEQ Рисунок \* ARABIC 4 – Схема разъёма типа А
Имеется 19 контактов, и полоса пропускания может поддерживать все режимы SDTV, EDTV, HDTV, UHD и 4K. Этот тип разъема электрически совместим с одноканальным DVI-D.
Штыревой вариант разъема HDMI типа A широко доступен на готовых выводах, а также на разъемах для самостоятельной сборки. Многие версии «мама» также доступны для встраивания в AV-оборудование.
Разъем HDMI типа B: этот тип разъема HDMI также был выпущен с оригинальным стандартом в 2002 году и предназначен для передачи двухканального видео DVD-I. Разъем никогда не использовался в продуктах, потому что с появлением HDMI 1.3 скорость одного канала превысила скорость старого двухканального. Поскольку размер разъема больше, чем у стандартного одинарного соединения, не было причин для его использования. Однако он по-прежнему сохраняется в рамках спецификаций.
Этот тип разъема HDMI имеет размеры 21,2 мм × 4,45 мм и 29 контактов, по которым передаются шесть дифференциальных пар вместо трех.
Разъем HDMI типа C – Разъем Mini-HDMI (рисунок 5): это разъем mini-HDMI, он меньше, чем разъем типа A, и имеет размер 10,42 мм × 2,42 мм, но при этом сохраняет 19-контактную конфигурацию. Mini-HDMI сохраняет все функции более крупного HDMI типа A, но разъем намного меньше.
Мини-разъем HDMI был представлен в версии 1.3 HDMI, поскольку стандарт HDMI стал более широко принятым и была необходимость в разъеме меньшего размера.

Рисунок SEQ Рисунок \* ARABIC 5 – Разъем Mini-HDMI
Есть различия в конфигурации подключения разъема mini-HDMI: все положительные сигналы дифференциальных пар поменяны местами с их соответствующим экраном, заземление DDC / CEC назначено на контакт 13 вместо контакта 17, CEC назначен на контакт 14 вместо контакт 13, а зарезервированный контакт 17 вместо контакта 14.
Разъем HDMI типа C может быть подключен к разъему типа A, но для этого требуется кабель типа A-to-type C или адаптер.
Разъемы mini-HDMI очень распространены на многих портативных устройствах. Некоторые примеры включают: камеры DSLR, видеокамеры, планшеты большего размера, системы спутниковой навигации и т.п.
Разъем HDMI типа D - разъем micro-HDMI (рисунок 6): Размер разъема HDMI типа D очень похож на разъем micro-USB, и в результате тип D часто называют разъемом micro-HDMI.

Рисунок SEQ Рисунок \* ARABIC 6 – Разъем Micro-HDMI
Размеры составляют всего 6,4 мм × 2,8 мм, и в рамках этого контура micro-HDMI сохраняет 19 контактов, хотя их назначение отличается. Разъем micro-HDMI был представлен в HDMI версии 1.4. Он был разработан специально для аудио-видео связи для небольших портативных устройств, таких как мобильные телефоны.
Разъем HDMI типа E: разъем HDMI типа E предназначен для автомобиля. Этот разъем был представлен в HDMI версии 1.4.
Чтобы предотвратить его расшатывание, он включает в себя фиксирующий язычок, а также кожух, предотвращающий попадание грязи и влаги.

Рисунок SEQ Рисунок \* ARABIC 7 – HDMI типа E
2.4 Расположение контактов
В разъеме HDMI (тип A) (рисунок 4) используется 19-контактная конфигурация. На изображении 4 можем заметить, что на внутренних стенках разъема есть выводы. Штифты верхней части имеют номера 1, 3, 5… 19, а штыри нижней части - 2, 4, 6… 18. Если соединитель сплющен в одну плоскость, расположение штифтов таково, что нижние штифты будут плотно входить между верхними штырями, и нумерация будет примерно 1,2,3,4,5… 19. Штыри можно идентифицировать в зависимости от их функции, как показано в таблице 1.
Таблица 1 – Функции контактов HDMI типа А
№ Номер контакта HDMI Функция Дополнительные комментарии
1 Группа A (контакты 1-3),
Группа B (контакты 4-6),
Группа C (контакты 7-9) Эти контакты помогают в передаче дифференциальных сигналов с минимальным переходом (TMDS). Каждая группа для сигналов TMDS имеет 3 вывода, служащих положительным (1, 4, 7), отрицательным (выводы 3, 6, 9) и заземлением (выводы 2, 5, 8). Эта технология увеличивает скорость передачи сигнала, а также сводит к минимуму помехи между сигналами. Сигналы TMDS могут одновременно передавать видео и аудиоданные.
2 Группа D (контакты 10-12) Эта группа контактов помогает синхронизировать сигналы, отправляемые в TMDS, так что информация передается наилучшим и точным образом, даже если скорость передачи высока. 3 Контакт 13
CEC (канал бытовой электроники) Служит коммуникатором между подключенными устройствами, тем самым действуя как двунаправленная шина управления. Это дополнительная функция в конфигурациях HDMI.
4 Контакт 14 Сохранено как запасной для будущих целей 5 Контакт 15
DDC
(Отображение канала данных) Используется, чтобы заставить выходное устройство HDMI отправлять данные на входное устройство HDMI. Благодаря этому устройства синхронизируются с точки зрения формата вывода видео и звука.
6 Контакт 16
EDID
(Данные расширенной информации дисплея) Используется для синхронизации исходного и целевого устройства с точки зрения качества вывода. Например, дисплей должен иметь разрешение 1080p или 720p, а звук должен быть 2.1 или 5.1 и т. Д. Все синхронизируется между устройствами через EDID.
7 Контакт 17 Обеспечивает экранирование каналов DDC и CEC, действуя в качестве заземления для нежелательных сигналов, передаваемых через них 8 Контакт 18 Отвечает за подачу питания на кабель HDMI, который составляет 5 В. 9 Контакт 19 (обнаружение горячего подключения) Удобства – простые средства plug and play для пользователя. Заключение
Кабели HDMI являются одним из самых эффективных на сегодняшний день решений для высококачественного видео, а также аудио приложений. Многие гиганты индустрии развлечений, такие как Columbia Pictures и 20 th Century Fox, поддерживают HDMI-совместимость, а телекомпании Direct-to-Home, такие как Echostar и Hathway, имеют свои телевизионные приставки с выходами HDMI. Игровые приставки, такие как X-Box, PlayStation и скоро появятся Ouya, также продвигают выходы HDMI. Таким образом, HDMI является широко принятым стандартом в индустрии развлечений и на рынке, и его предпочитают пользователи во всем мире.
Как экономичное решение, HDMI – одна из немногих функций, доступных в компьютерах, телевизорах, проигрывателях дисков и даже в мобильных телефонах. Благодаря включению дополнительных усовершенствований, таких как Ethernet и 3D, HDMI, безусловно, быстро делает шаг вперед, чтобы стать универсальным стандартом интерфейса в мире.
Цель данной работы была достигнута, а именно была изучена технология HDMI.
Список использованных источников
1. What is HDMI? [Текст]. – https://www.cablematters.com/blog/HDMI/what-is-hdmi (Дата обращения 14.11.2020).
2. HDMI интерфейс — виды, характеристики, плюсы и минусы выхода, советы по выбору hdmi кабеля [Текст]. – https://monitor4ik.com/stati/hdmi/ (Дата обращения 15.11.2020).
3. Что такое HDMI кабель? [Текст]. – https://1-tech.com.ua/blog/chto-takoe-hdmi-kabel (Дата обращения 15.11.2020).
4. Что такое HDMI? Сравниваем типы кабелей [Текст]. – https://ichip.ru/tekhnologii/chto-takoe-hdmi-sravnivaem-tipy-kabelejj-168492 (Дата обращения 14.11.2020).
5. Insight – How HDMI Cable Works [Текст]. – https://www.engineersgarage.com/insight/insight-how-hdmi-cable-works (Дата обращения 13.11.2020).
6. What is HDMI High Definition Multi-Media Interface? [Текст]. – https://www.electronics-notes.com/articles/audio-video/hdmi/what-is-hdmi.php (Дата обращения 15.11.2020).
7. How HDMI Works [Текст]. – https://electronics.howstuffworks.com/hdmi.htm (Дата обращения 14.11.2020).