HDMI - כל מה שרצית לדעת
יובל אינדיצקי
24-07-2008 07:01
HDMI הפך להיות הממשק הרשמי של מסכי פלזמה, LCD, נגני Blu-ray ומכשירי קולנוע ביתי שונים. מהו HDMI, כיצד הוא פועל ומהן הדרכים להעברת אות וידאו HD למרחקים ארוכים?
מבוא
פורמט ה- HDMI – High Definition Multimedia Interface, הנשען מבחינה טכנית על פורמט ה-DVI, הפך בשנים האחרונות לפורמט הסטנדרטי עבור קולנוע ביתי ברזולוציה גבוהה.
למרות זאת, קיימת מידה רבה של חוסר ידע לגבי ה-HDMI. במסגרת המאמר הנ"ל ננסה לפרש מעט מהמסתורין ואי הדיוקים הסובבים את הפורמט וכמו-כן להציע מספר פתרונות מעשיים לבעיות הקשורות לשימוש בפורמט ה-HDMI כבסיס למערכת קולנוע ביתי דיגיטאלית איכותית.
יש לזכור כי ה-HDMI הינו פורמט דיגיטאלי. כלומר, המידע עובר בו כרצף של ערכי "0" ו-"1".
כיום, כאשר חלק גדול ממקורות הוידיאו והאודיו שומר את המידע המרכיב את התמונה בה רוצים לצפות או את הסאונד אותו מעוניינים לשמוע באופן דיגיטאלי וכאשר רוב אמצעי הצפייה (מקרנים, מסכים שטוחים וכו') הינם דיגיטאליים קיים יתרון גדול לשימוש בפורמט דיגיטאלי לשם העברת המידע, דבר שחוסך המרות שונות במערכת.
תקנים
קיימים מספר דורות / גרסאות של תקני HDMI: החל מ HDMI 1.0 וכלה ב- HDMI 1.3 החדיש ביותר (גרסת ה- HDMI מפורטת בדרך כלל במפרט המכשיר).
תקנים 1.0-1.2 תומכים בכל הפורמטים המקובלים של HD, עד ל-1080P/60Hz. קיימים ביניהם הבדלים קטנים, בעיקר בסוגי האודיו הדיגיטאלי הנתמכים.
תקן 1.3 שיצא לאחרונה מסוגל לתמוך גם ברזולוציות HD עתידיות גבוהות ובעומק צבע גדול יותר, אולם יש לזכור שכיום נדירים מאוד התכנים הקיימים ברזולוציות גבוהות מ-1080P.
תקן HDMI 1.4 או החדש יותר HDMI 1.4a תומך גם בהעברת תלת מימד באיכות 1080p.
מי שמשתמש במכשיר ניתוב HDMI (הסבר בהמשך) המתאים לתקן 1.2, למשל, יעביר ללא כל בעיה תכנים שישודרו ממקור 1.3 כל עוד איכות השידור לא עולה על 1080P/60Hz
EDID – זיהוי של המסך ע"י מקור הוידאו
במהלך תהליך הקמת קשר ה-HDMI בין המקור (נגן, מקלט כבלים או לווין וכו') למסך השטוח, מוסר המסך למקור בלוק מידע הנקרא EDID – Extended Display Identification Data.
בנוסף על מידע כללי על המסך (שנת ייצור, שם היצרן וכו') בלוק זה מכיל נתונים שונים של המסך (רזולוציה טבעית, רזולוציות נתמכות, תדרי רענון נתמכים וכו') אשר בעזרתם מבצע המקור אופטימיזציה אוטומטית לאות ה-HDMI שהוא משדר למסך הספציפי שחובר אליו.
HDCP - הצפנה
פרוטוקול ההצפנה HDCP- High Definition Content Protection מיועד להגנה על התוכן המשודר. מטרתו למנוע חיבור של נגן HD ישירות למקליט HD לשם העתקת התוכן. הפרוטוקול, שהוא חובה בשימוש ב- HDMI, ממומש בעזרת צפנים המאוחסנים בשבב יעודי בתוך כל מכשיר תומך HDMI. המקור והנגן מחליפים ביניהם צפנים אלה ויוצרים מהם מפתח משותף בו המקור משתמש להצפנת המידע בטרם שידורו ואיתו המסך מפענח את המידע המתקבל.
ניתוב ומיתוג HDMI
במקרים מסוימים, נזדקק לניתוב ומיתוג אותות HDMI, כאשר נזדקק לחיבור מספר מקורות למסך אחד (במקרה בו אין למסך מספיק כניסות HDMI), או חיבור מספר מסכים למקור אחד או מספר מסכים למספר מקורות.
בעת ניתוב אותות ה-HDMI במערכת יש לשמור על מעבר נכון של EDID בין המסכים למקורות וכמובן שגם פרוטוקול HDCP חייב להישמר.
כאשר ניגשים לרכוש פתרונות שונים לניתוב HDMI, יש לוודא שנושאי ה-EDID וה- HDCP מטופלים במוצר באופן איכותי ותקני ע"מ להבטיח ניתוב ומיתוג חופשיים מבעיות.
כבלים ושידור למרחק
אורך כבלים
הזכרנו כי HDMI הוא פורמט דיגיטאלי המעביר וידאו באיכות גבוהה. כמו-כל אות דיגיטאלי, גם ה-HDMI סובל ממה שאנו קוראים Cliff Effect. נסביר מה המשמעות של מונח זה.
אות אנלוגי מונחת ומתעוות לאורך הכבל המעביר אותו ובשל כך אנו מבחינים בירידה באיכות התמונה המתקבלת כתלות באורך הכבל שבשימוש (בהנחה שכל המבדיל בין שני כבלים הוא רק אורכם).
אות דיגיטאלי גם הוא מונחת ומתעוות בכבל המעביר אותו, אולם כל עוד המסך יצליח לקרוא מתוך האות המגיע אליו את רמות המתח המקבילות ל-"0", ל-"1" ויצליח לחלץ ממנו את שעון המערכת – לא נראה שום הבדל באיכות התמונה, ללא תלות באורך הכבל.
כאשר הכבל יגיע לאורך כזה בו ההנחתה תעוות את האות במידה כזו שהמסך לא יצליח לפענח את רמות המתחים והשעון – לא נראה כל תמונה. במציאות, קיים טווח של מספר עשרות סנטימטרים של אורך כבל בהם המסך יחשוב שהוא מצליח לפענח תמונה אולם אנחנו נראה הפרעות שונות. לדוגמה – עד אורך כבל של עשרה מטרים תמונה נקייה, בין עשרה מטרים לעשרה מטרים וחצי תמונה עם הפרעות ומעבר לכך – שום דבר.
HDMI משתמש להעברת האותות ע"ג הכבלים עצמם בטכנולוגיה הנקראת TDMS - Transition Minimized Differential Signaling. לא נכנס לעומק הטכנולוגיה הזאת, אולם אחד מהמאפיינים שלה הוא קצבי שידור גבוהים מאוד על הכבלים. בשל כך, השידור חשוף יחסית להפרעות והנחתות ומכאן שאורך הכבלים המקסימאלי בהם אנחנו יכולים להשתמש קצר יחסית.
כבל HDMI רגיל מסוגל להעביר אות 1080P/60Hz עד למרחק של 10 מטרים ואות 720P עד למרחק של 15 מטרים. כיום ניתן למצוא גם פתרונות המאפשרים שידור HDMI לטווחים גדולים יותר.
סוגי כבלים ופתרונות למרחק
פתרון חדש ונוח ביותר הוא כבל HDMI Flat Cable. כבל זה בנוי ממוליכים עבים במיוחד המסודרים אחד ליד השני ובצורה זו יוצרים כבל אחד עבה ושטוח. בצורה זו, למרות העובי הגדול של המוליכים מתקבל כבל נוח להסתרה מתחת לשטיח או מאחורי חיפוי קיר. כבל מסוג זה מסוגל להעביר אות 1080P/60Hz עד למרחק של 23 מטרים.
מאריך משחזר - Repeater
פתרון נוסף להעברה למרחק או לצורך חיבור שני כבלים קצרים הוא שימוש ב- Repeater. משחזר אות זה מקבל את האות המגיע אליו, משחזר את רמות המתחים ומתקן את השעון של האות לפני שהוא משדר אותו מחדש. בדרך זו ניתן להגיע לשידור של אות 1080P/60Hz למספר עשרות מטרים.
העברה על גבי כבל רשת
אפשרות נוספת לשידור אות 1080i/60Hz לטווחים של עד 60 מטר הוא שימוש בטכנולוגיית TP.
בעזרת יחידת משדר ויחידת מקלט TP מתבצעת המרה של פורמט ה-HDMI לאות המשודר ע"ג שני כבלים מסוככים מסוג CAT-5 (כבלי תקשורת מחשבים עם סיכוך), ללא איבוד איכות תמונה.
כבל אופטי
במקרים בהם נדרשים טווחים מעל 60 מטרים, ניתן לבחור בפתרון המבוסס על שידור HDMI באמצעות כבלים אופטיים. ישנם מספר פתרונות כאלה, לטווחים של עד 500 מטרים באיכויות גבוהות. לדוגמא, עבור שידור 1080P/60Hz לטווח של עד 100 מטרים ניתן לבחור במשדר ומקלט אופטיים.
קידוד אודיו
במקרים מסוימים, נרצה לחלץ את מידע האודיו מתוך אות ה-HDMI.
משפחת ה-HDMI Embedders / De-embedders מאפשרת לחלץ את מידע האודיו מתוך אות ה-HDMI או לשלב אודיו בסיגנל DVI לשם יצירת אות HDMI ופעולות דומות נוספות.
פורמט ה- HDMI – High Definition Multimedia Interface, הנשען מבחינה טכנית על פורמט ה-DVI, הפך בשנים האחרונות לפורמט הסטנדרטי עבור קולנוע ביתי ברזולוציה גבוהה.
למרות זאת, קיימת מידה רבה של חוסר ידע לגבי ה-HDMI. במסגרת המאמר הנ"ל ננסה לפרש מעט מהמסתורין ואי הדיוקים הסובבים את הפורמט וכמו-כן להציע מספר פתרונות מעשיים לבעיות הקשורות לשימוש בפורמט ה-HDMI כבסיס למערכת קולנוע ביתי דיגיטאלית איכותית.
יש לזכור כי ה-HDMI הינו פורמט דיגיטאלי. כלומר, המידע עובר בו כרצף של ערכי "0" ו-"1".
כיום, כאשר חלק גדול ממקורות הוידיאו והאודיו שומר את המידע המרכיב את התמונה בה רוצים לצפות או את הסאונד אותו מעוניינים לשמוע באופן דיגיטאלי וכאשר רוב אמצעי הצפייה (מקרנים, מסכים שטוחים וכו') הינם דיגיטאליים קיים יתרון גדול לשימוש בפורמט דיגיטאלי לשם העברת המידע, דבר שחוסך המרות שונות במערכת.
תקנים
קיימים מספר דורות / גרסאות של תקני HDMI: החל מ HDMI 1.0 וכלה ב- HDMI 1.3 החדיש ביותר (גרסת ה- HDMI מפורטת בדרך כלל במפרט המכשיר).
תקנים 1.0-1.2 תומכים בכל הפורמטים המקובלים של HD, עד ל-1080P/60Hz. קיימים ביניהם הבדלים קטנים, בעיקר בסוגי האודיו הדיגיטאלי הנתמכים.
תקן 1.3 שיצא לאחרונה מסוגל לתמוך גם ברזולוציות HD עתידיות גבוהות ובעומק צבע גדול יותר, אולם יש לזכור שכיום נדירים מאוד התכנים הקיימים ברזולוציות גבוהות מ-1080P.
תקן HDMI 1.4 או החדש יותר HDMI 1.4a תומך גם בהעברת תלת מימד באיכות 1080p.
מי שמשתמש במכשיר ניתוב HDMI (הסבר בהמשך) המתאים לתקן 1.2, למשל, יעביר ללא כל בעיה תכנים שישודרו ממקור 1.3 כל עוד איכות השידור לא עולה על 1080P/60Hz
EDID – זיהוי של המסך ע"י מקור הוידאו
במהלך תהליך הקמת קשר ה-HDMI בין המקור (נגן, מקלט כבלים או לווין וכו') למסך השטוח, מוסר המסך למקור בלוק מידע הנקרא EDID – Extended Display Identification Data.
בנוסף על מידע כללי על המסך (שנת ייצור, שם היצרן וכו') בלוק זה מכיל נתונים שונים של המסך (רזולוציה טבעית, רזולוציות נתמכות, תדרי רענון נתמכים וכו') אשר בעזרתם מבצע המקור אופטימיזציה אוטומטית לאות ה-HDMI שהוא משדר למסך הספציפי שחובר אליו.
HDCP - הצפנה
פרוטוקול ההצפנה HDCP- High Definition Content Protection מיועד להגנה על התוכן המשודר. מטרתו למנוע חיבור של נגן HD ישירות למקליט HD לשם העתקת התוכן. הפרוטוקול, שהוא חובה בשימוש ב- HDMI, ממומש בעזרת צפנים המאוחסנים בשבב יעודי בתוך כל מכשיר תומך HDMI. המקור והנגן מחליפים ביניהם צפנים אלה ויוצרים מהם מפתח משותף בו המקור משתמש להצפנת המידע בטרם שידורו ואיתו המסך מפענח את המידע המתקבל.
ניתוב ומיתוג HDMI
במקרים מסוימים, נזדקק לניתוב ומיתוג אותות HDMI, כאשר נזדקק לחיבור מספר מקורות למסך אחד (במקרה בו אין למסך מספיק כניסות HDMI), או חיבור מספר מסכים למקור אחד או מספר מסכים למספר מקורות.
בעת ניתוב אותות ה-HDMI במערכת יש לשמור על מעבר נכון של EDID בין המסכים למקורות וכמובן שגם פרוטוקול HDCP חייב להישמר.
כאשר ניגשים לרכוש פתרונות שונים לניתוב HDMI, יש לוודא שנושאי ה-EDID וה- HDCP מטופלים במוצר באופן איכותי ותקני ע"מ להבטיח ניתוב ומיתוג חופשיים מבעיות.
ממתג HDMI
כבלים ושידור למרחק
אורך כבלים
הזכרנו כי HDMI הוא פורמט דיגיטאלי המעביר וידאו באיכות גבוהה. כמו-כל אות דיגיטאלי, גם ה-HDMI סובל ממה שאנו קוראים Cliff Effect. נסביר מה המשמעות של מונח זה.
אות אנלוגי מונחת ומתעוות לאורך הכבל המעביר אותו ובשל כך אנו מבחינים בירידה באיכות התמונה המתקבלת כתלות באורך הכבל שבשימוש (בהנחה שכל המבדיל בין שני כבלים הוא רק אורכם).
אות דיגיטאלי גם הוא מונחת ומתעוות בכבל המעביר אותו, אולם כל עוד המסך יצליח לקרוא מתוך האות המגיע אליו את רמות המתח המקבילות ל-"0", ל-"1" ויצליח לחלץ ממנו את שעון המערכת – לא נראה שום הבדל באיכות התמונה, ללא תלות באורך הכבל.
כאשר הכבל יגיע לאורך כזה בו ההנחתה תעוות את האות במידה כזו שהמסך לא יצליח לפענח את רמות המתחים והשעון – לא נראה כל תמונה. במציאות, קיים טווח של מספר עשרות סנטימטרים של אורך כבל בהם המסך יחשוב שהוא מצליח לפענח תמונה אולם אנחנו נראה הפרעות שונות. לדוגמה – עד אורך כבל של עשרה מטרים תמונה נקייה, בין עשרה מטרים לעשרה מטרים וחצי תמונה עם הפרעות ומעבר לכך – שום דבר.
HDMI משתמש להעברת האותות ע"ג הכבלים עצמם בטכנולוגיה הנקראת TDMS - Transition Minimized Differential Signaling. לא נכנס לעומק הטכנולוגיה הזאת, אולם אחד מהמאפיינים שלה הוא קצבי שידור גבוהים מאוד על הכבלים. בשל כך, השידור חשוף יחסית להפרעות והנחתות ומכאן שאורך הכבלים המקסימאלי בהם אנחנו יכולים להשתמש קצר יחסית.
כבל HDMI רגיל מסוגל להעביר אות 1080P/60Hz עד למרחק של 10 מטרים ואות 720P עד למרחק של 15 מטרים. כיום ניתן למצוא גם פתרונות המאפשרים שידור HDMI לטווחים גדולים יותר.
כבל HDMI רגיל
סוגי כבלים ופתרונות למרחק
פתרון חדש ונוח ביותר הוא כבל HDMI Flat Cable. כבל זה בנוי ממוליכים עבים במיוחד המסודרים אחד ליד השני ובצורה זו יוצרים כבל אחד עבה ושטוח. בצורה זו, למרות העובי הגדול של המוליכים מתקבל כבל נוח להסתרה מתחת לשטיח או מאחורי חיפוי קיר. כבל מסוג זה מסוגל להעביר אות 1080P/60Hz עד למרחק של 23 מטרים.
כבל HDMI שטוח
מאריך משחזר - Repeater
פתרון נוסף להעברה למרחק או לצורך חיבור שני כבלים קצרים הוא שימוש ב- Repeater. משחזר אות זה מקבל את האות המגיע אליו, משחזר את רמות המתחים ומתקן את השעון של האות לפני שהוא משדר אותו מחדש. בדרך זו ניתן להגיע לשידור של אות 1080P/60Hz למספר עשרות מטרים.
העברה על גבי כבל רשת
אפשרות נוספת לשידור אות 1080i/60Hz לטווחים של עד 60 מטר הוא שימוש בטכנולוגיית TP.
בעזרת יחידת משדר ויחידת מקלט TP מתבצעת המרה של פורמט ה-HDMI לאות המשודר ע"ג שני כבלים מסוככים מסוג CAT-5 (כבלי תקשורת מחשבים עם סיכוך), ללא איבוד איכות תמונה.
כבל אופטי
במקרים בהם נדרשים טווחים מעל 60 מטרים, ניתן לבחור בפתרון המבוסס על שידור HDMI באמצעות כבלים אופטיים. ישנם מספר פתרונות כאלה, לטווחים של עד 500 מטרים באיכויות גבוהות. לדוגמא, עבור שידור 1080P/60Hz לטווח של עד 100 מטרים ניתן לבחור במשדר ומקלט אופטיים.
קידוד אודיו
במקרים מסוימים, נרצה לחלץ את מידע האודיו מתוך אות ה-HDMI.
משפחת ה-HDMI Embedders / De-embedders מאפשרת לחלץ את מידע האודיו מתוך אות ה-HDMI או לשלב אודיו בסיגנל DVI לשם יצירת אות HDMI ופעולות דומות נוספות.
פיצול אות אודיו מ- HDMI אל כבל אודיו אופטי או קואקסיאלי