HDMI – Wat is het, en wat kan het ?

Als je op zoek bent naar een nieuwe televisie, gameconsole, av-receiver of hd-disc speler dan ben je de term zeker tegengekomen: HDMI. Het is belangrijk om hier toch meer van te weten, omdat dit de spil is om te genieten van de best mogelijke kwaliteit audio en video, plus bedieningsgemak.

Met de High Definition Multimedia Interface transporteer je audio, video- en controlesignalen in digitale vorm. Afspeel-apparaten zoals dvd-, hd-spelers en settopboxen zijn van een hdmi-uitgang voorzien, av-receivers en -processoren schakelen de signalen en verwerken de data, en vrijwel zonder uitzondering zijn nieuwe LCD- en plasmatelevisies, net als videoprojectoren, inmiddels voorzien van één of meerdere hdmi-ingangen.
[showad_300x250]

Het Concept

HDMI is bedacht als universele verbinding voor audio, video en bediening. Daarmee is het een beetje de digitale variant van SCART geworden.
HDMI heeft veel met DVI te maken (lees de uitleg in DVI: Digital Video Interface voor PC en Hometheater). De digitale videoverbinding is namelijk dezelfde, inclusief de HDCP kopieerbeveiliging. Tot versie 1.2 was de videobandbreedte gelijk aan een enkele dvi-verbinding, sinds hdmi 1.3 is deze op het niveau van dual-link dvi.

Naast video kan ook audio getransporteerd worden via hdmi. De bandbreedte hiervan is een stuk groter dan die van de bekende optische en coaxiale spdif digitale verbindingen, waardoor het te gebruiken is om ongecomprimeerde digitale audio met meer dan 6 kanalen.

Aan een stuk gemak is ook gedacht: het Consumer Electronics Control (CEC) kanaal kan gebruikt worden om commando’s van een afstandsbediening te versturen naar alle apparaten, en om apparaten met elkaar te laten ‘praten’.

Digitaal – dus perfecte signaaloverdracht ?

Nou… nee. Het is waar dat als het digitale signaal intact blijft van het ene punt naar een ander, de kwaliteit niet achteruit gaat.

Maar het digitale signaal blijft bepaald niet hetzelfde als je het over een kabel heen stuurt. Ook digitale signalen hebben last van analoge storingen; de ééntjes en nulletjes zijn aan het einde van de kabel niet zo eenvoudig meer te herkennen als aan het begin.

Zoals eerder gezegd wordt er van alles aan gedaan om storingen te voorkomen, maar niet alles is te vermijden. Bovendien kent hdmi geen foutcorrectie: als een signaal gedeeltelijk fout wordt ontvangen, dan zal er niet geprobeerd worden om de data opnieuw te versturen. In een computernetwerk gebeurt dit normaal gesproken wel, omdat het belangrijk is dat de gegevens foutvrij zijn; maar bij video is er geen tijd om te wachten totdat het foutvrije signaal een keer binnenkomt.
Om storingen te voorkomen is een kabellengte van 5 meter een veel aangehouden maximum, alhoewel langer praktisch gezien vaak wel lukt.

De HDMI connector

Een hdmi-kabel (voor consumenten apparatuur) bestaat uit 19 aansluitingen. Dit geldt voor alle versies; van versie 1.0 tot 1.3b is er niets veranderd aan de bekabeling of de stekkers. Wel zijn er in de loop van de tijd nieuwe varianten van stekkers bedacht (met name kleinere voor camcorders en fototoestellen).

Pin 1,2 en 3: Data 2 (respectievelijk +, afscherming, -)
Pin 4,5 en 6: Data 1 (respectievelijk +, afscherming, -)
Pin 7,8 en 9: Data 0 (respectievelijk +, afscherming, -)
Pin 10,11 en 12: Kloksignaal (respectievelijk +, afscherming, -)
Pin 13: CEC: Consumer Electronics Control
Pin 14: gereserveerd (niet aangesloten)
Pin 15 en 16: HDCP data (respectievelijk SCL en SDA)
Pin 17 : DDC/CEC afscherming
Pin 18 : +5 V voeding
Pin 19 : Hot Plug Detect

Waar niet iedereen blij mee is, is het feit dat er niet voorzien is om de stekker vast te zetten. DVI heeft twee schroeven om de connector stevig vast te zetten, maar HDMI heeft dit niet. Bij zwaardere kabels zou dit echt geen kwaad kunnen, omdat ze gemakkelijker los kunnen gaan, of (horizontaal gemonteerd) een zware belasting aan bijvoorbeeld een projector of televisie kan zijn.

Het Data signaal

Net als bij DVI wordt er gebruik gemaakt van het protocol TMDS om de gegevens te transporteren: Transition Minimized Differential Signaling.

Het videogedeelte van HDMI is verdeeld over drie aparte datalijnen: R, G en B. Het TMDS protocol zorgt voor dat er zo min mogelijk storing ontstaat op het digitale signaal. Voor de technische onderlegden: bij het 8 bits signaal worden twee bits toegevoegd: één om een signaal te creëren dat minder interferentie veroorzaakt, en één om te voorkomen dat te vaak een ‘1′ of ‘0′ achter elkaar staat; dit lijkt op gelijkstroom, en daar kunnen digitale systemen moeilijk mee overweg. Dit 10 bits signaal wordt serieel gemaakt, verstuurd en in het ontvangende apparaat weer terug naar 8 bits geconverteerd.

Over welke pinnen gaat de meerkanaals audio ?

Het meerkanaals audiosignaal wordt gemixed in de TMDS datasignalen, dus tussen de video door. Omdat de bandbreedte van de audio een stuk lager is dan van het videosignaal is er tijd ‘over’ om de audio later weer uit het datasignaal te filteren. Op het moment kan hdmi maximaal 8 audiokanalen (7.1 surround) aan met een samplerate tot 192 kHz. Sinds hdmi 1.3 worden ook de lossless streams Dolby TrueHD en DTS HD ondersteund; formaten met een zeer hoge bitrate.

Lip Sync

HDMI voorziet sinds versie 1.3 in een methode om audio te vertragen, om deze synchroon te laten lopen met de video. Een display (televisie, projector) heeft vaak meer tijd nodig om het videosignaal te verwerken dan voor de audio, waardoor deze ‘lip sync’ problemen ontstaan. De Lip Sync correctie voorziet erin dat het apparaat dat de lip-sync problemen veroorzaakt (meestal het display) communiceert met het apparaat dat de lip sync weer in orde maakt (in de meeste gevallen een av-receiver, maar een dvd-speler zou ook kunnen).

Helaas is dit niet zo zaligmakend als het klinkt: audio en video worden niet synchroon gehouden, de televisie zegt alleen maar tegen de receiver: het verwerken van de video kost mij xx milliseconden, vertraag daarom de audio met die tijd.
Niet bepaald hogere wiskunde dus, en extra (handmatige) correctie blijft noodzakelijk, met name waarbij de synchronisatie al op de schijf is misgegaan.

Consumer Electronics Control

Het Consumer Electronics Control (CEC) kanaal hoeft niet gebruikt te worden door fabrikanten, maar kabels hierop wel voorbereid zijn. Het kanaal:

• maakt gebruik van het AV Link, een al langer bestaand protocol
• wordt gebruikt om commando’s van een afstandsbediening door te geven aan andere aangesloten apparaten
• is technisch gezien een bi-directionele seriële bus over één draad.
• is niet voor alle hdmi versies hetzelfde: in versie 1.2a en 1.3a zijn er updates geweest

Omdat er vrij veel te vertellen is over het CEC zal ik hier binnenkort een stukje over wijden.

Kopieerbeveiliging: HDCP

De enorm toegenomen kwaliteit (digitaal, high-definition) heeft ook een nadeel: de digitale kopieën zijn erg goed, en dus makkelijk te verkopen als ‘nieuw’. Filmmaatschapppijen zijn hier logischerwijs niet blij mee. En alle beveiligingen op schijfjes hebben geen zin, als je gewoon vanaf de hdmi-poort een 1-op-1 kopie kunt maken, inclusief geluid.

Om deze reden is HDCP bedacht: “High-bandwidth Digital Content Protection”. Als twee apparaten met elkaar worden verbonden door middel van hdmi, dan wordt het digitale datasignaal versleuteld, zodat het niet meer ‘af te luisteren’ valt. Fabrikanten met een HDCP-licentie (dus alle hdmi-ondersteuning) moeten er voor zorgen dat er met hun apparaten geen kopieën gemaakt kunnen worden.

Als je twee hdcp-apparaten (bijvoorbeeld een hd-speler en een televisie) op elkaar aansluit, dan duurt het soms lang voordat je eindelijk beeld krijgt. Dit komt meestal door HDCP, omdat het herkennen van de twee apparaten en het uitwisselen van encryptie-sleutels tijd kost.

In de (nabije) toekomst zal HDCP verplicht zijn om digitale HD-video te bekijken; zonder kun je een hd-film alleen maar op dvd-kwaliteit bekijken.

Draadloos HDMI

hierover heb ik al eerder een stuk geschreven: Wireless HDMI en WirelessHD.

En verder…

Over HDMI is veel te schrijven: over de techniek, de verschillende kabels (van tien tot honderden euro’s), de praktische problemen, en wat we kunnen verwachten in de toekomst. Dus: wordt vervolgd !

Lees bijvoorbeeld meer over HDMI-CEC, de werking van DVI, of duik nog in de verschillen tussen component, s-video en composiet – de analoge videoverbindingen.