Die Features von HDMI 1.3 und HDMI 1.3a (1.3b)

Update: 19.11.2009; Autor: Detlev Schnick

HDMI kam Anfang 2003 als neue digitale Schnittstelle auf den Markt. Sie wurde speziell für die Unterhaltungselektronik entwickelt und wird heute von mehr als 300 Hersteller-Firmen unterstützt. Mit HDCP sollte HDMI von Anfang an den gewachsenen Anforderungen an einen sicheren Kopierschutz gerecht werden. Nicht zuletzt deshalb gab es laufend Weiterentwicklungen von HDMI. Diese spiegeln sich in entsprechenden Versionsständen: HDMI 1.0, HDMI 1.1, HDMI 1.2, HDMI 1.2a, HDMI 1.3 und jetzt aktuell HDMI 1.3a. Wir wollen hier speziell aufzeigen, welche Vorteile die Version 1.3/1.3a zu bieten hat. Darüber hinaus gibt es jede Menge Infos zu HDMI allgemein, die Sie in unserem Special zu HDMI finden.
 

Die neuen Features von HDMI 1.3

Im Frühjahr 2007 kamen die ersten Geräte mit der neuen HDMI-1.3-Schnittstelle auf den Markt. Welche Neuerungen bringt HDMI 1.3 gegenüber der Vorgänger-Version 1.2a?

  • HDMI 1.3 verdoppelt die Bandbreite der Datenrate von bisher 4,95 Gb/s (165 Mhz) auf 10,2 Gb/s (340 Mhz). Vorteile:
    • Damit wird ein deutlich größer Farbraum möglich, was z.B. Hautfarben und dunkle Szenen natürlicher erscheinen lässt.
    • Die Möglichkeiten der Auflösung werden um mehr als 400%.gegenüber 720p HDTV gesteigert. Ergebnis: Mehr Detailreichtum in komplexen Szenen.
    • Höhere Bildwiederholraten (Frame Rates) werden möglich: bis zu 120 Hz. Dadurch werden Bewegungen noch besser abgebildet und Bewegungs-Artefakte vermindert..
  •  dts_hd.jpgNeue verlustfreie Audio-Formate: HDMI 1.3 unterstützt die neuen verlustfrei komprimierten digitalen Audioformate Dolby® TrueHD (DTS-HD Master Audio™. (Download Broschüre über DTS-HD ... , englisch, 2,88 MB)
  • HDMI 1.3 enthält ein Feature, das LipSync auf Protokollebene ermöglicht. Damit können sendendes und empfangendes Gerät Ton und Bild besser miteinander synchronisieren. Laufzeit-Differenzen werden vermieden und bei Dialogen entsprechen die Lippenbewegungen exakt dem gesprochenen Wort.
  • HDMI Steckertypen

    Die zwei gebräuchlichen Steckertypen von HDMI

    Neuer Mini-Stecker: Mit HDMI 1.3 wird ein kleinere Stecker eingeführt, der optional zum heutigen Stecker verwendet werden kann. Der Mini-Stecker wird "Typ C"-Stecker genannt, der bisherige Standard-Stecker ist "Typ A". Dazwischen gibt es in der HDMI-Spezifikation noch einen "Typ B", der 21,2 mm breit ist und über 29 Pins verfügt. "Typ B" hat jedoch in der Praxis keine Bedeutung. Zusätzlich wurden mit den Spezifikationen für HDMI 1.3 erstmals zwei Kabel-Klassen eingeführt:
    • Category 1, auch Cat 1 genannt: Cat-1-Kabel übertragen Signale bis zu einer Taktrate von max. 74,25 MHz, was etwa 2,2 Gb/s Datenrate entspricht.
    • Category 2, auch Cat 2 genannt: Cat-2-Kabel sind dazu ausgelegt, Signale zu übertragen, die über einer Taktrate von 74,25 MHz (entsprechend 2,2 Gb/s Datenrate) liegen.
  • Alle Kabel vor Einführung des HDMI-1.3-Standards sind mindestens für Cat 1 ausgelegt. Das heißt jedoch nicht zwingend, dass ältere HDMI-Kabel nicht den Spezifikationen von Cat 2 entsprechen. Als Faustregel kann man sagen, dass HDMI-Kabel, die bisher als für 1080p geeignet ausgewiesen waren (z.B.: Nordost Wirewizard WDMI1), auch die Spezifikationen von Cat 2 erfüllen.
    deep_color.jpg
  • HDMI 1.3 unterstützt eine höhere Farbtiefe. Von bisher 24-bit wird die übertragbare Farbtiefe auf 30-bit, 36-bit oder sogar 48-bit gesteigert, jeweils für RGB oder YUV (Componente). Verbesserte Farbtiefe hat folgende Vorteile:
    • Die Fähigkeit von HD-Displays, Milliarden von Farben darzustellen wird nun auch durch das Übertragungsprotokoll von HDMI unterstützt.
    • Sorgt für sanfte Farbübergänge und feine Farbabstufungen und hilft, störende Farbsäume (Doppelkonturen an Flächenrändern und Säume in Farbverläufen, siehe Abbildung links) zu vermeiden.
    • Erheblich größere Kontrast-Spannen werden möglich.
    • Die Anzahl der Graustufen (Farbabstufungen zwischen schwarz und weiß) wird vervielfacht. Schon bei einer 30-bit-Farbtiefe können mindestens 4-mal mehr Graustufen dargestellt werden und die typische Verbesserung wird voraussichtlich bei der 8-fachen Graustufendarstellung liegen - verglichen mit 24-bit-Farbtiefe beim bisherigen HDMI 1.2.
  • Vergrößerter Farbraum: HDMI 1.3 beseitigt im Prinzip alle bisherigen Begrenzungen in

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    Der erweiterte Farbraum von HDMI 1.3a. Klicken Sie auf Bild vergrößern, um das bild auf doppelte Größe zu zoomen. (Bildquelle: AudioQuest)

    der Farbdarstellung. Das menschliche Auge ist in der Lage, ein wesentlich größeres Farbspektrum zu sehen, als dies bisher in Videobildern darstellbar war. So kann konventionelles RGB nur einen Ausschnitt des tatsächlich sichtbaren Spektrums wiedergeben. HDMI 1.3 unterstützt das Nachfolgeformat xvYCC (Extended YCC Colorimetry for Video Applications), das tatsächlich die die gesamte Skala der vom menschlichen Auge sichtbaren Farben abbilden kann.Vorteile:
    • Der xvYCC-Farbraum vergrrößert die von HD-Signalen darstellbaren Farben um das 1,8-fache.
    • Farbübergänge und Farbverläufe werden exakter wiedergegeben.
    • Die Farben selbst werden natürlicher und lebendiger dargestellt.

Man sieht allein schon an dieser Aufzählung, dass HDMI weit mehr ist, als eine schlichte Signalübertragung, wie wir sie bisher von den analogen Signalen RGB, YUV etc. kennen. HDMI greift mittlerweile tief in die Signalverarbeitung der Geräteebene ein und stellt somit den Flaschenhals für jegliche zukünftige Weiterentwicklungen dar.

HDMI 1.3 ist übrigens voll abwärtskompatibel zu den bisherigen HDMI-Versionen ebenso, wie zu DVI. HDMI 1.3 wird sich von vorneherein als der Standard für Blu-ray Player etablieren und sich sicher auch schnell in den Bereichen Plasma-TV und AV-Receiver durchsetzen.

Download HDMI 1.3 Broschüre (PDF, englisch, 68 KB)
 

Neue Änderungen mit der Version HDMI 1.3a

Kaum war HDMI 1.3 angekündigt, wurde im November 2006 schon die Nachfolge-Version vorgestellt: HDMI 1.3a. Diese ist abwärtskompatibel zur Vorversion, d.h. Geräte mit HDMI 1.3 kommunizieren problemlos mit Geräten, in denen HDMI 1.3a implementiert ist. Allerdings können Geräte mit der "a"-Version von 1.3 nur dann alle Features problemlos nutzen, wenn das Gegengerät ebenfalls über 1.3a verfügt. Ansonsten fällt die Kommunikation auf den Leistungsumfang von HDMI 1.3 zurück. Hier die Änderungen von HDMI 1.3a im Einzelnen:

  • Modifikationen am Kabel und am Stecker des HDMI-Kabels. Diese betreffen primär den neuen C-Typ-Stecker (kleine Variante des bekannten HDMI-Steckers). Die Änderung haben auch eine Auswirkung auf die Spezifikationen der Impedanzeigenschaften der empfangenden Geräte.
  • Es wurde eine Empfehlung hinsichtlich der Terminierung (Ein- und Ausgänge) an den Endgeräten hinzugefügt.
  • Änderung am Messwert-Diagramm beim HDMI-Test für Quellgeräte (sogenannte Anstiegs- und Abfallzeit des Signals).
  • Änderung am Messwert-Diagramm beim HDMI-Test für Endgeräte (Anstieg und Abfall des Signals)
  • Technische Änderung an den Richtlinien für HDMI-Kabel
  • Änderung des CEC*-Kapazitätslimits [100 pF à 150 pF (Quelle, Repeater) bzw. 200 pF (CEC* Root, Endgerät)]
  • Hinzufügen einer gültigen Bandbreite für die RGB Video-Quantisierung
  • Ergänzung bei den Ausnahmen für mögliche Audio Samplingraten
  • Hinzufügen einer Control-Funktion für die Audio Rate, d.h. das Endgerät kann den Taktgeber der Quelle steuern.

* CEC steht für Consumer Electronics Control dient zur Kommunikation aller über HDMI verbundenen Geräte über nur eine Fernbedienung.

Die Änderungen, die mit HDMI 1.3a eingeführt wurden, sind überwiegend technischer Natur und führen keine neuen Features ein. Sie dürften in der Praxis vom Benutzer nur dadurch bemerkt werden, dass nun bisher, bei den ersten 1.3-Versionen festzustellende Fehler nicht mehr auftreten.

 

HDMI 1.3b

Ende 2007 wurde zusätzlich HDMI 1.3b eingeführt. Diese Version ist inhaltsgleich wie 1.3a und wurde lediglich ergänzt durch die Festlegung eines spezifizierten Messverfahrens für Hardware. Irgendwelche neuen Spezifikationen für Kabel sind nicht enthalten. Die Besonderheiten von HDMI 1.3b betreffen also nicht Kabelverbindnungen, sondern lediglich Geräte und und auch hier nicht einzelne Spezifikationen oder Messwerte, sondern lediglich ein Messverfahren.

Aufbau von Leitungen und Protokollen

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Die einzelnen Leiter und ihre Bedeutung im HDMI-Protokoll. Klicken Sie auf Bild vergrößern, um das bild auf doppelte Größe zu zoomen. (Bildquelle: AudioQuest)

Erklärungen der Leitungen im HDMI-Kabel:

  • TMDS 4 Leiterstränge mit TMDS- (Transition Minimized Differential Signaling) Signalen, bestehend aus jeweils einem Twisted-Pair-Leiterpaar. Drei der TMDS transportieren Video-Signale (RGB oder YCrCb) und der vierte TMDS-Leiter dient als Taktgeber. Die digitalen Audiosignale werden im Multiplexverfahren über die Video-TMDS-Leiter übertragen.
  • DDC (Display Data Channel), diese Daten- und Taktleiter übertragen die Zweiwege-Kommunikation der angeschlossenen Geräte und dienen auch für den Transport der HDCP- (High-bandwidth Digital Content Protection) Kopierschutzprotokolle
  • CEC (Consumer Electronics Control): Hier werden die Signale der Fernbedienung übertragen: Mit CEC-fähigen Geräten können alle über HDMI angeschlossenen Geräte über nur eine Fernbedienung gesteuert werden.
  • HPD (Hot Plug Detection) ermöglicht es einem Quellgerät, das angeschlossene Display bzw. Wiedergabegerät automatisch und in Echtzeit zu erkennen.
  • +5 Volt Betriebsspannung; sie unterstützt einen Informationsfluss zwischen Geräten, auch im Standby-Betrieb (Power off).

Unterstützte Video-Auflösungen und Datenraten:

  • Die Auflösung bezeichnet die Anzahl der Pixel in der Horizontalen (erste Zahl) und der Vertikalen (zweite Zahl) des Bildes je Vollbild (Frame). 720p hat eine Auflösung von 1280 x 720 und 1080i und 1080p haben weisen beide eine Auflösung von jeweils 1920 x 1080 auf.
  • Die Bildwiederholrate sagt aus Vollbilder oder Halbbilder pro Sekunde angezeigt werden. Mit NTSC, z.B. in den USA und Japan sind dies 30 bzw. 60 Hz und bei PAL in Europa sind es 25 bzw. 50 Hz.
  • Die Farbtiefe gibt an, wieviele Bits verwendet werden, um die Farbe eines Pixels zu bestimmen. Die Werte: 24, 30, 36 und 48 bit.
    farbtiefe_600.jpg
  • Die Datentranferrate (Bandbreite) gibt die Anzahl der Bits an, die pro Sekunde übertragen werden und wird in Gb/s (kleines "b" in diesem Fall, also nicht GB) angegeben. Die erforderliche Datentransferrate errechnet sich grob gesagt aus der Summe der o.g. drei Maßzahlen. Je höher also die Auflösung, Bildwiederholrate und Farbtiefe sind, desto höher muss die die entsprechende Datentransferrate sein. Bei HDMI in den Versionen 1.0 bis 1.2 beträgt 4,95 Gb/s und wurde mit HDMI 1.3a auf 10,2 Gb/s gesteigert.


Mögliche Kabel-Probleme mit HDMI 1.3a

Die Problematik von möglichen Qualitätsverlusten bei größeren Kabellängen - in der Regel ab etwa 3-5 Meter - war schon vor Einführung von HDMI 1.3a ein Thema. Dabei liegen die Faktoren, die die Signalqualität beeinflussen zwar in der Tat primär beim Kabel, mitbestimmend sind aber auch die Performance der HDMI-Schnittstelle im sendenden Gerät und im empfangenden Gerät sowie die Transferrate des Signals. Je höher letztere ist, desto kürzer ist die "unproblematische" Kabellänge. Wenn z.B. ein 4,95-Gb/s-Signal mit bisherigem HDMI problemlos bis 10 Meter Kabellänge übertragen werden konnte, so verringert sich diese Länge jetzt bei HDMI 1.3a auf nur noch 5 Meter.

Wichtig: Alle bisherigen HDMI-Kabel übertragen auch Daten gemäß HDMI 1.3a. Gesichert allerdings nur bis 4,95 Gb/s, also knapp der Hälfte der maximalen Datenrate von HDMI 1.3a. Dabei gilt es folgendes zu beachten: HDMI 1.3 definiert die maximal mögliche Datenrate, aber es erhöht nicht die Datenrate eines gegebenen Signals. Ein bisher mit HDMI 1.2a gesendetes 1080p-Signal wird also auch unter HDMI 1.3a weiterlaufen - mit gleicher Qualität und gleicher Kabellänge. Erst wenn die angeschlossenen Komponenten die neuen, mit HDMI 1.3a möglichen Verbesserungen bautechnisch umsetzen und entsprechend höher getaktete Signale senden, erst dann wird die Kabelqualität entscheidend.

Fallback: Aber auch wenn Ihr HDMI-Kabel nicht für HDMI 1.3a geeignet sein sollte, bedeutet das nicht, dass ein Totalausfal entsteht. Vielmehr sind die Schnittstellen gemäß den Spezifikationen so ausgelegt, dass sie automatisch auf einen niedrigeren Übertragungsstandard HDMI 1.2a zurückfallen, wenn sie festellen, dass die Übertragung mit der maximalen Datenrate nicht möglich ist. Diese im DDC (Display Data Channel) implementierte Fallback-Funktion bedeutet allerdings, dass der Benutzer auf alle Vorteile von besserem Bild und Ton verzichtet, die mit HDMI 1.3a möglich wären und auf das Qualitätsniveau von bisherigen HDMI 1.2a zurückfällt. Diese Möglichkeit wird man zukünftig bei der Fehlersuche verstärkt in Betracht ziehen müssen.

Ein HDMI-Signal erleidet stets mehr oder weniger große Verluste auf seinem Weg, der typischerweise vom DVD-Player über den AV-Receiver zum Plasma-TV führt. Im Wesentlichen betreffeni den Störungen um zwei Arten: Abschwächungen der Amplitude und um Jitter (laufzeitbedingte Synchronisationsfehler). AudioQuest hat uns dankenswerterweise eine Oszillografen-Auswertung zur Verfügung gestellt, die diese Signalstörungen recht gut veranschaulicht. An dem sogenannten "Augenmuster" ...
oszillo_hdmi-signal.gif
Ein "klares, offenes Auge" links in der Abb. oben ist gut, ein "verschwommenes, geschlossenes Auge, wie rechts in der Abb. zu sehen, ist schlecht. Die meisten Jitter ausrichten. Dieser lässt sich i.d.R. nur in den originären HDMI-Terminals der Gerätes mittels Decoding und Recoding der Signale ausbügeln. Übrigens arbeiten HDMI-Extender, anders als HDMI-Kabel, mit Elektronikbauteilen, die auf eine bestimmte Datenübertragungsrate fest eingestellt sind. Daher kann man davon ausgehen, dass höchstwahrscheinlich alle Extender, die vor Einführung des HDMI-1.3a-Standards auf den Markt kamen nicht mit HDMI 1.3a funktionieren, zumindest nicht mit Datenraten über 4,95 Gb/s. Die Faustregel "1080p-geeignet = HDMI-1.3a-kompatibel" gilt nicht für HDMI-Extender / -Repeater!

Besser sind da die Nachrichten, bezüglich LipSync. Alle Kabel, die vor HDMI 1.3 auf den Markt kamen, beherrschen das LipSync-Feature von HDMI 1.3, da die entsprechenden Daten über die DDC-Kommunikation des HDMI-Protokolls laufen.

Die größte Verwirrung besteht bei 1080p. Da 1080p etwa gleichzeitig mit der Markteinführung von HDMI 1.3 in den Medien thematisiert wurde, entstand bei Manchem der Eindruck, für 1080p würde zwingend HDMI 1.3 voraussetzen. Tatsächlich haben diese beiden Begriffe nicht miteinander zu tun. 1080p war schon in Version 1.0, also von Anfang an Bestandteil der HDMI-Spezifikationen. Vielmehr wurden mit HDMI 1.3 zusätzliche Datenraten eingeführt, die über denen von 1080p liegen. Man braucht also nicht zwingend ein Gerät mit HDMI 1.3, um in den Genuss von 1080p zu kommen. Allerdings muss das Signal über HDMI (egal welche Version) laufen, da die 1080p-Ausgabe bei den meisten Playern aus Kopierschutzgründen für den Componentenausgang (YUV) gesperrt ist.

Text: Detlev Schnick - letztes Update: 02. Januar 2008

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