HDMI 2.1 - Fakten, Features und Komplikationen

Wenn auch nicht vollständig finalisiert, wurden die ersten technischen Spezifikationen der modernen HDMI 2.1-Schnittstelle bereits vor knapp vier Jahren vorgestellt. Bis die ersten Komponenten mit entsprechend zertifizierter Hardware verfügbar waren, vergingen Jahre und – abgesehen von qualitativ hochwertigen TV-Geräten im Premium-Bereich – findet sich auch 2021 bislang lediglich eine kleine Auswahl an AV-Quellgeräten und Zuspielern, die mit HDMI 2.1 ausgestattet sind. Zumal die Grenzen zwischen der vorherigen Version HDMI 2.0(b) und HDMI 2.1 auch durch die Tatsache verwässert werden, dass einige Funktionen, die prinzipiell erst in der aktuellen Spezifikation festgelegt sind, bereits mit Schnittstellen der früheren Generation genutzt werden können. So unterstützen manche Geräte, die noch gar keine HDMI 2.1-Anschlüsse und Chips besitzen, z.B. den erweiterten Audiorückkanal eARC für die Tonausgabe von Dolby Atmos und DTS:X. Auch die dynamischen HDR-Verfahren sind offiziell erst in HDMI 2.1 enthalten, laufen aber problemlos auch mit älteren HDMI-Versionen.

Diesbezüglich wollen wir u.a. in diesem Special Klarheit schaffen, welche Funktionen und Features HDMI 2.1 voraussetzen und welche auch mit älteren HDMI-Generationen, zumindest teilweise, funktionieren. Grundsätzlich muss man bei HDMI aber stets bedenken: Die Unterstützung sämtlicher in den HDMI-Spezifikationen definierten Features ist komplett optional. Nur wenn ein Gerät mit HDMI 2.1 ausgestattet ist, bedeutet dies nicht zwingend, dass alle Funktionen auch integriert sind. Und selbst auf den Webseiten der jeweiligen Hersteller finden sich nicht zuverlässig alle notwendigen Informationen oder sind per Fußnote verklausuliert. Deshalb ist es in diesem Themenbereich besonders wichtig, die eigenen Anforderungen zu kennen und sich vorab genau zu informieren, ob das gewünschte Gerät die entsprechende Funktion auch wirklich unterstützt. Dabei hilft Ihnen unser Team gerne, rufen Sie uns einfach oder nutzen Sie unsere alternativen Kommunikationswege!

Schon mit HDMI 1.4 wurde der ARC in den HDMI-Spezifikationen eingeführt. Die überaus praktische und praxisgerechte Funktion ermöglicht die Audiosignalübertragung von einem TV-Tuner bzw. einer TV-App (oder auch einem Zuspieler, der per HDMI an den TV angeschlossen ist) an einen AV-Receiver über ein einziges HDMI-Kabel. Der Fernseher kann also ein Videosignal vom AV-Receiver empfangen, ebenso können über dieses Kabel auch Tonsignale an den AVR gesendet werden. Bei HDMI ARC gelingt der Transfer von PCM-Ton mit zwei Kanälen, außerdem die komprimierten Tonformate Dolby Digital und DTS mit bis zu 5.1 Kanälen.

Mit HDMI 2.1 und dem erweiterten Audio-Rückkanal eARC ist nun eine Übertragung von bis zu 8 Kanälen in unkomprimiertem PCM-Ton mit maximal 192 kHz/24-Bit möglich, außerdem die proprietären Codecs Dolby Digital Plus, Dolby TrueHD, DTS-HD HR und DTS-HD MA. Auch Dolby Atmos, DTS:X und Auro-3D werden unterstützt. Auch hier wieder der Hinweis: Was genau unterstützt wird, liegt komplett in der Entscheidungsfreiheit des Herstellers. So kann es also durchaus sein, dass einer der genannten Codecs unterstützt wird und ein anderer hingegen nicht. Ein nennenswertes Beispiel wäre hier z.B. die neue Sonos Soundbar, die kein DTS-Format über eARC ausgibt.

Manch einer wird nun richtigerweise einwerfen, dass die Übertragung von objektbasierten Tonformaten auch mit Komponenten möglich ist, die noch nicht über HDMI 2.1 verfügen. Dies ermöglicht die Dolby Digital Plus-Basis, die relevante Video-on-Demand-Anbieter für das Dolby Atmos-Tonsignal verwenden. Bleibt man in Kombination mit HDMI-Schnittstellen älterer Generation unterhalb der maximal möglichen Datenrate des konventionellen Audio-Rückkanals ARC, ist der Transport von z.B. Dolby Atmos auf der Basis von Dolby Digital Plus problemlos möglich.

Grundsätzlich waren die dynamischen HDR-Verfahren (u.a. HDR10+ und Dolby Vision) in den Versionen vor HDMI 2.1 ebenso nicht offiziell spezifiziert, obwohl sie sich inzwischen im Heimkino-Bereich und bei versierten Film-Enthusiasten längst als Standard etabliert haben. Besonders Dolby Vision hat sich hier durch Netflix & Co klar etabliert, bevor überhaupt Geräte mit HDMI 2.1 käuflich erhältlich waren.

Wie ist das möglich? Sowohl bei statischen als auch bei dynamischen HDR-Verfahren handelt es sich lediglich um Zusatzinformationen zum vorhandenen Videosignal. Sogenannte Metadaten, die das Bildwiedergabegerät mit essentiellen Parametern zur optimalen visuellen Darstellung des jeweiligen Materials versorgen. HDMI 2.1 sieht die Übertragung dieser Metadaten getrennt vom Bildsignal vor. Der TV-Hersteller Samsung (HDR10+) sowie Dolby (Dolby Vision) übertragen die Metadaten aber einfach im Datenstrom des Bildes und sind daher auch ohne HDMI 2.1-Spezifikation in der Lage, dynamisches HDR mit einem kompatiblen TV darzustellen. Diese Form des Datentransfers hat sich auch bis heute nicht geändert. Obwohl mittlerweile verschiedene Zuspieler mit HDMI 2.1 verfügbar sind, darunter die neuen Spielekonsolen von Microsoft und Sony sowie die aktuellen Grafikkarten der aktuellen RTX-30 Serie von NVIDIA. Es mangelt schlichtweg an Notwendigkeit, denn eine spürbare Verbesserung des Bildes ist bei einer separaten Übertragung der Metadaten nicht zu erwarten. Die benötigte Datenrate für die zusätzlichen HDR-Informationen ist auch zu gering, als dass dies ausschlaggebend wäre.

Für ein perfektes und immersives Spieleerlebnis sind, zumindest auf technischer Seite, vorwiegend zwei Dinge relevant. Zum einen eine ruckelfreie, flüssige Darstellung der Spielinhalte, zum anderen eine geringe Latenzzeit von der Befehlseingabe am Game-Controller bzw. an Maus und Tastatur bis hin zur Umsetzung dieses Befehls am Bildwiedergabegerät. Im PC-orientierten Gaming-Bereich haben sich diverse Technologien bereits seit längerem durchgesetzt, die für eine tadellose Umsetzung der eben genannten Merkmale verantwortlich sind. HDMI 2.1 bringt diese Funktionen nun auch in TV-Geräte und auch in Projektoren.

Relevant ist hier insbesondere mit Spielekonsolen, Microsoft hat dieses Feature z.B. bereits bei der Xbox One per Firmware-Update integriert, der Auto Low Latency Mode (ALLM). Hierbei wird im TV der optimale Wiedergabemodus für eine niedrige Latenz automatisch ausgewählt. ALLM findet sich aktuell in nahezu allen HDMI 2.1-kompatiblen TV-Geräten und wird auch von modernen AV-Receivern bzw. AV-Verstärkern, z.B. von Denon und Marantz, unterstützt. Das ist auch insofern wichtig, da alle Geräte der AV-Kette das Feature unterstützen müssen, damit es funktioniert.

Was ALLM im Bildwiedergabegerät liefert, leistet der Quick Frame Transport (QFT) auf der Seite des „Bildgenerators“, also des Zuspielers. Dabei wird die Zeitspanne, die jeder einzelne Frame von der Quelle bis zum Bildwiedergabegerät benötigt, drastisch reduziert. QFT ist eine der Funktionen, die zwar bei manchen Komponenten groß beworben werden, allerdings momentan in der Praxis noch kaum Relevanz haben. Der Grund hierfür ist die Tatsache, dass für die korrekte Funktion von QFT, ebenso wie bei ALLM, sämtliche Komponenten der AV-Kette dieses Feature unterstützen müssen. Allerdings gibt es zwar AV-Receiver, auch hier wären Denon und Marantz zu nennen, die mit QFT ausgestattet sind. Zuspieler oder Fernseher mit QFT sind uns aber bislang noch nicht untergekommen.

Heiß begehrt ist die Technologie der variablen Bildwiederholrate (VRR) für ein besonders gleichmäßiges und flüssiges Spielen, selbst bei schnellen und ruckartigen Bewegungen in Kombination mit grafisch anspruchsvollen Games. Die Grafikkartenhersteller NVIDIA und AMD haben bereits vor Jahren mit G-Sync und FreeSync proprietäre Technologien vorgestellt, die das Ausgabetempo der Grafikkarten mit der Bildwiederholrate des verwendeten Bildschirms synchronisieren. Nur so lässt sich die gleichmäßige und absolut flüssige Darstellung realisieren. Zwar kann man auch G-Sync und FreeSync über HDMI realisieren, VRR fungiert nun aber als herstellerunabhängige Funktion. An Hardware unterstützt bereits die neue Xbox Serie von Microsoft das in HDMI 2.1 spezifizierte VRR, für die PlayStation 5 ist diesbezüglich ein Firmware-Update angekündigt.

Häufig genannt wird in Kombination mit VRR die Auflösung von 4K mit einer Bildwiederholrate von 120 Hz. Dabei handelt es sich um die maximal mögliche Bildwiederholrate. Bei grafisch sehr anspruchsvollen Spielen werden aber die wenigsten Konsolen und auch PCs diese Rate erreichen, weshalb die Synchronisation mit dem Display bei variierenden Bildwiederholraten so eklatant wichtig ist. Bei TV-Geräten liegt die untere Grenze der Wiederholrate bei LCD-Fernsehern bei 48 Hz, bei OLEDs sogar bei 40. Werden diese Zahlen nicht erreicht, kann noch per Low Frame Rate Compensation (LFC) nachgeholfen werden, dabei wird die erreichte Bildwiederholrate schlichtweg verdoppelt. Momentan, so scheint es, sollte man aber, um auf Nummer sicher zu gehen, auf die proprietären Technologien von NVIDIA und AMD setzen. Auch diese werden von einigen großen TV-Herstellern unterstützt und arbeiten, Stand Q1/2021, noch zuverlässiger.

Mit VRR einher geht ein Feature, dass durchaus auch im Heimkino-Bereich Relevanz hat. Quick Media Switching (QMS) ermöglicht das Hin- und Herschalten zwischen Videos mit unterschiedlichen Bildwiederholraten ohne zwischendurch erscheinenden schwarzen Bildschirm. Solange sich die Auflösung nicht ändert, ist eine Neusynchronisation zwischen Zuspieler und Bildschirm nicht notwendig.

Abgesehen von den nun ausführlich beschriebenen Funktionen, die HDMI 2.1 mit sich bringt, geht es bei der aktuellen HDMI-Spezifikation natürlich auch um mögliche neue Videosignaleigenschaften, höhere Auflösungen und mehr unterstützte Bildwiederholraten. HDMI 2.0 begnügt sich mit 4K Ultra HD mit einer Bildwiederholrate von 60 Bildern pro Sekunde. Bei HDMI 2.1 lassen sich nun doppelt so viele Bilder, also 120, pro Sekunde in der 4K-Auflösung transportieren. Die ultrahohe 8K-Auflösung kann mit bis zu 60 Bildern pro Sekunde übertragen werden.

Dafür erforderlich ist an oberster Stelle eine höhere Bandbreite bzw. Datenrate. Diese liegt bei HDMI 2.0 bei maximal 18 GBit/s, bei HDMI 2.1 stehen insgesamt 48 GBit/s zur Verfügung. Mit Fixed Rate Link (FRL) kommt dabei eine neue Technik zum Einsatz, die keine eigene Datenspur für das Taktsignal mehr benötigt und so im Gegensatz zu HDMI 2.0, dass nur drei der vier verfügbaren Datenspuren nutzen konnte, alle vier Datenspuren verwendet. FRL ersetzt die alte Technologie (TMDS), dennoch bleibt die aktuelle Spezifikation komplett rückwärtskompatibel. Ganz grundsätzlich wären also auch mit HDMI 2.0 Videosignalübertragungen von 4K mit höherer Bildwiederholrate als 60 Hz möglich, sofern man (ähnlich dem oben beschriebenen Fall beim Audio Return Channel) unterhalb der maximal möglichen Datenrate von 18 GBit/s bleibt. Das ist in der Regel mit Einschränkungen der Farbtiefe (nur 8 Bit statt 10 oder 12 Bit) verbunden, HDR bliebe außen vor und eine 4:2:0 Farbunterabtastung ist notwendig. Darauf sollte man sich aber nicht verlassen und lieber, ist 4K120Hz-Übertragung gewünscht, auf entsprechend HDMI 2.1-zertifizierte Geräte setzen, um das volle Potential ausschöpfen zu können.

Tatsächlich scheinen nicht einmal alle modernen, mit HDMI 2.1 ausgestatteten Komponenten die volle Bandbreite von 48 GBit/s zu schaffen. TV-Geräte von LG wurden mit maximal 40 GBit/s getestet und auch die Xbox Series X von Microsoft scheint bei diesem Wert das Limit erreicht zu haben. Die PS5 hingegen streicht sogar schon bei unter 40 GBit/s die Segel und muss bei der Übertragung von 4K-Auflösung bei 120 Hz auf eine Signalübertragung mit 4:2:2 Farb-Unterabtastung zurückgreifen. Selbst videophile Enthusiasten werden sich allerdings vermutlich schwertun, den Unterschied zwischen einer Signalübertragung mit 10 Bit oder 12 Bit bei gängigen Bildwiedergabegeräten zu erkennen.

Das Thema Bandbreite sollte auch bei HDMI-Kabeln nicht außer Acht gelassen werden, denn auch diese müssen die hohen Bandbreiten von bis zu 48 GBit/s unterstützen. Entsprechende Kabel sind mit dem Zusatz „Ultra High Speed“ versehen, allerdings tummeln sich hier auch einige schwarze Schafe, die nicht offiziell zertifizierte Kabel mit einer solchen Deklarierung anbieten. Gerade diejenigen Anwender, die Strecken von über drei Metern überbrücken müssen, sollten auf hochwertige Kabel mit offiziellem „Ultra High Speed“-Zertifikat Wert legen.

Kaum thematisiert, aber dennoch in HDMI 2.1 spezifiziert, ist ein neues Kompressionsverfahren. DSC steht für „Display Stream Compression“ und ermöglicht eine Signalübertragung von komprimierten Videos in maximal 10K bei einer Bildwiederholrate von 120 Hz. Ebenso möglich sind Übertragungen von Videos in 4K- und 8K-Auflösungen mit einer deutlich (durch die Kompression) reduzierten Datenrate. Für konventionelle Anwendungen spielt dies keine Rolle, kann aber bei der Videoübertragung über hohe Distanzen vorteilhaft sein.

Interessant ist dieser Punkt dennoch, denn wie bei HDMI-Spezifikationen so üblich, haben auch in diesem Bereich die Hersteller weitgehend freie Hand. So übertragen z.B. die aktuellen Yamaha AV-Receiver (RX-V6A, RX-V4A und RX-A2A) 4K120 in voller Montur, die ebenfalls in HDMI 2.1 ohne Kompression spezifizierten 8K-Bilder mit 60 Hz allerdings ausschließlich in komprimierter Form. Der Chip in den Yamaha AV-Receivern erreicht also nicht die volle Bandbreite von 48 GBit/s. Den Herstellern wird nahegelegt, die unterstützten Varianten mit den Zusätzen „A“ für unkomprimierte und „B“ für komprimierte Übertragung zu kennzeichnen, allerdings scheint dies aktuell noch etwas locker gehandhabt zu werden, da man diese Kennzeichnung keinesfalls bei allen Herstellern finden kann.

Nur wenn alle Komponenten der Kette ein gewünschtes HDMI-Feature unterstützen, kann dieses genutzt werden. Praktische Benefits von HDMI 2.1 sind also auch nur dann wirklich nutzbar, wenn alle Geräte nach aktuellem Standard spezifiziert sind. Dazu zählen sowohl der TV als auch ein AV-Receiver oder eine Soundbar. Entspricht eine Komponente nicht der neuesten Spezifikation, fungiert sie als schwächstes Glied und limitiert somit die gesamte Kette. Bietet eine HDMI 2.1-Komponente aber z.B. zwei Ausgänge oder man kann den Audio Return Channel nutzen, lässt sich möglicherweise das „veraltete“ Gerät umgehen. So lässt sich z.B. die Spielekonsole direkt am TV anschließen und der Game-Sound wird über den ARC vom TV an den AV-Receiver oder die Soundbar ausgegeben.

Zweifellos ist HDMI 2.1 ein großer technischer Schritt mit zahlreichen sinnvollen und in der Praxis relevanten Erweiterungen, auch für zukünftig noch höhere Auflösungen ist man bereits gerüstet. Einige der Optionen, die erst mit HDMI 2.1 offiziell spezifiziert wurden, finden aber bereits bei Geräten mit Schnittstellen früherer HDMI-Generationen Verwendung. Darüber hinaus bleibt es den Herstellern offen, welche Funktionen von HDMI 2.1 letztendlich in die Geräte integriert und unterstützt werden. Daher ist es von essentieller Wichtigkeit, sich vor dem Kauf über die technischen Eigenschaften des gewünschten Gerätes genau zu informieren. Gerne stehen wir Ihnen hier beratend zur Seite!