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HDMI: So funktioniert das digitale Kabelformat


HDMI: So funktioniert das digitale Kabelformat
Das Ende des Kabelsalates

Im Zuge des hochauflösenden Fernsehens wurde eine neue Schnittstelle etabliert: HDMI. Sie erlaubt die Übertragung von Bild und Ton in bester Qualität, und das in einem Kabel. Was hinter HDMI steckt, haben wir für Sie zusammengestellt.

High Definition Multimedia Interface (kurz HDMI) ist eine ab Mitte 2003 entwickelte Schnittstelle für die volldigitale Übertragung von Audio- und Videodaten in der Unterhaltungselektronik. Dank der digitalen Übertragung von Bild und Ton erreicht HDMI eine hohe Qualität. Zudem bietet HDMI ein zusammenhängendes Kopierschutz-Konzept. Die Schnittstelle ist äußerst flexibel und kann neben der Übertragung der Bild- und Tonsignale auch Steuersignale übergeben. Das heißt, angeschlossene Komponenten kommunizieren über HDMI. Ein einfaches Beispiel dafür ist, dass beim Einschalten des Blu-ray-Players automatisch das TV-Gerät in Betrieb geht.

Der erste Hersteller, der Ende 2003 HDMI-fähige Komponenten auf den Markt brachte, war Pioneer mit den DVD-Playern Pioneer DV-668 AV und Pioneer DV-868 AVi, dem DVD-Recorder Pioneer DVR-920 H-S sowie den Plasma-Fernsehern Pioneer PDP-434 HDE und Pioneer PDP-504 HDE. Mit den heutigen Geräten ist die HDMI-Schnittstelle bei Weitem noch nicht ausgereizt. Die Schnittstelle wird ständig weiterentwickelt, jeder Hersteller arbeitet daran, die Featureliste zu erweitern. Momentan steht man bei Version 1.3. Allerdings sagt die Versionsnummer bei einem Gerät nicht aus, welche Features es besitzt. HDMI 1.3 muss nur die Pflichtfeatures von HDMI 1.0 anbieten.

Warum HDMI?

HDMI ist eine Weiterentwicklung der DVI-Schnittstelle (Digital Visual Interface), die zunächst in der Computerbranche verwendet wurde. Diese reine digitale Schnittstelle merzte die Unwegsamkeiten der Analog-Digital- und Digital-Analog-Wandlung aus. Sie brachte einen erheblichen Qualitätssprung. Schon bald zog dieser digitale Signalweg in die Unterhaltungselektronik ein. Die Filmindustrie war aber davon nicht begeistert, da auf dem digitalen Weg Kopien verlustfrei angefertigt werden konnten.

Erst als HDMI mit dem Kopierschutz HDCP entwickelt wurde, war der Weg für eine große Verbreitung frei. Denn in jedem auf dem Markt befindlichen HDMI-fähigen Gerät kommt dieser Kopierschutz zum Einsatz. Im Gegensatz zu DVI überträgt HDMI sowohl digitale Videodaten (Bilddaten) als auch digitale Audiodaten. Und das alles in einem integrierten Kabel mit 19-poligem Miniatur-Stecker.

Fernsteuerung dank HDMI

Von Vorteil bei der HDMI-Technologie ist die Möglichkeit der Fernbedienung. Unterstützt wird das CEC-Protokoll (Consumer Electronics Control). Mit diesem Standard ist es möglich, bis zu zehn über HDMI-Kabel verbundene Komponenten mit lediglich einer Fernbedienung und nur einer Infrarot-Strecke zu steuern. Mit HDMI wurden flexible Steuerungsmöglichkeiten durch bidirektionale Daten-Übertragung realisiert. Allerdings bezeichnen viele Hersteller dieses Protokoll nicht als CEC, sondern nutzen einen eigenen Marken-beziehungsweise Produkt-bezogenen Namen. Toshiba und JVC bleiben bei der Bezeichnung “CEC”.

Panasonic wählte den Titel “VIERA-Link”, Sony nennt es “Bravia-Sync”, LG geht mit “SIMPLINK” ins Rennen und Samsung bezeichnet es als “Anynet+”. Die Consumer Electronics Control von HDMI definiert zurzeit 16 Grundbefehle, die zur Steuerung und zum Informationsaustausch von Geräten dienen. Jeder Befehl besitzt wiederum einige Parameter und Unterbefehle. Insgesamt sind es viele Hundert verschiedene Mitteilungen, auf die ein HDMI-Gerät reagieren kann und die es aussenden darf. Das macht CEC sehr flexibel, jedoch ist es auch für Hersteller äußerst komplex einzubauen.

Die Bildübertragung von HDMI ist sehr variabel und lehnt sich an Timings der analogen Videotechnik an – mit Daten- und Austastlückenphasen. Grundsätzlich lassen sich alle Bildformate bis zu einer maximalen Pixelrate übermitteln. Bereits neun Formate gelten in der Spezifikation als “primär zu unterstützen”, weitere 28 werden als “sekundär wichtig” empfohlen. Dabei reicht die Palette von 640 x 480i60 (NTSC-Auflösung bei 60 Hertz interlaced) bis 1920 x 1080p60. Das für Blu-ray-Freunde so wichtige 1080p24 ist dabei sekundär, genauso wie überaus interessante Kombinationen à la 1440 x 576i200.

HDMI unterstützt die Farbdefinitionen RGB 444, YCC 444 und YCC 422. Letztere spart durch geringere Farbschärfe Bitrate, die in höhere Quantisierung (12 Bit statt 8 Bit pro Pixel) investiert wird. Neue Geräte können durch Deep Color für alle Farbmodelle 10 oder 12 Bit auflösen. Dank HDMI 1.3 wird nun eine höhere Farbtiefe unterstützt. Von bisher 24 Bit wird die übertragbare Farbtiefe auf 30 Bit, 36 Bit oder sogar 48 Bit gesteigert, jeweils für RGB oder YUV (Componente). Die verbesserte Farbtiefe hat folgende Vorteile:

* Die Fähigkeit von HD-Displays, Milliarden von Farben darzustellen, wird nun durch das Übertragungsprotokoll von HDMI unterstützt.
* Deep Color sorgt für sanfte Farbübergänge und feine Farbabstufungen und hilft, störende Farbsäume (Doppelkonturen an Flächenrändern und Säume in Farbverläufen) zu vermeiden.
* Erheblich größere Kontrastspannen werden möglich.
* Die Anzahl der Graustufen (Farbabstufungen zwischen Schwarz und Weiß) wird vervielfacht. Schon bei einer 30-Bit-Farbtiefe können mindestens viermal mehr Graustufen dargestellt werden. Die typische Verbesserung wird voraussichtlich bei der achtfachen Graustufendarstellung liegen – verglichen mit der 24-Bit-Farbtiefe beim bisherigen HDMI 1.2.

Zusätzlich ist der Farbraum vergrößert. HDMI 1.3 beseitigt im Prinzip alle bisherigen Begrenzungen in der Farbdarstellung. Das menschliche Auge ist in der Lage, ein wesentlich größeres Farbspektrum zu sehen, als dies bisher in Videobildern darstellbar war. Konventionelles RGB kann nur einen Ausschnitt des tatsächlich sichtbaren Spektrums wiedergeben. HDMI 1.3 unterstützt das Nachfolgeformat xvYCC (Extended YCC Colorimetry for Video Applications), das die gesamte Skala der vom menschlichen Auge wahrnehmbaren Farben abbilden kann. Vorteile dabei:

* Der xvYCC-Farbraum vergrößert 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.

Welche Tonformate?

Digitalton wird bei HDMI in Bildpausen übertragen, die früher bei analoger Bildtechnik für die Austastung genutzt wurden (Strahlrücklauf). Angefangen hat der HDMI-Ton als Stereo-PCM-Signal, danach wurde er um alle Tonformate erweitert, die über den klassischen Digitalausgang S/P-DIF verfügbar waren, zum Beispiel Dolby Digital und dts. Nach Definition eines Kopierschutzes konnten auch DVD-Audio und mehrkanalige SACD-Töne übermittelt werden.

Unkomprimierter PCM-Ton funktioniert mittlerweile in acht Kanälen mit 96 kHz/24 Bit (zwei mit 192 kHz/24 Bit). Als letzter Coup des HDMI-Konsortiums wurden die HD-Tonformate der Blu-ray, also Dolby Digital Plus, Dolby TrueHD, dts-HD High Resolution und dts-HD Master Audio in die Spezifikation HDMI 1.3 übernommen.

Welche Kabel?

Bei der Entwicklung des HDMI-Standards wurde eine maximale Kabellänge von 15 Metern zugrunde gelegt. Bei größeren Kabellängen kann eine vollständige Funktionsfähigkeit nicht hinreichend gewährleistet werden. Längere Kabel müssen bessere Hochfrequenz-Eigenschaften aufweisen, um eine fehlerfreie Datenrückgewinnung zu sichern.

Um die Datenübertragungsrate für HDMI 1.3 zu steigern, sind zwei Kabelkategorien mit unterschiedlichen Hochfrequenz-Eigenschaften definiert worden. Ein Kategorie-1-Kabel kann Pixelraten bis 74,25 MHz und ein Kategorie-2-Kabel kann Pixelraten bis zu 340 MHz übertragen.

Bei HDMI 1.3 sind Kabeleigenschaften wie Dämpfung, Signallaufzeitdifferenzen und Übersprechen exakt definiert. Um der unvermeidbaren Kabeldämpfung entgegenzuwirken, ist bei HDMI 1.3 für Pixelraten über 165 MHz empfängerseitig ein Kabel-Equalizer vorgesehen.

Neue HDMI-1.3-fähige Kabel sollen mit einer neuen Kategorie-Bezeichnung spezifiziert werden. Wer also mit dem Gedanken spielt, sich in Zukunft einen Bluray-Player zuzulegen, der sollte beim Kauf eines HDMI-Kabels schon heute auf das Prädikat “High-Speed” achten.

Praxis-Tipps

* Benutzen Sie möglichst kurze Kabel.
* Die besten Kabel unterstützen die höchsten Frequenzen und werden “High- Speed HDMI” genannt.
* HDMI-Verstärker in der Mitte einer sehr langen Leitung verbessern die Übertragung.
* Deep Color (30 oder 36 Bit Farbtiefe) erzeugt homogenere Farbübergänge, benötigt aber höhere Frequenzen und ist dadurch anfälliger.
* CEC ist in fast allen Geräten ab Fabrik ausgeschaltet. Zur Interaktion der Geräte unbedingt aktivieren.
* Für optimalen Klang müssen HDMI-Einstellungen in Player und Verstärker oft geändert werden.
* Je älter ein Gerät ist, desto mehr Probleme kann es beim Informationsaustausch untereinander geben.
* Kopierschutzschlüssel werden über die DDC-Leitung massebezogen übertragen. Manchmal kann es helfen, den Netzstecker einzelner Geräte umzudrehen, um Massepotenziale zu verändern.
* Geräte mit der neuesten Bild-Technologie tragen die Logos “Deep Color” und “xv.Color”.

HDCP 1.1

High-bandwidth Digital Content Protection (HDCP) wurde von Intel im Jahre 2003 entwickelt. Es dient als Verschlüsselungssystem für die Schnittstellen DVI und HDMI zur geschützten Übertragung von Audio- und Videodaten. HDCP verhindert das Abgreifen des Videound Audiomaterials innerhalb der Verbindung zwischen Sender und Empfänger. Fordert das abspielende Gerät (z. B. SAT-Receiver oder Blu-ray-Player) eine HDCP-Verbindung, muss die wiedergebende Komponente (z. B. TV-Gerät oder Beamer) ebenfalls HDCP unterstützen, um das Video darstellen zu können.

Falls die wiedergebende Komponente HDCP nicht unterstützt oder keine digitale Verbindung besteht, kann die Wiedergabe eingeschränkt (zum Beispiel mit geringer Auflösung) oder ganz unterbunden werden. Die Forderung nach HDCP- Verschlüsselung wird nicht vom abspielenden Gerät selbst erhoben, sondern diesem vom wiederzugebenden Medium respektive den wiederzugebenden Inhalten mitgeteilt.

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