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HDMI 8K的新视界：规范概念篇

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Allion Labs / Tina Yu

HDMI Forum 近日已释出最新版的CTS 2.1c for Sink。 此测试规格的最大重点在于FRL Sink的测试。而FRL (Fixed Rate Link) 传输技术就是用于HDMI 2.1数据传输上，也就是用在8K影音上。其特点如下：

  1. FRL是Fixed Rate Link的缩写，顾名思义，就是固定比例的带宽速率。
  2. 原本的TMDS Clock, Data 0, Data 1, Data 2对应成FRL Lane 0, Lane 1, Lane 2, Lane 3。
  3. 类似于DP的Embedded CK模式，因为不需要专用的Clock信道，所以，AV信号不只可以传送3对Lane甚至到4对Lane。
  4. 编码方式则把8b/10b变成16b/18b，改善了9%的编码效率。
  5. 采用了VESA的DSC压缩技术，分辨率高达10K@120。
  6. 不同于DC-coupled TMDS的传输方式已转变成AC-coupled FRL的传输方式。
  7. 透过FRL Link Training的沟通，可以兼容于TMDS模式。

FRL传输规格说明

让我们来谈谈FRL的规格吧。FRL是Fixed Rate Link的缩写，是指固定数据量不随着分辨率大小而不同的传输技术。当操作在FRL模式下，它可以同时传送三个Lane或是四个Lane的数据。在三Lane模式下，Lane 3会被关闭。而四Lane模式下，每个Lane可以传送高达12Gbps。关于FRL Lane link rates，请参考下表。

Number of Lanes Rate per Lane Total Bandwidth
3 3 Gbps 9 Gbps
3 6 Gbps 18 Gbps
4 6 Gbps 24 Gbps
4 8 Gbps 32 Gbps
4 10 Gbps 40 Gbps
4 12 Gbps 48 Gbps

 如何实现FRL?(电气篇)

如过往TMDS模式的HDMI Source是只有支持DC coupling。但是呢，FRL模式的HDMI Source还支持了AC coupling。因此，我们可以在HDMI 2.1规格书中看到它定义了AC Coupling Capacitor(100nF to 250nF)。基于此规范，AC common Mode Noise也被规范于此规格书中。而HDMI Sink在HDMI 1.4时，就被规范可以支持DC coupled与AC coupled了。

关于眼图，此规格书也提到没有TP1眼图而是TP2 EQ眼图的规范。最主要的差异点就是其Clock抖动特性不包含在FRL模式下。取而代之的则是其抖动含有random jitter以及deterministic jitter。

请参考HDMI 2.1规范的TP2 EQ眼图，如下：

FRL Bit Rate H V
3 Gbps 0.5 150
6 Gbps 0.4 150
8 Gbps 0.385 135
10 Gbps 0.37 120
12 Gbps 0.35 100

如何实现FRL?(协议篇)

因为FRL向下兼容TMDS，请参考下图主要协议层的规范。首先，三对data与一对clock的无压缩影像，加上可以选择要不要应用的HDCP加密被构建后。紧接着，FRL封包化形成了502个FRL字符组，而每个字符区块的最后会有8个字符的RS FEC parity数据，它们形成了510 FRL字符区块。每四个FRL 字符区块会形成一个超级区块。

如何实现FRL?(控制篇)

在TMDS模式与FRL模式之间的切换需要靠FRL Link Training，它也是一个很重要的沟通技术。当第一次连接或是当切换不同FRL数据模式时，FRL Link Training 就会被用到。下图概述了各个Link Training状态。其状态总共有六个Link Training状态。

  • LTS1是Source读取Sink的EDID内容，
  • LTS2是Source与Sink的FRL准备状态。
  • LTS3下，Sink会透过Link Training Pattern以及Update flag与特定FRL Rate的Source沟通。
  • LTS4则是用于切换不同FRL rate，最后，LTSP即是表示，Link Training完成，而且FRL传输开始。

而LTSL就是FRL Link Training沟通失败，之后，会开启TMDS模式。

TMDS会被取代吗？?

虽然HDMI 2.1接口的脚位分配与之前的版本并没有差异，但是新HDMI 2.1的8K规格与HDMI 2.0的4K规格则是两个不同技术去达成的。在某种层面来说，FRL也比之前的HDMI版本，更加严格与复杂。因此，为了兼容于之前的HDMI 1.4/2.0，HDMI 2.1 specification规范了支持FRL的HDMI产品必须也支持TMDS。这个规范确保了符合HDMI 2.1规范的产品一定要向下兼容市场上其他的，符合旧有HDMI 1.4/2.0规格的产品以避免不同兼容性问题去发生。

百佳泰HDMI 2.1测试方案

为了去帮助8K电视的厂商去快速取得HDMI 2.1证书，百佳泰准备了以下完整的测试方案，若有需要任何咨询也可来信至cn_service@allion.com.cn

  • HDMI 2.1认证测试
    • TMDS模式
      • TMDS Electrical Test
      • TMDS Protocol Test
      • Pixel Decoding Test
      • Video Timing Test
      • EDID Test
      • E-DDC Test
    • FRL模式
      • FRL Electrical Test
      • FRL Protocol Test
      • FRL Pixel Decoding Test
      • FRL Video Timing Test
      • FRL E-EDID Test
  • HDMI 1.4认证测试
    • EDID/E-DDC Test
    • Electrical Test
    • Protocol Test
    • Video Test
    • Audio Test
    • Interoperability with DVI Test
    • Advanced Features
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