HDMI 8K的新視界：規範概念篇

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HDMI Forum 近日已釋出最新版的CTS 2.1c for Sink。 此測試規格的最大重點在於FRL Sink的測試。而FRL (Fixed Rate Link) 傳輸技術就是用於HDMI 2.1資料傳輸上，也就是用在8K影音上。其特點如下：

• FRL是Fixed Rate Link的縮寫，顧名思義，就是固定比例的頻寬速率。
• 原本的TMDS Clock, Data 0, Data 1, Data 2對應成FRL Lane 0, Lane 1, Lane 2, Lane 3。
• 類似於DP的Embedded CK模式，因為不需要專用的Clock通道，所以，AV訊號不只可以傳送3對Lane甚至到4對Lane。
• 編碼方式則把8b/10b變成16b/18b，改善了9%的編碼效率。
• 採用了VESA的DSC壓縮技術，解析度高達10K@120。
• 不同於DC-coupled TMDS的傳輸方式已轉變成AC-coupled FRL的傳輸方式。
• 透過FRL Link Training的溝通，可以相容於TMDS模式。
• 
  

FRL傳輸規格說明

讓我們來談談FRL的規格吧。FRL是Fixed Rate Link的縮寫，是指固定資料量不隨著解析度大小而不同的傳輸技術。當操作在FRL模式下，它可以同時傳送三個Lane或是四個Lane的資料。在三Lane模式下，Lane 3會被關閉。而四Lane模式下，每個Lane可以傳送高達12Gbps。關於FRL Lane link rates，請參考下表。

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

如何實現FRL?(電氣篇)

如過往TMDS模式的HDMI Source是只有支援DC coupling。但是呢，FRL模式的HDMI Source還支援了AC coupling。因此，我們可以在HDMI 2.1規格書中看到它定義了AC Coupling Capacitor(100nF to 250nF)。基於此規範，AC common Mode Noise也被規範於此規格書中。而HDMI Sink在HDMI 1.4時，就被規範可以支援DC coupled與AC coupled了。

關於眼圖，此規格書也提到沒有TP1眼圖而是TP2 EQ眼圖的規範。最主要的差異點就是其Clock抖動特性不包含在FRL模式下。取而代之的則是其抖動含有random jitter以及deterministic jitter。

請參考HDMI 2.1規範的TP2 EQ眼圖，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

如何實現FRL?(協定篇)

因為FRL向下相容TMDS，請參考下圖主要協定層的規範。首先，三對data與一對clock的無壓縮影像，加上可以選擇要不要應用的HDCP加密被建構後。緊接著，FRL封包化形成了502個FRL字元組，而每個字元區塊的最後會有8個字元的RS FEC parity資料，它們形成了510 FRL字元區塊。每四個FRL 字元區塊會形成一個超級區塊。

如何實現FRL?(控制篇)

在TMDS模式與FRL模式之間的切換需要靠FRL Link Training，它也是一個很重要的溝通技術。當第一次連接或是當切換不同FRL資料模式時，FRL Link Training 就會被用到。下圖概述了各個Link Training狀態。其狀態總共有六個Link Training狀態。

• LTS1是Source讀取Sink的EDID內容，
• LTS2是Source與Sink的FRL準備狀態。
• LTS3下，Sink會透過Link Training Pattern以及Update flag與特定FRL Rate的Source溝通。
• LTS4則是用於切換不同FRL rate，最後，LTSP即是表示，Link Training完成，而且FRL傳輸開始。
  

而LTSL就是FRL Link Training溝通失敗，之後，會開啟TMDS模式。

TMDS會被取代嗎？?

雖然HDMI 2.1介面的腳位分配與之前的版本並沒有差異，但是新HDMI 2.1的8K規格與HDMI 2.0的4K規格則是兩個不同技術去達成的。在某種層面來說，FRL也比之前的HDMI版本，更加嚴格與複雜。因此，為了相容於之前的HDMI 1.4/2.0，HDMI 2.1 specification規範了支援FRL的HDMI產品必須也支援TMDS。這個規範確保了符合HDMI 2.1規範的產品一定要向下相容市場上其他的，符合舊有HDMI 1.4/2.0規格的產品以避免不同相容性問題去發生。

百佳泰HDMI 2.1測試方案

為了去幫助8K電視的廠商去快速取得HDMI 2.1證書，百佳泰準備了以下完整的測試方案，若有需要任何諮詢也可來信至[email protected]

• HDMI 2.1認證測試
  
  • 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認證測試
  
  • EDID/E-DDC Test
  • Electrical Test
  • Protocol Test
  • Video Test
  • Audio Test
  • Interoperability with DVI Test
  • Advanced Features
    

資料來源：https://www.allion.com.tw/hdmi-8k-protocol-concept/