ايتنا - استانداردهای نوین HDMI

اگر در تمام دنیا یک استاندارد وجود داشته باشد که کاملا با عبارت کیفیت بالا (high definition) مترادف باشد استاندارد HDMI (High Definition Multimedia Interface) است. HDMI یکی از استانداردهای غالب در زمینه تلویزیون و ابزارهای نمایش تصویر است و از سوی دیگر صفحه نمایش کامپیوترها را نیز از تاثیرات شگرف خود بی‌نصیب نگذاشته است.

HDMI طراحی شده بود تا یک استاندارد مناسب برای رابط کاربری کابلی باشد که کار آن انتقال صدا و تصویر دیجیتال غیرفشرده بین ابزار مبداء (مانند تلفن همراه، تبلت، دیسک پلییر Blu-ray یا آداپتور گرافیکی در PC یا نوت‌بوک) و یک ابزار نمایشگر مانند تلویزیون اچ‌دی، پروژکتور یا مانیتور است. HDMI در واقع جایگزین استاندارد تصاویر آنالوگ مانند composite، S-video و component شد. از آنجا که HDMI قابلیت مدیریت سیگنال‌های صوتی را داراست به نحو موثری می‌تواند از صوت با فرمت نوری (optical audio) و سایر استانداردهای صوتی کابلی پشتیبانی نماید.

مروری بر 1.4b
شرکت‌هایی که در پس این استانداردها قرار گرفته‌اند و معمولا همان بنیانگذاران HDMI به حساب می‌آیند عبارتند از هیتاچی، پاناسونیک، فیلیپس، سیلیکون ایمیج، سونی، تامسون، RCA و توشیبا. کار با HDMI 1.0 در 16 آوریل سال 2006 آغاز شد و هدف بنیانگذاران، تطبیق دادن آن با فرمت DVI (Digital Visual Interface) بود. تلویزیون‌های اچ‌دی اولیه از دو نوع DVI پشتیبانی می‌کردند که یکی DVI-HDCP (High bandwidth Digital Content Protection) و دیگری DVI-HDTV (که از استاندارد CEA-861-B تبعیت می‌کرد) بودند. HDMI 1.0 عملکردهای گفته شده را از طریق یک کانکتور کوچک به انجام می‌رساند و با اضافه کردن پشتیبانی صوت، پشتیبانی از قابلیت‌های YCbCr (یک روش رمزگذاری اطلاعات در الگوی رنگ RGB) و CEC (کنترل محصولات الکترونیکی مصرفی) را ارتقاء می‌بخشد. در ادامه CEC و HDCP را به بحث و موشکافی می‌گذاریم.
در 20 می سال 2004، گروه HDMI Licensing, LLC نسخه HDMI 1.1 را با قابلیت پشتیبانی از صدا و تصویر DVD ارائه داد.

گروه HDMI Licensing, LLC در آگوست 2005 بمنظور تعریف پشتیبانی 8 کاناله از صوت یک بیتی که در سوپر سی‌دی‌های صوتی مورد استفاده قرار می‌گیرد مشخصه‌های HDMI را مورد بازبینی قرار داد. HDMI 1.2 نیز که کانکتورهای نوع A را به دنیای PCها عرضه کرده بود از منابع ولتاژ پایین پشتیبانی می‌کرد. این سازمان در ماه دسامبر 2005 نسخه HDMI 1.2a را ارائه داد که ویژگی‌هایی مانند مشخصه‌های CEC، تنظیمات دستوری و تست‌های تطبیقی CEC را در خود داشت.

HDMI با رشدی ناگهانی در سال‌های 2006 و 2007،به ترتیب در 63 و 143 میلیون محصول عرضه شده به بازار تعبیه شد. HDMI در سال 2006 یک بازنگری اساسی را به خود دیده بود. HDMI 1.3 که در ژوئن 2006 عرضه شد افزایش چشمگیری در پهنای‌باند تک سیگنال با خود به ارمغان آورد (340 مگاهرتز، 10.2 گیگابایت بر ثانیه) که از تکنولوژی deep color (تکنولوژی نمایش رنگ‌های بیشتر در تصاویر اچ‌دی)؛ و xvYCC ، sRGB و YCbCr در انواع 30، 36 و 48 بیتی پشتیبانی می‌کرد. HDMI 1.3 پشتیبانی‌های قابل گزینشی را نیز برای Dolby TrueHD و خروجی DTS-HD Master Audio ایجاد کرده است تا کدبرداری گیرنده‌های AV به صورت اکسترنال صورت گیرد و قابلیت سینکرون صوتی اتوماتیک با آنها همراه گردد. علاوه بر این، گروه HDMI Licensing, LLC برای HDMI 1.3 کابل‌هایی با طبقه‌بندی‌های 1 و 2 تعریف کرده است.

HDMI 1.3a در 10 نوامبر سال 2006 عرضه شد که اصلاحات صورت گرفته باعث تغییراتی در کابل‌های نوع C شد و به این ترتیب ابزارهای دریافت‌کننده سیگنال‌های HDMI مانند تلویزیون‌ها و مانیتورهای HD به ورطه یک سقوط قهقرایی افتادند. جنبه‌های دیگر حاصل از این تغییر شامل مدت انقضاء طولانی‌تر ضمانت‌نامه‌ها، تغییر حد ظرفیت CEC، وضوع دامنه کوانتیزاسیون تصویر sRGB و تغییر فرمان‌های CEC برای کنترل تایمر می‌شد.

گروه HDMI Licensing, LLC در سال‌های 2007 و 2008 طی روند ارزیابی‌های خود تغییرات زیادی در HDMI 1.3a ایجاد کرد. اعمال این تغییرات پدید آمدن نسخه‌های دیگری چون HDMI 1.3b، 1.3b1 و 1.3c را به دنبال داشت.

این شرکت مجددا HDMI را در 28 می سال 2009 تحت بازبینی دیگری قرار داد تا ضمن پشتیبانی از حداکثر رزولوشن 3,840 X 2,160 در 24Hz/25Hz/30Hz یا 4,096 X 2,160 در 24Hz، یک HEC یا کانال اترنت (HDMI Ethernet Channel، ارتباط اینترنتی 100 مگابایت بر ثانیه بین دو ابزار مرتبط HDMI) و نیز پشتیبانی از کانال برگشت صوت یا Audio Return Channel که نیاز به کابل اضافی در مواردی که منبع اصلی محتوا تلویزیون است و باید این محتوا به صورت upstream به گیرنده A/V یا سایر ابزارها انتقال یابد را محقق سازد. HDMI 1.4 نیز مواردی از قبیل پشتیبانی 3D از طریق HDMI، یک کانکتور جدید Micro HDMI، پشتیبانی گسترده‌تر از فضای رنگ و یک سیستم ارتباط اتوماتیک را با خود به همراه آورد. بازبینی HDMI 1.4a که در چهارم مارچ سال 2010 ارائه شده بود امکاناتی شامل فرمت‌های بیشتری از 3D برای فیلم، رادیو و بازی را به این مجموعه افزود. HDMI 1.4b که در 11 اکتبر سال 2011 عرضه شد قادر بود از ویدئو 1080p در 120 هرتز پشتیبانی نماید.

بنیان‌های HDMI
کابل‌های HDMI در ابتدایی‌ترین شکل خود از 19 سیم مسی، چهار جفت سیم به هم تابیده غلاف‌دار با مقاومت جریان 100 اهم، همراه با کنداکتورهای جداگانه برای سیم‌ها تشکیل شده بودند. کانکتور HDMI نوع A دراندازه کلی خود کمی بزرگتر از کانکتور نوع A یو‌اس‌بی است. اصولا در HDMI کابل‌هایی به کار گرفته می‌شوند که توانایی انتقال پهنای باند 4.95 گیگابایت بر ثانیه را داشته باشند.

کابل‌های HDMI می‌توانند تصاویر غیرفشرده تلویزیون و PC را برحسب کیفیت استاندارد (480i)، کیفیت خوب (480p)، کیفیت بالا (720p/1080i/1080p) و سیگنال‌های تصویری 3D انتقال بدهند. HDMI برای انتقال هشت کانال صدای دیجیتال غیرفشرده و نیز یک ارتباط اترنت دیتا و یک ارتباط CEC از ظرفیت پهنای باند کافی برخوردار است. CEC به تکنولوژی استفاده از دستگاه کنترل از راه دور برای یک ابزار جهت اجرای عملکردهای خاص روی سایر ابزارهایی(تا 15 ابزار) است که از طریق کابل‌های HDMI به هم متصل هستند .CEC ضمن فرآهم‌آوردن قابلیت ضبط برای تلویزیون و DVR این امکان را نیز می‌دهد که تنها با فشردن یک کلید روی یک دستگاه کنترل از راه دور، تمام سیستم‌های سرگرمی خانگی در حالت استندبای قرار گیرند. CEC اسم چندان جالبی ندارد و به همین سبب بسیاری از تولیدکنندگان دستگاه‌های تلویزیون اسامی تجاری متفاوتی برای آن برگزیده‌اند که به عنوان مثال شرکت سونی از نام براویا سینک و براویا لینک (BRAVIA Sync and BRAVIA Link)، شرکت شارپ از نام آکیوس لینک (AQUOS LINK) و سامسونگ نیز از واژه اِنی‌نت پلاس (Anynet+) استفاده کرده‌اند.

نسخ و کابل‌های HDMI
بسیاری از استانداردهای اولیه که تولیدکنندگان کابل ملزم به رعایت آن بودند شامل استفاده از کنداکتور 28 AWG (0.081 mm2) و محدود کردن طول کابل به نهایت 5 متر بود. این کابل‌ها که در طبقه‌بندی 1 قرار می‌گرفتند قدرتی به میزان 74.5 MHz داشتند و از رزولوشنی به میزان 720p یا 1080i تا 60 فریم در ثانیه پشتیبانی می‌کردند. استانداردها بمنظور پشتیبانی از مشخصه‌های جدید، دچار تغییراتی شدند و به این ترتیب کابل‌های طبقه‌بندی 2 (HDMI 1.3) از راه رسیدند. این کابل‌ها به ابزارهای جنبی باکیفیت‌تری مانند کانکتورهای قدرتمندتر (24 AWG [0.205 mm2]) مجهز بودند. علاوه براین، آنها برای کارایی در 340 MHz و پشتیبانی از رزولوشن 1080p در 60fps و 2160p در 30fps مورد آزمایش قرار گرفتند.

کابل‌های طبقه‌بندی 2 تا مسافت‌هایی به اندازه 15 متر امکان گردش دارند. در 17 اکتبر سال 2008 به دو نوع کابل‌بندی برچسب رسمی اعطا شد بطوریکه از نوامبر 2010 استفاده از این برچسب‌ها روی کابل‌ها الزامی شده است. اما علی‌رغم این برچسب‌گذاری هنوز هم بسیاری از کابل‌های طبقه‌بندی 1 با اندازه کمتر از 5 متر قادرند نیازهایی در سطح طبقه‌بندی 2 را پاسخگو باشند و از سوی دیگر بلندتر بودن کابل‌ها افت سیگنال را نیز به دنبال دارد.

تحت این روند، کابل‌های استاندارد HDMI می‌توانند رزولوشنی تا سطح 1080i و 720p را انتقال بدهند و کابل‌های استاندارد HDMI مجهز به اترنت نیز همین توانایی را به اضافه امکان پشتیبانی‌ از داده‌های شبکه دارا می‌باشند. کابل‌های پرسرعت HDMI قادرند رزولوشن‌های 1080p و 4K را به مانند 3D و deep color انتقال دهند. همچنین آنها توانایی هدایت صوت 8 کاناله 192kHz/24-bit و فرمت‌هایی چون Dolby TrueHD، DTS-HD Master Audio و Dolby Digital Plus را دارا می‌باشند. کابل‌ پرسرعت HDMI که از ارتباط اترنت پشتیبانی می‌کند از تمام مشخصه‌های گفته شده در بالا و یک سیگنال اترنت پشتیبانی می‌نماید. در حال حاضر تقریبا تمامی کابل‌های HDMI که در بازار یافت می‌شوند از نوع پرسرعت هستند.

سازندگان HDMI، پنج نوع کانکتور برای ملزومات HDMI ارائه نموده‌اند. انواع A و B به همراه یک کانکتور اولیه، تحت لقای HDMI 1.0 اصلی تعریف شده بودند که امروزه ظاهر کاملا آشنایی برای ما دارند. کانکتورهای نوع A دارای 19 پین باتوانایی پشتیبانی از پهنای‌باند SDTV، EDTV و HDTV می‌باشند. کانکتورهای نوع A بلحاظ سیستم الکترونیک با تک لینک DVI-D تطابق دارند. کانکتورهای نوع B از 29 پین برای حداکثر شش جفت سیم به هم تابیده متغیر تشکیل شده‌اند. شکل ظاهری این کانکتور شباهت زیادی به کانکتور نوع A دارد اما تقریبا دوبرابر عریض‌تر است. نوع B با هدف پشتیبانی از رزولوشن‌های WQUXGA (3,840 x 2,400) طراحی شد و هنوز هیچ محصولی برای بکارگیری کانکتور نوع B عرضه نشده است.

کانکتور نوع C مینی که محصول بازبینی مشخصه‌های HDMI 1.3 می‌باشد برای بکارگیری در ابزارهای موبایل طراحی شد و در واقع به طریقی همان نسخه کوچکتر کانکتور نوع A محسوب می‌گردد. این کانکتور مینی مانند نوع A دارای 19 پین است که فقط بست اتصال آن تغییر کرده است. کاربران می‌توانند برای متصل کردن ابزارهای موبایل به یک ابزار نمایشگر مجهز به HDMI، کانکتور نوع A را به یک کابل نوع C یا آداپتور ارتباط بدهند.

کانکتورهای نوع D مینی که به همراه HDMI 1.4 وارد بازار شدند تقریبا یک دوم اندازه کانکتورهای نوع C را دارند و برای استفاده در تلفن‌های همراه هوشمند، تبلت‌ها و سایر ابزارهای موبایل طراحی شده‌اند. این نوع هم مانند کانکتورهای قبلی 19 پین دارد اما نوع پین‌های آن متفاوت از کانکتورهای نوع A و C است.

کانکتورهای HDMI نوع E (که یکی دیگر از ملازمان HDMI 1.4 می‌باشد) جهت سیستم Automotive Connection System به کار گرفته می شوند که طراحی آنها برای ممانعت از نشست گردوغبار و تداخل سیگنال‌ به حالت تورفته است.

HDCP
HDMI در ابتدا با ذهنیت DRM شکل گرفت. شرکت DCP LLC (DCP مخفف محافظ محتوای دیجیتال یا Digital Content Protection) بواسطه شرکت اینتل، HDCP را برای HDMI در DVD Video، DVD Audio، HD DVD و دیسک‌های Blu-ray فراهم آورده است. برهمین مبنا اگر محتوایی که سعی در مشاهده آن دارید از این نوع محافظ‌ها برخوردار باشد اما در روند نمایش تنها یکی از مولفه‌ها در تضاد با آنها باشد در نتیجه رزولوشن تصویر و کیفیت صدا به نحو چشمگیری کاهش می‌یابد و یا اینکه نمایش محتوا بطورکلی متوقف می‌شود.

HDMI آینده
اگر نگاهی به بحث‌های منتشر شده در رسانه‌ها بیندازیم می‌بینیم که HDMI Forum در بحث نهایی کردن مشخصه‌های HDMI 2.0 روزهای پرمشغله‌ای را می‌گذراند. HDMI 2.0 بمنظور افزایش پهنای‌باند به 6 گیگابایت بر ثانیه در هر کانال، رزولوشن 4K در فرمت‌های 25fps 3D، 60fps، پشتیبانی بیش از 8 کانال صوت و استانداردهای مضاعف صوت، هماهنگ‌سازی حرکات لبها (lip-sync) به صورت داینامیک و عملکردهای بیشتر CEC طراحی شده است. بنابر پیش‌بینی HDMI Forum انتظار می‌رود که HDMI 2.0 تا اواخر سال جاری وارد بازار شود.

منبع: ماهنامه دنیای کامپیوتر و ارتباطات