High Definition Multimedia Interface

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High Definition Multimedia Interface [haɪ ˌdɛfɪˈnɪʃən ˌmʌltiˈmiːdiə ˈɪntəfeɪs] (kurz HDMI) ist eine Mitte 2003 neu entwickelte Schnittstelle für die volldigitale Übertragung von Audio- und Video-Daten (Musik, Filme; Verbindung des PC zum Monitor) und liegt seit dem 23. Juni 2006 in der Version 1.3 vor. HDMI wurde von der Industrie zielgerichtet für den Bereich der privat genutzten Unterhaltungselektronik (engl. "home entertainment") eingeführt. Da hier immer mehr digitale Komponenten eingesetzt werden und auch der Nutzinhalt mittlerweile vorwiegend in digitalisierter Form vorliegt (z. B. DVD, DVB usw.), wurden die Schwächen der bisher unvermeidlichen Digital-Analog- und Analog-Digital-Wandlungen immer offensichtlicher. Lange Zeit hatte sich die Filmindustrie jedoch jeder Bestrebung widersetzt, Videodaten digital auszugeben. Man fürchtete nämlich, dass jeder Kopierschutz über kurz oder lang überwunden werden könnte. Mit dem Kopierschutz HDCP 1.1 (High-bandwidth Digital Content Protection), der in der HDMI-Spezifikation vorgesehen ist und in praktisch jedem auf dem Markt befindlichen HDMI-fähigen Gerät zum Einsatz kommt, scheinen diese Bedenken nun nicht mehr zu bestehen.

[Bearbeiten] Komponenten mit HDMI

Der erste Hersteller, der Ende 2003 HDMI-fähige Komponenten auf den Markt brachte, war Pioneer mit den DVD-Playern Pioneer DV-668AV und Pioneer DV-868AVi, dem DVD-Rekorder Pioneer DVR-920 H-S sowie den Plasma-Fernsehern Pioneer PDP-434HDE und Pioneer PDP-504HDE. Mit heute erhältlichen Komponenten und Anwendungen ist das Potenzial dieser Schnittstelle jedoch bei weitem nicht auszureizen.

[Bearbeiten] Kabellänge und Kabelqualität

Von der HDMI-Organisation sind bisher maximal 15 Meter lange Kabel vorgesehen. Vereinzelt sind auch HDMI-Kabel mit einer Länge von 20 m erhältlich, die aber nicht in allen Fällen problemlos funktionieren. Lange Kabel müssen im allgemeinen bessere Hochfrequenzeigenschaften aufweisen, um eine fehlerfreie Datenrückgewinnung am HDMI-Empfänger zu gewährleisten. Für eine fehlerfreie Übertragung sind daher die Kabelqualität als auch die Empfangseigenschaften des HDMI-Empfängers ausschlaggebend. Bei Kabellängen bis 5 m sind auch billige Kabel völlig ausreichend, ab 10 m wird bei hochqualitativen Kabeln mit weniger Übertragungsfehlern zu rechnen sein. Ob diese auftreten, lässt sich aufgrund der bei HDMI verwendeten TMDS-Kodierung sehr einfach an der resultierenden Bildqualität beurteilen. Dies kann man eindeutig durch „Aufblitzen“ von Pixeln oder ganzer Pixelreihen erkennen. Bildrauschen im herkömmlichen Sinne oder Farbartefakte wie bei der analogen Signalübertragung lassen sich bei HDMI daher generell ausschließen.

Um die Datenrate für HDMI 1.3 weiter zu steigern, wurden zwei Kabelkategorien mit unterschiedlichen Hochfrequenzeigenschaften definiert. Ein Kategorie-1-Kabel kann Pixelraten bis 74,25 MHz und ein Kategorie-2 Kabel kann Pixelraten bis zu 340 MHz übertragen. In HDMI 1.3 sind erstmals auch die Kabeleigenschaften wie Dämpfung, Signallaufzeitdifferenzen, Übersprechen etc. genauer festgelegt, um eine fehlerfreie Übertragung auch über längere Kabel sicherzustellen. Um der unvermeidbaren Kabeldämpfung entgegenzuwirken, ist bei HDMI 1.3 für Pixelraten über 165 MHz empfängerseits ein Kabelequalizer vorgesehen.

Mit Signalrepeatern (z. B. im AV-Verstärker) kann die Distanz von 15 m verdoppelt werden. Für größere Distanzen bis 100 m stehen Extender zur Verfügung, die das Signal wandeln und über LWL/Glasfaserkabel übertragen.

[Bearbeiten] Stecker

HDMI-Stecker

HDMI-Eingangsbuchse

Bei HDMI 1.1/1.2 sind zwei Steckertypen (Typ A und Typ B, ca. 4,5 x 13/21 mm Querschnitt) definiert und für HDMI 1.3 wurde ein kleiner Stecker (Typ C, ca. 2,5 x 10,5 mm Querschnitt) für platzsensitive Komponenten mit aufgenommen. Typ A und C basiert auf einer single-link Verbindung, bei der drei TMDS-Leitungen zur Verfügung stehen, und Typ B erlaubt durch die Verdoppelung von drei auf sechs TMDS-Leitungen die doppelte Datenrate.

[Bearbeiten] Formate

Mit seiner hohen Bandbreite verarbeitet HDMI alle heute bekannten digitalen Video- und Audioformate der Unterhaltungselektronik. HDMI 1.2 überträgt Audiodaten bis zu Frequenzen von 192 kHz mit Wortbreiten von bis zu 24 Bit auf bis zu 8 Kanälen. Für HDMI 1.3 wurden als neue Audioformate Dolby Digital Plus und TrueHD mit aufgenommen. Die maximale Pixelfrequenz für Videodaten mit single-link liegt für HDMI 1.2 bei 165 MPixel/s (Typ A) und für HDMI 1.3 bei 340 MPixel/s (Typ A/C). Damit lassen sich nicht nur alle heutigen in der Unterhaltungselektronik eingeführten Bild- und Tonformate einschließlich HDTV (bis zur derzeit höchsten Auflösung von 1.080p) ohne Qualitätsverlust übertragen, sondern auch zukünftige Formate mit noch höheren Bildauflösungen. Mit HDMI 1.3 kam auch die Unterstützung für höhere Farbtiefen hinzu. Bisher waren nur 24 Bit (RGB 4:4:4, YCbCr 4:4:4, YCbCr 4:2:2), 30 Bit und 36 Bit (YCbCr 4:2:2) möglich. Die höhere Datenrate bei HDMI 1.3 erlaubt auch Farbtiefen von 30 Bit, 36 Bit und 48 Bit mit 10/12/16 Bit pro Farbkomponente (RGB 4:4:4, YCbCr 4:4:4). HDMI 1.3 unterstützt zusätzlich zu den bisherigen Formaten SMPTE 170M/ITU-R BT.601 und ITU-R BT.709-5 das neue Farbraummodell xvYCC, das im Standard IEC 61966-2-4 definiert ist, und ermöglicht somit einen sehr großen Farbraum zur Verbesserung der Farbdarstellung. Dazu werden spezielle Farbraum-Metadaten übertragen.

[Bearbeiten] Datenübertragungsraten

HDMI 1.2 bzw. DVI bietet hohe Datenübertragungsraten von bis zu 5 Gbit pro Sekunde (Typ A) bzw. 10 Gbit/s (Typ B, bei Unterhaltungselektronik nicht üblich). Bei HDMI 1.3 sind bis zu 10,2 Gbit (Typ A, Typ C) pro Sekunde möglich. Diese hohe verfügbare Datenrate macht verlustbehaftete Datenkompressionstechniken bei HDMI überflüssig. Daher können durch die Übertragung auf Basis von HDMI auch keine Artefakte (z. B. Rauschen, Farbverfälschungen, etc.) wie bei analogen Übertragungsverfahren entstehen.

[Bearbeiten] Fernbedienungsfunktionen

Wenig Erwähnung finden bisher die optionalen Fernbedienungsfunktionen von HDMI. Unterstützt werden die Protokolle CEC (Consumer Electronics Control) und AV.link, beides Protokolle, die sich für universelle Fernbedienungen durchgesetzt haben. Hierbei ist AV.link der in Europa vorherrschende Standard. Damit ist es möglich, mehrere über HDMI-Kabel verbundene Komponenten über nur eine Fernbedienung und eine Infrarot-Strecke zu steuern.

[Bearbeiten] Kompatibilität

HDMI ist abwärtskompatibel zu DVI-D (Digital Visual Interface), der bis zur Einführung von HDMI einzigen weit verbreiteten digitalen Schnittstelle für Videodaten. Der Kopierschutz HDCP wird gegebenenfalls vom Videomaterial-Hersteller (z. B. in CSS-codierten DVDs) über Steuerbits aktiviert und erfordert dann laut Vorschrift an beiden Schnittstellen einen Hardware-Chip, der das Videosignal auf der digitalen Ausgangsleitung kodiert bzw. anschließend im Display dekodiert. Ohne HDCP-Chip bleibt sonst das Display dunkel oder zeigt Farbrauschen, außerdem kann in sogenannten „HD ready“-Geräten noch eine evtl. vorhandene analoge Ausgangsschnittstelle (progressive Komponentensignale YPbPr) beeinflusst werden (z. B. nur Standard-Auflösung), um hochwertige Kopien zu verhindern. Die DVI-Schnittstelle an HDCP-fähigen neueren Videogeräten (z. B. DVD-Playern) ist daher nicht kompatibel zu DVI-Schnittstellen im Computerbereich, es sei denn, auf diesen Komponenten ist HDCP implementiert (was Stand August 2005 lediglich bei einigen wenigen PC-Flachbildschirmen der Fall war). Bei derartigen Geräten, die einen DVI-Eingang mit HDCP-Unterstützung besitzen, ist dann lediglich noch ein kleiner Adapter notwendig, da die DVI-Stecker nicht dasselbe Format wie die HDMI-Stecker besitzen. Allerdings kann dann ein Monitor die HDMI-Audiosignale i. A. nicht entschlüsseln und wiedergeben. Am 23. August 2005 wurde HDMI v1.2 offiziell verabschiedet, das vollständig abwärtskompatibel zu HDMI v1.0/1.1 ist. Als Erweiterung wurde ein 1-bit-AudioStream mit aufgenommen, wie er beispielsweise bei der SACD Anwendung findet. Zudem wurden einige neue sekundäre Videoformate mit aufgenommen, um beispielsweise höhere Bildwiederholfrequenzen bis 240 Hz und mehr PC-übliche Videoformate zu unterstützen.