無線HDMI C 高清家庭娛樂的新前沿

近年來低成本寬帶無線技術(shù)(如802.11n、UWB和60GHz)的發(fā)展使得30至100英尺或者更廣范圍內(nèi)100Mbps速率的無線傳輸成為可能。與高清電視、電腦顯示器以及投影儀進(jìn)行高速率無線連接的障礙業(yè)已清除，競爭已轉(zhuǎn)向?yàn)?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/高清">高清視頻和圖形的無線傳輸提供解決方案。這個(gè)趨勢(shì)給消費(fèi)者和企業(yè)帶來的益處是巨大的。很明顯，對(duì)于最終用戶來說，以無線傳輸來替代繁瑣的視頻線連接意味著全新的體驗(yàn)。

隨著帶有高清多媒體播放功能的筆記本電腦和便攜/手持設(shè)備的迅速普及，這些設(shè)備與高清顯示器的連接已經(jīng)成為非常流行的功能。無線連接ad hoc的特性給消費(fèi)者帶來了極大的便利。

現(xiàn)在PS3游戲控制臺(tái)已可以支持藍(lán)牙手柄，這使得消費(fèi)者希望能夠擁有可以隨時(shí)隨地顯示游戲畫面的設(shè)備。同樣的，如果能夠使消費(fèi)者在家中的任何顯示設(shè)備上以無線的方式同時(shí)控制和查看不同的視頻內(nèi)容，媒體中心設(shè)備制造商們將受益可觀。

對(duì)于企業(yè)應(yīng)用來說，無視頻線連接意味著連接桌面擴(kuò)展塢和會(huì)議室投影設(shè)備的繁瑣的操作將不復(fù)存在。

寬帶無線技術(shù)

目前，有如表-1中所列幾種針對(duì)高清顯示器和投影儀的寬帶無線技術(shù)。

表-1僅列出了四項(xiàng)最受關(guān)注的無線寬帶技術(shù)，并無意于詳盡羅列所有技術(shù)。另外，表-1種所列最大傳輸速率為物理層數(shù)據(jù)，實(shí)際數(shù)據(jù)率由于MAC層的開銷通常會(huì)小于該值。

無線HDMI關(guān)鍵指標(biāo)

無線HDMI必須提供如下無電纜HDMI轉(zhuǎn)發(fā)器功能：

1. 傳輸視頻數(shù)據(jù);

2. 傳輸音頻數(shù)據(jù);

3. 傳輸EDID(擴(kuò)展顯示標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù))信息;

4. 傳輸CEC 數(shù)據(jù);

5. 傳輸時(shí)鐘信息。

無線HDMI的目標(biāo)是提供與有線HDMI相同的用戶體驗(yàn)。由此我們?cè)诒?2中列出無線HDMI的幾項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)：

操作范圍可覆蓋單個(gè)房間僅為最低要求。從消費(fèi)者收益最大化的角度考慮，他們更希望能夠?qū)o線HDMI的覆蓋范圍擴(kuò)展到整個(gè)家庭。

低成本并不意味著無線HDMI將擁有與有線HDMI同樣的價(jià)格。在消費(fèi)者看來，為無線HDMI所帶來的便捷多付出些代價(jià)是值得的。盡管這樣，在市場初期，無線HDMI的零售價(jià)格不應(yīng)超過每傳輸/接收對(duì)200美元。而當(dāng)市場成熟后，其價(jià)格應(yīng)低于80美元。

無線 HDMI 面臨的挑戰(zhàn)

表-3列出了通過有線HDMI傳輸各種高清和標(biāo)清視頻格式所需要的帶寬。

在如此之高的比特率下，即使是表-1中帶寬最高的寬帶無線技術(shù)仍然無法傳輸未經(jīng)壓縮的24比特/像素1080p60視頻信號(hào)。從表-4中可見，盡管壓縮后的多通道高清音頻信號(hào)仍然需要相當(dāng)高的帶寬，但是和未經(jīng)壓縮的高清或標(biāo)清視頻信號(hào)相比，音頻信號(hào)所需帶寬還是非常低的。

1) HRA = High Resolution Audio

2) MA = Master Audio

無線傳輸面臨的另一挑戰(zhàn)是帶寬的大幅波動(dòng)。盡管陣列信號(hào)處理和波束構(gòu)成領(lǐng)域已取得長足進(jìn)步，相同頻帶內(nèi)其他無線信號(hào)的干擾和傳輸路徑上的障礙物仍然可能造成傳輸帶寬的波動(dòng)。

壓縮亦或不壓縮?

從寬帶無線的最高帶寬亦無法支持高清視頻傳輸看來，答案顯而易見。但更重要的是，在某種程度上多媒體應(yīng)用所需帶寬總是超過實(shí)際可用值。因此任何面向未來的無線HDMI解決方案必須對(duì)視頻和音頻信號(hào)進(jìn)行壓縮。一個(gè)顯而易見的例子是可以將高清音視頻流播送到若干個(gè)顯示設(shè)備上的家庭媒體中心。另一個(gè)例子是即將到來的2K (24 和48 幀/秒，2048x1080分辨率) 和 4K (24幀/秒，4096x2160 分辨率)的數(shù)字影院顯示器和投影儀。48比特/像素的4Kp24未壓縮視頻流所需要的帶寬高達(dá)12.8Gbps。

有人也許會(huì)說播送已壓縮好的音視頻源，比如DVD電影或者有線電視節(jié)目，就已經(jīng)足夠了。但是，比用于藍(lán)光DVD的節(jié)目導(dǎo)航或者其他互動(dòng)總是會(huì)需要圖形疊加部分。在游戲控制臺(tái)中，這點(diǎn)更加明顯：所有數(shù)據(jù)要么是純圖形，要么是圖形和視頻的組合。因此，將壓縮過的音視頻源和未壓縮的圖形信息分別傳輸，然后在顯示端重新組合是不現(xiàn)實(shí)的。而且，未壓縮的圖形信息所需帶寬依然很高(見表-3)。

H.264視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)

盡管現(xiàn)在已有若干視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)可以將視頻信號(hào)的比特率降到合理范圍之內(nèi)，但是最新的H.264標(biāo)準(zhǔn)明顯是最佳選擇。為了涵蓋廣泛的應(yīng)用場景，H.264定義了多種檔次、級(jí)別和編碼工具的組合。例如說，通過調(diào)整量化參數(shù)可以生成與原始輸入相差無幾的重建視頻。編碼過程中，可以僅使用I幀，也可以使用P幀或B幀通過減少時(shí)間域的冗余來提高編碼效率。H.264可以壓縮4:2:2或者4:4:4格式的YUV輸入，以及24比特/像素及以上的格式，它甚至還包含一個(gè)無損的檔次。高效的H.264編碼器可以將1080p60高清視頻的比特率降到50Mbps左右，相對(duì)于壓縮前3.6Gbps的碼率，壓縮率高達(dá)75:1。更重要的是，H.264已在業(yè)界被廣泛應(yīng)用。數(shù)字照像機(jī)以及數(shù)字?jǐn)z像機(jī)也已開始采用H.264高清編碼器，而且其價(jià)格相當(dāng)?shù)土?/p>

時(shí)延 – 視頻壓縮的巨大挑戰(zhàn)

無線HDMI應(yīng)用中視頻壓縮所面臨的關(guān)鍵性難題是如何減少計(jì)算帶來的時(shí)延。當(dāng)提高視頻的分辨率、幀率和色深時(shí)，時(shí)延會(huì)進(jìn)一步增加。這是所有視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)都會(huì)面臨的問題，H.264也不可避免。另外，碼率控制也會(huì)帶來時(shí)延的增加。這是因?yàn)闉榱似交敵霰忍芈识褂玫木彌_會(huì)導(dǎo)致更大的時(shí)延。通常要求碼率波動(dòng)越小越好以避免帶寬起伏而影響解碼端視頻的質(zhì)量。I幀總是帶來碼率的大幅波動(dòng)。即使在兩個(gè)I幀之間，隨著圖象復(fù)雜程度的變化，碼率也可能會(huì)有比較大的變化。諸如前處理等的其他因素也會(huì)使時(shí)延進(jìn)一步增加。

超低時(shí)延技術(shù)(SLL 技術(shù))