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)向為高清視頻和圖形的無線傳輸提供解決方案。這個趨勢給消費者和企業(yè)帶來的益處是巨大的。很明顯，對于最終用戶來說，以無線傳輸來替代繁瑣的視頻線連接意味著全新的體驗。

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的特性給消費者帶來了極大的便利。

現(xiàn)在PS3游戲控制臺已可以支持藍(lán)牙手柄，這使得消費者希望能夠擁有可以隨時隨地顯示游戲畫面的設(shè)備。同樣的，如果能夠使消費者在家中的任何顯示設(shè)備上以無線的方式同時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。

對于企業(yè)應(yīng)用來說，無視頻線連接意味著連接桌面擴展塢和會議室投影設(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)，實際數(shù)據(jù)率由于MAC層的開銷通常會小于該值。

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(擴展顯示標(biāo)識數(shù)據(jù))信息;

4. 傳輸CEC 數(shù)據(jù);

5. 傳輸時鐘信息。

無線HDMI的目標(biāo)是提供與有線HDMI相同的用戶體驗。由此我們在表-2中列出無線HDMI的幾項關(guān)鍵指標(biāo)：

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

低成本并不意味著無線HDMI將擁有與有線HDMI同樣的價格。在消費者看來，為無線HDMI所帶來的便捷多付出些代價是值得的。盡管這樣，在市場初期，無線HDMI的零售價格不應(yīng)超過每傳輸/接收對200美元。而當(dāng)市場成熟后，其價格應(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。從表-4中可見，盡管壓縮后的多通道高清音頻信號仍然需要相當(dāng)高的帶寬，但是和未經(jīng)壓縮的高清或標(biāo)清視頻信號相比，音頻信號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。盡管陣列信號處理和波束構(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。

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際可用值。因此任何面向未來的無線HDMI解決方案必須對視頻和音頻信號進(jìn)行壓縮。一個顯而易見的例子是可以將高清音視頻流播送到若干個顯示設(shè)備上的家庭媒體中心。另一個例子是即將到來的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)航或者其他互動總是會需要圖形疊加部分。在游戲控制臺中，這點更加明顯：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)字照像機以及數(shù)字?jǐn)z像機也已開始采用H.264高清編碼器，而且其價格相當(dāng)?shù)土?/p>

時延 – 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算帶來的時延。當(dāng)提高視頻的分辨率、幀率和色深時，時延會進(jìn)一步增加。這是所有視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)都會面臨的問題，H.264也不可避免。另外，碼率控制也會帶來時延的增加。這是因為為了平滑輸出比特率而使用的緩沖會導(dǎo)致更大的時延。通常要求碼率波動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。即使在兩個I幀之間，隨著圖象復(fù)雜程度的變化，碼率也可能會有比較大的變化。諸如前處理等的其他因素也會使時延進(jìn)一步增加。

超低時延技術(shù)(SLL 技術(shù))