無(wú)線(xiàn)HDMI C 高清家庭娛樂(lè )的新前沿

近年來(lái)低成本寬帶無(wú)線(xiàn)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100Mbps速率的無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)連接的障礙業(yè)已清除，競爭已轉向為高清視頻和圖形的無(wú)線(xiàn)傳輸提供解決方案。這個(gè)趨勢給消費者和企業(yè)帶來(lái)的益處是巨大的。很明顯，對于最終用戶(hù)來(lái)說(shuō)，以無(wú)線(xiàn)傳輸來(lái)替代繁瑣的視頻線(xiàn)連接意味著(zhù)全新的體驗。

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

現在PS3游戲控制臺已可以支持藍牙手柄，這使得消費者希望能夠擁有可以隨時(shí)隨地顯示游戲畫(huà)面的設備。同樣的，如果能夠使消費者在家中的任何顯示設備上以無(wú)線(xiàn)的方式同時(shí)控制和查看不同的視頻內容，媒體中心設備制造商們將受益可觀(guān)。

對于企業(yè)應用來(lái)說(shuō)，無(wú)視頻線(xiàn)連接意味著(zhù)連接桌面擴展塢和會(huì )議室投影設備的繁瑣的操作將不復存在。

寬帶無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)技術(shù)。

表-1僅列出了四項最受關(guān)注的無(wú)線(xiàn)寬帶技術(shù)，并無(wú)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據，實(shí)際數據率由于MAC層的開(kāi)銷(xiāo)通常會(huì )小于該值。

無(wú)線(xiàn)HDMI關(guān)鍵指標

無(wú)線(xiàn)HDMI必須提供如下無(wú)電纜HDMI轉發(fā)器功能：

1. 傳輸視頻數據;

2. 傳輸音頻數據;

3. 傳輸EDID(擴展顯示標識數據)信息;

4. 傳輸CEC 數據;

5. 傳輸時(shí)鐘信息。

無(wú)線(xiàn)HDMI的目標是提供與有線(xiàn)HDMI相同的用戶(hù)體驗。由此我們在表-2中列出無(wú)線(xiàn)HDMI的幾項關(guān)鍵指標：

操作范圍可覆蓋單個(gè)房間僅為最低要求。從消費者收益最大化的角度考慮，他們更希望能夠將無(wú)線(xiàn)HDMI的覆蓋范圍擴展到整個(gè)家庭。

低成本并不意味著(zhù)無(wú)線(xiàn)HDMI將擁有與有線(xiàn)HDMI同樣的價(jià)格。在消費者看來(lái)，為無(wú)線(xiàn)HDMI所帶來(lái)的便捷多付出些代價(jià)是值得的。盡管這樣，在市場(chǎng)初期，無(wú)線(xiàn)HDMI的零售價(jià)格不應超過(guò)每傳輸/接收對200美元。而當市場(chǎng)成熟后，其價(jià)格應低于80美元。

無(wú)線(xiàn) HDMI 面臨的挑戰

表-3列出了通過(guò)有線(xiàn)HDMI傳輸各種高清和標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(wú)線(xiàn)技術(shù)仍然無(wú)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(jiàn)，盡管壓縮后的多通道高清音頻信號仍然需要相當高的帶寬，但是和未經(jīng)壓縮的高清或標清視頻信號相比，音頻信號所需帶寬還是非常低的。

1) HRA = High Resolution Audio

2) MA = Master Audio

無(wú)線(xiàn)傳輸面臨的另一挑戰是帶寬的大幅波動(dòng)。盡管陣列信號處理和波束構成領(lǐng)域已取得長(cháng)足進(jìn)步，相同頻帶內其他無(wú)線(xiàn)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(dòng)。

壓縮亦或不壓縮?

從寬帶無(wú)線(xiàn)的最高帶寬亦無(wú)法支持高清視頻傳輸看來(lái)，答案顯而易見(jiàn)。但更重要的是，在某種程度上多媒體應用所需帶寬總是超過(guò)實(shí)際可用值。因此任何面向未來(lái)的無(wú)線(xiàn)HDMI解決方案必須對視頻和音頻信號進(jìn)行壓縮。一個(gè)顯而易見(jiàn)的例子是可以將高清音視頻流播送到若干個(gè)顯示設備上的家庭媒體中心。另一個(gè)例子是即將到來(lái)的2K (24 和48 幀/秒，2048x1080分辨率) 和 4K (24幀/秒，4096x2160 分辨率)的數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12.8Gbps。

有人也許會(huì )說(shuō)播送已壓縮好的音視頻源，比如DVD電影或者有線(xiàn)電視節目，就已經(jīng)足夠了。但是，比用于藍光DVD的節目導航或者其他互動(dòng)總是會(huì )需要圖形疊加部分。在游戲控制臺中，這點(diǎn)更加明顯：所有數據要么是純圖形，要么是圖形和視頻的組合。因此，將壓縮過(guò)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實(shí)的。而且，未壓縮的圖形信息所需帶寬依然很高(見(jiàn)表-3)。

H.264視頻壓縮標準

盡管現在已有若干視頻壓縮標準可以將視頻信號的比特率降到合理范圍之內，但是最新的H.264標準明顯是最佳選擇。為了涵蓋廣泛的應用場(chǎng)景，H.264定義了多種檔次、級別和編碼工具的組合。例如說(shuō)，通過(guò)調整量化參數可以生成與原始輸入相差無(wú)幾的重建視頻。編碼過(guò)程中，可以?xún)H使用I幀，也可以使用P幀或B幀通過(guò)減少時(shí)間域的冗余來(lái)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(wú)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75:1。更重要的是，H.264已在業(yè)界被廣泛應用。數字照像機以及數字攝像機也已開(kāi)始采用H.264高清編碼器，而且其價(jià)格相當低廉。

時(shí)延 – 視頻壓縮的巨大挑戰

無(wú)線(xiàn)HDMI應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(lái)的時(shí)延。當提高視頻的分辨率、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準都會(huì )面臨的問(wèn)題，H.264也不可避免。另外，碼率控制也會(huì )帶來(lái)時(shí)延的增加。這是因為為了平滑輸出比特率而使用的緩沖會(huì )導致更大的時(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(lái)碼率的大幅波動(dòng)。即使在兩個(gè)I幀之間，隨著(zhù)圖象復雜程度的變化，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))