HDMI?增強音頻回傳通道（eARC），為未來(lái)的家庭影院互連解決方案實(shí)現無(wú)損的音頻質(zhì)量

　　引言

　　HDMI 2.1是HDMI最新推出的HDMI標準。該標準的視頻傳輸速度提高300%，壓縮功能增強300%，視頻帶寬比HDMI 2.0的18 Gbps高9倍。HDMI 2.1標準增加了一系列新特性，包括動(dòng)態(tài)HDR(Dynamic HDR)、可變刷新率(Variable Refresh Rate, VRR)和快速媒體切換(Quick Media Switching)。您需要購買(mǎi)新的視頻輸入設備和電視機才能體驗上述全新功能。搭載這些全新功能的設備將在未來(lái)幾年內陸續推出。單臺設備無(wú)法提供上述所有功能。

　　由于搭載HDMI 2.1新功能的產(chǎn)品將在未來(lái)幾年內逐步推出，屆時(shí)音視頻接收器(AV Receiver, AVR)等音頻設備將無(wú)法兼容最新的產(chǎn)品。舉個(gè)例子，如果游戲用戶(hù)新購帶有VRR功能的電視機和游戲機，則用于游戲機和電視機之間的AVR也需要升級，而升級AVR是非常昂貴的，哪怕是AVR最主要的音頻功能并沒(méi)有發(fā)生改變。如果AVR未部署在游戲機和電視機之間的HDMI鏈路中，則無(wú)法播放高級音頻格式，例如Dolby?Atmos和DTS?：X。

　　為了能夠讓現有的AVR兼容新設備，HDMI 2.1標準帶來(lái)了全新的增強音頻回傳通道(Enhanced Audio Return Channel, eARC)功能。eARC技術(shù)的引入可確保AVR與電視機的前向兼容性，實(shí)現更高的質(zhì)量和更佳的易用性。

　　與現有的家庭影院音頻互連方式相比，HDMI 2.1 eARC提供了多方面的提升：

　　1.eARC是唯一能夠提供前向兼容性的解決方案，可確保AVR兼容新的電視機

　　2.提供無(wú)與倫比的完整音頻質(zhì)量，提供的寬帶是光纖的近30倍

　　3.實(shí)現更好的跨品牌互操作性

　　4.卓越的易用性

　　5.簡(jiǎn)化互連

　　前向兼容性的挑戰

　　在過(guò)去8年里，電視技術(shù)已經(jīng)從1080p發(fā)展到了4K。伴隨著(zhù)4K技術(shù)的發(fā)展，新一代HDCP版權保護技術(shù)也應運而生用于保護4K視頻內容。但是新功能的推廣不是一蹴而就的，需要多年時(shí)間的逐步推進(jìn)，就像當年4K AVR的發(fā)展歷程一樣：

　　1.支持HDCP 1.4版權保護技術(shù)的4K30視頻應用

　　2.支持HDCP 2.2版權保護技術(shù)的4K30視頻應用

　　3.支持HDCP 2.2版權保護技術(shù)的4K60視頻應用

　　4.支持HDCP 2.2版權保護技術(shù)和高動(dòng)態(tài)范圍的4K60視頻應用

　　在新功能逐步推向市場(chǎng)的進(jìn)程中，大多數4K AVR將會(huì )變得無(wú)法兼容最新的4K視頻產(chǎn)品，例如4K藍光播放器。雖然上文中列出的4款AVR應用都是以“4K AVR”的名義銷(xiāo)售，但只有最新一代AVR產(chǎn)品才能與當今的4K藍光光盤(pán)和其他4K電影內容完全兼容。

　　保持前向兼容性是貫穿始終的挑戰。對于購買(mǎi)AVR系統的客戶(hù)而言這一點(diǎn)影響甚大，因為在大多數家庭影院系統中AVR通常是使用時(shí)間最長(cháng)的。

　　HDMI 2.1 eARC旨在確保用戶(hù)的AVR和回音壁設備免于隨著(zhù)HDMI 2.1標準逐步推廣而過(guò)時(shí)。eARC技術(shù)也可顯著(zhù)提高家庭影院系統的整體質(zhì)量、互操作性、可用性和互連。

　　提供前向兼容性

　　eARC通過(guò)從視頻傳輸路徑中剔除音頻設備的參與來(lái)確保前向兼容性。使用傳統AVR系統時(shí)，音頻和視頻都從輸入源設備通過(guò)AVR傳輸到電視機。

　　圖1：不使用eARC的傳統AVR互連方式

　　而使用eARC時(shí)，設備直接連接到電視機，然后電視機將僅包含音頻的eARC信號發(fā)送到AVR。這種互連方式可以避免視頻格式帶來(lái)的問(wèn)題，可達大幅延長(cháng)帶有eARC功能的AVR的使用壽命。eARC能夠為家庭影院系統實(shí)現品質(zhì)始終如一的卓越音頻體驗。

　　要將帶有eARC功能的AVR或回音壁連接到電視機，請將支持帶有以太網(wǎng)功能的HDMI線(xiàn)纜從音頻設備連接到電視的HDMI-eARC輸入。然后，將其他HDMI設備連接到電視機。連接方式如下圖所示：

　　圖2：使用eARC的全新AVR互連方式

　　以這種方式實(shí)現家庭影院系統中設備的互連更加方便。eARC系統的用戶(hù)只需使用電視遙控器即可處理所有輸入切換，無(wú)需分別使用AVR遙控器切換AVR輸入和使用電視機遙控器來(lái)切換電視機輸入。上述功能不僅支持HDMI輸入，還包括電視機內置應用以及任何其他輸入，如模擬視頻和電視機調諧器。 如果電視機和AVR支持CEC功能，用戶(hù)使用電視機遙控器還可控制音頻設備的開(kāi)/關(guān)、音量增大/減小和靜音功能。在使用eARC時(shí)，CEC并不是必需的。

　　以傳統方式使用AVR也不會(huì )有問(wèn)題，即輸入設備連接到AVR。如果用戶(hù)之后購買(mǎi)了超過(guò)AVR視頻功能支持的高級設備，將其直接連接到電視機即可，eARC功能會(huì )將音頻發(fā)送到AVR。

　　通常情況下，消費者購買(mǎi)的電視機和AVR往往來(lái)自不同的制造商。eARC可確保不同品牌的電視機和AVR在互連時(shí)的兼容性和互操作性。增強的兼容性是eRAC技術(shù)帶來(lái)的第一項優(yōu)勢，視頻不再經(jīng)過(guò)AVR進(jìn)行傳輸，eARC功能的發(fā)現機制是全新的并專(zhuān)用于音頻設備和格式的發(fā)現，如下文所述。

　　HDMI eARC是消費者今后購買(mǎi)HDMI AVR或回音壁時(shí)必須要的功能，因為它是未來(lái)HDMI 2.1設備間互相兼容的唯一保障。除了保證設備間兼容性的優(yōu)勢之外，eARC還在易用性、音頻性能和音頻接口兼容性等方面帶來(lái)實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)，這還是將惠及未來(lái)幾十年的設計。

　　技術(shù)細節

　　eARC工作原理

　　eARC功能使用支持以太網(wǎng)的HDMI線(xiàn)纜將高比特率音頻信號從電視機傳輸到音頻設備。該線(xiàn)纜是基于HDMI 1.4標準設計的。支持以太網(wǎng)的HDMI線(xiàn)纜的連接器和引腳與普通HDMI線(xiàn)纜是一樣的。支持以太網(wǎng)的HDMI線(xiàn)纜的引腳14、15和19的結構為雙絞屏蔽線(xiàn)對，設計用于HDMI以太網(wǎng)通道。在不支持以太網(wǎng)的HDMI線(xiàn)纜中，這些只是簡(jiǎn)單的直通引腳，不支持eARC信號傳輸。

　　電視機發(fā)送的eARC信號與SPDIF音頻信號的格式類(lèi)似，但是傳輸速率高達每秒98兆比特。除去協(xié)議開(kāi)銷(xiāo)，原始音頻的最大傳輸速度大約為每秒37兆比特，支持8通道192 kHz 24位未壓縮PCM音頻。(8×192,000×24≈36,864,000比特每秒)

　　每秒1兆比特的雙向數據信號被調制在eARC音頻信號上。該雙向信號用于eARC電視機發(fā)現eARC音頻設備。該數據信號還有其他用處：它使得電視機能夠讀取音頻設備支持的音頻格式列表，允許電視機發(fā)送口形同步校正數據，并讓音頻設備定期向電視發(fā)送“心跳”信號，通知電視機應當將內置揚聲器保持靜音狀態(tài)。在eARC設備中使用這些數據信號的規定是強制性的。這些信號在光纖(TOSLINK)或SPDIF音頻鏈路中均不可用，并且在較早的HDMI-ARC音頻鏈路中是可選的。

　　eARC與其他音頻互連方式的比較

　　將音頻從電視機傳輸到音頻設備的方法還有其他幾種，如光纖(TOSLINK)和HDMI-ARC。但是上述方法均具有局限性，而eARC則克服了這些限制。下方對照表展示了三種方法的差異。

　　eARC的一個(gè)主要優(yōu)勢是支持HDMI標準下的所有家庭影院格式。上一代HDMI 1.4 ARC功能僅支持通過(guò)單引腳以1 Mbit/s的速率傳輸音頻輸，已經(jīng)不適合當今的高端音頻標準。特別是在播放藍光格式音頻時(shí)，音頻往往要使用超過(guò)TOSLINK和ARC支持范圍的更高帶寬，而eARC可提供所需的全部帶寬。

　　與ARC相比，內建的eARC數據通道能夠極大地提高可靠性和兼容性，同時(shí)本質(zhì)上還是傳統的“流式(flow-through)”AVR互連方法。盡管較早的HDMI-ARC標準也能提供與eARC相同的發(fā)現機制，提供相似的消息發(fā)送，但是消息功能是可選的，而且發(fā)現/消息發(fā)送方案基于HDMI-CEC。HDMI的CEC引腳支持設備間互相發(fā)送遙控命令。但目前的問(wèn)題是，不同的制造商對CEC功能進(jìn)行了不同的定制，在實(shí)際使用的時(shí)候可能發(fā)生未知的問(wèn)題。在日常使用中，用戶(hù)將多個(gè)不同品牌的設備連接到一起后，難以確保CEC正常工作。一會(huì )兒CEC功能打不開(kāi)，一會(huì )兒打開(kāi)之后又會(huì )引發(fā)一些預料之外的問(wèn)題。因此，eARC在設計之初就不再依賴(lài)于CEC。如果其他設備不支持eARC，eARC設備可以設計為自動(dòng)回退到ARC模式。eARC僅用于確保電視機和AVR(或回音壁)之間的兼容性。其他HDMI設備無(wú)需eARC支持。

　　一個(gè)常見(jiàn)的問(wèn)題：如果eARC的設計克服了CEC的一些問(wèn)題，那么為什么eARC還要使用CEC來(lái)實(shí)現自動(dòng)化的用戶(hù)遙控命令呢?這是因為eARC數據通道僅支持“隱形的(invisible)”操作，例如eARC鏈路的發(fā)現和設置、確定格式和口形同步。eARC數據通道不能發(fā)送音量增大/減小和靜音等用戶(hù)命令是有意設計的。這么設計的原因是現在已經(jīng)有很多不同的方式來(lái)發(fā)送用戶(hù)命令，如所有HDMI標準版本都內建的CEC功能、經(jīng)過(guò)編程的通用遙控器或智能手機應用。所以，eARC沒(méi)有將遠程控制功能添加到eARC數據通道是有意為之，以防止潛在的可用性問(wèn)題。此外，CEC引腳也具備獨特優(yōu)勢，非常適合用于通過(guò)HDMI發(fā)送“開(kāi)機(Power On)”消息，因此在支持CEC的系統中仍然可以使用該功能。而eARC音頻方案的一大優(yōu)勢是可以在沒(méi)有CEC的情況下完美運行，用戶(hù)可以選擇是否使用CEC進(jìn)行設備控制。

　　eARC不僅可以繞過(guò)CEC，還可以繞過(guò)HDMI鏈路的其余部分。在從HDMI 2.0到HDMI 2.1的發(fā)展過(guò)程中，其他HDMI引腳上的大部分信號都發(fā)生了變化。而eARC沒(méi)有這些擔憂(yōu)，可以確保最大的兼容性，特別是用戶(hù)在購買(mǎi)新電視機時(shí)無(wú)需考慮太多。但是，要在(HDMI 1.4)ARC模式下使用兼容eARC的設備，例如一起使用HDMI-eARC AVR與HDMI-ARC電視機時(shí)必須啟用CEC，因為CEC是ARC發(fā)現機制的一部分。

　　eARC可以降低音頻設備的成本，因為AVR或回音壁無(wú)需支持4至8個(gè)超高速48G HDMI 2.1輸入/輸出端口。

　　eARC帶寬

　　eARC支持的最高音頻負載為36.8 Mb/s。正好支持8通道24位192 kHz未壓縮音頻。這是藍光格式音頻使用的最大音頻帶寬。它還支持4通道I2S接口的音頻帶寬，這是一種芯片到芯片的電子接口，常用于高端音頻設備傳輸音頻。最后，eARC還支持與現有的HDMI以太網(wǎng)線(xiàn)纜，后者的設計速率最高為100 Mb/s(以太網(wǎng))。eARC功能除去協(xié)議開(kāi)銷(xiāo)，實(shí)際使用的帶寬最高為98 Mb/s，完美適配現有的HDMI以太網(wǎng)線(xiàn)纜。

　　支持的音頻格式

　　以下是eARC支持的音頻格式列表：

　　未壓縮格式：

　　·2至8通道，所有HDMI標準采樣率，高達192 kHz頻率和24位比特率

　　·高達32通道，采用降低的采樣率，如16通道96 kHz和32通道48 kHz

　　Dolby格式：

　　·Dolby Digital (AC-3)

　　·AC-4

　　·Dolby Digital Plus (E-AC-3, 192 kHz x 2 ch x 16 位帶寬)

　　·Dolby TrueHD

　　·Dolby Atmos

　　DTS格式：

　　·DTS

　　·DTS-HD Master Audio

　　·DTS:X

　　Fraunhofer格式：

　　·MP3

　　·AAC-LC

　　·HE-AAC

　　·HE-AACv2

　　·AAC-LC和HE-AAC，帶有MPEG環(huán)繞支持

　　·MPEG-H 3D音頻

　　HDMI沒(méi)有定義或限制哪些格式可以或不可以使用，所以還可能支持的格式這里無(wú)法一一列舉。但是，有兩個(gè)音頻格式可能會(huì )給使用eARC功能造成困難：DVD—Audio和超級音頻CD(Super Audio CD)。這些音頻專(zhuān)用的光盤(pán)基本已經(jīng)過(guò)時(shí)了，要注意DVD-Audio與DVD電影的音頻軌道不一樣。大多數情況下，您可以通過(guò)將這些高端音頻播放器直接連接功放來(lái)解決問(wèn)題。

　　適用于eARC功能的萊迪思解決方案

　　SiI9437和SiI9438

　　萊迪思SiI9437 eARC接收器和SiI9438 eARC發(fā)送器是32引腳QFN IC，通過(guò)HDMI傳輸和接收eARC數據。這兩款I(lǐng)C旨在幫助電視機、電腦顯示器、AVR和回音壁制造商能夠輕松地將eARC應用到現有的設計中，甚至將HDMI功能集成到片上系統中。

　　這兩款I(lǐng)C不發(fā)送或接收HDMI信號;它們只用于連接eARC引腳14和19。這樣的話(huà)這兩款I(lǐng)C就能集成到使用任何版本HDMI標準的現有HDMI發(fā)送器和接收器解決方案中，如下所示：

　　圖3：適用于eARC功能的萊迪思SiI9437和SiI9438解決方案

　　這兩款I(lǐng)C可在SPDIF/I2S音頻接口和差分eARC信號之間進(jìn)行橋接，速率最高可達98 Mb/s。SiLR9437/SiI9438器件支持IC上用于控制功能的I2C接口以及eARC數據通道橋接。

　　SiI9437和SiI9438 eARC接收器和發(fā)送器目前已量產(chǎn)并且相應的開(kāi)發(fā)套件CP9437和CP9438現已上市。

　　總結

　　eARC可用于確保未來(lái)設備的前向兼容性，在易用性、音頻性能以及與任何其他音頻接口的兼容性方面提供實(shí)質(zhì)性的提升，為家庭影院聲音體驗帶來(lái)了重大升級，并且將成為用戶(hù)購買(mǎi)HDMI AVR或回音壁時(shí)的重要考量。在未來(lái)一兩年的時(shí)間里，eARC很有可能進(jìn)入大多數(也許是所有的)HDMI音頻設備。