HDMI 2.1: 4K120, 8K60, slimme game-modes en beter geluid

43 reacties
Inhoudsopgave
  1. 1. Inleiding
  2. 2. HDMI 2.1: 48 Gigabit per seconde
  3. 3. HDMI 2.1 gaming functies
  4. 4. Hé, maar dat kon toch al?
  5. 5. Maar wanneer?
  6. 6. Geduld is een schone zaak
  7. 7. Reacties

Inleiding

De nieuwe hdmi 2.1 standaard maakt hogere resoluties en framerates mogelijk, ondersteunt automatisch gamemode-selectie en variabele framerates. Wat heb je daar in de praktijk aan, en waar blijven die apparaten met hdmi 2.1 eigenlijk? Wij zochten het uit.

Bij onze jaarlijkse preview-artikelen over nieuwe televisies houdt één aspect de gemoederen dit voorjaar flink bezig: hdmi 2.1. Deze nieuwe versie van de hdmi standaard belooft een aantal significante verbeteringen ten opzichte van hdmi 2.0b, de versie waar de meeste nieuwe audio-videoapparatuur momenteel aan voldoet.  Hoewel de hdmi 2.1 standaard al begin 2017 werd aangekondigd, blijft er veel onduidelijkheid, niet in de laatste plaats over wanneer we televisies en mediaspelers met deze nieuwe interface mogen verwachten. Twee jaar na dato zijn er nog steeds geen producten op de markt die aan de vereisten van de nieuwe standaard voldoen en hoewel de eerste producten nu wel zijn aangekondigd, is het de vraag of die eerste generatie probleemloos gaat werken. In dit artikel vertellen we precies wat hdmi 2.1 zal gaan bieden en waarom je misschien helemaal geen hdmi 2.1 nodig hebt, terwijl je toch van veel van de voordelen die de nieuwe standaard biedt gebruik kunt maken.


Hogere resoluties en hogere framerates vereisen een nieuwe hdmi standaard

In den beginne...

Hdmi, de High Definition Multimedia Interface, werd een kleine 15 jaar geleden op de markt gebracht om audio- en videoapparatuur onderling te verbinden met één kabel die zowel digitaal beeld als geluid kan overdragen. De hdmi 1.0 standaard voorzag in een 5 Gbps datarate, waarmee het mogelijk was om full hd video met een resolutie van 1920x1080 pixels bij een beeldsnelheid van maximaal 60 fps te versturen in combinatie met maximaal 8 kanaals digitale audio. De standaard werd later geüpdatet om overdracht van onder andere dvd-audio en dsd-audio signalen toe te staan.

In 2006 verdubbelde de hdmi 1.3 specificatie de bandbreedte naar ruim 10 Gbps, waardoor hogere resoluties en grotere kleurdieptes mogelijk werden. HDMI 1.4 voegde in 2009 extra officieel ondersteunde resoluties toe, binnen de beperkingen van de bandbreedte, die verder onveranderd bleef. Hdmi 1.4 introduceerde bovendien de ondersteuning van 100 Mbit Ethernet en Audio Return Channel – waarover verderop in dit artikel meer - via de hdmi interface.

HDMI 2.0 en Ultra HD

De volgende grote verandering kwam eind 2013 met de hdmi 2.0 standaard. De datasnelheid zag hierbij wederom bijna een verdubbeling, maar 18 Gbps. Hdmi 2.0 maakte het daarmee onder meer mogelijk om ultra hd signalen (3840x2160) met 50 of 60 beelden per seconde te versturen, waar hdmi 1.4 beperkt was tot 30 fps bij doorvoer van ultra hd video. Versie 2.0 bood ook officieel ondersteuning voor het grotere Rec.2020 kleurbereik en 32-kanaals audio met hogere samplefrequenties. In 2015 en 2016 volgden kleine updates naar versie 2.0a en 2.b, die respectievelijk ondersteuning voor hdr met statische metadata en de hdr-standaard HLG toevoegden.

HDMI 2.1: 48 Gigabit per seconde

Met hdmi 2.1 kondigde het hdmi forum begin 2017 de volgende grote stap aan, waarvan de uiteindelijke specificaties in november van datzelfde jaar werden vastgelegd. Hdmi 2.1 biedt wederom een ruime verdubbeling van de beschikbare bandbreedte naar 48 Gbps, waarmee nog hogere resoluties en framerates mogelijk worden. Hdmi 2.1 ondersteunt officieel resoluties tot 10K, met maximaal 120 beelden per seconde. Om die hoogste resoluties mogelijk te maken wordt ook Display Stream Compression 1.2 toegepast, een methode om beelden gecomprimeerd te versturen. Andere nieuwe toevoegingen bij hdmi 2.1 zijn enhanced Audio Return Channel (eARC), Quick Media Switching (QMS) en Quick Frame Transport (QFT), Variable Refresh Rate (VRR) en Auto Low Latency Mode (ALLM). Een hele berg afkortingen, waarvan we de werking en het voordeel even moeten toelichten.


De mogelijkheden van de verschillende hdmi-versies (klik voor groot)

FRL in plaats van TMDS

HDMI 2.1 maakt net als zijn voorgangers gebruik een 19-pins connector en is ook backwards compatible met oudere hdmi-apparatuur en -kabels. De netto bandbreedte van hdmi 2.1 is ruim tweemaal zo hoog als die van hdmi 2.0 en dat is deels mogelijk doordat data op een andere manier wordt verstuurd. Bij hdmi 2.0 en oudere versies wordt Transmission Minimised Differential Sigaling (TMDS) toegepast met 8b/10b encoding, waarbij de beeldsignalen via drie aderparen verstuurd worden en een vierde aderpaar de clockdata bevat. Elk van de drie datapaden kan maximaal 6 Gbps bevatten, waardoor de totale bandbreedte uitkomt op 18 Gbps.

Hdmi 2.1 maakt gebruik van een nieuwe manier van signaaloverdracht, waarbij data als pakketjes met geïntegreerde klokdata worden verstuurd. Deze methode, genaamd Fixed Rate Link (FRL), benut vier aderparen die middels 16b/18b encoding elk 12 Gbps transporteren, waarmee de totale videobandbreedte uitkomt op 48 Gbps.


Hdmi 2.1 biedt een ‘dikkere pijp’, waar veel meer data doorheen kan dan bij hdmi 2.0

Enhanced Audio Return Channel (eARC)

Sinds hdmi 1.4 bestaat de mogelijkheid om geluid van een sink device, een apparaat dat hdmi-signalen ontvangt (zoals bijvoorbeeld een televisie) terug te sturen naar een aangesloten source of een switch device, een beeldbron zoals een receiver of soundbar. Daarmee is het mogelijk geluid dat door de tv zelf wordt opgewekt, via hdmi weer te geven op een aangesloten audiosysteem, zonder daarvoor analoge of digitaal-optische kabels te gebruiken. Praktisch voorbeeld van een toepassing is het gebruik van de in een televisie ingebouwde Netflix client, waarbij het geluid daarvan via hdmi naar een externe receiver wordt gestuurd, via dezelfde hdmi-kabel waardoor diezelfde receiver beelden van bijvoorbeeld een blu-ray speler of spelcomputer aan de tv levert. Omdat het geluid retour wordt gestuurd naar de beeldbron wordt deze functie Audio Return Channel (ARC) genoemd.

Standaard ARC is beperkt tot een datasnelheid van ongeveer 1 Mbit/s. Dat is prima voor gecomprimeerd stereo en 5.1 geluid, maar het volstaat niet voor ongecomprimeerde stereo in hoge kwaliteit, en al helemaal niet voor high-res multichannel formaten als Dolby TrueHD en DTS HD Master Audio.
HDMI 2.1 breidt de ARC-functie uit met de nieuwe enhanced Audio Return Channel (eARC) standaard. eARC heeft een aantal kleine verbeteringen, zoals verplichte lipsync correctie en discovery via een eigen datakanaal, maar het belangrijkste wapenfeit van eARC is de veel hogere bandbreedte van 37 Mbit/s. Hierdoor is eARC wél geschikt voor high-res audio, zowel in stereo als surround, waarbij ook Dolby Atmos via Dolby TrueHD en DTS:X via DTS HD Master Audio mogelijk is.


eARC biedt een aantal voordelen, waarvan een hogere bandbreedte de belangrijkste is

In de praktijk zal de meerwaarde van eARC (voorlopig) echter beperkt zijn. Geluid dat je van de tv naar een aangesloten bron wilt terugsturen zal doorgaans geen hoge bitrate hebben. Netflix maakt bijvoorbeeld gebruik van Dolby Digital Plus (al dan niet met Atmos), waarvan de bitrate minder dan 1 Mbps is, zodat dit prima via standaard ARC verstuurd kan worden. Alleen als je met de ingebouwde mediaspeler van de televisie of een Chromecast dongle gebruikt om (gedownloade) films en muziek met high-bitrate audiotracks af te spelen, zal eARC meerwaarde bieden. Uiteraard moet ook de aangesloten receiver of soundbar eARC ondersteunen.

HDMI 2.1 gaming functies

Naast de hogere videobandbreedte is Variable Refresh Rate (VRR) de belangrijkste verbetering die hdmi 2.1 met zich meebrengt. Varianten op VRR kennen we in de PC-wereld al langer, namelijk als AMD’s FreeSync dat via displayport en via hdmi beschikbaar is, en Nvidia’s G-Sync. VRR maakt het net als deze technieken mogelijk om de weergavefrequentie van het scherm dynamisch aan te passen aan de bron.

In de praktijk is dat vooral nuttig bij gaming, waarbij videokaarten beelden met onregelmatige intervallen kunnen aanleveren. De voordelen van FreeSync en G-Sync voor gaming hebben we zowel in dit blad als op de site meermaals besproken, dus daar wijden we nu niet verder over uit. In een notendop komt het er echter op neer dat VRR een vloeiendere game-ervaring biedt, ook wanneer de videokaart minder dan 60 beelden per seconde produceert. In de hdmi 2.1 standaard is voor het eerste officieel vastgelegd hoe VRR dient te werken, waarbij opgetekend moet worden dat VRR niet compatible is met FreeSync of G-Sync. De Xbox One X biedt inmiddels ondersteuning voor VRR, en andere toekomstige consoles zullen deze functie ongetwijfeld standaard ingebouwd krijgen.

Auto Low Latency Model (ALLM)

Een tweede functie die gericht is op gamers, is de Auto Low Latency Mode, afgekort als ALLM. ALLM maakt het mogelijk om vertragende beeldverwerking bij televisies en projectoren automatisch uit te schakelen en signalen zo snel mogelijk weer te geven om zo eventuele input lag te minimaliseren. In de praktijk wordt ALLM nu al ondersteund door de Xbox One X, die televisies met ALLM automatisch naar de snelst mogelijke modus kan laten overschakelen. Met ALLM hoef je dus niet handmatig meer het menu in om de game mode van je televisie te selecteren. Een klein, maar wel fijn voordeel.

Ook Quick Frame Transport (QFT) is bedoeld om beelden zo snel mogelijk van de bron bij de weergever te krijgen, met minder latency dan voorheen, terwijl Quick Media Switching (QMS) ervoor moet zorgen dat het wisselen tussen verschillende hdmi-bronnen sneller naadloos moet verlopen, zonder dat het beeld tussendoor even ‘op zwart’ gaat.

Dynamic HDR Metadata

Hdmi 2.1 biedt voor het eerst ook ondersteuning voor hdr-signalen met dynamische metadata, zoals vastgelegd in de SMPTP ST 2094 standaard. In de praktijk betekent dit dat Dolby Vision en HDR10+ officieel ondersteund worden door hdmi 2.1. Officieel, want ook deze nieuwe functionaliteit wordt in de praktijk al toegepast bij hdmi 2.0-apparaten. Met dynamische metadata kunnen de beeldbron en beeldweergever per scène - of zelfs per frame - met elkaar communiceren over de maximale en gemiddelde helderheid van het doorgestuurde beelden, waardoor de weergever zich optimaal kan aanpassen.

Display Stream Compression (DSC)

Hdmi 2.1 biedt met zijn 48 Gbps meer bandbreedte dan ooit tevoren, maar met de combinatie van 8K én high-framerate komt ook de grens daarvan al snel in zicht. Hdmi 2.1 biedt daarom ook ondersteuning voor VESA DSC 2.1, een methode om beelden (vrijwel) zonder zichtbaar kwaliteitsverlies tot een derde van de originele grootte te comprimeren. Waar hdmi 2.1 zonder compressie maximaal 10K video met 16 bit kleur bij 30 fps ondersteunt, is mét compressie 10K video met 12 bit kleur en 120 fps mogelijk.


Hdmi 2.1 biedt hogere resoluties én hogere refresh rates, deels dankzij ondersteuning voor DSC beeldcompressie (rood).

Hé, maar dat kon toch al?

Een deel van de mogelijkheden die hdmi 2.1 toevoegt zijn al langer beschikbaar. Zo zijn er al televisies en receivers op de markt die eARC bieden, werken Dolby Vision en HDR10+ met veel bestaande apparatuur en VRR en ALLM worden al ondersteund door televisies die niet aan de HDMI 2.1 specificaties voldoen, en de Microsoft XBOX One X biedt VRR en ALLM. Dat komt omdat de specificaties van hdmi 2.1 al geruime tijd vaststaan en deze functies geen van alle meer bandbreedte vereisen dan hdmi 2.0 ook al biedt, waardoor het dus al mogelijk was om dit deel van de hdmi 2.1 functionaliteit aan apparatuur toe te voegen, ook als die niet volledig aan de hdmi 2.1 eisen voldoet. Daarnaast haakt de hdmi 2.1 standaard in op technische implementaties die fabrikanten zelf al hadden bedacht en doorgevoerd. LG biedt bijvoorbeeld al vanaf 2016 ondersteuning voor Dolby Vision op een deel van zijn oled-televisies, ruim voordat de hdmi 2.1 specificatie werd vastgelegd.


De Microsoft Xbox One X biedt al ondersteuning voor ALLM en VRR

Hdmi 2.1 biedt bovenal officieel ondersteuning voor deze functies, waarmee het garandeert dat hdmi 2.1-gecertificeerde apparaten deze ook echt volgens het spreekwoordelijke boekje implementeren. Daarmee is er de zekerheid dat apparaten van verschillende merken dezelfde taal spreken, zodat een monitor of tv altijd snapt wat voor signaal een beeldbron aanbiedt. Eerder zagen we ook dat nieuwe hdmi-versies features toevoegden die al langer mogelijk waren, maar nog geen onderdeel uitmaakten van de standaard. Denk daarbij aan de officiële ondersteuning voor hogere resoluties dan full hd bij hdmi 1.4, en de toevoeging van hdr bij hdmi 2.0a en 2.0b: in beide gevallen functies die technisch gezien ook in voorgaande versies al mogelijk waren, maar niet waren gestandaardiseerd.

HDMI-versies en -kabels

Hdmi-kabels kunnen beschikken over verschillende stekkers. Meest gebruikt is de grote ‘Standard’ type-A-stekker; de kleinere ‘Mini’ type-C en ‘Micro’ Type-D connectors komen we vooral tegen bij mobiele apparaten zoals foto- en videocamera’s. Alle versies werken met 19 signaalpinnen, en zijn qua technische werking en mogelijkheden identiek.

Hoewel de hdmi-interface inmiddels toe is aan versie 2.1,  is het belangrijk te vermelden dat hdmi-versienummers niet slaan op de kabels, maar alleen op de bron-, schakel- en weergaveapparaten die gebruik maken van hdmi. Er bestaat dus niet zoiets als een hdmi 1.4-, 2.0- of en hdmi 2.1-kabel.

Toch zijn niet alle hdmi-kabels gelijk, en zijn er wel degelijk verschillen in (gegarandeerde) mogelijkheden van verschillende kabels. Sinds de hdmi 1.4 specificatie wordt er onderscheid gemaakt tussen ‘Standard’ en ‘High Speed’ kabels, waarbij die laatste gecertificeerd zijn voor 1080p60, 4k30, 3D en deep color. Beide kabelvarianten zijn er ook in versies ‘with Ethernet’, waarbij foutloze doorvoer van netwerksignalen wordt gegarandeerd. De komst van hdmi 2.0 voegde daar de ‘Premium High Speed’ certificatie voor kabels aan toe, die garandeert dat 4K60-signalen met 10-bit kleur probleemloos worden doorgegeven. Met hdmi 2.1 is er wederom een nieuwe kabelcertificering in het leven geroepen, ditmaal met de naam ‘Ultra High Speed HDMI’ of ‘48G Cable’. Kabels die aan deze hoogste certificering voldoen kunnen signalen met de volledige 48Gbps bandbreedte die hdmi 2.1 biedt gegarandeerd versturen, en kunnen in alle gevallen ook overweg met ethernet.

Voor al deze kabelversies geldt dat certificering en garantie belangrijke woorden zijn, want in de praktijk werken oudere kabels vaak ook prima met nieuwe hoge-bandbreedte signalen. Sterker nog, enkele van de eerste hdmi-kabels die wij in ons testlab hebben uit het midden van het vorige decennium, blijken prima in staat om 4K signalen met 60 Hz weer te geven. Of alle vormen van hdmi 2.1-signalen ook (probleemloos) door oudere niet-gecertificeerde kabels heen komen durven wij nog niet te zeggen, maar de kans is groot dat zeker kortere high speed- en premium high speed-kabels prima in staat zullen zijn om 4K120 en 8K60 signalen met 10 bit kleur over te dragen.


Ultra High Speed hdmi-kabels zijn gecertificeerd voor probleemloze werking met 48 Gbps signalen, maar oudere kabels werken in de praktijk mogelijk ook.

Maar wanneer?

De grote vraag met betrekking tot hdmi 2.1 is ‘wanneer?’. De specificaties liggen al ruim een jaar vast en vorig jaar verwachtten we eigenlijk dat op de IFA-beurs in september van 2018 de eerste hdmi 2.1-producten aangekondigd zouden worden. Dat bleek echter niet het geval, en zelfs op de CES-beurs in januari van dit jaar meldde alleen LG dat zijn nieuwe modellen voor dit jaar aan de volledige hdmi 2.1 specificaties zouden voldoen. Inmiddels weten we dat Samsung haar nieuwe 8K televisies in de Q950R serie ook voorzien heeft van HDMI 2.1. Waarom dat zo lang geduurd heeft en alleen LG en Samsung nu deze stap maken, is niet geheel duidelijk. Het lijkt er sterk op dat fabrikanten die de hdmi 2.1 interface chips maken vertraging hebben opgelopen. 

Op het moment van schrijven zijn er twee fabrikanten waarvan wij weten dat ze een hdmi 2.1 interface ontwikkelen, namelijk Socionext en Invecas. Samsung liet op de CES -beurs samen met Invecas een werkende hdmi 2.1-demo zien, en die chips lijken nu dus hun weg gevonden te hebben naar de 2019 8K modellen in de Q950R serie. Samsung's nieuwe 4K televisies beschikken daarentegen gewoon nog over HDMI 2.0 ingangen. LG voorziet al haar nieuwe oled-televisies in 2019 van een volledige HDMI 2.1 interface, en ook de duurdere lcd-televisies krijgen vier hdmi 2.1 poorten. Welke chipset LG hiervoor gebruikt wilde het desgevraagd niet aan ons bevestigen.


Samsung en Invecas toonden op de CES 2019 een televisie met een 8K beeldscherm en een volledige hdmi 2.1 interface, en deze is inmiddels geïmplementeerd in de nieuwe 8K Q940R modellen.

Plugfests

Wat ook niet heeft meegewerkt, is dat het HDMI forum pas in augustus vorig jaar de hdmi 2.1 Compliance Test Specification (CTS) heeft vastgesteld, oftewel de testprocedure die door fabrikanten van apparatuur gevolgd dient te worden om te testen of de apparaten geheel aan de eisen van de norm voldoen.

Dergelijke tests zijn behalve voor het behalen van een keurmerkje ook in de praktijk geen overbodige luxe. Wie zich de introductie van hdtv nog kan herinneren, weet wellicht dat de eerste hdtv-kabelontvanger die in Nederland op de markt werd gebracht, de DCB-H360R van Samsung, met veel televisies niet of niet goed samenwerkte. Dat kwam omdat Samsung de hdmi-specificaties deels anders had geïnterpreteerd dan veel andere fabrikanten, met compatibiliteitsproblemen tot gevolg. Dergelijke compatibiliteitsproblemen liggen elke keer als de hdmi-standaard wordt geüpdatet opnieuw op de loer. Het HDMI forum faciliteert dan ook met enige regelmaat zogenaamde ‘plugfests’, bijeenkomsten waar fabrikanten van verschillende producten letterlijk de kans krijgen om op elkaars apparatuur in te pluggen om zo te kijken of alles naar behoren werkt. Zo’n plugfest lijkt nog niet plaatsgevonden te hebben voor hdmi 2.1-apparatuur. Nu de druk vanuit de markt groot is om hdmi 2.1-producten te introduceren terwijl de benodigde interfacechips en testprotocollen pas net beschikbaar zijn, is het niet ondenkbaar dat de eerste generatie hdmi 2.1-apparatuur ook met compatibiliteitsproblemen te kampen krijgt.

Geduld is een schone zaak

Dit voorjaar brengen alleen LG en Samsung (alleen bij haar 8K modellen) televisies met volledige hdmi 2.1 compatible poorten uit, maar andere fabrikanten bieden wel een deel van de functies die hdmi 2.1 officieel introduceert. Dynamische metadata wordt bijvoorbeeld door de meeste televisies ondersteunt, en ook VRR zien we al terug bij bijvoorbeeld Samsung's 4K televisies. Het probleem is dat je als consument niet zeker weet welke functies er ondersteunt worden en of deze functies geheel volgens het boekje zijn geïmplementeerd, als de hdmi-ingangen niet hdmi 2.1 gecertificeerd zijn.

Aan de andere kant zijn ALLM en VRR de belangrijkste vernieuwingen die direct voordeel opleveren. High framerate videocontent is er feitelijk niet, en ook eARC zal in de praktijk slechts in uitzonderlijke gevallen meerwaarde bieden. Wie hoopt straks in 120 Hz te kunnen gamen op een tv met een hdmi 2.1 interface komt vrijwel zeker ook bekocht uit, videokaarten met hdmi 2.1 lijken voorlopig niet op te planning te staan bij AMD en Nvidia.

Het enige scenario waarbij je écht volledige hdmi 2.1 ondersteuning inclusief 48 Gbps bandbreedte nodig hebt, is als je nu al een 8K-televisie gaat kopen. 8K-televisies zijn echter nog érg duur en het nut ervan is op z’n best twijfelachtig. De eerste 8K-televisie die wij gereviewd hebben, Samsung Q900R uit 2018, beschikt overigens niet over hdmi 2.1, maar zal dit wel krijgen middels een hardware update.

Kopen of wachten?

Ben je van plan om een nieuwe televisie te kopen? Laat de afwezigheid van hdmi 2.1 bij het gros van de 2019-modellen je dan niet tegenhouden is ons advies, tenzij je een 8K-tv wilt aanschaffen. Andere features als VRR, ALLM en eARC zijn of komen ook beschikbaar op sommige televisies die gewoon nog over een hdmi 2.0 interface beschikken en die je wél nu of over een paar maanden al kan kopen. En die eerste modellen die claimen wél over een volledige 48 Gbps hdmi-interface te beschikken? Als je zeker wilt zijn van foutloze HDMI 2.1 functionaliteit zouden wij sowieso een paar maanden wachten om te kijken of er geen compatibiliteitsproblemen opduiken die niet met software updates op te lossen.

0
*