回顧HDMI 2.1技術規範之更加重視高幀率

随着傳輸帶寬的大幅度提升，HDMI 2.1技術規範讓我們看到了高幀率的重要性。長久以來，我們在幀率方面的關注點都會放在電影方面，很長的一段時間都隻是延用古老的24p的幀率，畫面的流暢性非常一般，特别是面對高速轉換的鏡頭，很容易會出現卡頓的問題，不過也有導演或用戶喜歡這樣的顯示效果，将其稱為菲林感。而到了近年來，數字拍攝技術的飛躍，慢慢地我們看到了60p甚至120p制作的電影出現，目前4K UHD藍光電影出現的最高幀率為4K/60p，例如李安執導的《比利林恩的中場戰事》與《雙子殺手》，畫面流暢性相信給不少影音愛好者留下了深刻的印象。因此，幀率是衡量畫面優異程度的其中一個關鍵指标，隻是在電影領域，我們都忽略了這一點。但是在電競遊戲顯示領域，高幀率或顯示設備的高刷新率很早就獲得了高度重視，現在不少電競顯示器不僅僅是120Hz的刷新率，更是高達144Hz、165Hz甚至是240Hz、300Hz，而且刷新率也并非固定不變，還會随着遊戲場景的變化而高低起伏。HDMI 2.1技術規範最高可以支持4K/120p與8K/60p的高幀率，并且也能夠支持VRR可變刷新頻率。

回顧HDMI 2.1技術規範之支持動态HDR技術

除了高幀率與高刷新之外，HDMI 2.1還特别加強了對動态HDR技術的支持。目前主流的HDR技術主要分為兩大類，一是屬于靜态HDR技術的HDR10，一是采用元數據的動态HDR技術的Dolby Vision、HDR10 。HDR10與Dolby Vision已經成為了現階段國内外視頻流媒體平台與UHD 4K超高清藍光的主流HDR技術規格，隻是目前家庭影院投影機僅僅支持HDR10，還不能支持Dolby Vision，如果想要感受Dolby Vision的優勢，就需要通過激光電視和平闆電視來實現了。HDR高動态範圍的好處是擴大了整個畫面的明暗對比，使得畫面中的黑色更深沉，高光更具能量感，從而讓整個畫面的細節更為豐富，高光部分的色彩更加接近于我們所看到的實際色彩亮度。動态HDR技術的優勢，在于其動态範圍優化的方式從整部電影，調整為每個場景或每一幀的畫面，也就是說對于畫面動态範圍的處理更為細緻，所得到的每一幀畫面的明暗對比更為強烈，更能突顯HDR高動态範圍的優勢。對于未來的8K超高清顯示必然會結合更為出衆的動态HDR技術。這也是HDMI 2.1标準所具備的另外一個重要特點。

回顧HDMI 2.1技術規範之對遊戲方面的優化功能

除了上面所提到的主要技術特點之外，HDMI 2.1也開始強化了在電競遊戲方面的功能，以增加對DisplayPort的競争力。其中包括了前面所提到的VRR可變刷新頻率功能。另外還包括了QMS快速媒體切換功能可以瞬間切換顯示内容的分辨率或幀率，而不會有任何顯示中斷，換句話來說就是徹底解決了我們在切換不同信号源令人讨厭的黑屏等待的問題，實現快速的節目源切換的問題。這個也是HDMI 2.1标準中其中一個最為實用的功能。

222QFT快速幀傳輸功能也是一個減少遊戲和交互式虛拟現實顯示的延遲問題的實用性功能。ALLM自動低延遲模式可以為各種不同的娛樂應用顯示的時候，自動設置理想的延遲設置，同時不會幹擾觀看與交互性應用，主要也是為遊戲與VR顯示而設的功能。

HDMI 2.1實際上并沒有觸碰HDR高動态範圍的關鍵點

前面我們回顧了HDMI 2.1的主要技術功能，可以清楚地看到HDMI 2.1屬于HDMI技術規範的大幅度升級版本。2021年，我們看到了越來越多的家用顯示設備開始采用HDMI 2.1版本的傳輸接口，以更好地與PS5、XSX這類具備了HDMI 2.1輸出接口的遊戲主機或PC電腦相匹配，隻是需要特别留意的一點，并不是所有采用HDMI 2.1接口的顯示設備都能實現8K超高清顯示，不少4K顯示設備也采用了HDMI 2.1接口，但往往目的是為了與PS5、XSX有更好地兼容性，支持HDMI 2.1關于遊戲優化方面的衆多技術特點，以提升在遊戲方面的流暢體驗。總的來看，HDMI 2.1其實關注點并不在HDR高動态範圍之上，實際上早期的HDMI 2.0b版本就已經能夠支持動态HDR技術了，HDMI 2.1隻是在這個基礎上特别強調動态HDR技術的重要性，并沒有深入地觸碰用戶在HDR高動态範圍電影觀看與遊戲體驗方面的痛點，也就是下面所要提到的Tone Mapping色調匹配問題。

HDR會存在節目源與顯示設備方面的色調匹配難題的原因

為什麼HDR會存在節目源與顯示設備方面的色調匹配難題？最主要的原因在于創作者在制作端所采用的亮度制作參數普遍高于現階段消費領域的顯示設備，尤其是亮度普遍偏低的家庭影院投影機，HDR節目源的制作亮度與投影機的顯示亮度有着明顯的差異性。目前，主流的電影後期制作室在制作HDR影片的時候，普遍都會采用1000nit甚至4000nit或以上的高亮度監視器，而制作出來的HDR影片的普遍峰值亮度都在1000nit以上，部分電影的内容最高亮度可達4000nit以上，最高甚至接近10000nit。但家庭影院投影機現階段所能達到的亮度往往100-250nit之間，即使是亮度稍高的激光電視平均也在400nit左右，這就需要進行色調映射的處理，選擇合适的亮度曲線“裁切點”，在亮度與畫面細節之間取得平衡，以确保投影機呈現出充足的畫面亮度的同時也不會丢失高光的細節層次。

SBTM(Source-Based Tone Mapping)基于信号源的色調映射功能能夠解決HDR顯示中的痛點

但是需要留意的一點，并不是每一部HDR電影都采用相同的峰值亮度信息，如果顯示設備對所有的HDR電影都采用相同的色調映射處理肯定是不行，我們就需要根據不同的HDR影片手動調整投影機HDR處理的等級。為此，一些顯示設備品牌開始加入基于顯示設備的自動色調映射處理，讓顯示設備自行判斷每一部HDR影片的亮度信息，包括内容峰值亮度與平均幀峰值亮度，實現更好的HDR高動态範圍顯示。不過，想要所有的顯示設備都具有自動色調映射處理功能，終究不是一個很好的辦法。

于是，HDMI 2.1a就帶來了SBTM(Source-Based Tone Mapping)基于信号源的色調映射功能，讓信号源設備來處理色調映射，不再需要依賴顯示設備自身的處理，從而讓每一台HDR高動态範圍的顯示設備都能顯示出基于不同亮度制作的影片的高動态範圍影像細節，而不再需要手動調整顯示設備的HDR處理等級。SBTM功能還能實現在畫中畫、獨立視頻窗口等同時顯示HDR、SDR視頻或遊戲畫面。

不過，想要充分發揮SBTM功能，顯示設備需要支持動态HDR格式，如HDR10 與Dolby Vision這類本身就具備了每一幀或每一個場景亮度信息的HDR内容。如果僅僅支持HDR10這類靜态HDR技術，即使通過SBTM功能實現信号源設備的色調映射處理，但仍然局限在整部HDR影片的亮度信息，并不能細緻地處理影片中每一幀或每一個場景的畫面亮度，還是有機會出現某些畫面高光過曝或亮度不足的問題。不過，若是你所采用的家庭影院投影機、激光電視或平闆電視能夠支持Frame Adapt HDR逐幀适配HDR功能，讓顯示設備自動判别每一個幀畫面或每一個場景畫面的亮度信息并進行即時處理就另當别論了。

最後，由于目前HDMI論壇暫時還沒有透露更多關于HDMI 2.1a相關的技術信息，關于SBTM功能的細節技術參數還有待後續更新。不過，通過播放設備來解決節目源與顯示設備的色調匹配難題确實是一種絕佳的解決方案，隻要顯示設備向信号源提供相關的顯示亮度信息與色調匹配的參數，播放設備就能向顯示設備輸出經過色調映射的HDR高動态範圍視頻信号，從而極大程度低降低了不同HDR顯示設備在處理HDR信号時的差異性，簡化用戶對于HDR高動态範圍顯示方面的調校，并能進一步推動HDR10 與Dolby Vision這類動态HDR技術規格的普及。隻不過，從現階段HDMI 2.1在市場中的普及速度以及影音市場各種不定因素，即使是隻需要固件升級就能支持，想要全面普及HDMI 2.1a恐怕還要花上一段較長的時間。下一期，我們将會集中來讨論未來網絡流媒體與UHD超高清藍光可能會采用的8K視頻壓縮技術與相關的8K視頻傳輸與分配技術，敬請留意。

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