Allion Labs / Tina Yu

HDMI Forum 近日已釋出最新版的CTS 2.1c for Sink。 此測試規格的最大重點在於FRL Sink的測試。而FRL (Fixed Rate Link) 傳輸技術就是用於HDMI 2.1資料傳輸上,也就是用在8K影音上。其特點如下:

  1. FRL是Fixed Rate Link的縮寫,顧名思義,就是固定比例的頻寬速率。
  2. 原本的TMDS Clock, Data 0, Data 1, Data 2對應成FRL Lane 0, Lane 1, Lane 2, Lane 3。
  3. 類似於DP的Embedded CK模式,因為不需要專用的Clock通道,所以,AV訊號不只可以傳送3對Lane甚至到4對Lane。
  4. 編碼方式則把8b/10b變成16b/18b,改善了9%的編碼效率。
  5. 採用了VESA的DSC壓縮技術,解析度高達10K@120。
  6. 不同於DC-coupled TMDS的傳輸方式已轉變成AC-coupled FRL的傳輸方式。
  7. 透過FRL Link Training的溝通,可以相容於TMDS模式。

FRL傳輸規格說明

讓我們來談談FRL的規格吧。FRL是Fixed Rate Link的縮寫,是指固定資料量不隨著解析度大小而不同的傳輸技術。當操作在FRL模式下,它可以同時傳送三個Lane或是四個Lane的資料。在三Lane模式下,Lane 3會被關閉。而四Lane模式下,每個Lane可以傳送高達12Gbps。關於FRL Lane link rates,請參考下表。

Number of Lanes Rate per Lane Total Bandwidth
3 3 Gbps 9 Gbps
3 6 Gbps 18 Gbps
4 6 Gbps 24 Gbps
4 8 Gbps 32 Gbps
4 10 Gbps 40 Gbps
4 12 Gbps 48 Gbps

 

如何實現FRL?(電氣篇)

如過往TMDS模式的HDMI Source是只有支援DC coupling。但是呢,FRL模式的HDMI Source還支援了AC coupling。因此,我們可以在HDMI 2.1規格書中看到它定義了AC Coupling Capacitor(100nF to 250nF)。基於此規範,AC common Mode Noise也被規範於此規格書中。而HDMI Sink在HDMI 1.4時,就被規範可以支援DC coupled與AC coupled了。

關於眼圖,此規格書也提到沒有TP1眼圖而是TP2 EQ眼圖的規範。最主要的差異點就是其Clock抖動特性不包含在FRL模式下。取而代之的則是其抖動含有random jitter以及deterministic jitter。

請參考HDMI 2.1規範的TP2 EQ眼圖,如下:

FRL Bit Rate H V
3 Gbps 0.5 150
6 Gbps 0.4 150
8 Gbps 0.385 135
10 Gbps 0.37 120
12 Gbps 0.35 100

 

如何實現FRL?(協定篇)

因為FRL向下相容TMDS,請參考下圖主要協定層的規範。首先,三對data與一對clock的無壓縮影像,加上可以選擇要不要應用的HDCP加密被建構後。緊接著,FRL封包化形成了502個FRL字元組,而每個字元區塊的最後會有8個字元的RS FEC parity資料,它們形成了510 FRL字元區塊。每四個FRL 字元區塊會形成一個超級區塊。

 

如何實現FRL?(控制篇)

在TMDS模式與FRL模式之間的切換需要靠FRL Link Training,它也是一個很重要的溝通技術。當第一次連接或是當切換不同FRL資料模式時,FRL Link Training 就會被用到。下圖概述了各個Link Training狀態。其狀態總共有六個Link Training狀態。

  • LTS1是Source讀取Sink的EDID內容,
  • LTS2是Source與Sink的FRL準備狀態。
  • LTS3下,Sink會透過Link Training Pattern以及Update flag與特定FRL Rate的Source溝通。
  • LTS4則是用於切換不同FRL rate,最後,LTSP即是表示,Link Training完成,而且FRL傳輸開始。

而LTSL就是FRL Link Training溝通失敗,之後,會開啟TMDS模式。

TMDS會被取代嗎??

雖然HDMI 2.1介面的腳位分配與之前的版本並沒有差異,但是新HDMI 2.1的8K規格與HDMI 2.0的4K規格則是兩個不同技術去達成的。在某種層面來說,FRL也比之前的HDMI版本,更加嚴格與複雜。因此,為了相容於之前的HDMI 1.4/2.0,HDMI 2.1 specification規範了支援FRL的HDMI產品必須也支援TMDS。這個規範確保了符合HDMI 2.1規範的產品一定要向下相容市場上其他的,符合舊有HDMI 1.4/2.0規格的產品以避免不同相容性問題去發生。

百佳泰HDMI 2.1測試方案

為了去幫助8K電視的廠商去快速取得HDMI 2.1證書,百佳泰準備了以下完整的測試方案,若有需要任何諮詢也可來信至service@allion.com

  • HDMI 2.1認證測試
    • TMDS模式
      • TMDS Electrical Test
      • TMDS Protocol Test
      • Pixel Decoding Test
      • Video Timing Test
      • EDID Test
      • E-DDC Test
    • FRL模式
      • FRL Electrical Test
      • FRL Protocol Test
      • FRL Pixel Decoding Test
      • FRL Video Timing Test
      • FRL E-EDID Test
  • HDMI 1.4認證測試
    • EDID/E-DDC Test
    • Electrical Test
    • Protocol Test
    • Video Test
    • Audio Test
    • Interoperability with DVI Test
    • Advanced Features