2006年跨2007年的台北101烟火,历时188秒、3200万台币,赞助商Sony打出「Full HD 1080」的霓虹字样,宣示视讯从720p(HD)进入1080p(Full HD/FHD),此也表示若无压缩处理,且每像素均为True Color(24-bit)与垂直画面更新率达不用交错扫描的60张(60fps),则实时的视讯传输率需自1.3Gbps(1280 x 720)提升至3Gbps(1920 x 1080)。

4K的的超高画质享受,背后的代价就是视讯需要更高的传输率,实时无压缩的传输率需增至12Gbps。
4K的的超高画质享受,背后的代价就是视讯需要更高的传输率,实时无压缩的传输率需增至12Gbps。

而去年至今年,4K的2160p(Ultra HD/UHD)开始炒热,甚至连8K的4320p也被一并讨论,视讯分辨率再度跃进一个世代,但也意味着传输率要再提升,同样以实时无压缩而言,传输率需增至12Gbps(4K)与47.7Gbps(8K)。

姑且不论更高远的8K视讯,光4K即够让现有产业头痛,如何传递12Gbps?现有HDMI 1.4版恐力有未逮,HDMI 1.4的3条传输巷(Lane),每条传输率达3.4Gbps,加总可得10.2Gbps,DisplayPort(DP)亦是相同传输率。

10.2Gbps明显低于12Gbps,严格而论HDMI 1.4无力实时传输4K UHD,但还是勉强变通出一个方式:降低画面垂直更新率,自60fps降至24fps,如此即可传输4K UHD。

传输表现

降垂直更新率属权宜之计,终究要提升传输表现,正在研拟且即将发表的HDMI 2.0,将传输巷的传输率提升至6Gbps,如此加总可得18Gbps,便可以应付4K UHD,且维持60fps画面更新率。

无独有偶的,今年4月NAB展期间,Intel宣布Thunderbolt(TBT)提升一倍传输率,自10Gbps增至20Gbps,严格而论只是打破原有传输限制,使TBT的2个传输信道(Channel),不再限定其中1个单独配置给DP,因而获得倍增传输率,但也因此让TBT(倍增后于6月改称Thunderbolt 2)能够实时非压缩传输4K UHD。

增至18Gbps或20Gbps后,即可因应4K UHD传输,但依然无法应付传输率需求更大的8K UHD,甚至是连3D版的4K UHD都无法因应,3D版的视讯内容是2D版的2倍,12Gbps增至24Gbps,如此无论HDMI 2.0、Thunderbolt 2都无法应付。

若想应付更高传输率,以物理方式而言的作法有2种,一是增加并行传输数,另一是改变传输介质。所谓增加并行传输数,即是对TBT/TBT 2有2个各10Gbps的传输信道,以及HDMI 1.4/2.0有3个各3.4/6Gbps的传输巷,进行巷道、信道的扩增,2线道变3线道、4线道等,即可增加传输量。

另一是改变传输介质,铜线的物理极限约10Gbps,HDMI目前为3.4/6Gbps,仍有提升空间,但TBT已经到10Gbps,后者若想增传输率,恐怕只能改用光纤,无法再用铜线。

两种作法都会增加成本,铜线换光纤会增加线路成本,拓增传输巷/信道也会因增加线路数而增加成本,且若现有连接器的接脚已经定义差不多,无法容纳新增加的传输巷/信道的定义,就要增订新标准,此将牵一发动全身,连接器要改、缆线要改,甚至韧体软件也要改,整个产业都要因应调整。

除HDMI与TBT外,MHL也值得讨论,8月份MHL 3.0标准出炉,可支持4K UHD,但也是以降低画面垂直更新率至30fps,才得以实时非压缩传输,尚无法到60fps。

至于DP几乎不用讨论,DP的未来已经倚仗TBT,除保有DP原有传输协议外,物理面的缆线、连接器都会靠拢TBT,但MyDP会面临与现有MHL 3.0同样的挑战。不过,如前所言,铜线极限约10Gbps,MHL与MyDP都用Micro USB接口来传输,仅使用1条传输巷(MHL是3巷并1巷,DP是4巷并1巷),如此想达12Gbps,几乎是不可能。

有线的提升如此痛苦,无线更不在话下,无论5G Wi-Fi(11ac)或WiGig(11ad)均只有7Gbps传输率,离12Gbps甚远,加上无线传输必须加密,传输耗占更多,几乎难支持4K UHD,以上且都还未考虑HDCP的防拷耗占,以及零星的控制协调传输、7.1声道传输、数据语音应用传输等。

除了硬件努力外,软件演算也正在加把劲,MPEG-4、H.264(AVC)已经不敷使用,业界有意提升至H.265(HEVC),压缩率可以再增强,尽量避免非压缩性实时传输,尽可能改用压缩(Compress)与具串流(Streaming)缓冲(Buffer)的传输,恐怕是目前的应急之道。

不同分辨率的格式一览表

长分辨率(像素)

宽分辨率(像素)

每像素出色(位)

画面垂直更新率

非压缩实时传输率

1280

720

24

60

1.32Gbps

1920

1080

24

60

2.98Gbps

3840

2160

24

60

11.94Gbps

7680

4320

24

60

47.77Gbps