Was ist HDMI?

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HDMI für HDR

Damit ein Ultra-HD Bildschirm HDR darstellen kann, braucht das Gerät einen Eingang nach dem Standard HDMI 2.0a. Denn der Bildschirm muss seine Leuchtdichte anhand von Metadaten anpassen, die ihm vom Programmlieferanten – etwa von einem UHD Blu-ray Player – zusammen mit dem Programm übermittelt werden. Ausserdem benötigt er eine bestimmte Decoder-Hardware, die allerdings in älteren Geräten nicht vorhanden ist und zumindest nicht in jedem Fall nachgerüstet werden kann. Neue Verbindungskabel werden allerdings nicht benötigt, die bekannten HDMI High-Speed Kabel können bedenkenlos weiter verwendet werden. 

Verschiedene Verbindungen

 

Vergleich verschiedener Verbindungsstandards

 

 Vergleich verschiedener MHL Versionen

 

Vergleich verschiedener Verbindungsstandard

 

Vergleich verschiedener Display Port Versionen

Die Grundlagen der Übertragung

HDMI ist zwar eine rein digitale Leitung, diese führt aber dennoch ein Leben mit einigen analogen Besonderheiten. So gibt es im Signal keine Fehlerkorrektur, für diese sind die empfangenden Komponenten selber verantwortlich. Ausserdem ist die verwendete Bandbreite variabel, weshalb eine Verbindung manchmal klappt und manchmal nicht – je nach Geräteeinstellung und je nach zu übertragendem Signal.

Anders als ber rein digitaler Charakteristik bricht die Übermittlung auch nicht mit einem Schlag zusammen. Vielmehr gibt es einen Bereich gestörter Signale, der beginnt, wenn die Technik an ihre Grenzen kommt. Vorher ist die Signalqualität allerdings lange perfekt.

Zu erkennen ist der Grenzbereich nur schwer. Am ehesten fällt auf, dass in dunklen Bildbereichen Aussetzer in Form von schmalen Querstreifen vorkommen. Häufiger ist jedoch, dass gar kein Bild und Ton ankommen, was allerdings sehr unterschiedliche Gründe haben kann. Besonders kritisch sind Durchreichungen durch andere Geräte, diese können aber auch einen Vorteil mit sich bringen: Beim Durchleiten wird das Signal meistens nämlich neu aufbereitet und damit verstärkt. So lässt sich oft eine längere Strecke überbrücken als dies mit einem einzigen Kabel möglich gewesen wäre.

Verständigung zwischen den Geräten

Entscheidend für das Zustandekommen einer HDMI-Verbindung sind Protokollfragen, das sogenannte Handshake. So passiert direkt beim Einstecken eines Steckers in eine HDMI-Buchse eine ganze Menge. Zunächst einmal wird die Geräteerkennung aktiv, der sogenannte Hot-Plug-Detect. Das ist eine separat e Leitung, über die ein Stromimpuls geschickt wird. Kommt dieser auf einer zweiten Leitung zurück, weiss das Gerät, dass auf der anderen Seite ebenfalls ein Gerät angeschlossen ist.

Danach schickt das Gerät einen Befehl zum Auslesen des Speichers auf de anderen Seite. Denn jede Buchse ist entweder eine Quelle (Source) oder ein Ziel (Sink). Nur in seltenen Fällen kann eine Buchse beide Funktionen haben, etwa beim Audio-Return-Channel. In einem Chip (EDID) direkt an jeder Buchse sind die Informationen darüber gespeichert, welche Signale ein Gerät verarbeiten kann. Nach einer Prioritätenliste wählt der Sender dann aus, was er liefert, zum Beispiel 720p für den Fall, dass 1080p vom Empfänger nicht akzeptiert wird. Dabei gibt es einen Mindeststandard, definiert durch HDMI 1.0, den jede Komponente verstehen muss.

Doch vorher gilt es, die HDCP-Prüfung zu absolvieren, also den Abgleich des Kopierschutzes. Dafür wird für eine halbe Sekunde ein unverschlüsseltes Bildgesendet, während dessen die Schlüssel auf beiden Seiten abgeglichen werden. Wenn innerhalb dieses Zeitfensters kein gültiger Schlüssel zurückgesendet wird, muss die Quelle die Übertragung abbrechen.

Von der HDCP-Prüfung befreit sind Kameras, Pflicht ist die Prüfung für DVD, Blu-ray und Pay-HDTV.

Durchleitung durch AV-Receiver

Für den Fall einer Durchleitung sieht das HDMI-Protokoll vor, dass sich das jeweilige Gerät als Repeater ausweist. Darunter versteht man eine Komponente, die das Signal nicht selber verarbeitet, sondern einfach wiederholt. Dann muss die Anfrage nach den korrekten Signalen, das Auslesen der EDID-Werte and das Zielgerät weitergegeben werden. Problematisch ist abei die HDCP-Prüfung, denn für diese ist immer ein Bildschirm zuständig. Meldet sich hier kein Gerät mit passendem Schlüssel, muss zum Beispiel der Blu-ray Player die Wiedergabe abbrechen bzw. auf die analogen ausgänge umschalten.

Ein AV-Receiver muss allerdings mehr tun also nur HDCP-Schlüssel weiterzuleiten. Denn um an das Audiosignal heranzukommen, muss er den Datenstrom von der Quelle selbst entschlüsseln. Dazu wiederum muss er den Schlüssel des Bildschirms kennen, da die Quelle sich nach diesem richtet. Hier kann in den ersten Sekundenbruchteilen viel schief gehen, wenn die Protokolle nicht sauber befolgt werden.

Wichtig bei AV-Receivern mit zwei HDMI-Ausgängen: Es gibt einen Haupt ausgang, dach dem sich die Quelle richtet. Die zweite Buchse liefert exakt dasselbe Signal wie es ander ersten benötigt wird, also zum Beispiel 1080p24

Signalverstärkung und Verlängerung

Jedes zwischengeschaltete Gerät wirkt bei HDMI wie ein Verstärker, verlängert also die erzielbare Reichweite. Die gleiche Funktion haben Booster, die teilweise schon im Kabel integriert sind- Für ganz lange Strecken sind jedoch mehrere andere Lösungen verfügbar, die wie Repeater behandelt werden:
HDMI über Netzwerkkabel (CAT 5/7)
HDMI über optische Kabel
HDMI über Funk
In jedem Fall muss der Extender in der Lage sein, das vom Display angeforderte Signal selbst zu verarbeiten. Denn es wird an seinem Ausgang neu erzeugt, weshalb darauf zu achten ist, welche Standards in Sachen Bild und Ton die Verstärker beherrschen. So muss zum Beispiel Frame-Packing für 3D Signale von einem Blu-ray Player ausdrücklich erlaubt sei, sonst klappt die Übertragung nicht, ähnliches gilt für HD-Audio.

Switcher für mehrere Quellen

Die Zahl der HDMI-Quellen in einer Anlage nimmt ständig zu, sodass selbst Mittelklasse AV-Receiver manchmal nicht mehr genug Eingänge bieten. In einem solchen Fall wird ein Switcher benötigt, der zwischen mehreren Signalen umschalten und sie ohne Umstecken zum Bildschirm weiterleiten kann.

Es ist wichtig, zu verstehen, dass ein Switcher keine eigenen EDIT-Informationen an die Quelle verschickt. Es werden die Anforderungen des Bildschirmes direkt an die Quelle weitergegeben – eventuell auch solche, die bereits durch einen AV-Receiver durchgeleitet wurden.

Wie bei allen HDMI-Komponenten kommt es darauf an, dass sie aktiv sind und selbst die Signale steuern. Dazu ist ein Netzteil nötig, die Umschaltung sollte idealerweise mit eine Fernbedienung möglich sein. Wie bei AV-Receivern wird beim Umschalten zwischen verschiedenen Quellen ein neuer Handshake nötig, da jede neue Auflösung und jede Signalunterbrechung die Hot-Plug-Funktion aktiviert: Da wird zunächst einmal für 100 Millisekunden die Übertragung gestoppt und eine neue Abfrage der EDID-Werte gestartet. Daher dauert das Umschalten immer eine gewisse Zeit. Bei neuesten Versionen ist eine Vorab-Anfrage möglich (Instaport), wodurch dieser Vorgang verkürzt wird.

Verteiler für mehr als einen Bildschirm

Wenn mehr als ein Display bedient werden soll, braucht man einen Verteiler mit einem Eingang und mehreren Ausgängen. Dieser muss sich entscheiden, von welchem der Zielgeräte er die Daten an die Quelle weiterleiten soll. Meistens nimmt er dafür die Reihenfolge, in der die Geräte an den Verteiler angeschlossen wurden, gelegentlich kann man das auch selber wählen. Nur dann ist es ohne Umstecken möglich, unterschiedliche Signale an die Bildschirme schicken zu lassen, etwa 3D zum Fernseher und 2D zum Projektor. Generell nicht möglich ist es, einen Verteiler für das Auftrennen von Audio und Video zu nutzen, zum Beispiel für die Nutzung von HD-Audio parallel zu einem 3D bild. Denn die Quelle richtet sich immer nach einem Zielgerät, nicht nach zwei verschiedenen.

Audio mit oder neben HDMI

Der Ton bildet bei HDMI eine Einheit mit dem Bildsignal. Er richtet sich nach den EDID-Informationen des jeweiligen Zielgerätes. Es ist allerdings möglich, das sich ein Verteiler oder Switch bei der Quelle wie ein AV-Receiver anmeldet, also nur die EDID-Werte für das Bild vom Display weiterleitet und für den Ton eigene Werte vorgibt, je nach eingebautem Decoder oder Wandler.

So gibt es zum Beispiel von Spatz den Repdec, der das Audiosignal heraustrennt und decodiert, sodass es an analogen Buchsen abzugreifen ist. Wahlweise kann dort auch ein optischer Ausgang verwendet werden, der aber nur normale Tonspuren liefern kann, etwa Dolby Digital. Andere Hertseller haben vergleichbare Geräte im Programm.

Bei hochwertigen Switchern oder Verteilern gibt es zudem eigene Audio-Anschlüsse, die parallel zum Bild den Ton weiterleiten. Diese Buchsen sind aber nicht für HD-Audio geeignet. Wenn es darum geht, diese Signale ohne 3D-fähigen AV-Receiver nutzen zu können, ist ein Player mit zwei Ausgängen die beste und meist auch einzige Lösung.

Beeinflussung der EDID-Kennung

Es sollte nicht vorkommen, aber in der Praxis findet man leider auch falschprogrammierte Gerätschaften. Nicht zuletzt Grafikkarten und andere PC-Komponenten sind immer wieder mit falschen EDID-Kennungen ausgestattet. Aber auch bei Bildschirmen ist es schon vorgekommen. Hinzu kommt das Problem, dass das Umschalten von verschiedenen Displays an der HDMI-Schnittstelle eines Rechners den Ausgang deaktivieren kann, was einen kompletten Neustart nötig macht.

Bei diesen Problemen hilft entweder ein Firmware-Update am Gerät, doch wenn ein solches nicht geliefert wird, bleibt nur der Griff zum EDID-Manager. Ein solcher kann nahezu jedes gängige Zielgerät simulieren, indem er entsprechende Kennungen an die Quelle schickt. Zum Erfolg führt dieses kleine Gerät aber nur, wenn es sich tatsächlich um eine fehlerhafte Programmierung handelt. Denn wenn das Display die eingestellte Auflösung gar nicht verarbeiten kann, bleibt es dunkel. Je nach Anwendungszweck ist darauf zu achten, dass ein EDID-Manager auch Audio-Kennungen unterstützt. Nützlich sind Presets, da die Bedienung nicht gerade einfach ist.

HDMI per Funk

Eine eigene Funknorm für HDMI gibt es nicht, auch wenn da und dort dieser Eindruck erweckt wird. Nach den Massgaben des Lizenzgebers sind Funkgeräte aber ganz normale Repeater wie ein Extender oder ein einfacher AV-Receiver. Sie wiederholen nur das eingespeiste Signal und leiten die Kennungen vom Zielgerät an die angeschlossenen Quellen weiter.

Insofern ist es auch in diesem Fall entscheidend, dass die Elektronik und die Software der Funkstrecke die geforderten Standards unterstützen. Das gilt zum Beispiel für 1080p60, was nicht bei allen Sendern verarbeitet werden kann, aber auch für HD-Audio, da allerdings meistens ohne grössere Probleme, da man die Ton-Komponenten in der Regel nahe beim Player aufstellen kann, während das Bild lange Wege gehen muss.

Verfügbar sind zwei unterschiedliche Funk-Lösungen, nämlich im 5-GHz-Band und bei 60 GHz. Während die Technologie im unteren Frequenzbereich eine leichte Qualitätsverringerung mit sich bringen kann, arbeitet die andere Lösung verlustfrei. Dafür ist die Reichweite von 60 GHz Wellen deutlich kürzer, sie reicht nicht durch Zimmerwände.

HDMI-Verarbeitung in Scalern und Videoprozessoren

Wie ein hochwertiger AV-Receiver, aber ohne Tonteil, präsentiert sich für HDMI ein Scaler oder Videoprozessor. Er fordert von der Quelle die Signalart an, die er verarbeiten oder weiterleiten kann, ungeachtet der EDID-Informationen von Display oder Audio-Decoder. Was er dann wo ausgibt, liegt einerseits an den angeschlossenen Geräten, andererseits aber auch an der Einstellung des Prozessors. Damit gelingt auch die sonst problematische Auftrennung von 3D-Video und Audio. Zu beachten ist freilich, dass eine Wandlung von geschützten HDMI-Signalen in analoge YUV-Komponenten nicht möglich ist. So etwas lassen die Vorschriften für den Kopierschutz HDCP nicht zu, die von jedem HDMI-Gerät respektiert werden müssen. Beim Ton hingegen ist ein Herunterskalieren auf SPDIF oder auf analoge Ausgänge erlaubt, wenn auch wenig sinnvoll, denn solche Ausgänge hat ja der Player selbst.