Základy konektorů HDMI

Zařízení, která generují obrazový i zvukový výstup, mají možnost jej buď zobrazit na vestavěné obrazovce, nebo přenést signál na externí monitor nebo displej. K dosažení druhé možnosti je zapotřebí kabelový systém s integrovanými konektory.

V této části článku je nastíněn vývoj technologie propojení v průběhu několika let (obrázek 1). Na začátku článku je představen kompozitní standard RCA pro televizory v roce 1956, dále článek pokračuje přijetím rozhraní S-Video u videorekordérů a domácích počítačů v roce 1979 a zahrnuje rozhraní VGA pro počítače IBM v roce 1987. Následně se během 90. let 20. století přechází na rozhraní komponentní RCA a DVI. Kromě DVI tyto standardy primárně využívaly analogové kabelové připojení, umožňující přenos jednotlivě buď audio-, nebo videosignálů. K zajištění provozní kompatibility tak bylo v podstatě zapotřebí více kabelů.

Obrázek 1: Vývoj audio- a videokonektorů v průběhu času (zdroj obrázku: společnost Same Sky)

Standard DVI pokročil v této oblasti zavedením podpory pro digitální video. Uživatelé, kteří chtěli přenášet zvuk i video současně, se však stále museli uchýlit k použití až pěti samostatných kabelů. Průlom nastal s příchodem standardu High-Definition Multimedia Interface (HDMI 1.0) v roce 2002, který sjednotil těchto několik kabelů do jednoho.

Tento vývoj způsobil, že se rozhraní HDMI stalo dnes jedním z nejrozšířenějších formátů pro přenos audio- a videosignálu v domácnostech i na pracovištích. V tomto článku se blíže podíváme na další vývoj standardů HDMI, typy konektorů, možnosti a na další.

Přehled standardů HDMI

Od svého vzniku v roce 2002 prošel původní standard HDMI desítkou aktualizací, z nichž každá nabízela vylepšení, jako je vyšší rychlost, větší šířka pásma, vylepšené rozlišení, podpora nových formátů vysílání a různé velikosti konektorů.

Cílem standardu HDMI 1.0, který původně vyvinulo sdružení HDMI Forum, bylo zefektivnění změti kabelů potřebných pro přenos zvuku a videa a zároveň vylepšení funkčnosti. Tato specifikace nastínila základní možnosti systému s rozhraním s jedním kabelem, digitálním audio- a videokonektorem. Postupem času se technologie HDMI vyvinula v primární digitální rozhraní, které bezproblémově propojuje displeje s ultravysokým rozlišením s nesčetným množstvím spotřební elektroniky, počítačů, mobilních zařízení, automobilů, komerčních AV zařízení a dalších zařízení.

Nejnovější iterace standardu, HDMI 2.1, byla představena v listopadu 2017 a podporuje řadu vyšších rozlišení videa a obnovovací frekvence, dosahující až 10K. Kromě toho obsahuje podporu formátů s vysokým dynamickým rozsahem („High Dynamic Range“, HDR) a může se pochlubit možnostmi šířky pásma až 48 Gb/s. Je pozoruhodné, že navzdory těmto vylepšením zůstává samotný fyzický konektor nezměněn.

Tabulka 1: Vývoj a specifikace standardů HDMI (zdroj obrázku: společnost Same Sky)

Běžné typy konektorů

Kabel HDMI obsahuje několik stíněných kroucených párů vodičů odpovědných za přenos videosignálu spolu s jednotlivými vodiči pro napájení, uzemnění a další komunikační kanály zařízení s nižší rychlostí. Konektory HDMI slouží k ukončení kabelu a navázání spojení s používanými zařízeními. Tyto konektory mají lichoběžníkový tvar se zářezy na dvou rozích, které usnadňují přesné zarovnání při zasouvání, a do jisté míry se podobají konektorům USB. Standard HDMI zahrnuje pět různých typů konektorů (obrázek 2):

• Typ A (standardní): Tento konektor, vybavený 19 piny a třemi diferenciálními páry, měří 13,9 mm × 4,45 mm, přičemž verze zásuvky je o něco větší. Vyznačuje se elektrickou zpětnou kompatibilitou se standardem DVI-D.
• Typ B (Dual Link): Tento konektor má 29 pinů a šest diferenciálních párů a měří 21,2 mm × 4,45 mm. Je určen pro použití s displeji s velmi vysokým rozlišením, ale kvůli své velikosti nebyl nikdy použit ve výrobcích. Také zachovává elektrickou zpětnou kompatibilitu se standardem DVI-D.
• Typ C (mini): Typ je svými rozměry 10,42 mm × 2,42 mm ve srovnání s typem A (standardní) menší, přesto má stejnou funkčnost a 19pinovou konfiguraci. Tento typ je určen pro přenosná zařízení.
• Typ D (mikro): Má kompaktní rozměry 5,83 mm × 2,20 mm a nese 19 pinů. Sdílí podobnosti s konektory micro USB a je přizpůsoben pro malá přenosná zařízení.
• Typ E (automobilový): Typ je navržen se zajišťovacím jazýčkem, aby se zabránilo rozpojení vlivem vibrací, a pláštěm odolným proti vlhkosti a nečistotám. Verze s relé je určena pro automobilové aplikace, ale je k dispozici i pro usnadnění propojení se spotřebitelskými A/V produkty.

Všechny tyto typy konektorů jsou k dispozici ve verzi zástrčky i zásuvky, což nabízí flexibilitu pro různé potřeby připojení. Mohou být rovné nebo pravoúhlé, s orientací horizontální nebo vertikální. Konektory typu zásuvka jsou obvykle integrovány do zdrojového i přijímacího zařízení. Pro různé konfigurace připojení jsou navíc snadno dostupné adaptéry a spojky. Pro aplikace v náročných prostředích jsou k dispozici také verze s odolnými konektory, které zajišťují odolnost a spolehlivost v nepříznivých podmínkách.

Obrázek 2: Typy konektorů HDMI (zdroj obrázku: společnost Same Sky)

Konfigurace pinů HDMI

Kromě typu B mají všechny ostatní typy konektorů HDMI 19 pinů. Konfigurace pinů pro signály, které přenášejí, se však typ od typu liší. V rámci specifického typu tedy existuje zpětná kompatibilita. Při navrhování nebo montáži kabelu je však nutné dbát opatrnosti, abyste zajistili, že pro různé signály budou použita správná čísla pinů. Vzhledem k tomu, že konektory různých typů se nemohou vzájemně propojit, nevznikají problémy s křížovým připojením.

Na obrázku 3 níže je znázorněna typická konfigurace pinů u typu A. Jednotlivé piny mají schopnost přenášet datové signály, hodinové signály, nízkonapěťové napájení, řídicí signály, CEC nebo HEC.

Obrázek 3: Konfigurace pinů konektoru HDMI (zdroj obrázku: společnost Same Sky)

Běžné typy kabelů

Kabely HDMI jsou nabízeny v různých typech, včetně následujících:

• HDMI kategorie 1 – kabely se standardní rychlostí:
  • Standardní (kategorie 1): základní kabel HDMI
  • Standardní s ethernetem (kategorie 1): identický se standardním kabelem, ale obsahuje ethernetový kanál
  • Standardní pro automobilový průmysl (kategorie 1): splňující základní požadavky na kabely, ale je přizpůsoben pro automobilové aplikace
• HDMI kategorie 2 – vysokorychlostní kabely:
  • Vysokorychlostní (kategorie 2): používá se k přenosu videosignálů s vyšším rozlišením
  • Vysokorychlostní s ethernetem (kategorie 2): podobný vysokorychlostním kabelům, ale vybavený funkcí ethernet

Závěrečné aspekty návrhů

Při uspořádání desek plošných spojů zahrnujících zařízení HDMI je nezbytné pečlivě zvážit zmírnění přeslechů a zachování integrity signálu. Pozornost je třeba věnovat také návrhům využívajícím kroucené páry vodičů. U kabelů využívajících kroucené páry vodičů může docházet ke ztrátě signálu, zejména na vzdálenost blížící se 15 metrům (50 stopám) v důsledku útlumu. K rozšíření tohoto dosahu lze použít extendery HDMI, které umožňují vzdálenost až 91 metrů (300 stop).

Technologie HDMI není navíc ideálně vhodná pro současné ovládání více zařízení. Postrádá schopnost přenášet více signálů do samostatných zařízení a nemůže současně přenášet prostorové a stereo audiosignály.

Závěr

Technologie připojení HDMI slouží jako vynikající řešení pro zefektivnění změti kabelů a zjednodušení systémů při současném přijímání vysoce kvalitních a širokopásmových audio- a videosignálů. Vývoj v rámci standardu usnadnil vylepšení rychlosti přenosu dat, šířky pásma a integraci významných funkcí, jako je ethernet. Konektory a kabely tvořící tento systém jsou rozšířené v různých oblastech včetně domácí zábavy, komunikace na pracovišti a komerčních a průmyslových sektorů. Společnost Same Sky nabízí řadu konektorů-zásuvek HDMI, které pomáhají technikům při navrhování AV signálu.