随着次世代游戏主机正式发布，全新的 HDMI 2.1规格终于走向普及化。综观整个 HDMI 技术的发展史，消费者不难发现，相较于过去的小幅度改进，HDMI 2.1才是真正为下一世代的电视、家用主机、PC等等媒体播放设备，带来显著跃进和改变的技术。由于 eARC、VRR、QFT、QMS、ALLM、DSC 等等新名词，也因为 HDMI 2.1设备逐渐的增加，开始有了不少讨论话题。在这次的文章当中，我们将深入浅出的研究 HDMI 2.1这项跨世代的影音技术，让读者能够了解它的特点和优势，同时也为未来选购相关器材时，做好基础知识的准备。HDMI 2.1主要目标消费者现在非常熟悉的 HDMI，中文称之为「高清多媒体接口」，自2002年发展至今，已经有过至少十次的重大升级。目前在应用在主流的播放设备上，电视、投影机、显示器等等所采用的规格，常见都为 HDMI 2.0b 传输标准，足够应付4K、60Hz与 HDR 影音的传输需求，最大带宽则有18Gbps。但是，面对更高分辨率的信号，例如8K、10K等等超高清的影像，显然 HDMI 2.0b 依然力有不足。
▲ 发展至今 HDMI 已经成为高画质影像传输的主流标准，虽然 HDMI 2.0系列大获成功，且获得多数装置采用，但依然有着很大的进步空间。（图片引用：Optoma）
为8K普及化作准备事实上从 HDMI 1.4版本开始，4K画质传输就已经被 HDMI Forum 纳入官方标准，并于后来的2.0、2.0a、2.0b，不断提高支持刷新率，后续也加入 HDR、HLG 等等技术，不过最高分辨率依然没有提升。从 HDMI 2.1标准起，不仅4K画质支持的最高刷新率，已被正式拉高到120Hz，就连显示分辨率也加入了5K、8K（7680x4320）与10K（10240x4320）选项，理论上整体传输带宽上限达48Gbps。在8K与10K画质下，HDMI 2.1能够一口气支持到120H刷新率，解决了4K以上影像，于终端传输时的采用的标准问题，甚至还为将来近10年的影音媒体发展，预先做好了准备。
▲ 从 FHD 到4K虽是一段缓慢的进步过程，但未来迈入8K与10K时代时却并非如此，影音标准也因此预先做好了准备。（图片引用：NVIDIA）
更先进的HDR体验除了画质与屏幕刷新率的提升，HDMI 2.1也终于支持了「动态元数据」（Dynamic Metadata）功能，而受惠最多的部分，自然是高动态范围（HDR）技术，它能使显示影像的明、暗、黑、白细节，变得更加丰富与清晰。
▲ 即便 HDMI版本升级至2.1，端口形状与规格都跟以往没有差别，绝佳的向后兼容性让消费者不必重新熟悉。（图片引用：维基百科）
现有的 HDR 标准包含 HDR10、 HDR10+、Dolby Vision 及 HLG 等等。其中，HDR10+与 Dolby Vision 其实都支持动态元数据，但由于后者是独家的格式标准，为了避免垄断与授权上的麻烦，因此升级到开放性的 HDR10+，配合 HDMI 2.1规格更新，就有了绝对的必要。
▲市面上已经可以见到 Dolby Vision 媒体内容，例如电影、剧集等等；由于是独家标准，所以厂商配合成本较高，HDR10+即是个开放的新方案。
全新HDMI 2.1标准的7大特色早在2017年底，HDMI Forum 就已经正式宣布了 HDMI 2.1完整规格，但到开始有相关产品推出、支持和升级，不过是近期的事情。HDMI 2.1为消费者带来了不少新名词，例如 eARC、VRR、QFT、QMS、ALLM、DSC 等等，各自代表了一些新技术，这是过往 HDMI 接口未曾具备的全新特性。可以说，只要媒体设备采用了 HDMI 2.1标准，就能带给消费者更好的高画质影像体验。特性1：动态HDR与相关升级如前面章节所言，HDMI 2.1所支持的最高传输带宽，已经正式翻倍至48Gbps。根据官方规格协议，在4K、5K分辨率方面，HDMI 2.1可原生支持120Hz；8K原生支持至60Hz，但若要再上升到100Hz与120Hz，则需使用 DSC影像压缩传输技术；至于10K分辨率情况下，无论刷新率如何都必须采用 DSC。HDMI 2.1完整支持 BT.2020色域，且无论动态或静态 HDR 解决方案都能使用。动态 HDR 为「动态元数据」的技术应用，可以改善之前单部影像作品种，只能应用一种附加元数据的做法，进而使内容中的每一帧、每一幕，都能用上最理想的景深、细节、明亮度、反差跟宽广色域数据，呈现更细腻与真实的画面细节。
▲ 当影像应用了动态 HDR 后，在不同场景下，可以呈现比过往静态 HDR 跟 SDR 画面，更为鲜明细腻的对比。（图片引用：HDMI Forum，以下皆同）
▲ 要体验完整的 HDMI 2.1规格，必须使用「超高速」（UHS）等级传输线，而且跟过往一样，制造厂商必须提交产品进行认证。
特性3：eARC增强版音频回传通道在 HDMI 1.4时加入的 Audio Return Channel 功能，到了 HDMI 2.1进化成增强版的 eARC，这次升级主打连接简化、高度兼容性、更高格式支持与超高质量。eARC 传输带宽高达37Mbps，比起 ARC 高出30倍，当游戏主机、播放器等等设备，将音频传送至电视时，eARC 功能就可以将未经压缩的5.1、7.1，甚至于32声道信号，回传到如功放、回音壁之类的音响设备，既可以降低用户接线数量，还能保持高质量的声音。高比特率格式 DTS-HD、Dolby TrueHD，以及沉浸格式 Dolby Atoms、DTS：X 等等数十种规格，全都纳入了支持 HDMI 2.1的 eARC 支持范围。
▲ 简单比较光纤（TOSLINK）、ARC 与 eARC；简单来说，eARC 带宽更大，而且将唇形同步纳为强制标准，避免影像与声音失去同步。
特性4：VRR可变刷新率
HDMI 2.1不仅仅是把画面刷新率支持范围拉高，全新的可变刷新率（Variable Refresh Rate）特性，对于游戏玩家来说更是一项福利。VRR 最主要的用途，就是解决画面在高刷新率下的撕裂问题，同时让停顿、不连贯的影像变得流畅，原理如同推出已久的 FreeSync 或 G-Sync，当 GPU 运算得到画面后，VRR 能够实时呈现到电视上，通过保持跟影像来源同步，避免固定更新率所造成的延迟。虽然说 VRR 功能需要输出端、输入端皆有支持，才能得到理想中的效果，但比起过往的「垂直同步」（V-Sync）功能，仅可强迫画面帧率压在某一上限，VRR 在避免画面撕裂的能力上，显然更加具有弹性。
▲ 经由 VRR 功能，GPU 所运算完成的影像，不再受到屏幕更新率限制，随时可以输出到画面上，因此影像能够保持完整避免撕裂。
特性5：QMS快速媒体切换如果用户家中的电视，已经连了很多 HDMI 设备，那么在切换讯号源时，肯定会出现时间不短的黑画面或定格，HDMI 2.1标准所增加的 Quick Media Switching 功能，就是为了解决这种烦人的问题。透过 QMS 支持，HDMI 2.1连接的设备在进行影像切换时，无论输入信号的分辨率、刷新率有任何改变或差异，都能够立即显示到屏幕上而无需等待，借此达到多设备间的无缝切换，这非常实用。
▲ 过往切换 HDMI 装置时，电视或屏幕不免会出现黑屏，但只要信号源跟显示器都支持 HDMI 2.1的 QMS 功能，就可以立刻显示画面。
特性6：ALLM自动低延迟模式目前许多电视在画面设置中，都有一个「游戏」模式，除了改变色彩空间、色温、明亮度之外，更重要的是降低游戏中的延迟──不管是计算机还是家用主机到电视的输出。Auto Low Latency Mode 改善了过去用户需要手动切换的麻烦，让电视或显示器自行检测所接入的 HDMI 2.1设备，自动判断是否需要启动低延迟模式，这可以省下了不少时间。此外，HDMI 2.1所支持的快速画面传输（Quick Frame Transport，QFT），虽然原理类似于 VRR，但实际上也能减少延迟，减少用户跟显示设备互动的时间差。VRR、QFT、ALLM加上 QMS，HDMI 2.1使家庭娱乐体验有了革命性的升级。
▲现今大部分电视都配备「游戏模式」，很多消费者以为它只有色调上的差异，但事实确实能降低游戏主机、计算机画面输入时，跟玩家操作之间的延迟。\
特性7：DSC视频串流压缩前面提到，HDMI 2.1可以支持8K@120Hz与10K分辨率影像，但必须通过视频串流压缩（Display Stream Compression）技术才能实现。虽然说不压缩下的原生图像，显示会更加细致，但经过DSC压缩后，48Gbps带宽的 HDMI 2.1，能够输出最高10K、120Hz的超高质量视频画面。过去，HDMI 家族从来没有将 DSC 功能纳入标准，因此过渡到次世代影音内容时，造成了一些时间差与落后。当有了 DSC 技术加持，有限的带宽能发挥出无限的可能，在下一世代的 HDMI 能以原生支持10K影像前，通过 DSC 也是个不错的解决方案。
▲ 从Full HD到10K，HDMI包揽了所有高画质影像分辨率，但物理上的限制使得8K@120Hz与10K必须先行压缩后才能实现。
对抗 HDMI 2.1的竞争技术市面上的高画质影像显示规格，除了本文主题的 HDMI 外，DisplayPort 也是一个强大对手。DisplayPort 由 VESA 协会推出，开发时间比 HDMI 要晚，目前消费产品上常见的版本，大多都是 DP 1.4a，规格上已经支持到 DSC 压缩8K@120Hz输出能力，但真正能跟 HDMI 2.1竞争的标准，却是改为借助 Thunderbolt 物理层技术的DP 2.0。
▲一直以来 DisplayPort 的带宽上限，都会超越同世代的 HDMI 标准很多，到了 DP 2.0由于物理层大幅改动，有效带宽比例甚至拉高到了97%。（图片引用：VESA，以下皆同）
高达80Gpbs理论传输带宽如果你觉得 HDMI 2.1的48Gbps传输速度已经很惊人，那么根据 VESA 所制定的规范，DP 2.0的有效传输带宽高达77.37Gbps，绝对让人目瞪口呆。在连接单个显示器的情况下，DP 2.0能够原生输出，未压缩的10K（10240x4320）分辨率、60Hz刷新率影像；若用上 DSC 压缩，那么即便将画质提升到16K（15360×8460），依然没有任何问题，甚至还能附加60Hz刷新率与 HDR 功能，十足强悍。多输出成DP最大优势相较于 HDMI 大多被用在电视、投影机等家用产品上，而DisplayPort更常应用于显示器、计算机显示，所以多画面输出能力就成了 DP 跟 HDMI 间，在消费市场上的最大差别。DP 2.0套用 DSC 技术后，能够支持双8K@120Hz影像输出，若不进行信号压缩，则能达成双4K@144Hz规格，这对于消费者搭建双屏幕环境，并且更多的去选择高刷新率产品，从这点来说有着十足的吸引力。假设更极端的状况，例如大型活动或工业要求，DP 2.0也能支持3个10K@60Hz显示器 DSC 输出，或者3路4K@90Hz未压缩信号显示，比起 HDMI 2.1具备更大的扩展性。整合USB-C替代模式在发展自己的接口上，DP 的发展一向不是很成功，VESA 记取了这项教训，宣布将 DP 2.0与 USB、Thunderbolt 进行整合，纳入 DisplayPort Alt Mode 2.0成为正式规范。在未来，采用 USB 4协议的 Type-C 端口，包含 Thunderbolt 4在内，应该都能直接支持DP 2.0画面输出。虽然 HDMI 也在1.4b版本加入了替代模式，但市面上几乎没有任何产品实践，甚至到2.0以后的版本，HDMI Alt Mode 支持也都没有下文，所以 USB-C 上实用的影像输出规格，短期内仍然只会是 DisplayPort。整合 USB-C 的最大好处，就是当消费者通过 DP 2.0连接显示设备后，还可以透过显示屏上的 USB 端口，继续连接其他设备，并且以高速传输数据，对于硬件接线的简化有着相当大的提升。
▲ 未来 USB-C 将成为 DP 2.0的标准连接接口之一，并且同时支持数据传输与PD充电，但原来的DP接头并不会消失，因为替代模式仍有一定限制。
附表简单比较了 HDMI 2.1与 DP 2.0的规格区别，带宽上的差距直接造就最高显示能力的不同，但两种规格都还有待普及。
2019年
哪些东西会采用HDMI 2.1？从趋势来看，HDMI 2.1标准将从今年开始进入爆发成长期，主要原因莫过于次世代游戏主机上市，以及全新架构显卡产品也加入支持行列。既然如此，哪些东西现在能够体验到，HDMI 2.1带来的优势跟好处呢？让我们来简单盘点一下！次世代游戏主机推动科技领域改朝换代的关键，始终都是电子游戏，这道理已经被印证了不下数十次。无论是 Sony 推出的 PlayStation 5，或者微软推出的 Xbox Series X 与 Xbox Series S，全都将 HDMI 端口规格提升到2.1，大大增加消费者更换电视等影音产品的动力。游戏主机搭配 HDMI 2.1，首先得到的优势为4K@120Hz超高分辨率影像输出，毕竟 HDMI 2.0最高只能支持到60Hz，所以想要更加流畅的游戏画面，那么采用 HDMI 2.1连接与对应的电视，自然成了唯一的解决方案。其次，若要使用游戏主机配备的 ALLM、VRR、eARC 等等功能，那么升级 HDMI 2.1自然也有其必要。但要特别提醒，这三项功能也搭载 在部分HDMI 2.0规格的电视上，通过后续的固件更新，能够得到一些支持，具体还是要看各厂家的实际产品跟发布计划。
▲ 许多人认识 HDMI 2.1的缘由，几乎都是从如 PS5或 Xbox Series X/S 游戏主机而来，毕竟在此之前，确实没有一定要使用 HDMI 2.1规格的理由。
全新架构显卡
虽然说在计算机显示器领域，DisplayPort 依然有着绝对的影响力，但实际上 HDMI 反而是更多消费者注重的部分，假设没有多屏幕输出的需求，普遍都会选择HDMI。NVIDIA 全新的 GeForce RTX 30系列，以及 AMD 近期推出的 Radeon RX 6000系列，两家主要的显示芯片制造商，也将 HDMI 2.1列入为标准规格，消费者只要能买到就可以用上。对于显卡来说，HDMI 2.1所关注的重点就不是 ALLM、VRR 等特色功能，反倒是能够追求最极限的分辨率与刷新率。举例来说，GeForce RTX 3090让玩家得以在8K@60FPS HDR 的环境下玩游戏，若要将分辨率再拉高也不成问题。
▲ NVIDIA GeForce RTX 30系列显卡的目标，是要将4K游戏普及化，而 RTX 3090则看得更远，要把玩家带到8K时代，连接接口自然也得进行革新。
电视与显示器
随着影像输入端准备好了，接收端的 HDMI 2.1规格电视、显示器也陆续推出。目前几个大型的电视制造商，如 Sony、Samsung、LG、Panasonic 等等，都于近期推出了 HDMI 2.1规格的产品，画面大小都在55寸以上，如此一来体验4K、8K分辨率时，才能感觉到影像的震撼与逼真。
▲ 目前支持 HDMI 2.1的电视产品，主要都是大尺寸，且在4K或8K分辨率以上，因此售价并不便宜，例如售价24.5万的LG SIGNATURE OLED 8K。
至于计算机显示器，目前具备 HDMI 2.1接口的屏幕则相对稀少，LG 与 ROG 有部分产品发布。但由于计算机屏幕并不追求大尺寸，所以厂家把重点规格放在刷新率的提升，例如4K@144Hz之类的组合。就目前状况而言，玩家想入手 HDMI 2.1规格显示器，相较于电视来说并不太容易。
▲计算机屏幕还没有必须的理由要支持 HDMI 2.1，现有 DP1.4a也足够；不过在 DP 2.0成熟之前，相关产品应该都会陆续升级规格以保持自己优势。