HDMI加強(qiáng)型音頻回傳功能eARC介紹

多媒體消費(fèi)性電子產(chǎn)品與其應(yīng)用從90年代開始發(fā)展迄今已超過20多個年頭，以HDMI規(guī)格發(fā)展來說，不論是界面規(guī)格或是其應(yīng)用內(nèi)容，到目前為止已經(jīng)發(fā)展至能傳送超高清的10K圖像，并支持各種更貼近消費(fèi)者需求的功能；隨著規(guī)范更新，多媒體音頻也有巨大的改變，除了維持原本的聲音傳送功能之外，為了增強(qiáng)消費(fèi)者使用體驗，透過簡單的線纜連接設(shè)備，將多媒體音效在其他渲染功能強(qiáng)大的音效與影音接收裝置上進(jìn)行播放，消費(fèi)者無需再重復(fù)過去復(fù)雜的專用音頻線纜連接方式也能體驗相同、甚至更具臨場感的超高清影音多媒體內(nèi)容。

這樣的音頻傳送功能在HDMI界面的運(yùn)用場景如下圖所示，具有ARC或是eARC功能的電視，只需要一條具有該功能的HDMI線纜就能輕松的支持高達(dá)192KHz、24bit的High-bitrate audio音頻格式，以及5.1、7.1或是32通道的未壓縮音頻。另外該功能還支持傳送DTS-HD Master Audio、DTSregistered:、Dolby TrueHD、Dolby Atmos等音頻壓縮技術(shù)。

圖1: ARC / eARC應(yīng)用場景

eARC

HDMI 2.1a規(guī)范定義了新的音頻回傳功能Enhanced Audio Return Channel（eARC），這是一種利用差分信號構(gòu)架在eARC Rx與eARC Tx之間來回傳音頻數(shù)據(jù)的技術(shù)，此技術(shù)可在半雙工通信模式下進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳送；此外，并非所有的HDMI線纜都支持eARC功能。若要找尋支持eARC功能的線纜，必須使用底下列舉的HDMI線纜：

HDMI Category 1 with HEAC線纜

HDMI Category 2 with HEAC線纜

HDMI Category 3線纜（UHS HDMI線纜）

若HDMI設(shè)備在溝通建立eARC功能失敗時，可能是其中某個設(shè)備不支持該功能；此時可以選擇回到ARC模式來回傳音頻，前提當(dāng)然是兩個設(shè)備都必須支持ARC功能。

eARC信道構(gòu)架與編碼

相信熟悉電腦的大家應(yīng)該知道，獨(dú)立顯卡需要插在主板的PCIe插槽上才能正常使用，那么外接顯卡又要如何使用呢？

其實在外接顯卡盒內(nèi)部，也有一個可供用戶插上顯卡的PCIe 3.0插槽，使用者需要將顯卡插在顯卡盒的PCIe插槽，并將顯卡電源接上后開啟，再透過Thunderbolt線纜將顯卡盒連接至筆記型電腦即可，此時Thunderbolt所使用的PCIe信道會通過一個儲存裝置PCH或者直接連至CPU的模式來讓筆記型電腦可以正常識別，并使用外接顯卡盒中所插入的獨(dú)立顯卡。

所有電腦都支持Thunderbolt顯卡盒嗎？

HDMI eARC與ARC都是使用相同的信號線（HPD/Utility）來傳送回傳的音頻數(shù)據(jù)與控制信息，如圖2；不同的是ARC必須透過HDMI 1.4規(guī)范的CEC功能來輔助，以支持Single Mode與Common Mode的信號傳輸方式；相較于ARC，eARC則在原本的信號腳位上采用新的差分信號傳送構(gòu)架，來回傳音頻數(shù)據(jù)與控制信息，并且不需要CEC功能的支持，而是透過共模信號來溝通eARC的控制信息。

圖2: eARC音頻傳送信號線示意圖（來源：keysight.com）

由于eARC功能主要是用于音頻回傳，從HDMI設(shè)備的類別和功能的意義來定義音頻回傳為單向傳輸，由支持eARC功能的Sink（eARC Tx）設(shè)備傳送到Source（eARC Rx）設(shè)備；HDMI 2.1a規(guī)范定義了Differential Mode Audio Channel（DMAC：差分模式音頻通道），用于單向回傳音頻數(shù)據(jù)，同時定義了Common Mode Data Channel（CMDC：共模數(shù)據(jù)信道），用于雙向交換控制信息。

eARC音頻回傳采用IEC 60958-1標(biāo)準(zhǔn)定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來回傳音頻，該標(biāo)準(zhǔn)由192個Frame組成一個數(shù)據(jù)內(nèi)存塊（Block），由固定編碼（Preamble）可識別數(shù)據(jù)內(nèi)存塊；兩個Sub-Frames構(gòu)成一個Frame，每個Sub-Frame可傳送包含原始音頻在內(nèi)總長度為32-bit的數(shù)據(jù)，相關(guān)音頻數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)請參考圖3說明；該數(shù)位音頻標(biāo)準(zhǔn)通道編碼采用「Biphase-mark coding」，將Preamble之外的內(nèi)容加以編碼，以減少通道上傳輸?shù)闹绷鞒煞郑涣硗膺\(yùn)用了Falling Edge Modulation將數(shù)據(jù)內(nèi)存塊進(jìn)行調(diào)變再透過差分信號傳輸方式將音頻內(nèi)容發(fā)送到HDMI線纜的eARC通道上。上述相關(guān)編碼與調(diào)變方式請參考圖4與圖5。

圖3: Frame format and Data Structure of eARC

(IEC 60958-1 Digital Audio Interface)

圖4: Channel coding - Biphase-mark of eARC

(IEC 60958-1 Digital Audio Interface)

圖5: Falling Edge Modulation of eARC

eARC合規(guī)測試（一致性測試）

進(jìn)行eARC合規(guī)測試的目的是為了對支持eARC功能的發(fā)送和接收設(shè)備進(jìn)行規(guī)格驗證，包含電氣與協(xié)議驗證測試，測試項目如下表；另外想提醒讀者，根據(jù)相關(guān)測試規(guī)范，若HDMI會員欲進(jìn)行第一個eARC產(chǎn)品的合規(guī)測試，則必須交由HDMI Forum ATC來執(zhí)行。

表1: eARC認(rèn)證測試項目

接著我們來看看eARC信道上實際傳送信號的樣子（圖6），利用示波器測量eARC通道上的單端信號，可以解析出DMAC通道的差分音訊與CMDC通道所交換的溝通控制信息；另外可將差分信號測量波形進(jìn)行眼圖分析（圖7）。

圖6: eARC通道上傳送的信號

圖7: Differential Mode Eye Diagram on eARC channel

結(jié)論

消費(fèi)者對于圖像多媒體應(yīng)用的依賴與需求推動HDMI規(guī)范快速演進(jìn)，無論是圖像或者是音頻內(nèi)容都在幾年間有著巨大的變化；本文先針對最新HDMI加強(qiáng)型音頻回傳功能（eARC）的構(gòu)架、編碼方式與合規(guī)測試做了基本介紹，未來我們將針對此功能分享更詳細(xì)深入的規(guī)格解析與一致性測試內(nèi)容。

審核編輯：劉清