HDMI

ตอนนี้HDMI ถือได้ว่าเป็นช่องต่อมาตรฐานและใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อส่งสัญญาณมัลติมีเดียในระบบดิจิตอล ยิ่งในปัจจุบันระบบภาพและเสียงมีการพัฒนาไปมากทั้งความละเอียดระดับ 4K เสียงimmersive sound ต่างๆไม่ว่าจะเป็นdolby atmos, dts-x, auro 3D ซึ่งสามารถต่อลำโพงเพื่อใช้ในบ้านได้หลายสิบตัว ดังนั้นสายHDMIจึงเป็นสายที่ถูกออกแบบมาเพื่อใช้โอนถ่ายข้อมูลจำนวนมากเหล่านี้ คราวนี้เราลองมาดูกันหน่อยว่าสายHDMIที่เห็นเป็นช่องเล็กๆหลายๆช่องนั้นมันคือช่องอะไร ใช้ส่งข้อมูลด้านไหนกันบ้าง รวมถึงมาดูว่าสายHDMIที่ใช้มาหลายปีแล้วตอนนี้เราขยับขยายระบบขึ้นไปเป็น 4K HDRพร้อมระบบเสียงimmersive soundต้องมีการเปลี่ยนสายใหม่ไหม สายเดิมยังใช้ได้อยู่หรือเปล่า ลองมาหาคำตอบกันในฉบับนี้ครับ

แต่เดิมการเชื่อมต่อภาพและเสียงในระบบhome theaterใช้ระบบAnalog ต่อมาภายหลังปี ค.ศ.2010 การเชื่อต่อแบบDigitalได้เริ่มเข้ามาแทนที่และมีการพัฒนาจนมาเป็นสายHDMIหรือชื่อเต็มๆก็คือ High Definition Multimedia Interface เนื่องจากมีข้อดีในเรื่องลดจำนวนการเชื่อมต่อให้น้อยลง ต้านทานต่อสิ่งกวนภายนอก(Noise immunity)ได้ดี สามารถส่งสัญญาณเกี่ยวกับภาพและเสียงให้มีคุณภาพเช่นการส่งเป็นDeep color, x.v. Color, ภาพ3มิติ, High bit rate audio, Lossless compression เหล่านี้ทำให้การส่งต่อสัญญาณแบบHDMIได้รับความนิยมมากขึ้น HDMIได้มีการพัฒนาจากสายDVI เพื่อให้มีช่องต่อที่เล็กกว่าช่องDVI ร่วมกับสามารถรองรับการส่งผ่านสัญญาณเสียงได้ เพราะแต่เดิมนั้นสายDVIไม่สามารถส่งข้อมูลเสียง รับส่งได้แต่สัญญาณภาพแบบดิจิตอลอย่างเดียว รวมถึงมีการเพิ่มเติมคุณสมบัติการรองรับเฉดสีได้มากกว่าเดิม และสามารถรองรับคุณสมบัติCEC(Consumer Electronic Control)ร่วมกับอุปกรณ์มาตรฐานอื่นๆได้เช่นการใช้remoteร่วมกัน

HDMIที่ออกมารุ่นแรกจะเป็น HDMI 1.0 ลักษณะรูปร่างหน้าตาของสายทุกคนคงจะคุ้นเคยกันอยู่แล้วที่มีข้อต่อที่มีช่องเรียงกันแนวยาวสองแถวเหมือนกันทั้งสองด้านของสาย HDMIนับว่าเป็นการส่งข้อมูลทางดิจิตอลของภาพและเสียงแบบแรกที่ไม่ต้องมีการบีบอัดข้อมูล ตัวสายของHDMIจะแบ่งได้เป็นสองแบบคือHDMI StandardและHDMI High Speed โดยHDMI Standardจะรองรับความละเอียดของภาพที่ 720p/1080i มีความเร็วการส่งข้อมูลที่ 75MHz หรือ 2.25 Gbps(gigabits per second) ส่วนHDMIแบบHigh Speed Cables ต้องทดสอบจนสามารถส่งผ่านความเร็วbandwidth 340MHz หรือ 10.2Gbps รองรับความละเอียด 1080p จนถึงความละเอียดจอภาพระดับ4Kซึ่งถือว่าเป็นHDMI bandwidthที่สูงสุดในปัจจุบันด้วย นอกจากนี้ก็ยังมีHDMI with Ethernet ที่ถูกทำขึ้นมาเป็นversion1.4สามารถส่งข้อมูลถึง 100Mbps(megabits per second) พร้อมทั้งรองรับnetworkingในทุกรูปแบบ ต่อมาในปี ค.ศ.2013 ก็ได้มีการผลิต HDMI 2.0ขึ้นมา โดยเพิ่มความสามารถเข้ามาเป็น

• Bandwidths อยู่ที่ 18Gbps
• รองรับ 4K(2160p)
• สามารถต่อช่องสัญญาณเสียงได้ถึง 32ช่อง
• ความถี่ Audio sampling สูงถึง 1536Khz
• Streamingภาพได้ 2ช่องบนจอจอเดียว
• Streamingเสียงได้ 4ช่องพร้อมๆกัน
• รองรับอัตราส่วนภาพ 21:6

โดยทั้งหมดนี้สามารถส่งผ่านสาย High Speed HDMI

ก่อนหน้าที่จะไปถึงองค์ประกอบของสายHDMIมาทำความรู้จักกับคำต่อไปนี้ เพื่อที่จะใช้อธิบายการส่งสัญญาณในสายHDMIก่อน

Audio Return Channel(ARC)-สัญญาณเสียงผ่านHDMIที่ย้อนจากทีวีเข้าไปสู่A/V receiver เพื่อไม่จำเป็นต้องใช้สายCoaxialหรือสายOpticalเพิ่มเติมอีก มันจะสนับสนุนformatsต่างๆเช่นเดียวกับสายเหล่านี้ ซึ่งหมายถึงว่าไม่ได้สนับสนุนhigh-def audioหรือสัญญาณPCMแบบmulti-channel สนับสนุนเพียงข้อมูลบีบอัดของเสียงSurroundเท่านั้น ARCมีการพัฒนาขึ้นตั้งแต่HDMI1.4 แต่ปัญหาที่พบเป็นประจำจนถึงรุ่นHDMI2.0ก็คือถ้าใช้ทีวีกับA/V receiverต่างบริษัทกันบางทีมันไม่สามารถรับส่งสัญญาณเสียงหากันได้ทำให้ผู้ใช้บางคนจำเป็นต้องกลับไปใช้สายCoaxialหรือสายOpticalเหมือนเดิม ดังนั้นHDMIรุ่นใหม่ล่าสุดที่กำลังจะออกมาได้เพิ่มคุณสมบัติใหม่ที่เรียกว่าeARC โดยใช้ประโยชน์จากการที่มีbandwidthสูงขึ้นทำให้สามารถใช้กับระบบเสียงDolby Digital Plusและระบบเสียงที่ไม่มีการย่อแบบ Dolby True HD, DTS-HD Master จนถึงระบบเสียงแบบobject-basedพวกDolby Atmos และ DTS:X ได้ รวมถึงพัฒนามาตรฐานในการรับส่งข้อมูลเสียงให้อุปกรณ์ต่างบริษัทกันใช้มาตรฐานตัวเดียวกัน ทำให้สามารถส่งรับส่งข้อมูลให้กันได้อย่างไม่มีปัญหา

HDCP-ข้อมูลดิจิตอลที่ใส่เข้ามาเพื่อป้องกันการละเมิดลิขสิทธิ์ของสื่อด้านภาพและเสียง พัฒนาขึ้นมาโดยบริษัทIntel ซึ่งทั้งสายHDMIและDVI ใช้ระบบของHDCP

Source-อุปกรณ์ที่เป็นต้นทางส่งสัญญาณHDMI เช่นเครื่องเล่นblu-ray, กล่องรับสัญญาณดาวเทียม, เกมส์console, อุปกรณ์steamingต่างๆ

Sink-อุปกรณ์ที่รับข้อมูลHDMIเช่นทีวี หรือโปรเจคเตอร์ต่างๆ

DDC-ย่อมาจาก Display Data Channel ที่เป็นช่องหนึ่งในHDMIใช้เพื่ออุปกรณ์แต่ละตัวสื่อสารกันได้ เช่นเครื่องเล่นblu-rayก็รู้ว่าจอภาพที่กำลังจะแสดงภาพมีความละเอียดสูงสุดอยู่ที่เท่าไรโดยใช้การอ่านจากข้อมูลEDIDที่ส่งมาจากchipที่ประกอบด้วยข้อมูลชื่อบริษัท หมายเลขเครื่อง ความสามารถของเครื่อง เพื่อเครื่องblu-rayจะได้สามารถส่งสัญญาณออกมาให้เหมาะสมกับจอภาพที่ต่อไว้อยู่ นอกจากนั้นก็ยังส่งสัญญาณข้อมูลลิขสิทธิ์(HDCP)ด้วย

EDIT-มาจาก Extended Display Information Data เป็นข้อมูลอยู่ในหน่วยความจำที่เรียกว่าEPROMบนจอDVI หรือ HDMI sinkพวกจอต่างๆ โดยแหล่งต้นทางจะเช็คข้อมูลEDID PROMผ่านสายHDMI เพื่อจะได้ส่งข้อมูลทั้งภาพและเสียงได้ตรงตามจอหรือเครื่องที่กำลังจะรับข้อมูล ซึ่งอุปกรณ์Sinkต่างๆเหล่านี้ที่ใช้การเชื่อมต่อแบบHDMIจะต้องมี EDIDฝังอยู่ในเครื่อง

HDMI Switch-ตัวสลับเปลี่ยนช่องสัญญาณระหว่างHDMI source กับ HDMI sink

HDMI Converter-อุปกรณ์ที่เปลี่ยนสัญญาณHDMIไปเป็นสัญญาณแบบอื่นๆเช่น Cat 5/6, fiber, coax เพื่อประโยชน์ในการต่อสายให้ยาวขึ้น

HDMI Repeater-อุปกรณ์ที่อยู่ระหว่างHDMI source กับ HDMI sink เช่น A/V receiver

Cliff Effect-ความสมบูรณ์ของภาพขึ้นอยู่กับความยาวของสายและการต่อสายต่างๆ เมื่อความยาวของสายมากเกินไปทำให้คุณภาพของภาพลดลงไป หรือภาพอาจจะหายไปเลยเนื่องจากการสูญเสียข้อมูลไประหว่างทาง หรือการต่อกันไม่ติดของสัญญาณระหว่างขั้วต่อสัญญาณ ซึ่งปรากฏการณ์นี้เรียกกันว่าcliff effect โดยขึ้นอยู่กับ วัสดุที่ใช้ทำสายเอง ฉนวน การเชื่อมต่อของจุดเชื่อมต่อต่างๆภายในสาย และการเชื่อมต่อระหว่างสายกับอุปกรณ์

คราวนี้ลองมาดูด้านกายภาพของหัวHDMI จะเห็นว่ามีช่องเล็กๆอยู่ 19ช่อง แต่ละช่องก็ทำหน้าที่รับส่งสัญญาณต่างๆกันไปดังรูป ช่องที่1-10จะเรียกว่าช่อง TMDS(Transition Minimized Differential Signaling)ใช้ส่งสัญญาณTMDSแบบhigh-speed digital dataทั้งหมด3ชุดของสีน้ำเงิน สีเขียว สีแดง แต่ละชุดประกอบไปด้วยสาย Positive(+) สายNegative(-)และสายกราวด์

CEC(Consumer Electronics Control)จะอยู่เป็นช่องที่13 เป็นการส่งข้อมูลคำสั่งการควบคุมอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อด้วยกัน ทำให้ผู้ใช้สามารถควบคุมอุปกรณ์ที่รองรับCECหลายๆตัวพร้อมกันโดยใช้แค่remote controlตัวเดียว ช่องที่ 15และ16เป็นช่องสัญญาณDDCส่วนช่องที่ 19ช่องHPD(Hot Plug Detect) จะเป็นช่องแรกที่ส่งสัญญาณหากันเพื่อให้Sinkหรือจอต่างๆแนะนำตัวกับต้นทางหรือsource ทำให้ตัวsourceรู้ว่าจอภาพเป็นแบบไหนแล้วจึงทำการresetสัญญาณHDMIเพื่อส่งให้Sinkอย่างถูกต้องเหมาะสมต่อไป

ปัจจุบันเราอาจจะสับสนกับรุ่นของHDMIที่มีออกมาทั้งHDMI1, HDMI 1.4, HDMI 2.0 และล่าสุดกำลังจะมา HDMI 2.1 แล้วจอภาพที่ใช้อยู่ของเราเป็นแบบไหน และถ้าจะซื้อเครื่องเล่นใหม่ๆที่รองรับ 4K หรือ HDR ต้องเปลี่ยนสายให้เป็นรุ่นสูงขึ้นไหม? ตอบว่าเอาง่ายๆตอนนี้ถ้าจะให้พูดกันโดยทั่วไป จอภาพ จอทีวี เครื่องเล่น เกมส์คอนโซลต่างๆ ที่ซื้อในช่วง 5ปีที่ผ่านมาส่วนมากแล้วอย่างน้อยจะรองรับ HDMI 1.4 โดยHDMIสามารถส่งผ่านความละเอียด 1080pได้ทุกแบบไม่ว่าจะเป็นหนัง เป็นเกมส์ ภาพยนตร์3D นอกจากนี้ยังรองรับ4K ได้ด้วย แต่ได้ถึงแค่ความถี่ 30Hz(30frame/sec)เท่านั้น ส่วนHDMI 2.0จะเพิ่มความสามารถหลักๆที่การส่งข้อมูลด้าน 4K HDR เนื่องจากHDMI2.0สามารถส่งผ่านข้อมูลได้เยอะกว่าทำให้รองรับภาพความละเอียดและความถี่ของภาพที่สูงมากขึ้นเช่น1080pความถี่120hzแบบHDR รวมถึง 4Kความถี่60Hz ทั้งยังสามารถส่งข้อมูลรายละเอียดของสีได้ถึง10-bit และ12-bit ความกว้างของสีก็ส่งได้กว้างถึงระดับRec.2020 ส่งสัญญาณเสียงได้ 32ช่องเสียงจึงเหมาะมากกับDolby Atmos หรือimmersive soundแบบต่างๆ ที่สำคัญตัวHDMI2.0ยังสามารถใช้ร่วมกับHDMI1.4ได้ สำหรับHDMIรุ่นล่าสุดได้แก่HDMI2.1ในตอนนี้เราคงยังไม่ต้องกังวลเนื่องจากส่วนมากเน้นไปในกลุ่มเกมส์ประเภทhardcore หรือสื่อแสดงภาพระดับhi-endก่อน โดยจะสนับสนุน4K ที่ 120hz HDR หรือแม้กระทั่ง 8K ที่60hz HDRซึ่งก็ถือว่าในปัจจุบันยังเกินความจำเป็นสำหรับการใช้ตามบ้านทั่วไป

สรุปได้ว่าสายHDMI นับว่าเป็นการเชื่อมต่อโดยใช้เทคโนโลยีที่ซับซ้อนกว่าในอดีต มีอิทธิพลอย่างมากในการใช้งานระบบHome theaterในปัจจุบันอีกทั้งบนกล่องสายHDMIส่วนมากก็ไม่ได้ระบุversionไว้ว่าเป็นรุ่นไหนบ้าง บางทีก็บอกเพียงแค่ความสามารถและคุณสมบัติบางประการ ดังนั้นควรจะต้องศึกษาเพื่อจะได้รู้ทันว่าสายHDMIในแต่ละรุ่นแต่ละแบบมีลักษณะอย่างไรบ้าง เพื่อจะเลือกใช้ให้ถูกต้องเหมาะสมกับระบบhome theaterในห้องได้