引言
HDMI 2.1是HDMI最新推出的HDMI標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)的視頻傳輸速度提高300%，壓縮功能增強300%，視頻帶寬比HDMI 2.0的18 Gbps高9倍。HDMI 2.1標(biāo)準(zhǔn)增加了一系列新特性，包括動態(tài)HDR(Dynamic HDR)、可變刷新率(Variable Refresh Rate, VRR)和快速媒體切換(Quick Media Switching)。您需要購買新的視頻輸入設(shè)備和電視機才能體驗上述全新功能。搭載這些全新功能的設(shè)備將在未來幾年內(nèi)陸續(xù)推出。單臺設(shè)備無法提供上述所有功能。
由于搭載HDMI 2.1新功能的產(chǎn)品將在未來幾年內(nèi)逐步推出，屆時音視頻接收器(AV Receiver, AVR)等音頻設(shè)備將無法兼容最新的產(chǎn)品。舉個例子，如果游戲用戶新購帶有VRR功能的電視機和游戲機，則用于游戲機和電視機之間的AVR也需要升級，而升級AVR是非常昂貴的，哪怕是AVR最主要的音頻功能并沒有發(fā)生改變。如果AVR未部署在游戲機和電視機之間的HDMI鏈路中，則無法播放高級音頻格式，例如Dolby?Atmos和DTS?：X。
為了能夠讓現(xiàn)有的AVR兼容新設(shè)備，HDMI 2.1標(biāo)準(zhǔn)帶來了全新的增強音頻回傳通道(Enhanced Audio Return Channel, eARC)功能。eARC技術(shù)的引入可確保AVR與電視機的前向兼容性，實現(xiàn)更高的質(zhì)量和更佳的易用性。
與現(xiàn)有的家庭影院音頻互連方式相比，HDMI 2.1 eARC提供了多方面的提升：
1. eARC是唯一能夠提供前向兼容性的解決方案，可確保AVR兼容新的電視機
2. 提供無與倫比的完整音頻質(zhì)量，提供的寬帶是光纖的近30倍
3. 實現(xiàn)更好的跨品牌互操作性
4. 卓越的易用性
5. 簡化互連
前向兼容性的挑戰(zhàn)
在過去8年里，電視技術(shù)已經(jīng)從1080p發(fā)展到了4K。伴隨著4K技術(shù)的發(fā)展，新一代HDCP版權(quán)保護(hù)技術(shù)也應(yīng)運而生用于保護(hù)4K視頻內(nèi)容。但是新功能的推廣不是一蹴而就的，需要多年時間的逐步推進(jìn)，就像當(dāng)年4K AVR的發(fā)展歷程一樣：
1. 支持HDCP 1.4版權(quán)保護(hù)技術(shù)的4K30視頻應(yīng)用
2. 支持HDCP 2.2版權(quán)保護(hù)技術(shù)的4K30視頻應(yīng)用
3. 支持HDCP 2.2版權(quán)保護(hù)技術(shù)的4K60視頻應(yīng)用
4. 支持HDCP 2.2版權(quán)保護(hù)技術(shù)和高動態(tài)范圍的4K60視頻應(yīng)用
在新功能逐步推向市場的進(jìn)程中，大多數(shù)4K AVR將會變得無法兼容最新的4K視頻產(chǎn)品，例如4K藍(lán)光播放器。雖然上文中列出的4款A(yù)VR應(yīng)用都是以“4K AVR”的名義銷售，但只有最新一代AVR產(chǎn)品才能與當(dāng)今的4K藍(lán)光光盤和其他4K電影內(nèi)容完全兼容。
保持前向兼容性是貫穿始終的挑戰(zhàn)。對于購買AVR系統(tǒng)的客戶而言這一點影響甚大，因為在大多數(shù)家庭影院系統(tǒng)中AVR通常是使用時間最長的。
HDMI 2.1 eARC旨在確保用戶的AVR和回音壁設(shè)備免于隨著HDMI 2.1標(biāo)準(zhǔn)逐步推廣而過時。eARC技術(shù)也可顯著提高家庭影院系統(tǒng)的整體質(zhì)量、互操作性、可用性和互連。
提供前向兼容性
eARC通過從視頻傳輸路徑中剔除音頻設(shè)備的參與來確保前向兼容性。使用傳統(tǒng)AVR系統(tǒng)時，音頻和視頻都從輸入源設(shè)備通過AVR傳輸?shù)诫娨暀C。
圖1：不使用eARC的傳統(tǒng)AVR互連方式
而使用eARC時，設(shè)備直接連接到電視機，然后電視機將僅包含音頻的eARC信號發(fā)送到AVR。這種互連方式可以避免視頻格式帶來的問題，可達(dá)大幅延長帶有eARC功能的AVR的使用壽命。eARC能夠為家庭影院系統(tǒng)實現(xiàn)品質(zhì)始終如一的卓越音頻體驗。
要將帶有eARC功能的AVR或回音壁連接到電視機，請將支持帶有以太網(wǎng)功能的HDMI線纜從音頻設(shè)備連接到電視的HDMI-eARC輸入。然后，將其他HDMI設(shè)備連接到電視機。連接方式如下圖所示：
圖2：使用eARC的全新AVR互連方式
以這種方式實現(xiàn)家庭影院系統(tǒng)中設(shè)備的互連更加方便。eARC系統(tǒng)的用戶只需使用電視遙控器即可處理所有輸入切換，無需分別使用AVR遙控器切換AVR輸入和使用電視機遙控器來切換電視機輸入。上述功能不僅支持HDMI輸入，還包括電視機內(nèi)置應(yīng)用以及任何其他輸入，如模擬視頻和電視機調(diào)諧器。 如果電視機和AVR支持CEC功能，用戶使用電視機遙控器還可控制音頻設(shè)備的開/關(guān)、音量增大/減小和靜音功能。在使用eARC時，CEC并不是必需的。
以傳統(tǒng)方式使用AVR也不會有問題，即輸入設(shè)備連接到AVR。如果用戶之后購買了超過AVR視頻功能支持的高級設(shè)備，將其直接連接到電視機即可，eARC功能會將音頻發(fā)送到AVR。
通常情況下，消費者購買的電視機和AVR往往來自不同的制造商。eARC可確保不同品牌的電視機和AVR在互連時的兼容性和互操作性。增強的兼容性是eRAC技術(shù)帶來的第一項優(yōu)勢，視頻不再經(jīng)過AVR進(jìn)行傳輸，eARC功能的發(fā)現(xiàn)機制是全新的并專用于音頻設(shè)備和格式的發(fā)現(xiàn)，如下文所述。
HDMI eARC是消費者今后購買HDMI AVR或回音壁時必須要的功能，因為它是未來HDMI 2.1設(shè)備間互相兼容的唯一保障。除了保證設(shè)備間兼容性的優(yōu)勢之外，eARC還在易用性、音頻性能和音頻接口兼容性等方面帶來實質(zhì)性的改進(jìn)，這還是將惠及未來幾十年的設(shè)計。
技術(shù)細(xì)節(jié)
eARC工作原理
eARC功能使用支持以太網(wǎng)的HDMI線纜將高比特率音頻信號從電視機傳輸?shù)揭纛l設(shè)備。該線纜是基于HDMI 1.4標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的。支持以太網(wǎng)的HDMI線纜的連接器和引腳與普通HDMI線纜是一樣的。支持以太網(wǎng)的HDMI線纜的引腳14、15和19的結(jié)構(gòu)為雙絞屏蔽線對，設(shè)計用于HDMI以太網(wǎng)通道。在不支持以太網(wǎng)的HDMI線纜中，這些只是簡單的直通引腳，不支持eARC信號傳輸。
電視機發(fā)送的eARC信號與SPDIF音頻信號的格式類似，但是傳輸速率高達(dá)每秒98兆比特。除去協(xié)議開銷，原始音頻的最大傳輸速度大約為每秒37兆比特，支持8通道192 kHz 24位未壓縮PCM音頻。(8×192,000×24≈36,864,000比特每秒)
每秒1兆比特的雙向數(shù)據(jù)信號被調(diào)制在eARC音頻信號上。該雙向信號用于eARC電視機發(fā)現(xiàn)eARC音頻設(shè)備。該數(shù)據(jù)信號還有其他用處：它使得電視機能夠讀取音頻設(shè)備支持的音頻格式列表，允許電視機發(fā)送口形同步校正數(shù)據(jù)，并讓音頻設(shè)備定期向電視發(fā)送“心跳”信號，通知電視機應(yīng)當(dāng)將內(nèi)置揚聲器保持靜音狀態(tài)。在eARC設(shè)備中使用這些數(shù)據(jù)信號的規(guī)定是強制性的。這些信號在光纖(TOSlink)或SPDIF音頻鏈路中均不可用，并且在較早的HDMI-ARC音頻鏈路中是可選的。
eARC與其他音頻互連方式的比較
將音頻從電視機傳輸?shù)揭纛l設(shè)備的方法還有其他幾種，如光纖(TOSlink)和HDMI-ARC。但是上述方法均具有局限性，而eARC則克服了這些限制。下方對照表展示了三種方法的差異。
eARC的一個主要優(yōu)勢是支持HDMI標(biāo)準(zhǔn)下的所有家庭影院格式。上一代HDMI 1.4 ARC功能僅支持通過單引腳以1 Mbit/s的速率傳輸音頻輸，已經(jīng)不適合當(dāng)今的高端音頻標(biāo)準(zhǔn)。特別是在播放藍(lán)光格式音頻時，音頻往往要使用超過TOSlink和ARC支持范圍的更高帶寬，而eARC可提供所需的全部帶寬。
與ARC相比，內(nèi)建的eARC數(shù)據(jù)通道能夠極大地提高可靠性和兼容性，同時本質(zhì)上還是傳統(tǒng)的“流式(flow-through)”AVR互連方法。盡管較早的HDMI-ARC標(biāo)準(zhǔn)也能提供與eARC相同的發(fā)現(xiàn)機制，提供相似的消息發(fā)送，但是消息功能是可選的，而且發(fā)現(xiàn)/消息發(fā)送方案基于HDMI-CEC。HDMI的CEC引腳支持設(shè)備間互相發(fā)送遙控命令。但目前的問題是，不同的制造商對CEC功能進(jìn)行了不同的定制，在實際使用的時候可能發(fā)生未知的問題。在日常使用中，用戶將多個不同品牌的設(shè)備連接到一起后，難以確保CEC正常工作。一會兒CEC功能打不開，一會兒打開之后又會引發(fā)一些預(yù)料之外的問題。因此，eARC在設(shè)計之初就不再依賴于CEC。如果其他設(shè)備不支持eARC，eARC設(shè)備可以設(shè)計為自動回退到ARC模式。eARC僅用于確保電視機和AVR(或回音壁)之間的兼容性。其他HDMI設(shè)備無需eARC支持。
一個常見的問題：如果eARC的設(shè)計克服了CEC的一些問題，那么為什么eARC還要使用CEC來實現(xiàn)自動化的用戶遙控命令呢?這是因為eARC數(shù)據(jù)通道僅支持“隱形的(invisible)”操作，例如eARC鏈路的發(fā)現(xiàn)和設(shè)置、確定格式和口形同步。eARC數(shù)據(jù)通道不能發(fā)送音量增大/減小和靜音等用戶命令是有意設(shè)計的。這么設(shè)計的原因是現(xiàn)在已經(jīng)有很多不同的方式來發(fā)送用戶命令，如所有HDMI標(biāo)準(zhǔn)版本都內(nèi)建的CEC功能、經(jīng)過編程的通用遙控器或智能手機應(yīng)用。所以，eARC沒有將遠(yuǎn)程控制功能添加到eARC數(shù)據(jù)通道是有意為之，以防止?jié)撛诘目捎眯詥栴}。此外，CEC引腳也具備獨特優(yōu)勢，非常適合用于通過HDMI發(fā)送“開機(Power On)”消息，因此在支持CEC的系統(tǒng)中仍然可以使用該功能。而eARC音頻方案的一大優(yōu)勢是可以在沒有CEC的情況下完美運行，用戶可以選擇是否使用CEC進(jìn)行設(shè)備控制。
eARC不僅可以繞過CEC，還可以繞過HDMI鏈路的其余部分。在從HDMI 2.0到HDMI 2.1的發(fā)展過程中，其他HDMI引腳上的大部分信號都發(fā)生了變化。而eARC沒有這些擔(dān)憂，可以確保最大的兼容性，特別是用戶在購買新電視機時無需考慮太多。但是，要在(HDMI 1.4)ARC模式下使用兼容eARC的設(shè)備，例如一起使用HDMI-eARC AVR與HDMI-ARC電視機時必須啟用CEC，因為CEC是ARC發(fā)現(xiàn)機制的一部分。
eARC可以降低音頻設(shè)備的成本，因為AVR或回音壁無需支持4至8個超高速48G HDMI 2.1輸入/輸出端口。
eARC帶寬
eARC支持的最高音頻負(fù)載為36.8 Mb/s。正好支持8通道24位192 kHz未壓縮音頻。這是藍(lán)光格式音頻使用的最大音頻帶寬。它還支持4通道I2S接口的音頻帶寬，這是一種芯片到芯片的電子接口，常用于高端音頻設(shè)備傳輸音頻。最后，eARC還支持與現(xiàn)有的HDMI以太網(wǎng)線纜，后者的設(shè)計速率最高為100 Mb/s(以太網(wǎng))。eARC功能除去協(xié)議開銷，實際使用的帶寬最高為98 Mb/s，完美適配現(xiàn)有的HDMI以太網(wǎng)線纜。
支持的音頻格式
以下是eARC支持的音頻格式列表：
未壓縮格式：
● 2至8通道，所有HDMI標(biāo)準(zhǔn)采樣率，高達(dá)192 kHz頻率和24位比特率
● 高達(dá)32通道，采用降低的采樣率，如16通道96 kHz和32通道48 kHz
Dolby格式：
● Dolby Digital (AC-3)
● AC-4
● Dolby Digital Plus (E-AC-3, 192 kHz x 2 ch x 16 位帶寬)
● Dolby TrueHD
● Dolby Atmos
DTS格式：
● DTS
● DTS-HD Master Audio
● DTS:X
Fraunhofer格式：
● MP3
● AAC-LC
● HE-AAC
● HE-AACv2
● AAC-LC和HE-AAC，帶有MPEG環(huán)繞支持
● MPEG-H 3D音頻
HDMI沒有定義或限制哪些格式可以或不可以使用，所以還可能支持的格式這里無法一一列舉。但是，有兩個音頻格式可能會給使用eARC功能造成困難：DVD—Audio和超級音頻CD(Super Audio CD)。這些音頻專用的光盤基本已經(jīng)過時了，要注意DVD-Audio與DVD電影的音頻軌道不一樣。大多數(shù)情況下，您可以通過將這些高端音頻播放器直接連接功放來解決問題。
適用于eARC功能的萊迪思解決方案
SiI9437和SiI9438
萊迪思SiI9437 eARC接收器和SiI9438 eARC發(fā)送器是32引腳QFN IC，通過HDMI傳輸和接收eARC數(shù)據(jù)。這兩款I(lǐng)C旨在幫助電視機、電腦顯示器、AVR和回音壁制造商能夠輕松地將eARC應(yīng)用到現(xiàn)有的設(shè)計中，甚至將HDMI功能集成到片上系統(tǒng)中。
這兩款I(lǐng)C不發(fā)送或接收HDMI信號;它們只用于連接eARC引腳14和19。這樣的話這兩款I(lǐng)C就能集成到使用任何版本HDMI標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)有HDMI發(fā)送器和接收器解決方案中，如下所示：
圖3：適用于eARC功能的萊迪思SiI9437和SiI9438解決方案
這兩款I(lǐng)C可在SPDIF/I2S音頻接口和差分eARC信號之間進(jìn)行橋接，速率最高可達(dá)98 Mb/s。SiLR9437/SiI9438器件支持IC上用于控制功能的I2C接口以及eARC數(shù)據(jù)通道橋接。
SiI9437和SiI9438 eARC接收器和發(fā)送器目前已量產(chǎn)并且相應(yīng)的開發(fā)套件CP9437和CP9438現(xiàn)已上市。
總結(jié)
eARC可用于確保未來設(shè)備的前向兼容性，在易用性、音頻性能以及與任何其他音頻接口的兼容性方面提供實質(zhì)性的提升，為家庭影院聲音體驗帶來了重大升級，并且將成為用戶購買HDMI AVR或回音壁時的重要考量。在未來一兩年的時間里，eARC很有可能進(jìn)入大多數(shù)(也許是所有的)HDMI音頻設(shè)備。
