Granite River Labs, GRL
Allen Chen 陳明忠
멀티미디어 가전 제품 및 그 응용 분야는 1990년대 이후 20년 이상 동안 개발되어 왔습니다. HDMI® 사양의 발전에 있어서는 인터페이스 규격이나 그 애플리케이션 내용에 상관없이 지금까지 초고화질 10K 영상 전송이 가능하도록 개발되었으며, 소비자 요구에 보다 근접한 다양한 기능을 지원합니다. 사양의 업데이트와 함께 멀티미디어 오디오도 큰 변화를 겪었습니다. 멀티미디어 사운드 효과는 강력한 렌더링 기능이 있는 다른 오디오 및 비디오 수신 장치에서 재생됩니다. 소비자들은 과거 전용 오디오 케이블의 복잡한 연결 방식을 사용하지 않고도 동일하거나 더욱 몰입감 있는 초고화질 시청각 멀티미디어 콘텐츠를 경험할 수 있습니다.
이러한 오디오 전송 기능을 HDMI 인터페이스에 적용하는 시나리오는 아래 그림과 같습니다. ARC 또는 eARC 기능이 있는 TV는 이 기능이 있는 HDMI 케이블만 있으면 최대 192KHz 및 24bit 형식의 High-bitrate 오디오와 5.1, 7.1 또는 32채널의 비압축 오디오를 쉽게 지원할 수 있습니다. 또한 이 기능은 DTS-HD Master Audio™, DTS:X®, Dolby® TrueHD, Dolby Atmos® 및 기타 오디오 압축 기술의 전송도 지원합니다.
그림 1: ARC/eARC 애플리케이션 시나리오(출처: hdmi.org )
eARC
HDMI 2.1a 사양은 새로운 오디오 리턴 기능인 eARC(Enhanced Audio Return Channel)를 정의하는데, 이는 차동 신호 아키텍처를 사용하여 eARC Rx와 eARC Tx 간에 오디오 데이터를 앞뒤로 전송하는 기술입니다. 이 기술은 통신 모드에서 반이중 양방향 데이터 전송에 사용할 수 있습니다. 또한 모든 HDMI 케이블이 eARC 기능을 지원하는 것은 아닙니다. eARC 기능을 지원하는 케이블을 찾으려면 아래 나열된 HDMI 케이블을 사용해야 합니다.
- HDMI 카테고리 1 (HEAC 포함)
- HDMI 카테고리 2 (HEAC 포함)
- HDMI 카테고리 3 케이블(UHS HDMI 케이블)
EHDMI 장치가 통신 중에 eARC 기능을 설정하지 못하는 경우 장치 중 하나가 이 기능을 지원하지 않을 수 있습니다.이때 두 장치가 모두 ARC 기능을 지원해야 하는 경우 오디오를 앞뒤로 전송하도록 ARC 모드로 돌아갈 수 있습니다.
eARC 채널 아키텍처 및 인코딩
HDMI eARC와 ARC는 모두 그림 2와 같이 동일한 신호 라인(HPD/유틸리티)을 사용하여 반환된 오디오 데이터와 제어 정보를 전송합니다. 차이점은 ARC가 싱글 모드를 지원하려면 HDMI 1.4 사양의 CEC 기능을 지원해야 한다는 것입니다. ARC와 비교하여 eARC는 오디오 데이터를 전송하고 정보를 앞뒤로 제어하기 위해 원래 신호 핀에 새로운 차동 신호 전송 구조를 사용합니다. 그리고 CEC 기능의 지원이 필요하지 않지만 공통 모드 신호를 통해 eARC의 제어 정보를 전달합니다.
그림 2: eARC 오디오 전송 신호 라인의 개략도(출처: keysight.com )
eARC 기능은 주로 오디오 리턴을 위해 사용되기 때문에 오디오 리턴은 HDMI 장치의 종류와 기능의 의미로부터 단방향 전송으로 정의되며, eARC 기능을 지원하는 싱크(eARC Tx) 장치에서 소스(eARC Rx) 장치로 전송된다. HDMI 2.1a 규격은 오디오 데이터를 한 방향으로 반환하는 데 사용되는 차동 모드 오디오 채널(DMAC: Differential Mode Audio Channel)과 제어 메시지의 양방향 교환에 사용되는 공통 모드 데이터 채널(CMDC: Common Mode Data Channel)을 정의합니다.
eARC 오디오 리턴은 IEC 60958-1 표준에 의해 정의된 데이터 구조를 사용하여 오디오를 리턴하고 반환합니다. 표준은 고정된 코드(Preamble)로 식별할 수 있는 데이터 블록(Block)을 형성하기 위한 192개의 프레임으로 구성됩니다. 두 개의 서브 프레임은 프레임을 구성하고, 각 서브 프레임은 원본 오디오를 포함한 총 32비트 길이의 데이터를 전송할 수 있습니다. 관련 오디오 데이터 구조는 그림 3을 참조하십시오.디지털 오디오 표준 채널 코딩은 "Bipase-mark coding"을 채택합니다. 채널에서 전송되는 DC 성분을 줄이기 위해 Preamble 이외의 콘텐츠를 인코딩합니다. 또한 Falling Edge Modulation은 데이터 블록을 변조한 다음 차동 신호 전송을 통해 오디오 콘텐츠를 HDMI 케이블의 eARC 채널로 전송하는 데 사용됩니다.상기와 관련된 부호화 및 변조 방법은 그림 4 및 그림 5를 참조하십시오.
그림 3: eARC의 프레임 형식 및 데이터 구조(IEC 60958-1 Digital Audio Interface)
그림 4: 채널 코딩 - eARC의 Biphase-mark(IEC 60958-1 Digital Audio Interface)
그림 5: eARC의 하강 에지 변조
eARC 컴플라이언스 테스트 (적합성 시험)
eARC 적합성 시험의 목적은 전기 및 프로토콜 검증 시험을 포함하여 eARC 기능을 지원하는 송수신 장치의 사양을 검증하는 것이며 시험 항목은 다음과 같습니다. eARC 제품의 컴플라이언스 테스트은 HDMI 포럼 ATC에 의해 수행되어야 합니다.
표 1: eARC 인증 테스트 항목
다음으로 eARC 채널의 실제 전송 신호를 살펴보겠습니다(그림 6). 오실로스코프를 사용하여 eARC 채널의 싱글 엔드 신호를 측정하면 DMAC 채널의 차동 오디오와 CMDC 채널이 교환하는 통신 제어 정보를 분석할 수 있습니다. 차동 오디오 측정 파형에 대한 아이 다이어그램 분석을 수행합니다(그림 7).
그림 6: eARC 채널에서 전송되는 신호
그림 7: eARC 채널의 차동 모드 아이 다이어그램
결론
비디오 및 멀티미디어 애플리케이션에 대한 소비자의 의존도와 요구는 HDMI 사양의 급속한 발전을 촉진합니다. 비디오 및 오디오 콘텐츠는 지난 몇 년 동안 엄청난 변화를 겪었습니다. 이 아티클은 먼저 최신 HDMI eARC(Enhanced Audio Return Function)의 아키텍처 및 인코딩에 중점을 둡니다. 방법 및 적합성 테스트가 기본적으로 소개되었고 앞으로 이 기능에 대한 보다 자세하고 심도 있는 사양 분석 및 컴플라이언스 테스트 콘텐츠를 공유할 예정입니다.
References
- High-Definition Multimedia Interface Specification Version 2.1a, February 7, 2022
- IEC 60958-1 Digital Audio Interface – Part 1: General, Second edition 2004-03
- Keysight D9021HDMC HDMI Electrical Performance Validation and Compliance Software Data Sheet
Author
GRL 대만Technical Director, Allen Chen
Allen은 15년 이상 ITRI, Sunplus Technology 및 Xinze Digital과 같은 기업에 서비스를 제공했습니다. IP 검증, SI/PI 시뮬레이션, MIPI, HDMI, DisplayPort 및 DDR과 같은 기술을 전문으로 합니다.
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2022/10/12 AN-221012-TW
