High Definition Multimedia Interface

High Definition Multimedia Interface [haɪ ˌdefɪˈnɪʃən ˌmʌltiˈmiːdiə ˈɪntəfeɪs] (kurz HDMI) ist eine ab Mitte 2003 entwickelte Schnittstelle für die volldigitale Übertragung von Audio- und Video-Daten in der Unterhaltungselektronik. Sie vereinheitlicht existierende Verfahren, erhöht gegenüber diesen die Qualitätsmerkmale und bietet außerdem auch ein zusammenhängendes Kopierschutz-Konzept (DRM). Die aktuelle HDMI-Version ist 1.4a.

HDMI-Logo

HDMI-Stecker

Entwicklungsgründe

HDMI wurde von der Industrie für den Bereich der privat genutzten Unterhaltungselektronik (englisch home entertainment) eingeführt. Da hier immer mehr digitale Komponenten eingesetzt werden und auch der Nutzinhalt mittlerweile vorwiegend in digitalisierter Form vorliegt (z. B. DVD, DVB usw.), wurden die Schwächen der bisher unvermeidlichen Digital-Analog- und Analog-Digital-Wandlungen immer offensichtlicher. Lange Zeit hatte sich die Filmindustrie jedoch jeder Bestrebung widersetzt, Videodaten digital auszugeben, da zu befürchten war, dass jeder Kopierschutz über kurz oder lang überwunden werden kann. Mit dem Kopierschutz HDCP 1.1 (High-bandwidth Digital Content Protection), der in der HDMI-Spezifikation vorgesehen ist und in praktisch jedem auf dem Markt befindlichen HDMI-fähigen Gerät zum Einsatz kommt, scheinen diese Bedenken nun nicht mehr zu bestehen.

Komponenten mit HDMI

Der erste Hersteller, der Ende 2003 HDMI-fähige Komponenten auf den Markt brachte, war Pioneer mit den DVD-Playern Pioneer DV-668AV und Pioneer DV-868AVi, dem DVD-Rekorder Pioneer DVR-920 H-S sowie den Plasma-Fernsehern Pioneer PDP-434HDE und Pioneer PDP-504HDE. Zwischenzeitlich wurde der HDMI-Standard bereits mehrere Male erweitert, um neueren Ansprüchen zu genügen.

Kabellänge und Kabelqualität

Von der HDMI-Organisation sind bisher maximal 15 Meter lange Kabel vorgesehen. Vereinzelt sind auch Längen bis zu 20 Metern erhältlich, die aber nicht in allen Fällen problemlos funktionieren. Außerdem gibt es spezielle Kabel mit Lichtwellenleitern, die eine Länge bis zu 100 Metern erlauben. Lange Kabel müssen im Allgemeinen bessere Hochfrequenzeigenschaften aufweisen, um eine fehlerfreie Datenrückgewinnung im HDMI-Empfänger zu gewährleisten. Für eine fehlerfreie Übertragung sind daher die Kabelqualität wie auch die Empfangseigenschaften des HDMI-Empfängers ausschlaggebend. Bei Kabellängen bis 5 Meter sind aufgrund der digitalen Übertragung auch billige Kabel völlig ausreichend.

Ab einer Kabellänge von zirka 10 Metern ist bei qualitativ hochwertigen Kabeln mit weniger Übertragungsfehlern zu rechnen. Ob diese auftreten, lässt sich aufgrund der bei HDMI verwendeten TMDS-Kodierung sehr einfach an der resultierenden Bildqualität beurteilen. Das kann man durch farbiges „Aufblitzen“ von Bildpunkten (Pixel) oder ganzer Pixelreihen erkennen. Bildrauschen im herkömmlichen Sinn oder Artefakte wie bei der analogen Datenübertragung lassen sich bei HDMI daher generell ausschließen, sofern der HDMI-Transmitter beziehungsweise der HDMI-Receiver die Videodatenauflösung nicht begrenzt (zum Beispiel 8-Bit anstatt 12-Bit Farbkomponentenauflösung im YCbCr 4:2:2-Format).

Um die Datenrate für HDMI 1.3 weiter zu steigern, wurden zwei Kabelkategorien mit unterschiedlichen Hochfrequenzeigenschaften definiert. Ein Kategorie-1-Kabel kann Pixelraten bis 74,25 Megahertz übertragen, ein Kategorie-2-Kabel bis zu 340 Megahertz. In HDMI 1.3 sind, um eine fehlerfreie Übertragung auch über längere Kabel sicherzustellen, erstmals sogar die Kabeleigenschaften wie Dämpfung, Signallaufzeitdifferenzen, Übersprechen und so weiter genauer festgelegt. Um der unvermeidbaren Kabeldämpfung entgegenzuwirken, ist bei HDMI 1.3 für Pixelraten über 165 Megahertz empfängerseits ein Kabelequalizer zur Anhebung der höherfrequenten Signalanteile vorgesehen.

Mit Signalrepeatern (zum Beispiel in einem AV-Receiver) kann die Distanz verdoppelt werden. Für größere Distanzen bis 300 Meter stehen „Extender“ zur Verfügung, die das Signal wandeln und über Lichtwellenleiter übertragen.

Kurze HDMI-Kabel bis zwei Meter sind für unter 5 € erhältlich und auch billige Kabel übertragen über die kurze Strecke die maximale Auflösung (1080p in HDMI 1.1 beziehungsweise 1.2) verlustfrei. Kabel für HDMI 1.2 beziehungsweise 1.3 müssen Pixelfrequenzen bis zu 165 Megahertz beziehungsweise 340 Megahertz übertragen und benötigen dafür bessere Hochfrequenzeigenschaften.

Durch entsprechende Kennzeichnung der HDMI-Kabel wird durch Angaben zum Kabeltyp die Wahl des richtigen Kabels erleichtert.

Stecker

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  HDMI-Eingangsbuchse
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  HDMI-Stecker

Bei HDMI 1.1/1.2 sind zwei Steckertypen (Typ A und Typ B, etwa 4,5 × 13/21 mm Querschnitt) definiert. Für HDMI 1.3 wurde zusätzlich ein kleiner Stecker (Typ C bzw. Mini-Stecker, etwa 2,5 × 10,5 mm Querschnitt) für kompakte Geräte mit aufgenommen. In HDMI 1.4 wurden ein noch kleinerer Stecker Typ D (Micro-Stecker) definiert. Außerdem ist in den HDMI 1.4 Spezifikationen der Stecker-Typ E definiert, der aber nicht bei 1.4 Kabeln zum Einsatz kommt, sondern nur bei HDMI-Standard Automotive Kabeln.

Typ A, C und D basieren auf einer single-link Verbindung, bei der drei TMDS-Signalleitungspaare zur Verfügung stehen, Typ B erlaubt durch eine dual-link Verbindung mit sechs TMDS-Signalleitungspaaren die doppelte Datenrate.

Belegung

Belegung des gängigsten Steckers Typ A

Kontakt	Signal	Kontakt	Signal
Pin 1	TMDS Data2+	Pin 11	TMDS Clock Shield
Pin 2	TMDS Data2 Shield	Pin 12	TMDS Clock–
Pin 3	TMDS Data2–	Pin 13	CEC
Pin 4	TMDS Data1+	Pin 14	reserviert (HDMI 1.0-1.4), HEC Data- (HDMI 1.4a)
Pin 5	TMDS Data1 Shield	Pin 15	SCL (I²C serieller Takt für DDC)
Pin 6	TMDS Data1–	Pin 16	SDA (I²C serielle Datenleitung für DDC)
Pin 7	TMDS Data0+	Pin 17	DDC/CEC/HEC Masse
Pin 8	TMDS Data0 Shield	Pin 18	+5 V Energie (max. 50 mA)
Pin 9	TMDS Data0–	Pin 19	Hot-Plug Erkennung (Alle Vers.), HEC Data+ (HDMI 1.4a)
Pin 10	TMDS Clock+

Formate

Mit seiner hohen Datenübertragungsrate verarbeitet HDMI alle heute bekannten digitalen Video- und Audioformate der Unterhaltungselektronik. HDMI 1.2 überträgt Audiodaten bis zu Frequenzen von 192 kHz mit Wortbreiten von bis zu 24 Bit auf bis zu acht Kanälen. Für HDMI 1.3 wurden als neue Audioformate Dolby Digital Plus und Dolby TrueHD mit aufgenommen. Die maximale Pixelfrequenz für Videodaten mit single-link liegt für HDMI 1.2 bei 165 MPixel/s (Typ A) und für HDMI 1.3 bei 340 MPixel/s (Typ A/C). Damit lassen sich nicht nur alle heutigen in der Unterhaltungselektronik eingeführten Bild- und Tonformate einschließlich HDTV (bis zur derzeit höchsten Auflösung von 1080p) ohne Qualitätsverlust übertragen, sondern auch andere Bildauflösungen bis 2560×1600p75. Mit HDMI 1.3 kam auch die Unterstützung für höhere Farbtiefen hinzu. Bisher waren nur 24 Bit (RGB 4:4:4, YCbCr 4:4:4, YCbCr 4:2:2), 30 Bit und 36 Bit (YCbCr 4:2:2) möglich. Die höhere Datenrate bei HDMI 1.3 erlaubt auch Farbtiefen von 30 Bit, 36 Bit und 48 Bit mit 10/12/16 Bit pro Farbkomponente (RGB 4:4:4, YCbCr 4:4:4). HDMI 1.3 unterstützt zusätzlich zu den bisherigen Formaten SMPTE 170M/ITU-R BT.601 und ITU-R BT.709-5 das neue Farbraummodell xvYCC, das im Standard IEC 61966-2-4 definiert ist, und ermöglicht somit einen sehr großen Farbraum zur Verbesserung der Farbdarstellung. Dazu werden spezielle Farbraum-Metadaten übertragen.

Datenübertragungsraten

HDMI 1.2 bzw. DVI bietet hohe Datenübertragungsraten von bis zu 3,96 Gbit/s (Typ A, 19-polig) bzw. 7,92 Gbit/s (Typ B, 29-polig, bei Unterhaltungselektronik nicht üblich). Bei HDMI 1.3 und 1.4 sind bis zu 8,16 Gbit/s (Typ A und C, 19-polig) möglich.

Spezifikationen

Version	Einführung	max. Datenrate	max. Video- Format	Tonformate neben 8 PCM, Dolby Digital, DTS und MPEG	Farbformate neben 24 bit RGB und 36 bit YUV	Steckertyp	sonstiges
HDMI 1.0		Typ A: 3,96 GBit/s   (165 MHz × 8 bit × 3)	1080p 60 Hz			Typ A
HDMI 1.1		Typ A: 3,96 GBit/s   (165 MHz × 8 bit × 3) Typ B: 7,92 GBit/s   (165 MHz × 8 bit × 6)		DVD-Audio		Typ A, Typ B
HDMI 1.2				DVD-Audio, SACD
HDMI 1.2a							CEC-Unterstützung, Prüfung für Kabellängen
HDMI 1.3		Typ A+C: 8,16 GBit/s   (225 MHz × 12 bit × 3)	1440p 60 Hz	DVD-Audio, SACD, Dolby Digital Plus, TrueHD und dts-HD	Deep Color RGB und YUV (30, 36 und 48 bit), xvYCC-Farbraum (IEC 61966-2-4)	Typ A, Typ C (Mini-HDMI)	CEC-Unterstützung, Prüfung für Kabellängen, Lip Sync
HDMI 1.3a/b/c							Fehlerbereinigungen der Spezifikation 1.3, 3D (bis 1080i, nur Abspielgeräte)
HDMI 1.4			2160p 24Hz		Deep Color RGB und YUV (30, 36 und 48 bit), xvYCC-Farbraum (IEC 61966-2-4), sYCC601, Adobe RGB, AdobeYCC601	Typ A, Typ C (Mini-HDMI), Typ D (Micro-HDMI)	4K-Auflösung, HDMI Ethernet Channel, Audio Return Channel, 3D (keine einheitlicher Standard)
HDMI 1.4a							3D-Übertragungsstandards (Side-by-Side Horizontal und Top-and-Bottom), 3D-Standards für Filme 1080p/24Hz und Spiele 720p/50Hz bzw. 60Hz

Datenrate:

• 1 GBit/s = 10⁹ Bit/s
• Es ist die Datenrate, nicht die Symbolrate angegeben. Die Symbolrate ist bei HDMI auf Grund des verwendeten 8B10B-Code um exakt 25 Prozent höher (zum Vergleich andere Symbolraten: S-ATA: 1,5/3/6 GHz, 10 MB-Ethernet: 20 MHz, 100 MB-Ethernet: 125 MHz, 1 GB-Ethernet: 312,5 MHz)

HDMI-Kabel-Typen und -Eigenschaften

Die HDMI-Kabel werden seit etwa November 2010 verbindlich in 5 neue Klassifikationen eingeteilt: Oft werden die neuen Kabelbezeichnungen fälschlicherweise den verschiedenen Spezifikationsversionen gleichgesetzt. Die Spezifikationen legen aber auch Anforderungen an Geräte fest, die nicht unbedingt von den Kabeln abhängig sind.

HDMI-Standard

Das Standard-Kabel beinhaltet nur die Grundleistungen, sowie die Mindestanforderungen 1080i bzw. 720p mit einer Frequenz von 75 MHz zu übertragen. Die Übertragung ist bis zu einer Kabellänge von 15 Metern möglich. Die übertragbare Datenrate beträgt mindestens 2,2 GBit/s.

HDMI-Standard with Ethernet

Gleiche Eigenschaften wie das Standard-Kabel, nur mit einem zusätzlichen HDMI-Ethernet-Channel (HEC) für eine Netzwerkverbindung.

HDMI-Standard Automotive

Standard HDMI-Kabel mit Stecker-Typ E die nur im Fahrzeugbereich eingesetzt werden. Diese Kabel wurden extra für die Anforderungen im Fahrzeugbereich entwickelt, um z.B. Temperaturschwankungen und Vibrationen zu widerstehen. Die Auflösung ist auf 720p/1080i beschränkt.

HDMI-High Speed

Diese Kabel übertragen Full HD 3D und Deep Color bis 1080p mit einer Frequenz von 340 MHz. Außerdem ist 4K2K möglich. Mit High Speed HDMI-Kabeln ist eine Distanz von bis zu 7,50 Meter Kabellänge möglich.

HDMI-High Speed with Ethernet

Wie High Speed HDMI-Kabel nur mit einem zusätzlichen HDMI-Ethernet-Channel (HEC) für eine Netzwerkverbindung.

Kabeltyp	Datenrate	max. Video- Bildformat	Full HD 3D	Netzwerk- Kanal	Deep Color	Steckertyp	Sonstiges
HDMI-Standard	Typ A: min. 2,2 GBit/s	720p/60Hz 1080i/60Hz				Typ A
HDMI-Standard mit Ethernet				Ja
HDMI-Standard Automotive						Typ E
HDMI-High Speed	Typ A+C: max. 8,16 GBit/s (225 MHz × 12 bit × 3)	2160p/24Hz	Ja		Ja	Typ A, C (Mini), D (Micro)
HDMI-High Speed mit Ethernet			Ja	Ja	Ja		volle HDMI 1.4 Unterstützung

Fernbedienungsfunktionen

Wenig Erwähnung finden bisher die optionalen Fernbedienungsfunktionen von HDMI. Unterstützt werden die Protokolle CEC (Consumer Electronics Control) und AV.link, beides sind Protokolle, die sich für universelle Fernbedienungen durchgesetzt haben. Hier ist AV.link der in Europa vorherrschende Standard. Damit ist es möglich, die Basisfunktionen mehrerer über HDMI-Kabel verbundener Komponenten über eine einzige Fernbedienung zu steuern.

Kompatibilität

HDMI-DVI-Adapter (exakt: HDMI-Stecker auf DVI-D Single Link-Buchse)

DVI-HDMI-Adapter (exakt: DVI-D Single Link-Stecker auf HDMI-Buchse)

HDMI ist abwärtskompatibel zu DVI-D (Digital Visual Interface), der bis zur Einführung von HDMI einzigen weitverbreiteten digitalen Schnittstelle für Videodaten im Heimbereich. Professionelle Anwender bedienen sich dagegen schon seit Ende der 1990er Jahre der SDI-Schnittstelle. Der Kopierschutz HDCP wird gegebenenfalls vom Videomaterial-Hersteller (z. B. in CSS-codierten DVDs) über Steuerbits aktiviert und erfordert dann laut Vorschrift an beiden Schnittstellen einen Hardware-Chip, der das Videosignal auf der digitalen Ausgangsleitung kodiert bzw. anschließend im Display dekodiert. Ohne HDCP-Chip bleibt sonst das Display dunkel (oder zeigt nur farbiges Rauschen), außerdem kann in sogenannten „HD ready“-Geräten noch eine evtl. vorhandene analoge Ausgangsschnittstelle (progressive Komponentensignale YPbPr) beeinflusst werden (z. B. nur Standard-Auflösung), um hochwertige Kopien zu verhindern. Die DVI-Schnittstelle an HDCP-fähigen neueren Videogeräten (z. B. DVD-Playern) ist daher nicht kompatibel zu DVI-Schnittstellen im Computerbereich, es sei denn, auf diesen Komponenten ist HDCP implementiert (was mit Stand vom Januar 2009 bei vielen PC-Flachbildschirmen der Fall ist). Bei derartigen Geräten, die einen DVI-Eingang mit HDCP-Unterstützung besitzen, ist es möglich, mit einem Adapter von DVI auf HDMI das kopiergeschützte Bildsignal auszugeben. Auch Audio kann über DVI ausgegeben und empfangen werden, das Audiosignal wird digital mit dem Bildsignal, wie bei HDMI auch, im TMDS-Signal übertragen.

Mittlerweile sind Grafikkarten mit HDMI-Schnittstelle auf dem Markt, die auch einen HD-Audio-Chip beinhalten, um direkt über den HDMI-Ausgang der Grafikkarte auch Audiosignale mit ausgeben zu können. Dieser Audiochip erscheint im Betriebssystem als zweite Soundkarte und kann auch so genutzt werden. Dadurch wird es möglich, derart ausgestattete Computer auch direkt mit Flachbildfernseher oder HD-Beamer zu verbinden. Das macht die Möglichkeiten des Heimkinos mit einem HomeTheatre-PC noch interessanter.

Am 23. August 2005 wurde HDMI 1.2 offiziell verabschiedet, das vollständig abwärtskompatibel zu HDMI 1.0/1.1 ist. Als Erweiterung wurde ein 1-bit-Audiostream mit aufgenommen, wie er beispielsweise bei der SACD Anwendung findet. Zudem wurden einige neue sekundäre Videoformate mit aufgenommen, um beispielsweise höhere Bildwiederholfrequenzen bis 240 Hz und mehr PC-übliche Videoformate zu unterstützen.

• Ein Problem hat sich beim Verbinden verschiedener Fabrikate von Wiedergabegeräten und Bildschirmen ergeben, weil die Industrie die digitalen Bildpegelformate „DVI-PC“ oder „DVI-Video“ (HDMI enthält das gleiche Videoformat wie Digital Visual Interface-Anschlüsse) oft in ihre Geräte implementiert hat, ohne an eine nachträgliche Umstellmöglichkeit zu denken. Der Unterschied: Während bei Computern (DVI-PC) die Helligkeitswerte von Y=0 bis Y=255 reichen, wird bei Heimelektronik (DVI-Video) ein Bereich unter- bzw. oberhalb der Schwarz- und Weißpegel reserviert (die Spezifikation ITU-601R definiert Schwarz mit Y=16 und Weiß mit Y=235). Nur manche Videoprojektoren und Flachbildschirme können per Einstellungs-Menü zwischen PC-Level („extended“/„erweitert“) und Video-Level („Standard“/„normal“) umgestellt werden. Schwarz ist entweder zu hell, oder untere Helligkeitsbereiche werden verschluckt (d.h. dunkle Bildbereiche werden ganz schwarz), der Weißpegel ist nicht maximal oder wird übersteuert, alles je nach Geräte-Kombination. Nur bei zufällig gleicher Auslegung des digitalen Videopegels in beiden Geräten stimmt der Kontrastumfang am HDMI-Eingang, der nicht durch Helligkeits- oder Kontrastregler änderbar ist.

• Ein weiteres Problem hat sich durch die neuen Tonformate wie DTS-HD oder Dolby TrueHD ergeben: Häufig schleifen Flachbildfernseher das HDMI-Audiosignal einfach über S/PDIF durch, und machen es so für Soundreceiver zugänglich. Die Datenrate reicht derzeit nicht aus, um die neuen HD-Soundformate 1:1 zu übertragen. Bei diesen Formaten ist ein Echtzeit-Downmix von etwa 6 MBit/s auf 1,5 MBit/s vorgesehen, so dass auch über S/PDIF ein Signal ausgegeben werden kann, jedoch mit entsprechend geringerer Tonqualität. Bei LPCM-Mehrkanalton würde nur ein AC3/DTS-Live-encoder Abhilfe bringen.

Verwendung von HDMI-Versionsnummern

Nach einer einjährigen Übergangsfrist ist seit November 2010 die Angabe einer HDMI-Versionsnummer bei HDMI-Kabeln verboten. Ab 1. Januar 2012 ist auch bei Geräten die Angabe einer HDMI-Versionsnummer verboten.

Alternative Multimedia-Schnittstellen

• DVI (Digital Visual Interface)
• SDI (Serial Digital Interface)
• UDI (Unified Display Interface)
• DisplayPort

Weblinks

Commons: High Definition Multimedia Interface – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien

• HDMI Licensing, LLC (englisch)
• Hintergrundinfos zur HDMI-Schnittstelle
• Die Zukunft des Fernsehens ist flach – Telepolis
• Infos zu HDMI-Steckern und -Adaptermöglichkeiten
• HDMI-Steckerbelegung