High Definition Multimedia Interface

High Definition Multimedia Interface (kurz HDMI) ist eine seit April 2002 entwickelte drahtgebundene Schnittstelle für die digitale Bild- und Ton-Übertragung in der Unterhaltungselektronik. Sie ersetzte existierende analoge Schnittstellen wie SCART, Composite Video, S-Video und Component Video und überträgt digital in hoher Qualität Video und Audio über ein gemeinsames Kabel. In HDMI ist ein zusammenhängendes Kopierschutz-Konzept (DRM) integriert, was insbesondere in der Anfangszeit auf Kritik stieß.

HDMI basiert auf dem 1999 entwickelten Digital Visual Interface Digital (DVI-D), allerdings sind die Stecker deutlich kompakter, es wird weiterhin Audio und ein Kopierschutz unterstützt. Bei Verwendung geeigneter Kabel oder Adapter und bei Verzicht auf diese Eigenschaften sind DVI-D und HDMI 1.0–1.2 weitgehend kompatibel.

Ursprünglich als Schnittstelle der Unterhaltungselektronik entwickelt, ist HDMI neben DisplayPort zögerlich auch zu einer Schnittstelle von Grafikkarten und Computermonitoren geworden und hat den VGA-Anschluss und Digital Visual Interface in seinen drei Varianten als Computerschnittstelle vollständig verdrängt. DisplayPort hat dabei Features von HDMI übernommen und HDMI hat Features von DisplayPort übernommen, so dass beide Schnittstellen ähnliche Eigenschaften aufweisen.

HDMI ist eine im Wesentlichen unidirektionale Schnittstelle, in der ein Quellgerät (Blu-ray-, DVD-Player, Spielkonsole, SAT-Receiver, Computer, hochpreisige Smartphones, Tabletcomputer, Camcorder oder Digitalkamera) ein Multimedia-Signal an ein digitales Zielgerät (TV-Gerät, Computermonitor, Videoprojektor, VR-Brillen) überträgt.

Die aktuelle HDMI-Version ist 2.1a, welche am 4. Januar 2022 auf der CES 2022 der Öffentlichkeit vorgestellt wurde.

Geschichte

Die Spezifikation für HDMI wurde von einem Industrie-Konsortium für den Bereich der privat genutzten Unterhaltungselektronik (englisch home entertainment) entwickelt.

Die Gründer des HDMI-Konsortiums Hitachi, Matsushita Electric Industrial (Panasonic, National, Quasar), Philips, Silicon Image, Sony, Thomson und Toshiba begannen am 16. April 2002, gemeinsam den neuen AV-Verbindungsstandard HDMI zu entwickeln. HDMI ist eine Weiterentwicklung von DVI und zu diesem abwärtskompatibel. Beide benutzen dieselbe Signalcodierung TMDS.

HDMI 1.0 wurde so entworfen, dass es einen kleineren Stecker als DVI hat. Außerdem sollte es die Funktionen von DVI um Audioübertragung, erweiterte Unterstützung für YCbCr und um eine benutzergesteuerte Kontrollfunktion (englisch Consumer Electronics Control) erweitern. Der Kopierschutz HDCP 1.1 (High-bandwidth Digital Content Protection), der in der HDMI-Spezifikation vorgesehen ist, wurde von Intel entwickelt. Er soll das Abgreifen des Video- und Audiomaterials innerhalb der Verbindung zwischen Sender und Empfänger verhindern.

Der erste Hersteller, der Ende 2003 HDMI-fähige Komponenten auf den Markt brachte, war Pioneer mit den DVD-Playern DV-668AV und DV-868AVi, dem DVD-Rekorder DVR-920 H-S sowie den Plasmafernsehern PDP-434HDE und PDP-504HDE.

Formate

Der HDMI-Standard unterscheidet in Formate, die ein HDMI-fähiges Gerät zwingend entgegennehmen/ausgeben können muss, und optionale Formate. Die meisten fortgeschrittenen Fähigkeiten (hohe Auflösung, viele Audiokanäle u. ä.) sind optional und müssen von einem Gerät nicht angeboten werden, um als HDMI-konform zu gelten.

In den optionalen Bestandteilen des HDMI-Standards können fortgeschrittene Formate übertragen werden:

Mit seiner hohen Datenübertragungsrate verarbeitet HDMI alle heute bekannten digitalen Video- und Audioformate der Unterhaltungselektronik. HDMI 1.2 überträgt PCM-Audiodaten mit Abtastfrequenzen bis zu 192 kHz mit Abtastbreiten bis zu 24 Bit für max. 8 Kanäle. 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 Bildauflösungen bis 2560 × 1600 Pixeln mit 75 Hz ohne Qualitätsverlust übertragen. Dies umfasst die in der Unterhaltungselektronik eingeführten Bild- und Tonformate einschließlich HDTV. Mit HDMI 1.3 kam auch die Unterstützung für höhere Farbtiefen von 10 Bit, 12 Bit und 16 Bit pro Farbkomponente (RGB 4:4:4, YCbCr 4:4:4) hinzu. Bisher waren nur 8 Bit pro Komponente (RGB 4:4:4, YCbCr 4:4:4, YCbCr 4:2:2), 10 Bit und 12 Bit aber nur mit Farbunterabtastung (YCbCr 4:2:2) möglich. 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 Darstellung extrem gesättigter Farben bei geeigneten Geräten. Dazu werden spezielle Farbraum-Metadaten übertragen.

Datenübertragungsraten

HDMI 1.2 bietet Datenübertragungsraten von bis zu 3,96 Gbit/s (Typ A, 19-polig; außer Stecker kompatibel zu Single-Link-DVI) bzw. 7,92 Gbit/s (Typ B, 29-polig, nie Bedeutung erlangt; außer Stecker kompatibel zu Dual-Link-DVI). Mit HDMI 1.3 und 1.4 sind bis zu 8,16 Gbit/s (Typ A und C, 19-polig), mit HDMI 2.0 bis zu 14,4 Gbit/s und mit HDMI 2.1 bis zu 42,667 Gbit/s möglich.

Spezifikationen

Die Versionen, die in der nachfolgenden Tabelle aufgelistet sind, beschreiben die von der HDMI-Organisation vorgegebenen Spezifikationen für die höchst- bzw. bestmöglichen, optionalen Formate, die ein HDMI-verifiziertes Gerät der entsprechenden Version bietet. Die Mindestanforderungen liegen deutlich niedriger. Neue Spezifikationen werden in unregelmäßigen Abständen veröffentlicht. Darin enthalten sind Vorgaben an Eigenschaften der Endgeräte, Kabeleigenschaften und übermittelte Signale und deren Funktion.

Die Kabel wurden anfangs nach dem gleichen Versionsschema wie die Spezifikation nummeriert (bspw. Spezifikation 1.2 führte zu Kabeln mit der Versionsnummer 1.2), da eine höhere Version ein leistungsfähigeres Kabel erforderte. Als in den Spezifikationen ab Version 1.4 keine besseren Kabel definiert wurden, die Kabel im Handel aber mit höheren Versionsnummern bezeichnet wurden und damit eine höhere Leistungsfähigkeit suggerierten, entschied sich die HDMI-Organisation dafür, neue Bezeichnungen für die Kabel zu definieren (siehe Abschnitt HDMI-Kabel-Typen und -Eigenschaften).

Version	spezifiziert	max. Datenrate	neue Videoformate	neue Tonformate	neue Farbformate	Steckertyp	sonstiges
HDMI 1.0	09.12.2002	3,96 Gbit/s (165 MHz × 8 bit × 3)	1920 × 1080p @ 60 Hz	8-Kanal-PCM, MPEG, Dolby Digital, DTS	RGB und YCbCr mit je 8 Bit, Farbraum ITU-R BT.709	Typ A (Standard-HDMI)
HDMI 1.1	20.05.2004	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 (Standard-HDMI) Typ B (Dual·Link·HDMI, nie existent)
HDMI 1.2	08.08.2005			SACD
HDMI 1.2a	12.2005						CEC-Unterstützung (Fernsteuerung von Geräten über HDMI), Prüfung für Kabellängen
HDMI 1.3	22.06.2006	8,16 Gbit/s (340 MHz × 8 bit × 3)	2560 × 1440p @ 60 Hz	Dolby Digital Plus, TrueHD und dts-HD	RGB und YCbCr mit je 10/12/16 Bit, Farbraum xvYCC (IEC 61966-2-4)	Typ A (Standard-HDMI) Typ C (Mini-HDMI)	Erhöhung Übertragungstakt (+106% mehr Daten), Abfrage der Bildverzögerung in TV-Geräten (Prozessierung) durch z. B. AV-Receiver, um diese zu kompensieren (Lip Sync)
HDMI 1.3a/b/c	11.2006						Fehlerbereinigungen der Spezifikation 1.3, 3D (bis 1080i, nur Abspielgeräte)
HDMI 1.4	28.05.2009		3840 × 2160p @ 24 Hz 1920 × 1080p @ 24 Hz             (3D)		Farbraum sYCC-601, Farbraum Adobe RGB, Farbraum Adobe YCC-601	Typ A (Standard-HDMI) Typ C (Mini-HDMI) Typ D (Micro-HDMI)	4K2K-Auflösung, HDMI Ethernet Channel, Audio Return Channel, 3D (kein einheitlicher Standard),  bei 1080p bis zu 120 Hz möglich.
HDMI 1.4a	03.2010						3D-Übertragungsstandards (Side-by-Side horizontal und Top-and-Bottom),<ref>Vorlage:Webarchiv HDMI Licensing Organization LLC</ref> 3D-Standards (Frame Packing) für Filme 1080p/24 Hz und Spiele 720p/50 Hz bzw. 60 Hz
HDMI 1.4b	10.2011		4096 × 2160p @ 24 Hz 3840 × 2160p @ 30 Hz 2560 × 1600p @ 60 Hz 1920 × 1080p @120 Hz	High Bitrate Audio (HBR), Abtastrate × Kanalanzahl max. 384/768 kHz, 1-Bit-Audio	Farbunterabtastung YCbCr 4:2:2		1080p (3D) Video mit 2 × 60 Hz
HDMI 2.0	04.09.2013	14,4 GBit/s (600 MHz × 8 bit × 3)	3840 × 2160p @ 60 Hz 1920 × 1080p @ 48 Hz             (3D)	32-Kanal-Audio, Abtastrate × Kanalanzahl max. 1536 kHz	Farbraum ITU-R BT.2020		Erhöhung Übertragungstakt (+76% mehr Daten)
HDMI 2.0a	04.2015						HDMI 2.0a unterstützt offiziell HDR (High Dynamic Range) CEA 863.1
HDMI 2.0b	07.2016						HDMI 2.0b ermöglicht die dynamische Synchronisation mehrerer Audio- und Video-Streams.
HDMI 2.1	28.11.2017	24 Gbps/FRL6x4-Mode: 21⅓ GBit/s (333⅓ MHz × 16 bit × 4) Vorlage:Nowrap 42⅔ GBit/s (666⅔ MHz × 16 bit × 4)	7680 × 4320p @ 60 Hz 3840 × 2160p @120 Hz             (3D)		RGB mit je 14 Bit, Farbunterabtastung YCbCr 4:2:0, Video-Kompression DSC 1.2		Erhöhung Übertragungstakt (+76% mehr Daten), verlustbehaftete Kompression mit hoher Qualität (+200% mehr Daten), Wechsel auf 4 Lanes (ohne zusätzlichen Takt, das Adernpaar wird als vierte Lane benutzt, +33% mehr Daten) und auf 16b18b-Leitungscode (+11% mehr Daten), Dynamic HDR, variable Bildrate für Spiele
HDMI 2.1a	04.01.2022						SBTM (Source-Based Tone Mapping)

HDMI 2.1

Am 4. Januar 2017 wurde erstmals auf der CES in Las Vegas das neue HDMI-Format 2.1 vorgestellt. Am 28. November 2017 wurde der offizielle Standard HDMI 2.1 veröffentlicht.

HDMI 2.1 unterscheidet sich deutlich von allen vorherigen HDMI-Versionen, obwohl die Versionsnummer dies nicht unbedingt suggeriert:

• Man verabschiedete sich von einer pixeltaktsynchronen Übertragung und wechselte zu einer reinen Datenübertragung mit festem Takt wie es bei DisplayPort seit 2006 der Fall ist.
• Als Takte sind 6 GHz (FRL 6x4 bzw. 24 Gbps) und 12 GHz (FRL 12x4 bzw. 48 Gbps) möglich.<ref>Bei DisplayPort sind auch mehrere Takte möglich: 1,296 GHz (RBR), 2,7 GHz (HBR), 5,4 GHz (HBR2), 8,1 GHz (HBR3), 10 GHz (UHBR 10), 13,5 GHz (UHBR 13.5) und 20 GHz (UHBR 20).</ref>
• Das freiwerdende Adernpaar für den ehemaligen Pixeltakt wird genauso wie bei DisplayPort für die Datenübertragung genutzt.
• Bei der Modulation wechselte man vom 8b10b-Code zum 10 % effizienteren 16b18b-Code.
• Die damit möglichen Übertragungsraten betragen mit 21⅓ GBit/s (fix) bzw. 42⅔ GBit/s (fix) etwa das anderthalbfache bzw. dreifache von HDMI 2.0.
• Weiterhin entfallen die „Zwangspausen“ für die Zeilen- und Bildaustastlücken, auch wenn diese häufig vorher bei TFT-Ansteuerung schon verkürzt waren, die aber immer noch als Altlast der Kathodenstrahlröhrenzeit mitgeschleppt wurden.

Die Abkehr von der veralteten Pixeltakt-getriebenen Übertragung (die eine Altlast aus Analogzeiten war) zu einer reinen Datenübertragung erlaubt die Implementierung von Quick Media Switching (Wechsel von Auflösung und Bildrate ohne Unterbrechung), Quick Frame Transport (Übertragung von Frames mit der maximalen Übertragungsrate der Verbindung) und Display Streams Compression (Datenkompression wie bei DisplayPort 1.4) und vereinfacht die Implementierung von Variable Refresh Rate (VRR).

Die Neuerungen sind:

• Weitaus höhere Übertragungsrate (bei Ausschöpfen aller Möglichkeiten ist diese knapp neunmal so groß wie die von HDMI 2.0). Damit sind zum einen weitaus höhere Auflösungen ohne Abstriche (bspw. 4K mit 120 Hz und 10 bit) übertragbar und zum anderen VRR-Modi mit geringerer Übertragungslatenz möglich (2560 × 1440 sind in 0,7 ms statt in 6,2 ms übertragen).
• Unterstützung von höheren Auflösungen und schnelleren Bildwiederholfrequenzen, z. B. von 7680×4320 mit 60 Hz und 3840×2160 mit 240 Hz.
• Es gibt zwei Übertragungsmodi: Der 24Gbps-Modus (FRL 6x4), der die gleichen Anforderungen an Kabel wie HDMI 2.0 bei maximaler Datenrate stellt (HDMI Premium High Speed), aber effektiv nur 21⅓ GBit/s überträgt und einen 48Gbps-Modus (FRL 12x4), der effektiv 42⅔ GBit/s überträgt, aber deutlich höhere Ansprüche an eingesetzte Kabel stellt (HDMI Ultra High Speed oder auch 48G genannt).

• Dynamic HDR (HDR dynamic metadata) stellt sicher, dass Videos mit idealen Werten für Farbtiefe, Detail, Bildhelligkeit, Kontrast und breiterem Farbspektrum angezeigt wird, und zwar auf einer Basis nach jeder einzelnen Szene oder sogar jedes Frames. Es werden hierbei alle vier dynamischen HDR-Technologien, die bei SMPTE unter der Bezeichnung ST-2094 festgelegt sind und auf der von Dolby erfundenen PQ-Kurve ST-2084 basieren, als Übertragung unterstützt. Diese wären: Dolby Vision, SL-HDR1 (Philips), Advanced HDR (Technicolor) und HDR10+ (Samsung).
• Vorlage:AnkerEnhanced Audio Return Channel (eARC) unterstützt Audio-Formate wie objektbasiertes Audio und ermöglicht Steuerungsmöglichkeiten des Audiosignals einschließlich automatischer Erkennung des Geräts.
• Variable Refresh Rate (VRR): Der VRR-Modus gestattet eine variable Bildwiederholfrequenz, die es einem Grafikprozessor ermöglicht, Bilder sofort nach deren Berechnung anzuzeigen. Damit ist die Anzeige von Spielen und technischen Darstellungen mit geringstmöglicher Latenz ohne Frame Tearing und ohne Stottern möglich.
• Quick Media Switching (QMS): HDMI 2.1 unterstützt den Wechsel von Auflösung und/oder Bildrate ohne Bildaussetzer. FRL ist dafür eine Voraussetzung.
• Quick Frame Transport (QFT): HDMI 2.1 unterstützt eine schnellere Übertragung von Frames unabhängig von der Framerate, nur noch limitiert durch die Übertragungsrate.
• Auto Low Latency Mode (ALLM): HDMI 2.1 unterstützt verschiedene Processing-Modi und deren Wechsel. So kann bei Wiedergabe von Videos Frame-Interpolation verbunden mit höheren Latenzen aktiviert werden und bei Wiedergabe von Spielen diese abgeschaltet werden.
• VESA Display Streams Compression 1.2 (DSC 1.2a): Visuell verlustfreie Komprimierung wie bei DisplayPort

Implementierungsfehler

Im Oktober 2020 deckte das Computermagazin c’t (Ausgabe 23/20) einen Fehler in den Chips des Herstellers Panasonic Solutions (Nuvoton Technology) auf. Dieser verursacht, dass AV-Receiver in denen dieser Chip verbaut ist, Bildmaterial von einem externen Zuspieler unter bestimmten Bedingungen (bspw. in 4K-Auflösung mit 120 Bildern pro Sekunde und erhöhtem Kontrastumfang (High Dynamic Range) nicht ordentlich zu einem passenden Fernseher weiterleiten (schwarzes Bild).

Betroffen sind unter anderem Produkte von Denon, Marantz und Yamaha.

HDMI 2.1a

Am 4. Januar 2022 wurde erstmals auf der CES in Las Vegas das neue HDMI-Format 2.1a vorgestellt. Als wirklich neues Feature taucht SBTM (Source-Based Tone Mapping) auf, die anderen erwähnten Neuerungen sind schon Bestandteil von HDMI 2.1, das genau fünf Jahre vorher vorgestellt wurde.

SBTM ermöglicht es Zuspielern, die HDR-Fähigkeiten des Displays abzufragen und das Tone Mapping selbst (und damit meist deutlich besser) durchzuführen.