Allion Labs / Tina Yu

8Kにまつわる新たなトピックは、日本で行われる2020東京オリンピックパラリンピックが8Kで放送されると発表された頃まで遡り、これにより8Kテレビに関する議論が深まっています。今年のCESでは、SONY、Sharp、LG、Samsung、TCL等の有名テレビメーカーがこぞって8Kテレビを発表しました。8Kテレビの出荷量は2018年には2萬臺に満たなかったにもかかわらず、2019年は「飛躍的に成長」して43萬臺に達し、情報調査機構IHS Markitの予測によると、今年2020年には一気に200萬臺に達すると見込まれており、8Kテレビのビジネスチャンスが予見できます。

???????図1:テレビ市場の予測(引用:IHS Markit)

現在のテレビ市場では4K規格が主流となっており、5萬円以下の価格でも入手可能で、當然HDMIはどのテレビにも標準搭載されているインターフェースの一つです。2017年末HDMI協會は最新規格となるVersion 2.1を発表し、中でも最も注目されたのは、帯域幅が48Gbpsにまで上げられたことで、8K規格が基本配備となり、10Kの解像度にさえ到達できるということでした。このことから8K時代はすでに始まっていると言うべきで、4Kの淘汰に拍車がかかり、將來8Kが家の中にある基本的な家電になると言っても過言ではありません。

図2:8Kは豊かな色彩表現が実現可能

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8Kテレビの全面的な成功には、技術面で克服すべきことがまだある

疑う余地もなく、8Kテレビは將來ますます普及していくでしょう!しかし実現すべき8Kの理想と現実との間には、まだまだ大きな隔たりがあります。2019年は8K元年であり、各テレビメーカーは積極的に自社の8Kテレビの開発に力を入れました。HDMI 2.1インターフェースやピンの位置は従來のバージョンから変更されていませんが、HDMI 2.1の新しい8K規格は従來のHDMI 2.0の4K規格とは違う技術であり、従來のHDMIバージョンより更に厳格で複雑なものになりました。

以下の図はHDMI規格を比較した表です:

表1:HDMI規格の比較

信號規格 HDMI 2.0 HDMI 2.1
最大伝送帯域幅 18Gbps 48Gbps
伝送技術 TMDS FRL
AV伝送チャンネル D0, D1, D2 L0, L1, L2, L3
エンコード方式 8b/10b 16b/18b
圧縮技術 DSC 1.2
従來バージョンとの互換性 Yes

(HDMI 1.4b)

Yes

(HDMI 1.4b, HDMI 2.0)

この表1から見て分かる通り、HDMI 2.1の最大伝送帯域幅はHDMI 2.0の2.6倍にまで増加しているため、現有の構造上、従來のTMDSの伝送技術や8b/10bのエンコード方式の利用が難しくなってしまいます。その理由を、いわゆるTMDS技術から見ていきましょう。

  1. 遷移數最少差動信號伝送方式(Transition Minimized Differential Signaling,略稱TMDS)は、アメリカのシリコンイメージ社が開発した、高速データ伝送技術である。
  2. この技術は遅くともDVIインターフェースで使われ、その後HDMIインターフェースで使われるようになり腳光を浴びた。
  3. その特徴は2つのピンを差動信號として伝送する技術である。
  4. 映像伝送の方式は、4本のTMDSチャンネル(Clock, Data0, Data1, Data2)を通じて伝送する。
  5. TMDS Clockは受信側が基準周波數を參考にしてdata recoverに使用するだけであり、実際のAV信號は3本のTMDSデータチャンネルで送信される。

6. 8b/10bを採用し、また8 bitの伝送信號が10 bitにエンコードされる方式で、メインの目的は差動信號を通じてEMIの低下や正確な信號伝送の速度を向上させる。

図3:TMDSモードの信號構造

この特徴を活かして現有の構造で帯域幅を上げる必要があり、新しいDataのチャンネルを増やすのではなく、現有の3本のTMDSデータチャンネルにおいてより多いデータ量等を伝送する方式が必要であることが分かりますが、いずれも最善の解決方法ではありません。よって新しいFRL(Fixed Rate Link)伝送技術及び16b/18bのエンコード方式が生まれました。その特徴は以下の通りです。

  1. FRLはFixed Rate Linkの略稱で、その名の通り固定比率帯域幅のことである。
  2. 従來のTMDS Clock、Data 0、Data 1、Data 2がそれぞれFRL Lane 0、Lane 1、Lane 2、Lane 3に対応している。
  3. DPのEmbedded CKモードの様に、専用のClockチャンネルを必要としないため、AV信號がLane 3だけでなくLane 4でも伝送可能である。
  4. エンコード方式が8b/10bを16b/18bへと変わり、エンコード効率が9%改善されている。
  5. VESAのDSC圧縮技術を採用し、解像度は10K@120に達する。
  6. DC-coupled TMDSの伝送方式と違い、AC-coupled FRLの伝送方式へと変更されている。
  7. FRL Link Trainingの通信により、TMDSモードと後方互換性がある。

図4:FRLモードの信號構造

したがって、HDMI2.1 製品を開発するメーカーにとって、新しく増えるFRLモードにいかに適合させ、現有のTMDSモードと互換性を持たせるかが大きな課題となっています。

アリオンの8Kテスト案

図5:アリオン自社開発したAJSC-1 SCDC/EDIDコントローラは、HDMIのEDID?SCDCをコントロール?エミュレートできるツールです。

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8Kテレビを開発するメーカーがHDMI 2.1認証をすぐに取得できるように、アリオンは関連する機器メーカーと協力し、アリオンのSCDCコントローラ(AJSC-1)を開発し、8K関連の電気テストの中に統合しました。以下はそのテスト案です:

  • 8K実力検証テスト
    • FRL 電気特性テスト
    • FRL Protocolテスト
    • 8K Videoテスト
  • HDMI 2.0 認証テスト
    • TMDS 電気特性テスト
    • TMDS Protocolテスト
    • TMDS Decodingテスト
    • TMDS Video Timing テスト
    • EDID関連テスト
  • HDMI 1.4 認証テスト
    • EDID/E-DDC Test
    • Electrical Test
    • Protocol Test
    • Video Test
    • Audio Test
    • Interoperability with DVI Test
    • Advanced Features

アリオンの検証事例

HDMI 2.1対応 の8Kテレビが當初直面した課題の一つに、Jitterを含む信號を受信する時に異常なエラーが生成されたことが挙げられます。Allion AJSC-1のDebug GUIでは、すぐにエラー生成の出所を見つけることができます。

図6:エラー時の畫面

また、Link Trainingの通信が正確であるかどうかも、もう一つの課題です。別のDDC MonitorのGUIで、関連するRegisterがHDMI 2.1規格に適合しているかをすぐに見つけることができます。

図7:関連するRegisterがHDMI 2.1規格に適合しているかどうかを確認可能

8Kの技術にまだ多くの未知で潛在的なリスクがあると考え、アリオンは業界を牽引するパイオニアとして、率先して機器テスト設備の協力や専門的なテスト技術を投入してきました。8Kテレビについて詳細をお知りになりたい方は、お気軽に弊社までご連絡ください。

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