High-Definition Multimedia Interface

Le High Definition Multimedia Interface (HDMI) (en français, « Interface Multimédia Haute Définition ») est une norme et interface audio/vidéo totalement numérique pour transmettre des flux chiffrés, principalement non compressés et destinée au marché grand public. Le HDMI permet de relier une source audio/vidéo DRM – comme un lecteur Blu-ray, un ordinateur ou une console de jeu – à un dispositif compatible – tel un téléviseur HD ou un vidéoprojecteur.

Sommaire 1 Principes techniques et classification par niveaux 2 Connectique A et B 3 Verrouillage anti-copie 4 Fabricants impliqués 5 Spécifications techniques 5.1 Formats vidéos compatibles 6 Compatibilité universelle 6.1 Formats audio supportés 6.2 Transition Minimized Differential Signaling (TMDS) 6.3 DDC channel (Canal de données d'affichage) 6.4 Consumer Electronics Control (CEC) : contrôle « inter-éléments » 6.5 Types de connecteurs 7 Les versions 7.1 HDMI 1.0 7.2 HDMI 1.1 7.3 HDMI 1.2 7.4 HDMI 1.2a 7.5 HDMI 1.3 7.6 HDMI 1.3a 7.7 HDMI 1.3b 7.8 HDMI 1.3b1 7.9 HDMI 1.3c 7.10 HDMI 1.4 7.11 HDMI 1.4a 8 Limitations des longueurs 9 Quels câbles HDMI ? 10 Notes et références 11 Annexes 11.1 Articles connexes 11.2 Liens externes

Principes techniques et classification par niveaux

La norme HDMI permet d'exploiter différents formats vidéo numériques, parmi lesquels la définition standard (SD), la définition améliorée (ED) et la haute définition (HD) ainsi que le son multi-canal, en véhiculant les données complètes grâce à un seul câble. Certaines données complémentaires sont également véhiculées par cette norme (commutation, synchronisation, informations stéréoscopiques...). Plusieurs niveaux distinguent la norme HDMI; ils sont symbolisés par un nombre et éventuellement une lettre, associé à l'acronyme ; par exemple : HDMI 1.0, HDMI 1.3, HDMI 1.4a, etc.

HDMI est transparent aux différentes normes de télédiffusion ou transmissions numériques telles que la télévision numérique terrestre, l'IPTV, la télévision numérique par satellite ou par câble.

Le format HDMI exploite un procédé qui conditionne et coordonne (encapsule) le flux des données vidéo par TMDS, pour leur transmission. Lors de la création de la norme HDMI, le débit ou taux de transmission maximal a été fixé à 165 Mpixel/s. Ce taux a été estimé suffisant pour assurer une résolution vidéo jusqu'à 1080p à 60 Hz ou de la norme UXGA (1 600×1 200); toutefois, l'amélioration de la norme (HDMI 1.3 et supérieures) a permis de rendre compatible une transmission jusqu'à 340 Mpixel/s.

HDMI permet également de véhiculer les signaux sonores comprenant jusqu'à 8 canaux numériques non compressés avec un taux d'échantillonnage de 192 kHz pour 24  bit/échantillon et autorise l'exploitation de flux audio compressés tels que DTS et Dolby Digital. Ces signaux sont également combinés et traités (encapsulés) conformément à la norme de transmission TMDS. Ces spécificités permettent une compatibilité avec le format Super Audio CD (SACD) procurant un débit pouvant atteindre 64 fois la performance du CD audio.

La norme HDMI 1.3 procure un flux audio de très haute performance — sans perte de qualité (lossless) — pouvant exploiter les formats Dolby TrueHD ou DTS-HD Master Audio.

La norme HDMI 1.4 est une évolution majeure car cette norme permet la transmission de la 3D full HD (1080p)

Connectique A et B

• Le connecteur HDMI standard de Type A comporte 19 broches.
• La version du connecteur HDMI compatible pour les résolutions supérieures est de Type B.

Le connecteur Type B possède 29 broches offrant une compatibilité avec les très hautes résolutions (avec une certaine évolutivité). Il est adapté aux résolutions supérieures au WQSXGA (3 200×2 048).

Le Type A est rétro-compatible avec le DVI Single-link (DVI-D, DVI-I mais pas DVI-A), lequel est largement utilisé pour les moniteurs informatiques et les cartes graphiques d'ordinateurs. Ainsi, avec un simple adaptateur, tout appareil source qui exploite la norme DVI-D est quasi compatible avec un écran à la norme HDMI et vice et versa; cependant, les données audio ne seront pas toujours transmises (norme TMDS, audio pendant le blanking) mais la connectique le permet et certains produits (cartes graphiques haut de gamme, démodulateurs satellites, ...) l'exploitent.

En revanche, les données de contrôle à distance (broche CEC) propres au HDMI ne pourront être utilisées puisqu'elles n'existent pas pour la connectique DVI.

Sur le même principe, le HDMI Type B est rétro-compatible avec la connectique DVI Dual-link.

Verrouillage anti-copie

La technologie propriétaire HDCP (High-bandwidth Digital Content Protection) — développé par Digital Content Protection LLC, filiale d'Intel — essaye d'empêcher la copie des flux HD. Ce verrouillage numérique est intimement lié à la norme HDMI et ne peut pas être éliminé. En l'absence d'une compatibilité HDCP de l'un des appareils (source ou affichage), certains signaux vidéo HD ne pourront pas être restitués dans leur définition d'origine mais en basse résolution voire ne pas s'afficher du tout.

Néanmoins, la clé de HDCP (la master key) a été publiée sur Internet en septembre 2010^[1], permettant le développement d'outils de décryptage afin que les utilisateurs aient accès aux flux de vidéo en haute définition qui sortent des appareils utilisant la technologie HDCP.

Fabricants impliqués

Les fondateurs du HDMI sont les fabricants de produits électroniques suivants : Hitachi, Matsushita Electric Industrial (Panasonic/National/Quasar), Philips, Sony, Thomson (RCA), Toshiba, et Silicon Image. Le Digital Content Protection, LLC (filiale d'Intel) définit les spécifications du HDCP pour le HDMI. HDMI a le soutien des principaux studios de production comme Fox, Universal, Warner et Disney.

Spécifications techniques

Formats vidéos compatibles

SDTV (Standard Definition TV) :

• 720×480i (conforme au standard NTSC entrelacé numérique)
• 720×576i (conforme au standard PAL entrelacé numérique)

EDTV (Enhanced Definition TV Résolution améliorée) :

• 640×480p (VGA)
• 720×480p (conforme au standard NTSC, affichage progressif)
• 720×576p (conforme au standard PAL, affichage progressif)

HDTV (High Definition Television Haute Définition) :

• 1280×720p (720p)
• 1920×1080i (1080i)
• 1920×1080p (1080p)

Notes :

• p signifie progressif et i signifie entrelacé (interleaved)
• la norme HDMI prend en charge les différentes fréquences d'affichage (nombre d'images par seconde) : 24/25/30/50/60/100 Hz

Compatibilité universelle

Le standard HDMI est compatible avec les trois niveaux de définition numérique (SD à TVHD) et permet une évolutivité du système pour les futures normes.

• La version 1.3 permet un flux de transfert vidéo numérique en quantification 10 bits par couleur ce qui procure une plus grande palette de couleurs et donc des dégradés de meilleur aspect. Cette évolution offre un niveau de 48 bit pour la profondeur des couleurs.
• Largeur de bande pour le flux vidéo numérique : de 25 MHz à 340 MHz (Type A, norme 1.3) et jusqu'à 680 MHz (Type B). Les formats vidéos qui exploitent une bande passante inférieure à 25 MHz (exemple : 13,5 MHz pour 480i/NTSC) sont transmis en utilisant un schéma de répétition des pixels.
• Le taux de rafraîchissement d'affichage peut atteindre 120 Hz selon les écrans et dispositifs exploités.

Formats audio supportés

• Non compressé (PCM) : audio PCM jusqu'à 8 canaux à 24 bits de taux d'échantillonnage et jusqu'à la fréquence de 192 kHz.

• Compressé : compatibilité avec tous les formats numériques compressés courants ; MP3, Dolby Digital 5.1 - 6.1, DTS, etc.
• Super Audio CD
• DVD-Audio (concurrent du Super Audio CD) : à partir du niveau HDMI 1.1
• Sans perte de qualité (Lossless) : HDMI est compatible avec le Dolby TrueHD et le DTS-HD Master Audio, exploités notamment pour les Blu-ray et HD DVD.

Transition Minimized Differential Signaling (TMDS)

Procédé de multiplexage et transmission numérique développée par Silicon Image qui permet de véhiculer de très grandes quantités de données à travers un câble blindé. Le câble HDMI comprend trois canaux TMDS distincts; chacun d'eux permet de transférer un flux pouvant atteindre jusqu’à 3,4 Gbps - soit un total maximum de 10,2 Gbps par liaison HDMI. Le niveau HDMI 1.3 exploite une largeur de bande numérique doublée, passant de 165 MHz à 340 MHz. Le débit total exploité est passé de 4,95 Gbps à 10,2 Gbps. Un canal de synchronisation TMDS permet de multiplexer le flux de données par redondance et assure ainsi l'intégrité du message, même sur des longueurs de câbles supérieures à 3 mètres.

DDC channel (Canal de données d'affichage)

• La source (exemple : une carte graphique ou un lecteur Bluray) récupère directement auprès du dispositif d'affichage (exemple : téléviseur HD, vidéoprojecteur ou moniteur) ses spécificités d'affichage (résolution, mode de balayage progressif ou entrelacé...).
• Un protocole ou standard de transmission de données de type I²C (Inter Integrated Circuit) à une vitesse d'horloge de 100 kHz est exploité.
• La structure des informations concernant l'affichage par EDID (Extended Display Identification Data) est définie par l'organisme VESA.

Consumer Electronics Control (CEC) : contrôle « inter-éléments »

Pour étendre les fonctionnalités d'un ensemble audio/vidéo, les éléments doivent être compatibles avec la norme optionnelle CEC. Les appareils compatibles peuvent communiquer et transmettre des commandes de contrôle. Ainsi, « la touche lecture universelle » (One Touch Play) permet d'allumer à la fois tous les appareils nécessaires à la lecture d'une source grâce à une seule touche de la télécommande ou sur la face d'un des appareils. De même, un caméscope relié à un écran de télévision peut être piloté par la télécommande du téléviseur.

• Fonctions optionnelles complémentaires
• Câblage des différents éléments
• Protocole AV-link
• Défini pour le HDMI 1.0 et mis à jour avec la norme HDMI 1.2A

Types de connecteurs

Il y a trois types de connecteurs HDMI :

• Type A : c'est le plus courant ; il se compose de 19 broches et est suffisant pour afficher en 1080p avec un son multicanal
• Type B : c'est l'équivalent du Dual-link DVI mais qui est en partie rendu obsolète par la version 1.3 du HDMI - qui double la bande passante sur un câble de type A. Il est quasiment absent du marché mais permettrait en théorie d'atteindre des transferts jusqu'à 20,4 Gbps.
• Type C : apparu avec la norme 1.3 du HDMI, le type C est une version compacte du type A (avec donc 19 broches) spécialement dédié aux caméscopes, appareils photos numériques et téléphones intelligents (smartphone).

Connecteur de Type A (fiche femelle) :

Brochage détaillé du connecteur de Type A

Broche	Type de signal	Broche	Type de signal
1	TMDS Data2+	2	TMDS Data2 Shield
3	TMDS Data2–	4	TMDS Data1+
5	TMDS Data1 Shield	6	TMDS Data1–
7	TMDS Data0+	8	TMDS Data0 Shield
9	TMDS Data0–	10	TMDS Clock+
11	TMDS Clock Shield	12	TMDS Clock–
13	CEC	14	Reserved (N.C. on device)
15	SCL	16	SDA
17	DDC/CEC Ground	18	+5 V Power
19	Hot Plug Detect

Les versions

Les appareils sont fabriqués pour adhérer aux différentes versions de la spécification, où chaque version reçoit un numéro^[2]. Chaque version de la spécification utilise le même type de câble, mais augmente la bande passante et/ou la capacité de ce qui peut être transmis dans le câble^[2]. Un produit ayant telle version ne signifie pas nécessairement qu'il aura toutes les fonctionnalités qui sont répertoriées pour cette version car quelques fonctionnalités sont facultatives tels que Deep Color et xvYCC^[3],[4].

HDMI 1.0

Spécification initiale, publié le 9 décembre 2002^[2]

• Une seule interface de connexion pour la transmission audio et vidéo ;
• Une bande passante de type TMDS de 4,9 Gbit/s maximum
• Spécification Vidéo basée sur DVI 1.0. 480i/p, 576i/p, 720p, 1080i. Audio : Dolby Digital, DD EX, DTS, DTS ES, DTS 96/24, PCM 192/24 7.1 canaux.

HDMI 1.1

Publié le 20 mai 2004^[2]

• Prise en charge du format DVD-Audio ;

HDMI 1.2

Publié le 22 août 2005^[2]

• Ajout du support pour un bit audio utilisé sur les Super Audio CD, jusqu'à 8 canaux ;
• Disponibilité des connecteurs HDMI de Type A pour les équipements informatiques ;
• Capacité à un ordinateur de conserver son espace de couleur sRGB quand il envoie son flux à une TVHD qui cependant garde son espace de couleur YCbCr ;
• Prise en charge des sources à basse tension ;

HDMI 1.2a

Publié le 14 décembre 2005^[2]

• Spécifications des fonctions CEC (Consumer Electronic Control) ;
• Conformité CEC ;

HDMI 1.3

Publié le 22 juin 2006^[2],[5],[6]

• Augmentation de la bande passante sur un simple lien HDMI de type A à 340 MHz (10,2 Gbit/s) ;
• Support du Deep Color avec 30-bit, 36-bit et 48-bit sRGB ou YCbCr comparé au 24-bit sRGB ou YCbCr dans les précédentes versions HDMI ;
• Prise en charge d'un espace de couleurs 1,8 fois plus large que le sRGB : xvYCC ;
• Fonction Lip-sync pour une synchronisation automatique de l'image et du son ;
• Support du Dolby TrueHD et DTS-HD Master Audio^[7], format compressés sans perte de qualité des disques Blu-ray et HD DVDs ;
• Câble de catégorie 1 et 2 définis. Câble de catégorie 1 correspond à une fréquence pixel max. de 74,25 MHz tandis que la catégorie 2 correspond à une fréquence pixel max. de 340 MHz ;
• Disponibilité d'un nouveau mini-connecteur de Type C pour appareils portables^[8],[9] ;

HDMI 1.3a

Publié le 10 novembre 2006^[2]

• Modification du câble et de la fiche de type C ;
• Recommandations de terminaison de la source ;
• Suppression des limites de manquements et durée maximum entre la disparition et la réapparition du signal  ;
• Changement des limites capacimétriques CEC ;
• Clarification de l'intervalle de quantification en vidéo sRGB ;
• Réintroduction sous une forme altérée des commandes CEC de contrôles de minuteurs, ajout des commandes de contrôles audio ;
• Inclusion des spécifications concurrentes de tests de conformité

HDMI 1.3b

Publié le 26 mars 2007^{[10],[11],[12]}

• Révisions de conformité. N'a aucun effet sur les fonctionnalités, fonctions ou la performance sur la spécification HDMI 1.3a.

HDMI 1.3b1

Publié le 9 novembre 2007^{[10],[11],[12]}

• Révisions de conformité qui ont ajouté des caractéristiques pour le mini-connecteur de Type C. N'a aucun effet sur les fonctionnalités, fonctions ou la performance sur la spécification HDMI 1.3a.

HDMI 1.3c

Publié le 24 août 2008^{[13],[14],[15]}

• Révisions de conformité qui ont changé des caractéristiques pour activer les câbles. N'a aucun effet sur les fonctionnalités, fonctions ou la performance sur la spécification HDMI 1.3a.

HDMI 1.4

Publié le 29 mai 2009

• Prise en charge du format des écrans 3D stéréoscopique (officiellement, mais le 1.3 est suffisant pour la 3D 1080i)
• Retour audio qui permet de s'affranchir d'un câble supplémentaire lorsque l'on veut récupérer sur un ampli AV HD le son émis par une TV HD équipée d'un tuner TNT ou d'un lecteur DVD
• Support des résolutions jusqu’à 4096×2160 (résolution du 4K) (24 Hz) et 3840×2160 (Quad HDTV) (24 Hz / 25 Hz / 30 Hz)
• Possibilité de servir de câble réseau avec une vitesse de 100 Mbps
• Ajout d'espaces colorimétriques comme l’Adobe RGB
• Nouveau connecteur micro-HDMI pour les appareils portables qui est 50 % plus petit que l’actuel mini-HDMI

HDMI 1.4a

• diverses améliorations techniques (trames, échanges des données numériques, 3D, etc.)
• support de la résolution 4K x 2K
• support de l'Audio Return Channel

La norme HDMI 1.4a nécessite que les dispositifs d'affichage 3D soient compatibles avec le format de confirguration 3D aux résolutions : 720p50 et 1080p24 ou 720p60 et 1080p24 et cela conformément au procédé side-by-side (SBS, côte à côte) horizontal soit à 1080i50 ou 1080i60 et au mode « top-and-bottom » (« haut/bas ») soit à 720p50 et 1080p24 ou 720p60 et 1080p24.

Limitations des longueurs

Un problème rapporté pour la norme HDMI concerne la longueur maximale du câble^[15]. Comme pour tous les câbles, l'atténuation du signal devient trop forte à partir d'une certaine longueur.

Pour les câbles de cuivre standard HDMI de section AWG 28, certains utilisateurs ont rencontré des dégradations du signal avec une longueur de plus de 5 mètres. Pour les vidéoprojecteurs, ceci peut avoir pour conséquence une perte de données, les compensations logicielles ne suffisant pas à récupérer un signal acceptable.

Le site Web HDMI conteste toutefois la limite des 5 mètres : « La technologie HDMI a été conçue pour l'utilisation de câbles en cuivre standard de grandes longueurs. Dans le but de permettre aux fabricants d'améliorer leurs produits grâce à l'utilisation de nouvelles technologies, la norme HDMI spécifie les exigences requises en termes de connexion sans pour autant spécifier de longueurs maximales. Nous avons vu des câbles passer les tests de qualification à la norme « Standard Cable » HDMI de longueur jusqu'à 10 m^[16]. »

Une des façons d'augmenter la longueur limite est d'augmenter la section des fils de cuivre, diminuant ainsi l'impédance. Un câble AWG 24 est considéré comme meilleur qu'un câble AWG 28. Un autre moyen serait d'utiliser de la fibre optique au lieu des câbles standard.

Certaines marques proposent des amplificateurs/répéteurs ce qui permet la connexion de plusieurs câbles à la suite. Contrairement aux signaux analogiques, les transmissions digitales telles que le HDMI ne doivent pas être amplifiées au début ou en milieu de ligne mais tout à la fin avant le téléviseur ou le projecteur vidéo. Le signal est en fait à nouveau synchronisé et amplifié.

Il existe également une solution intéressante pour ceux qui disposeraient déjà d'un câblage réseau (câble cat5e minimum). Elle utilise deux convertisseurs (HDMI vers un ou deux RJ45 d'un côté et un ou deux RJ45 vers HDMI de l'autre).Les constructeurs de ce type de modules garantissent 150 mètres pour du 1080p tels que le HDMICAT5^[17]de Spatz . Attention, il ne s'agit souvent pas de transmission IP mais de transmission par câble Ethernet. Soit un câblage direct et sans switch/hub ou autre périphérique Ethernet.

Autre possibilité de transmission de signal HDMI, la fibre optique. Là aussi, il faut deux convertisseurs (un au début, un à la fin de la ligne). La limite actuelle est d'environ 400 mètres avec par exemple le Fiberone, un appareil de la marque Spatz^[18]

Quels câbles HDMI ?

Pour une installation, les points importants sont les suivants :

• quelle distance y a-t-il entre la source du signal (box, lecteur de DVD, Blu-ray ...) et l'arrivée du signal (téléviseur, vidéoprojecteur...) ?
• quel est le type de flux numérique que ce câble va transmettre (exemple : 1080p Full HD avec son 7.1) ?

Tout câble certifié pour la distance voulue et pour le débit demandé (HDMI 1.0, 1.1… 1.4, c.f. ci-dessus) conviendra. Certains arguments commerciaux mettent en avant des câbles « supérieurs » permettant « un transfert optimal du signal avec une image et un son multicanal d'une grande pureté ». En numérique, la transmission concerne un flux de données (numériques) qui arrive ou n'arrive pas ; elle est juste ou fausse. À l'inverse des transmissions analogiques, il n'y a pas de notion d'atténuation, inutile donc d'acheter des câbles dont le prix repose sur cet argumentaire pseudo-technologique^[19].

Cependant certains environnements nécessitent des précautions particulières :

• à proximité d'un transformateur électrique puissant (400 000 volts), le blindage du câble doit être de très haute qualité ;
• lors d'une transmission de HDMI via Ethernet (via deux adaptateurs) au-delà de 20 mètres entre la source et le dispositif de diffusion, il faut penser aux adaptateurs de câble ethernet catégorie 5 ou 6 (voir ci-dessus)^[15].

Notes et références

Annexes

Articles connexes

• Connecteur : Péritel - DVI - UDI - VGA
• DisplayPort

Liens externes

• (en) HDMI
• (en) Introduction complète à HDMI

v · Télévision à haute définition
Formats	720p · 1080i · 1080p · Digital Theater System
Définitions	Unité de mesure en informatique · résolution · Définition d’écran · Ultra-Haute Définition
Supports	Disque Blu-ray · HD DVD (abandonné) · CBHD (Chine) · HD-VMD · HD NVD (Chine)
Matériels compatibles	PlayStation 3 · Xbox 360 · Télévision haute définition · High-Definition Multimedia Interface · Digital Visual Interface
Méthodes de diffusion	H.264 · TNT HD · Télévision numérique par satellite
Législation	Gestion des droits numériques · High-bandwidth Digital Content Protection · Logos et labels européens sur la TV HD · THX Ltd.

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