2016年10月9日日曜日

FPGAでHDMIの液晶モニタに画を映す (1) HDMIという半端デジタル伝送

FPGAでHDMIの液晶モニタに画を映す-----すでに多くの先人が取り組んでおられるテーマですが、わたしもやってみます.

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HDMI規格書を読んで、ヒジョーに幻滅してしまいました.HDMIって、VGAをdigitalにしただけの代物だと判って、がっかりしました.

電気回路を知ってる人でないと以下に記した内容が上手くは伝わらない可能性が高いのですが、ハイエンドオーディオに使うにはとてもじゃないが磐石とは云えないHDMI規格だと思いました.(AVアンプにたくさん使われてますが)

一般にアナログ伝送路における劣化というのは、振幅方向の劣化と、時間方向の劣化に大別できます.

たとえばVGAケーブル(=アナログ伝送)でPCとモニタを連結したときに、安物ケーブルを使うと、画面の解像度が劣化するじゃないですか? あれが振幅方向の劣化ってやつです.

次に時間方向の劣化はVGA接続でどんな風に見えるかというと、たとえば縦線がピーッと一本綺麗に表示されなくて、イジイジと乱れて見えるタイプの劣化になります.

では、デジタル伝送路であるHDMIではどうなのか? 劣化はしないのか?

HDMIは、振幅はデジタル化されているんだけど、時間方向はVGAと同じアナログ伝送なんです.づがーん.

以下、はしょってますがその説明.

【シンプルでGOODなシステム構成】
データを視聴するためにDAコンバータ(DAC)という回路が使われます.FLASHやHDDやBDに納められているデータを、DACに一定間隔で渡してやると、DACは音声や映像を出力してくれます.
上で「時間」と何度も書いたのはこの「一定間隔」をつくる時間基準のことなんです.時間基準を発生させるのが、水晶発振子という部品で、腕時計が月差10秒などというようにとても高精度な時を刻んでくれます.
下図のDACが再生する音や画は、デジタル信号ですから振幅劣化が無く、水晶発振子なので時間劣化もありません.GOODです.
※水晶発振器と書かなかったのは、PLL内蔵品が昨今多いため

【これでもOKなシステム構成】   =バースト伝送系
ネットワークオーディオの場合を例に、もうすこし複雑なシステムを考えてみます.
ネットワークオーディオでは、音声ファイルはネットワーク越しのサーバに蓄積されています.その音声データをストリーミング的に送ってもらって、DACが再生します.
DACはメモリを持っていて、ネットワークからバースト状に送られてくるデータを一時的にメモリに蓄積し、そこからチビチビと音声再生します.やがてデータが残り少なくなると、DACはサーバに「そろそろ次のデータを送ってくれ」と要求し、再びメモリを腹一杯にします.この繰り返しです.
このシステムでも、時間基準はDACの近傍の水晶発振子なのでGOODです.

【いまいちなHDMIのシステム構成】   =固定レート伝送系
HDMI機器には「そろそろ次のデータを送ってくれ」という概念がありません.
なぜなら、HDMI出力機が決めた時間でデータが送出され、HDMI受信機はその時間基準に従ってDACを動かす仕組みだからです.
それで何が問題なのかと云うと、時間基準である水晶発振子がHDMIの向こう側、DACから離れた場所にあるからです.別々のAC電源で駆動される別々の機器から時間リファレンスを引っ張ってくるというのは、高価なハイエンドオーディオ機器にはあるまじき邪道と言って過言ではありません.
さらに、PLLという回路が時間を乱す要因足りうるんですが、PLLの詳述は割愛します.PLLを使わないという次善策もあるが回路設計はややかったるい.やたら高性能なPLLを使った方がマシという逆のケースもあったりと悩ましさがあるところ.


わたしは、昨日まで、HDMIもネットワークオーディオのようなバースト伝送系だとばかり思っていたんです.だって、世のオーディオマニアさん達がブツクサ言いながらもHDMIを使ってるんですからね.ところが、HDMI規格書を読んだら、固定レート伝送系だったとは、、、いやはや唖然です.

もっとも、ダサいVGAケーブルよりは常にHDMIがGOODだという認識はわたしも同意なんです.しかし、HDMIならばハイエンドオーディオにも磐石だとはとても言えないというのがここでの指摘なんです.

今のAVアンプは皆HDMI接続です.HDMIケーブルで音が変わると云われていて、そんなのはオカルトだ!と白い目で見ていたのですが、決してオカルトじゃないですね.理論的に充分にありえるハナシです.
ハイエンドオーディオはHDMIケーブルが何万円という業界です.やれば出来るからといってHDMIという出来損ないに何万円も投資するマニアが大勢います.だがそれは、仕方ないのが現状だけどかな~り不毛だ.バースト伝送系のhyper HDMI規格を作って、ケーブルが音質を左右するのは少なくとも「理論的にはアリエナイはず」というセカイをまず作るのがベターと思われます.ソニーとかPanaとか業界を先導してやってよ.  →無線伝送にしか興味がないか?

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季節が秋になると、そこかしこでオーディオイベントが開催されます.

HiFi再生への様々な会社とユーザーの熱意をよそにわたしは、どうしてそのファクターを温存したままで音質追求なんかするかねぇ?と疑問に思う部分がHDMIに限らずちょくちょくあるんです.今後、そこら辺についても書きたいと思います.

まとめが「にわかAVマニア」シリーズに変貌してしまったよ.

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かしこ


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6 件のコメント:

  1. ごめんなさい。なにを言っているか今回はよくわかりません。うがー。

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  2. うちの業界では、SVGAかXGA液晶あたりからLVDSで液晶パネルをつなぐようになった気がします。うろ覚えですが。
    液晶パネルに直接入れるLVDS信号は筐体内の引き回し用で、それを筐体間でつなぐためにコネクタ形状とか決めたのがDVIで、音声とかの信号も入れてコネクタを今風に小さくしたのがHDMIかと思っていました。HDMIはその他の機能もいれてそうですが。
    なので、昔のデジタルRGBからは差動にして周波数上げた液晶I/Fという感じで地続きな感じです。
    表示信号は機器とパネルとの間で混ぜたりスプリットしたりすることあるので、あまりインテリジェントな信号じゃない方が現場的には楽だったりします。
    ハイエンドオーディオにも使うんですねー。

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    1. HブランクとVブランク期間に、デジタルオーディオ信号を詰め込んでます.
      その詰め合わせをほどいて、オーディオ出力してます.
      それにはたぶんいろんなclockを要するので、pixel clockを源泉としてゴニョゴニョと汚らしいクロックでお仕事させているものと思われます.
      おぞ~

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    2. PCのHDD,CPU,DRAM,PCIあたりについてはCPU屋の設計思想=非同期系であり、
      VGA,AUDIOはAV屋の設計思想=同期系であると、そんな状況みたいです.
      地続き....

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    3. ちな、液晶パネルのIFも少し調べてみました.驚きは無くー

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