Cos'è l'HDMI 2.1? Quali sono le novità rispetto a HDMI 2.0 e 1.4? Di sorprese nelle nuove specifiche HDMI 2.1 ce ne sono davvero tante: banda passante, risoluzioni e frequenze di quadro massime supportate, ma anche nuove funzionalità audio e video. In questa guida illustriamo tutte le novità introdotte con l'HDMI 2.1. Per gli appassionati del resto è diventato una specie di tormentone: ma gli ingressi e/o uscite sono HDMI 2.1? Se sì, quali sono le funzionalità supportate? Una domanda la cui risposta in realtà non è così semplice perché HDMI LA, l'associazione che si occupa del licensing e della comunicazione relativi allo standard di connettività audio/video, non permette che si usi un logo o la dicitura HDMI 2.1 sui nuovi prodotti.

Cosa sono le specifiche HDMI 2.1

Innanzitutto per HDMI 2.1 si intende un insieme di nuove specifiche addizionali che vanno ad ampliare quanto definito con HDMI 2.0 del 2013, specifiche che a loro volta sono basate sulle fondamenta dell’HDMI 1.4b. In quest’ottica l’HDMI 2.1 va visto come una serie di estensioni all’HDMI 1.4b che possono venire adottate anche solo in minima parte da un dispositivo: questo vuol dire che una sorgente o un display che adotta anche una sola delle nuove funzionalità inserita nelle nuove specifiche, potrebbe fregiarsi teoricamente della compatibilità HDMI 2.1, anche se così non sarà mai. L’HDMI Licensing Administrator è infatti molto chiaro in proposito: non è permesso ai produttori definire un prodotto come HDMI 2.1 compatibile né può essere utilizzata la dicitura HDMI 2.1 da sola né come serigrafia su un prodotto né su nessuna parte dell’imballo o nel materiale di marketing, nemmeno sui cavi. La numerazione 2.1 può essere infatti essere utilizzata unicamente se in combinazione con le specifiche nuove caratteristiche o funzionalità previste dalle nuove specifiche. In pratica ogni produttore potrà scegliere di adottare le nuove funzionalità che gli interessano per un particolare dispositivo e dovrà utilizzare indicazioni del tipo HDMI 2.1 VRR per indicarne il supporto.

Le nuove funzionalità incluse nelle specifiche HDMI 2.1: le denominazioni ufficiali

Ma quali sono queste nuove caratteristiche aggiunte con HDMI 2.1? L’HDMI Forum ha incluso nello standard nuove tecnologie che rientrano principalmente in due ambiti: miglioramenti volti a consentire la trasmissione di video fino a risoluzione di 10K a 120 fotogrammi al secondo da una parte, massimizzazione delle prestazioni di riproduzione e gaming dall’altra. Possiamo quindi suddividere le nuove funzionalità come segue:

Video Resolution and Formats:

  • Ultra High Speed HDMI Cable
  • Fixed Rate Link (FRL)
  • VESA DSC 1.2a (Compression)
  • Dynamic HDR

Media and gaming Features:

  • Auto Low Latency Mode (ALLM)
  • Enhanced Audio Return Channel (eARC)
  • Quick Frame Transport (QFT)
  • Quick Media Switching (QMS)
  • Variable Refresh Rate (VRR)

HDMI LA ha predisposto un'utile tabella comparativa per districarsi tra le caratteristiche supportate dalle diverse specifiche dello standard HDMI:

Le caratteristiche supportate dalle diverse versioni delle specifiche HDMI.

Risoluzioni supportate da HDMI 2.1: oltre l'8K. Si arriva fino a 10K e 120 fps

Tutti hanno in mente l’HDMI 2.1 come indispensabile per il supporto a prossime sorgenti video in 8K, ma in realtà le nuove specifiche si spingono ben più in là con il supporto per risoluzioni fino a 10240x4320 pixel fino a 120 fotogrammi al secondo, in pratica un 8K “allargato” per supportare anche il rapporto d’aspetto cinematografico ultra wide 2.35:1.

Per la precisione con le specifiche HDMI 2.1 viene aggiunta la compatibilità con i seguenti nuovi formati video rispetto alle precedenti versioni dello standard:

  • 4K 50/60p
  • 4K 100/120p
  • 5K 50/60p
  • 5K 100/120p
  • 8K 50/60p
  • 8K 100/120p
  • 10K 50/60p
  • 10K 100/120p

Per raggiungere questo risultato è stato necessario progettare innanzitutto un nuovo cavo (che però mantiene lo stesso connettore delle versioni precedenti dello standard), capace di reggere una velocità di trasmissione di 48 Gbit/s, l’Ultra High Speed HDMI Cable per l’appunto.

Raffigurazione in scala che rende l'idea della banda di trasmissione massima utilizzata dalle varie versioni di HDMI. Per supportare video fino a 10K il salto prestazionale richiesto è davvero notevole. 

Cambia però anche la tecnica di trasmissione digitale del segnale, sostituendo per le risoluzioni più alte la tecnologia TMDS ereditata fin dai tempi del DVI, con la nuova più performante Fixed Rate Link o FRL. Con FRL e Ultra High Speed HDMI Cable è possibile arrivare a trasmettere video in 8K a 60 fps o in 4K a 120 fps in formato Component 4:2:0. Per andare oltre però è stato necessario aggiungere un altro tassello: una compressione del segnale. L’HDMI 2.1 infatti include la possibilità di comprimere le immagini con un formato di codifica video senza perdita, VESA Display Stream Compression (DSC) 1.2a, sviluppata per il DisplayPort, per abilitare risoluzioni video come l’8K a 60p in RGB, l’8K a 120p o appunto il 10K fino a 120p. La necessità di dover supportare l'FRL e la compressione DSC per accedere ai formati con risoluzione maggiore, implicherà quasi sicuramente nella maggior parte dei casi l'impossibilità di aggiornare esistenti uscite o ingressi HDMI 2.0 con un semplice aggiornamento del firmware.

HDMI LA ha previsto una nomenclatura apposita che i produttori potranno utilizzare per indicare quali formati sono supportati da un dispositivo, identificando con la lettera A i formati non compressi e con B quelli compressi. Un’indicazione che è a rischio di creare ancora più confusione, soprattutto ora che un dispositivo potrà anche supportare solo un sottoinsieme di questi formati:

  • 4K100A
  • 4K100AB
  • 4K100B
  • 4K120A
  • 4K120AB
  • 4K120B
  • 8K50A
  • 8K50AB
  • 8K50B
  • 8K60A
  • 8K60AB
  • 8K60B

Più comprensibile forse questa tabella, che riassume tutti i formati video supportati, con dettaglio della profondità colore (numero di bit per componente cromatica), tipo di campionamento e in rosso dove è necessaria la compressione DSC per stare dentro la velocità massima di 48 Gbit/s.

Infine, le specifiche HDMI 2.1 canonizzano il supporto ai formati HDR con metadati dinamici come HDR10+ e Dolby Vision. Le specifiche HDMI 2.0, infatti, non supportavano ufficialmente la trasmissione di metadati dinamici (scena per scena) per i formati HDR, tant'è che il supporto per il Dolby Vision era stato aggiunto su sorgenti e TV con aggiornamenti firmware specifici realizzati dai vendor.

La differenza principale tra metadati statici e dinamici è che le informazioni sull'HDR possono essere codificate fino a livello di singolo frame.

Con HDMI 2.1a arriva il Source-Based Tone Mapping o SBTM

Parlando di HDR, una delle ultime novità aggiunte alle specifiche HDMI 2.1 riguarda l'SBTM o Source-based Tone Mapping. Sostanzialmente si tratta di un protocollo che permette a sorgente HDMI 2.1 e TV o monitor HDMI 2.1 di scambiarsi informazioni sulle capacità in termini di volume colore dello schermo. In questo modo, la sorgente può utilizzare queste informazioni per effettuare il tone mapping al posto del processore video contenuto nel TV o monitor, assicurando la resa migliore possibile dei contenuti HDR su quel particolare schermo. Si tratta di una funzionalità utile soprattutto per PC e console di videogiochi.

L'HDMI 2.1 si arricchisce di una nuova funzione: arriva il Source-Based Tone Mapping o SBTM

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Più controllo su latenza e frame rate: VRR e QFT

Le altre principali novità di HDMI 2.1 riguardano essenzialmente la riduzione della latenza e la gestione dinamica del frame rate. La funzionalità base dietro a queste novità è l’introduzione del Variable Refresh Rate o VRR, in pratica versione HDMI dello stesso concetto applicato da Nvidia e AMD rispettivamente con G-Sync e FreeSync: la trasmissione del segnale da parte della sorgente non avviene più a una frequenza di fotogrammi pre-determinata e fissa, ma può variare nel tempo con la sorgente video che letteralmente detta il tempo al monitor.

Si tratta di una tecnica che ha grossissimi benefici chiaramente in ambito gaming, sia su PC che su console, dove in base al carico computazionale la GPU può variare la quantità di fotogrammi che riesce a generare in un determinato secondo. Superando la tradizionale tecnica del v-sync, con il refresh variabile la frequenza di riproduzione del monitor rimane sempre sincronizzata alla frequenza di rendering della sorgente, ottenendo una riproduzione senza effetti di tearing o scatti.

Il VRR ha permesso di introdurre ulteriori due miglioramenti. Sempre al fine di ottimizzare le prestazioni soprattutto per applicazioni a bassa latenza come il gaming, l’HDMI 2.1 introduce il Quick Frame Transport o QFT, tecnica che consente di ridurre al minimo il tempo di trasferimento sull’interfaccia HDMI di un fotogramma con un piccolo trucco: il segnale viene trasmesso a una frequenza di refresh superiore rispetto a quella effettiva del video in modo da recapitare il nuovo fotogramma al monitor più velocemente, minimizzando così il ritardo introdotto dal video processing effettuato dal display. Semplificando il più possibile e a puro titolo esemplificativo, supponiamo di avere un monitor che lavora a 120 Hz, ma il nostro video è a 60 Hz: normalmente la sorgente si sincronizzerebbe a 60 Hz e il monitor riceverebbe un nuovo fotogramma ogni 1/60 di secondo e lo processerebbe in questo intervallo. Con la tecnica QTF sorgente e display si sincronizzano comunque a 120 Hz: ogni nuovo fotogramma arriverebbe sempre ogni 1/60 di secondo, ma il monitor “legge” il frame corrente in 1/120 di secondo anziché 1/60, iniziando subito a lavorarlo in attesa di quello successivo, guadagnando così un ciclo di refresh nel processing video.

Il Quick Media Switching o QMS ha invece un altro scopo: eliminare la fastidiosa interruzione di segnale che si verifica ogni qual volta una sorgente video passa da 50 a 60 o 24 Hz. Sfruttando la stessa tecnologia introdotta con il VRR, un monitor che supporta il QMS è in grado di passare automaticamente da un frame rate all’altro senza alcuna soluzione di continuità, a patto però che la risoluzione rimanga la stessa: purtroppo nel caso di cambio risoluzione il fastidioso gancio/sgancio di segnale continuerà ad accompagnarci, ma è usualmente ben più raro. Va notato che la funzione QMS è alternativa al VRR e QFT ed è pensata principalmente per la riproduzione di filmati, mentre le ultime due sono pensate per il gaming e quindi complementari e non possono essere utilizzate simultaneamente. Condividendo la stessa tecnologia di base è però lecito aspettarsi che un display che supporti il VRR sia in grado di offrire anche QMS e QFT.

La modalità gioco diventa automatica con ALLM

Con le specifiche HDMI 2.1 viene ritoccato anche il modo in cui dispositivi connessi tramite HDMI si passano informazioni l'uno con l'altro. La prima novità, anche in questo caso principalmente dedicata alla riduzione dell'input lag, è l’Auto Low Latency Mode o ALLM che consiste essenzialmente in un sistema per segnalare automaticamente a un display di impostare quella che comunemente viene chiamata Modalità Gioco o Game Mode dai produttori, il pre-set che riduce al minimo la latenza del display. È una funzionalità sicuramente comoda che renderà più pratico utilizzare un TV in combinazione con una console o un PC da gioco, ma non introduce in realtà alcun beneficio rispetto alle nuove tecnologie che abbiamo appena visto.

Unica novità significativa sotto il profilo audio è invece l’introduzione dell’eARC o Enhanced Audio Return Channel, un’evoluzione del canale audio di ritorno che va a supportare anche le codifiche audio multicanale lossless e a oggetti, con un bitrate massimo di 36 Mbit/s. L'HDMI 2.1 aggiunge un nuovo sistema di segnalazione che semplifica la configurazione di un TV e ad esempio di una soundbar attraverso il riconoscimento automatico del dispositivo connesso alla porta HDMI e la possibilità di configurarlo direttamente dal menù del TV. Per poter offrire queste funzionalità, il protocollo di comunicazione richiede l’utilizzo di un cavo HDMI che supporti il protocollo Ethernet, per cui quelli con label High Speed Cables with Ethernet o Ultra High Speed HDMI Cable.

I dispositivi potranno supportare solo le funzioni che servono davvero

Dopo questa panoramica di tutte le principali novità introdotte con le nuove specifiche, torniamo al quesito iniziale: ha senso chiedere se un dispositivo è dotato di HDMI 2.1? La verità è che una simile domanda è mal posta. Quello che dovremmo chiederci di volta in volta è semmai se l'ingresso HDMI di un monitor supporti il Variable Refresh Rate, oppure il video a 8K. Ciascuna delle nuove caratteristiche che abbiamo visto diventa infatti opzionale, essendo appunto l'HDMI 2.1 un'estensione allo standard sottostante. La decisione presa dall'HDMI LA ha infatti una sua logica: non tutti i dispositivi, sorgenti o monitor che siano, hanno la necessità di supportare tutte le caratteristiche previste dalle nuove specifiche. Un TV di piccolo taglio e fascia bassa con risoluzione full HD potrebbe ad esempio supportare le funzionalità eARC e l’Auto Low Latency Mode, ma senza il bisogno di garantire la compatibilità con sorgenti 8K o il VRR. Viceversa un monitor da gaming potrebbe supportare Variable Refresh Rate e Quick Frame Transport, ma non l'eARC.

Tutte le modalità supportate dalle specifiche HDMI 2.1 e il livello di certificazione richiesto per i cavi HDMI.

L'unica eccezione è costituita dai cavi, almeno per quanto riguarda le risoluzioni più alte: come abbiamo visto i nuovi formati supportati richiedono una banda di 48 Gbit/s contro i 18 previsti dall'HDMI 2.0 e i 10.2 dell'HDMI 1.4, per cui non si scappa, con TV e sorgenti 8K o 4K ad alti fps occorreranno cavi di qualità con label Ultra High Speed.

Un bollino anti contraffazione per i cavi HDMI compatibili con le specifiche HDMI 2.1

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