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superMHL

  

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

Abb. 1.01: superMHL Logo
Abb. 1.01: superMHL Logo [1]

Die bisher veröffentlichten MHL-Standards (MHL 1, 2 und 3) sind hauptsächlich daraufhin ausgerichtet, mobile Geräte mit Displays zu verbinden. Mit jeder neuen Version der Spezifikation wurden höhere Auflösungen, neue Audioformate, höhere Ladeströme und mehr Steuerfunktionen eingeführt. Das zurzeit (Sommer 2016) aktuelle MHL 3 ist dabei gerade noch so eben in der Lage aktuellen Displays ein 4K/UHD-1 Phase 1-Signal mit 30 Hz zuzuspielen. Daher muss der neue superMHL-Standard die Leistungsanforderungen der kommenden Gerätegenerationen erfüllen.

Der Schritt von 4K/UHD-1 Phase 1 nach 8K/UHD-2 ist eine technische Herausforderung. UHD-2 oder Super Hi-Vision (SHV) hat eine physikalische Auflösung von 7680 x 4320 Pixeln. Hohe Bildwechselfrequenzen bis 120Hz verhindern Ruckeln und Bewegungsunschärfe bei schnellen Bewegungen oder Schwenks. Objektorientierte Audiosysteme mit bis zu 24 Kanälen sorgen für ein Eintauchen in die Handlung. Dies erfordert ein Vielfaches der Datenrate, die MHL 3 liefern könnte.

Neben höheren Datenrate erlaubt die Spezifikation von superMHL auch einen Ladeleistungen von bis zu 40 Watt, womit auch größere Tablet-PCs versorgt werden können.

Tabelle 1.01: Die MHL-Varianten im Vergleich
Tabelle 1.01: Die MHL-Varianten im Vergleich

2. Leistungsmerkmale

Bildauflösung

superMHL ist der erste Verbindungsstandard, der in der Consumer-Elektronik 8K/UHD-2 Signale (7680 x 4320 Pixel) mit bis zu 120 Hz Bildwechselfrequenz übertragen kann. Durch die hohe Videobandbreite unterstützt superMHL praktisch alle Videotiming-Formate. Das bedeutet in der Praxis, dass alle SDTV, HDTV und UHD-TV ohne Kompatibilitätsprobleme an superMHL-Quellen angeschlossen werden können.

Tabelle 2.1: Die wichtigsten von superMHL unterstützten Bildauflösungen. Hinzu kommen u.a. diverse 3D-Formate.
Farbabtastung und Farbräume

SuperMHL bietet aufgrund seiner hohen Bandbreite bis in den 4K-Bereich hinein ein verlustfreies 4:4:4 Farbsampling. Erst bei höheren Bildauflösungen muss die Übertragung mit qualitätsreduzierendem 4:2:2 oder 4:2:0-Sampling erfolgen. Die Unterstützung des Standards BT.2020 ermöglicht die Wiedergabe von 76% des CIE1931-Farbraums gegenüber 35% des sRGB-Farbraums).
Von superMHL unterstützte Abtastvarianten und Farbräume:

HDR (High Dynamic Range)

Zum gegenwärtigen Zeitpunkt (Sommer 2016) unterstützt superMHL HDR nach SMPTE 2084 lediglich mit statischen Metadaten. Die fortschrittlichere Version mit dynamischer, wahrnehmungsabhängiger Quantisierung (PQ = Perceptual Quantizer) ist in der Vorbereitung.

3. Technische Beschreibung

3.1 Bus-Systeme

SuperMHL-Schnittstellen sind für die Übertragung von Video, Audio und Daten, zur Steuerung von Geräten und zum Laden von MHL-Verbrauchern ausgelegt.

TMDS-Lanes

Der grundsätzliche Aufbau und die Funktionsweise beruhen großenteils auf dem MHL 3-Standard. Zur Erhöhung der Datenrate werden bei der superMHL-Schnittstelle bis zu sechs symmetrische TMDS-Verbindungen eingesetzt. Jede TMDS-Verbindung (auch "Lane") kann bis zu 6 GBit/s Daten oder AV-Signal übertragen. Der Gesamtdatendurchsatz kann somit bis zu 36 GBit/s betragen. Zur weiteren Erhöhung der Datenrate auf bis zu 108 GBit/s können AV-Streams mit DSC (Display Stream Compression) komprimiert werden.

Abb. 3.01: Eine superMHL-Quelle ist mittels eines superMHL-Kabels mit einer superMHL-Senke verbunden
Abb. 3.01: Eine superMHL-Quelle ist mittels eines superMHL-Kabels mit einer superMHL-Senke verbunden
eCBUS

Der enhanced Control Bus (eCBUS) übernimmt mehrere Aufgaben. Eine Funktion ist die Übertragung des Referenzclocksignals, das von der Senke (Empfänger) zum Pixelclock gewandelt wird. Bei 75 MHz Referenzclock wird nur eine Leitung verwendet, bei 750 MHz wird das Clocksignal differentiell übertragen.
Weiterhin dient der eCBUS als bidirektionaler Datenbus auf dem MHL-Steuerinformationen und Display- und Konfigurationsdaten transportiert werden.

VBUS

Die VBUS-Leitung liefert den Lade-/Betriebsstrom von der Senke zur Quelle oder von einer Quelle zu einem Adapter. Verschiedene Ladespannungen sind möglich. Die maximale Last darf bis zu 40 Watt betragen.

3.2 Verbinder

MHL-Verbindungen können über mehrere Verbindertypen/Verbindungskabel hergestellt werden:

  • SuperMHL    (Quelle und Senke) bis zu 6 Lanes
  • USB Type-C  (Quelle und Senke) bis zu 4 Lanes
  • Micro-USB    (Quelle) 1 Lane
  • HDMI Type A (Senke) 1 Lane

Aufgrund der unterschiedlichen Konstruktionen der Verbinder und der unterschiedlichen Anzahl und Ausführung der Leiter in den Kabeln sind nicht alle Verbindungen gleich leistungsfähig.

superMHL ist rückkompatibel zu MHL 1-3. Für diese Vorgängervarianten sind keine Verbindungsstecker explizit spezifiziert (sie werden auch als verbinderagnostisch bezeichnet). Üblich waren bislang Micro-USB für das Mobilgerät (Quelle) und HDMI Typ A für das Display (Senke). Micro-USB kann sogar das von superMHL gebotene 4H / UHD-1 mit 60 Hz übertragen.

superMHL-Verbinder
Abb. 3.02: superMHL-Kabel und superMHL-Verbinder
Abb. 3.02: superMHL-Kabel und superMHL-Verbinder [2]

Für Datenraten jenseits von 4K/60 Hz werden mehr als die vier Lanes einer USB Typ-C-Verbindung benötigt. Um die Leistungsfähigkeit von superMHL voll nutzen zu können, wurde daher ein neuer Verbinder mit 32 Pins eingeführt. Mit sechs Lanes und DSC bietet die Schnittstelle (6 Lanes x 6 GBit/s x Kompressionsfaktor 3 = 108 GBit/) ausreichende Reserve auch für den Bandbreitenbedarf der zukünftigen Entwicklung.
Der maximale Ladestrom über die Verbindung ist mit 3 A angegeben. Wie auch der USB Typ-C-Verbinder kann ein superMHL-Stecker in beiden Richtungen in ein Port eingesteckt werden.

USB Type-C Verbinder

Zunehmend werden Mobilgeräte gegenwärtig mit dem USB Type-C Verbinder ausgestattet. Über USB Type-C können dann Geräte nach dem USB 3.1 Gen. 2 Standard angeschlossen werden. Mittels der Signalisierung für Alternative USB-Verbindungen können dann auch die Vorteile der USB Power Delivery 2 (USB PD 2) genutzt werden.

Abb. 3.03: Standardisierter Verbindungsaufbau für alternative USB-Modi. Die Port-Prozessoren handeln die Eigenschaften der Verbindung aus.
Abb. 3.03: Standardisierter Verbindungsaufbau für alternative USB-Modi. Die Port-Prozessoren handeln die Eigenschaften der Verbindung aus.

Alle mit einem USB Type-C-Verbinder ausgestatteten USB-Geräte (außer Ladegeräte) müssen auch ein USB-Interface aufweisen. Um aber auch Nicht-USB-Geräte (z.B. Monitore) mit USB-C-Geräten kombinieren zu können, wurden alternative Verbindungsmodi spezifiziert. In den alternativen Modi findet eine eingeschränkte Signalisierung nur über den Configuration Channel (CC) der USB Type-C-Verbindung satt.

Abb. 3.04: Alternativer Modus MHL (Single Lane) über HDMI Type A-Verbinder
Abb. 3.04: Alternativer Modus MHL (Single Lane) über HDMI Type A-Verbinder

Da USB Type-C-Verbindungen über nur bis zu vier parallele Lanes verfügen, kann allerdings nicht die volle Kompatibilität zu superMHL mit sechs Lanes hergestellt werden.

Abb. 3.05: superMHL mit vier Lanes über eine Type-C-Verbindung
Abb. 3.05: superMHL mit vier Lanes über eine Type-C-Verbindung
Display Stream Compression (DSC)

Der superMHL-Standard sieht auch die Unterstützung des von der VESA entwickelten DSC-Kompressionsverfahrens. DSC ist mit einem Kompressionsfaktor von 3:1 sehr effektiv und ist dabei praktisch verlustfrei.
DSC kann von einer MHL-Quelle dann aktiviert werden, wenn die Bandbreite der Verbindung zur Senke nicht ausreicht um ein Videosignal (z.B. 4K/UHD mit 60 Hz auf einer Lane) in seinem unkomprimierten Format zu übertragen.
Batteriebetriebene superMHL-Quellen wie Smartphones können DSC auch zur Senkung des Energieverbrauchs verwenden, weil bei einer Übertragung mit DSC weniger Geräteressourcen (= Lanes) benötigt werden.

 

 

REFERENZEN

Abbildungen

[1] Das superMHL Logo ist ein geschütztes Warenzeichen des MHL Consortiums
     Quelle: www.mhlconsortium.org/

[2]  superMHL-Kabel und superMHL-Verbinder
     Quelle: www.mhlconsortium.org/

Weblinks

(1) superMHL White Paper (Registrierung notwendig)

(2) Informationen zu DSC (Display Stream Compression):
http://www.vesa.org/wp-content/uploads/2014/04/VESA_DSC-ETP200.pdf
Pressemitteilung vom 27. 01. 2016: Update auf DSC 1.2

 

 

Zuletzt bearbeitet am 9. August 2016

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