技術解説 HDMIコネクターの概要

この投稿では
1.HDMIコネクターの履歴
2.HDMI規格とは？
3.HDMIコネクターのタイプ
4.現在の機能
5.HDMIコネクターのピン配列
6.HDMIケーブルタイプ
7.その他の設計に関する考慮すべき項目
8.HDMIアプリケーション
9.概要

HDMIコネクターの履歴

デバイスを保有していて、そのデバイスが操作や本体機能を楽しむために必要なビデオおよびオーディオ出力を生成する場合、 オンボード型画面を介して表示するか、別のモニターやディスプレイに信号を送信することができます。 それを送信するには、一体型コネクターを備えた何らかのタイプのケーブルシステムが必要です。

これは、長年に渡る相互接続技術開発に伴うやや複雑なストーリーをシンプルに見るための方法です。 1956年のTV向けComposite RCA規格から始まり、、1979年にはVCR向けS-Videoを、1987年にはIBM PC向けのVGAへ、1990年代にはComponent RCAとDVIへと移行しました。 DVIを除き、これらはすべてアナログケーブルの標準で、伝送される信号はオーディオまたはビデオのいずれかで、両方ではありませんでした。 要するに、物事を上手く進めるために多くのケーブルが必要でした。

オーディオおよびビデオ・コネクターの初期の歴史

DVIは、デジタル・ビデオをサポートすることで一歩先に出ましたが、オーディオとビデオを同時に転送したいユーザーは、最大で5本の別々のケーブルを使用する必要がありました。 これらの複数のケーブルが1つに統合されるようになったのは、2002年に高解像度マルチメディア・インターフェイス（HDMI 1.0）規格が導入されてからのことです。

この新しい規格の導入により、HDMIケーブルとコネクターの普及が始まり、20年にわたる開発期間を経て、HDMIは家庭や職場でのオーディオ・ビデオ信号の転送に最も使用されるフォーマットの1つとなったのです。

HDMI規格とは？

2002年の提供以来、当初のHDMI規格に対して、高速化、帯域幅の増加、より良い解像度、新しいブロードキャスト・フォーマットのサポート、 様々なコネクターサイズなど、何十にも及ぶアップデートがリリースされてきました。

HDMI Forumが開発したの当初のHDMI 1.0仕様は、主にビデオやオーディオの移動に必要なケーブルにまつわる困難を解消し、機能を向上させる目的で開発されました。 この仕様は、シングルケーブル、デジタルオーディオおよびビデオコネクターインタフェースシステムの基本機能を定義しています。 この技術はうまく機能し、「超高解像度ディスプレイを幅広い家電、PC、モバイル、自動車、および商用 AVデバイスに接続する、最先端のデジタル・ビデオ、オーディオ、 およびデータ・インターフェイスとして、今後も続いています。」と制作者は述べています。 「また、医療、軍事、航空宇宙、セキュリティ、監視、産業用オートメーションなどの産業向けのソリューションも実現しています。」

この規格の最新バージョン2.1は、2017年11月にリリースされました。また、ビデオ解像度と最大10Kのリフレッシュレートをサポートします。 また、高ダイナミックレンジ（HDR）フォーマットと最大48Gbpsの帯域幅もサポートしています。ただし、実際のコネクター自体は変更はありません。

HDMIコネクターのタイプ

HDMIケーブルは、ビデオ信号を伝送する複数のシールドされたツイストペア・ワイヤーと、電源、接地、その他の低速デバイス通信チャネル用の個別の導体から構成されています。 HDMIコネクターは、ケーブルを終端し、使用するデバイスに接続します。 物理的には、これらのコネクターは台形の形状で、2つの角にくぼみがあり、挿入時に適切に整列させることができます。外観はUSBコネクターと類似しています。 HDMIコネクターには5種類あります。

• タイプA（標準）： 19本のピンと3つの差動ペアを保持します。 サイズは13.9mm x 4.45mm、メスバージョンはやや大きめにです。DVI-Dと電気的に下位互換性があります。
• タイプB（デュアルリンク）： 29本ピンと6つの差動ペアがあります。サイズは21.2mm x 4.45mmです。 超高解像度ディスプレイでの使用を想定しています。 DVI-Dと電気的に下位互換性があります。このコネクターは仕様内に収まっていますが、サイズの関係で製品では使用されたことはありません。
• タイプC（ミニ）： 10.42mm x 2.42mmでタイプA（標準）サイズよりも小型になりますが、機能と19ピン構成の点では同じです。 ポータブルデバイス向け。
• タイプD（マイクロ）： 寸法5.83mm x 2.20mm。 19本ピン対応。マイクロUSBコネクターと類似していますが、小型ポータブルデバイス用です。
• タイプE（自動車）： 防振用のロックタブと、湿気や汚れに強いシェルを装備。自動車アプリケーション向け。 コンシューマA/V製品とのインターフェイスを有効化するためのリレー・バージョンもあります。

5つのHDMIコネクタータイプ

これらのコネクターはすべて、オスバージョンとメスバージョンの両方があり、水平または垂直の向きになっている、ストレートまたはライトアングルのいずれかとなっています。 メス型コネクターは、ソースデバイスと受信デバイス内に内蔵されていることが多いです。 アダプターとカプラーもあり、過酷な環境条件のための堅牢型コネクターバージョンもご用意しています。

現在の機能

HDMIコネクターとケーブルに関する基本的かつ最も人気のある機能は、劣化させることなく1本のケーブルでオーディオとビデオの両方の信号を送信できる機能です。 また、最新バージョンのHDMI規格は、出力デバイスの機能にマッチする各種機能が組み込まれています。これには、以下が含まれます。

• 120フレーム/秒（FPS）で4k分解能、または60FPSで8k分解能で入力ラグを低減し、応答速度が向上
• 出力デバイスと一致する変数リフレッシュ レート（VRR）
• 高ダイナミックレンジ（HDR）フォーマットをサポートし、ビデオの奥行き、詳細、明るさ、コントラストを改善
• 超低電磁干渉（EMI）
• 旧バージョンの規格との下位互換性
• HDMIケーブル給電により、コネクターを介した低電圧直接給電を実現
• デバイス間の完全な互換性を保証する、拡張型自動リターン・チャネル（eARC）をサポート（高速ケーブルを使用して）
• コンシューマー・エレクトロニクス制御（CEC）機能で、HDMIデバイスの相互制御、1つの携帯型遠隔操作で複数のデバイスのリモート制御が可能
• HDMIイーサネット・チャネル（HEC）サポートで、個別のケーブル接続なしのインターネットアクセスが可能
• 3Dフォーマットと解像度に対応

HDMIコネクターのピン配列

タイプB以外では、異なるEDMIコネクターの各種タイプはそれぞれ19ピンを持っていますが、搭載する信号のピン配置は、タイプによって異なります。 つまり、特定のコネクタータイプ同士では下位互換性はありますが、異なる信号に対して適切なピン番号が使われるケーブルを設計または作成する際には注意が必要です。 各コネクタータイプは、異なるタイプのものとは嵌合できないため、相互接続の問題は問題はありません。

HDMIコネクターピン配列

上の図は、典型的なタイプAのピン構成を示しています。個々のピンは、データ信号、クロック信号、低電圧電力、制御信号、CEC、またはHECのいずれかを伝送できます。

HDMIケーブルタイプ

HDMIケーブルには、いくつかのタイプがあります。

• HDMIカテゴリ1 – 標準速度ケーブル：
• 標準（カテゴリ1）– 基本HDMIケーブル
• イーサネット付き標準（カテゴリ1）– 標準ケーブルと同一ですが、イーサネット・チャネルが加わります。
• 標準車載（カテゴリ1）– 基本ケーブルと同じ要件を満たしますが、車載用に設計されています。
• HDMIカテゴリ 2 – 高速ケーブル：
• 高速（カテゴリ 2）– 高解像度ビデオ用に使用
• イーサネット付き高速（カテゴリ2）– 高速ケーブルと同様だがイーサネット機能付き

その他の設計に関する考慮すべき項目

HDMIデバイスを使用するPCBレイアウトは、クロストークと信号整合性を最小限に抑えるために重要です。 また、ツイスト・ワイヤー・ペアーを使用した設計にも注意が必要です。 ツイストペアを使用するケーブルは、減衰により、50フィートに近づく距離になると信号損失の問題が発生する可能性があります。 HDMIエクステンダーを使用すると、この距離を最大で300フィートまで延長させることができます。

また、HDMI技術は、複数のデバイスを同時に駆動することには適していません。 複数の信号を別々のデバイスに送信したり、サラウンドやステレオのオーディオ信号を同時に送信することはできません。

HDMIアプリケーション

理論上は、モニターなどの別のデバイスにオーディオ信号やビデオ信号を送信するデバイスは、HDMIテクノロジーを使用した接続が可能です。 これにより、コンシューマー・デバイスからビジネス・システム、産業用システムに至るまで、幅広いアプリケーションや用途へと広がります。 HDMIの現在のアプリケーションには、以下のようなものが含まれますが、これらに限定されません。

• PCとノートパソコン
• モニター
• HDTVシステム
• ブルーレイDVDプレーヤー
• ウルトラHDプレーヤー
• ゲーム機
• ビデオプロジェクター
• ケーブルおよび衛星用ボックス
• ホームシアター受信機
• デジタル撮影機器
• スマートフォン
• デジタル・オーディオ・デバイス
• ビデオウォール

概要

HDMI接続技術は、高品質で高帯域幅のオーディオおよびビデオ信号を同時に生成するシステムのケーブルの乱雑さや複雑さを低減するのに優れています。 長年にわたる規格の変更により、データ転送速度と帯域幅が改善され、イーサネットなどの重要な機能が追加されました。 このシステムを構成するコネクターとケーブルは、現在、ホームエンターテイメント、職場通信、商業および産業市場で使用されるデバイスやシステムで使用されています。 HDMIは、ソース・デバイスとディスプレイの間で高品質のAV信号を伝送する手段として、現在最も一般的に広く使用されている相互接続フォーマットです。