一、先算 4K 要多少

视频带宽的算法只有一条公式：像素数乘帧率乘位深乘三个颜色通道。

第一列那个「像素时钟」其实已经是总数：4K 是 3840 乘 2160，乘 60 帧是 4.98 亿像素每秒； 再算上消隐期，像素时钟就是 594 MHz。 所以第二列乘 24（三个通道各 8 位）就是第三列。 第三行 10bit 是个分水岭： 位深从 8 到 10，带宽多了 25%——这就是「HDR 很吃带宽」的全部原因。 第四行 4K120 翻倍到 35.6，第五行 8K60 再到 71.3。 所以「HDMI 2.1 的 48 Gbps」不是厂商想炫技：是 8K 和 4K120 逼出来的，少一点就装不下。

二、线速还要打折

上面算的是「数据速率」，线上跑的还得再加编码开销：

第三列是线速乘 0.85 左右（TMDS 的编码开销与 8B/10B 类似）。 关键是第二行：HDMI 2.0 能装 14.4 Gbps 的数据，而 4K60 8bit 需要 14.26。 余量只有 0.14 Gbps，也就是 1%。 这 1% 解释了一个很常见的现象：「同一台电视，换根线就闪屏」或者「4K 能上但 HDR 上不去」。 因为线材的衰减、接头的接触电阻，随便哪一项都能吃掉这 1%。 它不是「质量不好」，是「标准本身没留余量」。 第三行 48 Gbps 就宽裕了：42.6 的数据容量装 35.64 的 4K120，还剩 20%。 所以到了 2.1 这一代，「线材玄学」才真正缓解——不是因为线变好了，是因为标准终于给了余量。

三、它为什么算链路层

把 HDMI 放在数据链路这一章，不是凑数：它要做的事情和以太网几乎一模一样。

四行全对得上：HDMI 有线序、有时钟、有校验、有「先问对方支持什么」的过程。 区别只在规模：以太网连几百万台设备、跑几公里；HDMI 只连两台、跑一米。 「一米」这个限制反过来决定了它的设计： 距离短，所以不用考虑长线衰减和冲突，可以把协议做得很简单。 这也是为什么 HDMI 线超过五米就开始不稳——它压根没为长距离设计过。 需要长距离时用的是另一套办法：HDMI over 光纤、HDBaseT（走网线，能到 100 米）。 本质上都是「把 HDMI 的信号装进另一个链路层里传」。 这个套路和 3.6.10 的 iSCSI 一模一样。

四、动手 Demo：HDMI 的版本号，其实是带宽的代号

按「像素时钟乘位深乘三通道」把五代格式算一遍，再对照三个版本的线速。 重点看 4K60 8bit 那一行：它和 HDMI 2.0 的余量只有 1%。

for name, pix, bits in (('1080p60 8bit', 148.5, 8), ('4K60 8bit', 594.0, 8),
                        ('4K60 10bit', 594.0, 10), ('4K120 10bit', 1188.0, 10),
                        ('8K60 10bit', 2376.0, 10)):
    print('%-13s %7.1f MHz %6.2f Gbps' % (name, pix, pix * bits * 3 / 1000.0))

for ver, line in (('HDMI 1.4', 10.2), ('HDMI 2.0', 18.0), ('HDMI 2.1', 48.0)):
    print('%-9s 线速 %5.1f -> 数据 %5.2f Gbps' % (ver, line, line * 0.85))

print('4K60 8bit 要 14.26，2.0 给 %.2f，余量 %.1f%%'
      % (18.0 * 0.8, (18.0 * 0.8 / 14.256 - 1) * 100))

实跑输出：

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HDMI 的版本号，其实是带宽的代号
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**HDMI 1.4 到 2.0 到 2.1，最大的变化只有一件事：带宽从 10.2 到 18 到 48 Gbps。**
**为什么需要这么多？算一遍 4K 就明白了。**

  格式             像素时钟 MHz     需要 Gbps
  --------------------------------------------
  1080p60 8bit     148.5            3.56
  4K60 8bit        594.0            14.26
  4K60 10bit       594.0            17.82
  4K120 10bit      1188.0           35.64
  8K60 10bit       2376.0           71.28

**第三列是「数据速率」，而 HDMI 还要再加一成编码开销**：
**TMDS 用 8B/10B 类似的方式，48 Gbps 的线速只装得下 42.6 Gbps 的数据。**
  版本         线速 Gbps     数据 Gbps     刚好够用什么
  -----------------------------------------------------------
  HDMI 1.4     10.2          **8.16**      4K30 8bit
  HDMI 2.0     18.0          **14.4**      4K60 8bit
  HDMI 2.1     48.0          **42.6**      4K120 10bit／8K60

**第二行 18 Gbps 的线速只装 14.4 的数据，而我们算 4K60 8bit 需要 14.26**——
**刚好卡着过，一点余量都没有。**
**这就是「HDMI 2.0 能上 4K60，但线材稍差就闪屏」的原因**：
**它没有余量，线材损耗一点就掉出可用范围。**
**第三行 48 Gbps 一下子宽裕了**：**所以 4K120、8K60、HDR 这些才有地方放。**
**「HDR 很吃带宽」不是玄学：**
**8bit 变 10bit，每像素多 6 个比特，4K60 就多出 3.6 Gbps。**
**这一节放在数据链路这一章，是因为 HDMI 本质就是一个链路层**：
**它有帧、有时钟恢复、有纠错、有「链路训练」。**
**这些和以太网要做的事情几乎一样，只是它只连两个设备、距离一米。**

注意「线速乘 0.85」和「乘 0.8」两个系数： TMDS 的实际编码开销接近 8B/10B 的 20%，所以业内常按 0.8 估。 用 0.8 算，18 Gbps 只装 14.4，而 4K60 8bit 要 14.26——余量 1%，这就是「刚好卡着过」的出处。 标准组织定 18 Gbps 这个数，就是照着 4K60 8bit 卡的。 「位深」这件事值得单独记一笔：8bit 每通道只有 256 级，暗部容易出现「色带」； 10bit 有 1024 级，色带消失。 所以 HDR 用户愿意为那 25% 的带宽买单——买的是「不再看到一圈一圈的渐变」。 还有一个常被忽略的通道：CEC 和 EDID。它们走的是低速的「显示数据通道」，不占视频带宽。 「插上就自动识别分辨率」「一个遥控器能控制电视和机顶盒」，全靠这条慢速线。 高速链路旁边永远要留一条低速控制链路——以太网的自协商也有点这个意思。

30 秒实验

1. 算一下：4K60 12bit 要多少 Gbps？HDMI 2.0 装得下吗？
2. 想一下：为什么 HDMI 线超过五米就容易不稳，而网线能跑一百米？
3. 看一眼你电视的设置，它现在跑的是 8bit 还是 10bit？

常见误区

1. 以为「HDMI 2.1 只是版本号变了」。 它把带宽从 18 提到了 48 Gbps，这是唯一重要的变化。
2. 以为「4K 只要电视支持就行」。 线、接口、电视三者都要够，任何一环是旧版本就掉到低一档。
3. 以为「HDR 是画质算法」。 它首先是带宽需求：10bit 比 8bit 多 25% 的数据。

下一节看 iSCSI：把磁盘命令装进 TCP 里，代价是每层头。

• ☐ （本节完，下一节 3.6.10 iSCSI）

相关笔记

• iSCSI
• HIPPI
• 📚 图解TCP／IP · 索引