HDMI 1.4实战4K 60Hz输出 英伟达驱动彩蛋

九五先生

   之前已经多次探讨过4K平台的性能及代价问题，甚至廉价4K显示器都降到了3000-4000元价位，但是4K显示器的选择依然是最让人纠结的部分——60Hz刷新率的显示器大多是高端产品，售价昂贵，而廉价的4K显示器以及4K电视通常都是30Hz刷新率的，特别是后者经常只有HDMI接口，用起来又让人纠结，鱼和熊掌不能兼得啊。
在这种情况下，英伟达XP/Win7/Win8.1显卡驱动v340.43版本一下子给人带来了曙光——虽然官方说明中根本没提，但有用户发现340驱动能让HDMI 1.4接口实现4K分辨率下的60Hz输出，这样就不必依赖DisplayPort 1.2接口。由此带来的好处就是，很多具备HDMI接口而没有DP接口的4K电视就能更方便地充当廉价4K显示器了，这妥妥的是一大隐藏福利。
我们之前只知道HDMI 1.4接口带宽有限，不足以支撑60Hz的4K输出，只能实现30Hz输出，那么是NVIDIA掌握了什么黑科技了吗？正好我们手头也有4K显示器，那就来试试吧。


HDMI 4K@60Hz原理：YUV420压缩立功
在实际尝试之前，我们先要了解下NVIDIA的黑魔法到底有什么根据。
决定某种接口能否输出什么样的视频信号规格的还是带宽，我们可以简单地把它当成一条高速公路，影响这条视频高速公路的因素主要有分辨率、色彩深度以及刷新速度，4K分辨率我们选最常用的3860x2160分辨率，色深的话常用的是8位，RGB三色就是24bit，我们的目标是60Hz刷新率(60fps)，那么需要的带宽就是：



3840*2160*24bit*60fps=11.94Gbs
当然，这个计算结果是非常理论化的，还有别的因素要考虑。HDMI使用的***S(最小化传输差分信号)机制，8bit/10bit编码方式，实际效率是理论值的80%，所以那个11.94Gbps的带宽实际需要1.25倍带宽，也就是14.9Gbps。
这个带宽要求已经超过了HDMI 1.4的要求，后者的规范能实现的带宽是10.2Gbps，HDMI 2.0才能达到18Gps，而DP 1.2规范能达到21.6Gbps带宽，因此才可以轻易支持4K 60Hz输出。

既然我们的目标是4K 60Hz输出，有两个因素都已经固定了，而***S编码也不能改，所以只能从色深上着手了，24位RGB输出可以做点调整，这样就能压缩一下带宽要求。至于如何压缩，人们开发了多种色度抽样方法，其中YUV是欧洲电视系统使用的一种颜色编码方式，使用很普遍，我们国家的电视制式也属于这一体系。



有关YUV编码的介绍可以讲很多，简单入门的也可以看下百科介绍。就这里来说，NVIDIA的340.43驱动选择的是YUV=4：2：0的压缩方式，水平方向、垂直方向都的抽样率都是2：1，这样原本需要RGB 24bit的颜色现在只需要8+8/4+8/4=12bit，实现4K、60Hz输出需要的带宽就是：
3840*2160*12*60*1.25=7.46Gbps

现在这个带宽要求已经低于HDMI 1.4接口的10.2Gbps总带宽了，具备了4K分辨率、60Hz输出的可能了。



实战4K 60Hz输出：意料外的不成功
既然NVIDIA能通过YUV420色度抽样将4K 60Hz的要求降低到HDMI 1.4接口的带宽之外，而且也有人尝试成功了，那么说明这个思路是行得通的。手头虽然没有4K电视，不过我们有一台戴尔UP2414Q 24寸的4K显示器，有DP和HDMI接口，可以拿来验证一下。


首先在驱动程序控制面板中将色彩改为YCbCr444


如果顺利的话，这里应该会出现3860x2160 @60Hz的分辨率选项，可惜现在没有

手动设置的话也通不过测试
意外的是，在我们这台4K显示器上，通过HDMI接口并没有实现4K 60Hz的输出。在尝试更换显卡、HDMI线及硬件平台之后，折腾几次都没有成功。
笔者也就此咨询过NVIDIA技术人员，最终解开了这个疑惑：由于HDMI 1.4标准及EDID（扩展显示识别数据）比较混乱，驱动支持的HDMI实现4K 60Hz输出的功能目前只限于华硕、夏普部分显示器，并且需要双HDMI接口，考虑到显示器这部分是NVIDIA控制不了的，所以这个功能并没有公开出现在驱动说明中，只是一个隐藏福利。


虽然最终的结果有点遗憾，不过这也解开了一个疑惑。剩下的问题就是YUV420采样毕竟是有损压缩，它是否对画质有影响呢？
压缩后画质变差了吗？RGB、YCbCr画质对比
从RGB到阉割版的YUV420显然是会有画质损失的，关键的问题是这个画质损失会有多大。我们这里没能成功实现4K 60Hz的HDMI输出，不过日本4Gamer网站在东芝40寸的4K电视上成功了，而且做了画质对比，来看一下。
以下图片可以点击放大查看原图。





对于这个画质对比，原文给出了两点结论：首先，40K 60Hz（YCbCr=4：2：0）的阴影主体还是能比较正确地重现出来的，第二，辉度差、色度差给人以更模糊的感觉。
PS：对于画质对比，YUV420压缩之后肯定会有损失，不过考虑到上图图片实际上是在数字显微镜下拍到的，实际画质差异肯定会很小，看电影的话恐怕很多人根本不会注意到这些细微差别。
实际游戏体验
除了视频画质对比，原文还做了游戏体验。

死亡空间3游戏的设置

刺客信条4游戏体验，左上角的游戏帧数是72fps
选择30Hz还是60Hz对游戏体验来说或许更重要，虽然YCbCr420会有一些不足，不过他还是倾向于高帧数及高分辨率，因此HDMI接口下4K 60Hz给他的感觉还是更正面一些。


福利，也只能是福利，还是等HDMI 2.0吧
NVIDIA的340.43驱动带来的HDMI 1.4接口实现4K分辨率、60Hz刷新率输出确实很美好，如此以来很多没有DP 1.2接口的4K电视都可以充当桌面显示器来用了，它们的价格通常要比PC用的4K显示器便宜得多。
NVIDIA采用的YUV420采样实际上也是一种很成熟的标准，在DVD、H.264甚至蓝光视频中都有应用，虽然是有损压缩，不过画质影响并不大，权衡得失之后还是非常值得的，毕竟换来了60Hz刷新率，这对游戏来更为重要。
唯一的问题就在于NVIDIA这个功能还不能用于所有HDMI 1.4设备，官方继续说是因为HDMI及EDID混乱，因此目前只能支持很少一部分设备，所以官方也没有大张旗鼓宣传这个功能。对于普通用户来说，这真的只能是一个隐藏福利了，能用到算运气，用不到也很正常，毕竟这是HDMI 1.4标准之外的功能。
再说，有了DP 1.2标准，HDMI 1.4上4K 60Hz也只是权宜之计，而HDMI 2.0规范早已发布，华硕前不久推出了首款支持HDMI 2.0的PB287Q显示器，年底上市，预计明年就会有更多HDMI 2.0设备问世，HDMI接口上60Hz 4K分辨率的问题也会随之解决的。

xfwyw

谢谢分享,楼主辛苦!

zmv19770602

谢谢分享,

luxiufan09

楼主说的只是针对性的，1.4的版本要看使用的是什么显示器了。