HDMI 2.1是HDMI最新的标准，能够提升达300%的视讯传输速度，并透过压缩功能进一步再提升300%，视讯频宽较HDMI 2.0的18Gbps高9倍。HDMI 2.1标准增加一系列新特性，包括动态HDR(Dynamic HDR)、可变更新率(Variable Refresh Rate, VRR)、以及快速媒体切换(Quick Media Switching)。若要体验上述全新功能，须购买新的视讯输入设备。未来将陆续推出搭载全新功能的设备，单台设备将无法提供上述所有功能。

由于未来将陆续推出搭载HDMI 2.1新功能的产品，届时影音接收器(AV Receiver, AVR)等音讯设备将无法与最新产品相容。例如，若游戏使用者购买搭载VRR功能的电视机与游戏机，则电视机与游戏机之间的AVR也须升级，然而升级AVR的费用非常高，就算AVR最主要的音讯功能并无改变。若游戏机和电视机之间的HDMI链路未部署AVR，则无法扩大支援进阶音讯格式，例如Dolby Atmos和DTS：X。

为让现有AVR能够相容于新设备，HDMI 2.1标准带来了全新的增强音讯回传通道(Enhanced Audio Return Channel, eARC)功能。导入eARC技术可确保AVR与电视机之间的向下相容性，实现更高品质和更佳易用性。

相较于现有的家庭剧院音讯互连方式，HDMI 2.1 eARC具有以下特性：

1. eARC是唯一能够提供向下相容性的解决方案，可确保AVR相容于新电视机

2. 提供完美且完整的音讯品质，实现较光纤达30倍的宽频

3. 实现更好的跨品牌互通性

4. 卓越的易用性

5. 简化互连性

向下相容的挑战

过去八年中，电视技术已从1080p发展到4K视讯。随着4K技术的发展，新一代HDCP版权保护技术亦应用于保护4K视讯内容。然而，新功能需要长时间逐步推广，如同当年4K AVR的发展历程：

1. 支援HDCP 1.4版权保护技术的4K30视讯应用

2. 支援HDCP 2.2版权保护技术的4K30视讯应用

3. 支援HDCP 2.2版权保护技术的4K60视讯应用

4. 支援HDCP 2.2版权保护技术和高动态范围的4K60视讯应用

在新功能逐步推广的过程中，大多数4K AVR将无法相容于最新的4K视讯产品，例如4K蓝光播放器。即使上述列出的4款AVR应用皆标示「4K AVR」，但仅最新一代AVR产品才能与目前4K蓝光光碟和其他4K电影内容完全相容。

维持向下相容性将是最主要的挑战。对于购买AVR系统的客户而言，由于许多家庭剧院系统中，AVR的使用时间通常最长，向下相容性的影响十分巨大。

HDMI 2.1 eARC主要可确保使用者的AVR和条形音箱(Sound Bar)不会随着HDMI 2.1标准的推广而无法使用。eARC技术更可显著提高家庭剧院系统整体品质、互通性、可用性以及互连性。

eARC功能AVR连结

eARC透过移除视讯传输路径中的音讯设备，进一步确保向下相容性。当使用传统AVR系统(图1)，音讯和视讯皆透过AVR自讯号源设备传输至电视机。

图1 传统不使用eARC的AVR互连方式

而使用eARC时，设备可直接连接到电视机，电视机将仅包含音讯的eARC讯号传送到AVR。这种互连方式可避免视讯格式产生的问题，延长搭载eARC功能的AVR使用寿命。eARC能够为家庭剧院系统实现高品质的音讯体验。

若要将搭载eARC功能的AVR或条形音箱与电视机连接，需在音讯设备上将搭载乙太网路功能的HDMI线缆连接至电视机HDMI-eARC输入。接着，将其他HDMI设备连接到电视机。连接方式如图2所示。

图2 全新使用eARC的AVR互连方式

以此方式实现家庭剧院系统的设备互连将更加方便。eARC系统的使用者仅须使用电视遥控器即可处理所有输入切换，毋须个别使用AVR遥控器切换AVR输入、或使用电视机遥控器切换电视机输入。上述功能不仅支援HDMI输入，更包括电视机内建应用以及任何其他输入，例如类比视讯和电视遥控器。若电视机和AVR支援CEC功能，使用者使用电视遥控器更可控制音讯设备开关、音量大小以及静音功能。使用eARC时，CEC并非必需的。

若以传统方式使用AVR仍然是可行的，也就是将讯号源设备与AVR连接。若使用者之后购买超出AVR视讯功能支援的进阶设备，可直接连接至电视机，eARC功能会将音讯传送到AVR。

一般情况下，消费者购买的电视机和AVR往往来自不同制造商。eARC可确保不同品牌的电视机和AVR在互连时的相容性和互通性。eRAC技术实现的第一项优势为增强的相容性，视讯不再经过AVR进行传输，eARC功能是全新且专用于音讯设备和格式的创新机制，如下文所述。

未来，HDMI eARC将为消费者购买HDMI AVR或条形音箱的必要功能，为未来HDMI 2.1设备之间相互相容的唯一保障。除了保障设备之间相容性的优势，eARC更在易用性、音讯效能以及音讯介面相容性等具有实质优势，将影响未来几年的设计。

eARC运作原理

eARC功能使用支援乙太网路的HDMI线缆将高位元速率音讯讯号从电视机传输到音讯设备。该线缆基于HDMI 1.4标准进行设计。支援乙太网路的HDMI线缆连接器与引脚和普通HDMI线缆皆相同。支援乙太网的HDMI线缆引脚14、15和19的结构为遮罩双绞线，设计用于HDMI乙太网路通道。对于不支援乙太网路的HDMI线缆，这些仅是简单的直通式引脚，不支援eARC讯号传输。

电视机传送的eARC讯号与SPDIF音讯讯号的格式类似，然而传输速率高达98Mbps。由于移除协议开销，原始音讯的最大传送速率约为37Mbps，支援8通道192kHz/24bit无压缩PCM音讯。(8×192,000×24=36,864,000Mbps)。

1Mbps的双向资料讯号可调整至eARC音讯讯号。该双向讯号允许eARC电视机发现eARC音讯设备。该资料讯号更可使电视机读取音讯设备支援的音讯格式，允许电视机传送嘴形同步校正资料，并让音讯设备定期向电视传送「心跳」讯号，告知电视机应将内建扬声器保持静音状态。eARC设备中使用这些资料讯号具有强制性，这些讯号在光纤(TOSLINK)或SPDIF音讯链路中均不可用，且对于先前HDMI-ARC音讯链路具有选择性。

eARC与其他音讯互连方式差异

将音讯从电视机传输到音讯设备的方法还有另外两种，例如光纤TOSLINK和HDMI-ARC。然而上述方法均具有局限性，而eARC则能够克服这些限制。下列对照表显示三种方法的差异(表1)。

表1 三种主要音讯连接方式比较

eARC主要优势之一为支援HDMI标准下所有家庭剧院格式。上一代HDMI 1.4 ARC功能仅支援通过单引脚以1Mbps的速率传输音讯，对于目前高阶音讯标准已不适用。尤其是在播放蓝光格式音讯时，音讯往往要使用超过TOSLINK和ARC支援范围的更高频宽，而eARC可提供全部所需的频宽。

相较于ARC，内建的eARC资料通道能够大幅提高可靠性和相容性，同时本质上维持传统「流式(Flow-through)」AVR互连方法。尽管先前HDMI-ARC标准也能提供与eARC相同的发现机制，提供相似的讯息传送，讯息功能具有选择性，且发现/讯息传送方式皆以HDMI-CEC为基础。HDMI的CEC引脚允许设备之间相互传送遥控命令。

然而目前的问题是不同制造商对CEC功能进行了不同客制，实际使用时可能产生未知问题。而日常使用时，使用者连接多个不同品牌设备后，难以确保CEC能够正常工作。可能产生无法开启CEC功能或开启后一些预料之外的问题。因此，eARC的设计并不仰赖CEC。若其他设备不支援eARC，eARC设备可自动退回至ARC模式。eARC仅用于确保电视机和AVR(或条形音箱)之间的相容性，eARC毋须支援其他HDMI设备。

另一个常见的问题是：若eARC的设计能够克服一些CEC会产生的问题，那么为什么eARC需要使用CEC实现自动化的使用者遥控命令？答案是因为eARC资料通道仅支援「隐形的(Invisible)」操作，例如eARC链路的发现和设置、确定格式以及嘴形同步。eARC资料通道无法传送音量大小、静音功能等使用者命令。此设计的原因是目前已有许多不同方式传送使用者命令，例如所有HDMI标准版本都内建CEC功能、经程式设计的通用遥控器、或智慧型手机应用。

因此，eARC没有将远端控制功能添加到eARC资料通道，以避免潜在的可用性问题。此外，CEC引脚也具备独特优势，十分适用于透过HDMI发送「开机(Power On)」讯息，在支援CEC的系统中仍可使用该功能。而eARC音讯的一大优势是可在没有CEC的情况下完美运作，使用者可选择是否使用CEC进行设备控制。 

eARC不仅可以绕过CEC，还可以绕过其他HDMI链路。在自HDMI 2.0到HDMI 2.1的发展过程中，其他HDMI引脚上的部分讯号皆产生变化。而eARC并没有这些疑虑，可确保最大相容性，尤其是使用者在购买新电视机时毋须过多考虑。然而，由于CEC是ARC发现机制的一部分，要在(HDMI 1.4)ARC模式下使用相容于eARC设备，例如同时使用HDMI-eARC AVR与HDMI-ARC电视机时，必须开启CEC。

由于AVR或条形音箱毋须支援4至8个超高速48G HDMI 2.1输入输出连接埠，eARC可以降低音讯设备成本。

eARC频宽

eARC支援最高音讯负载达36.8Mbps，恰好满足8通道24位元192kHz无压缩音讯，这是蓝光格式音讯使用的最大音讯频宽。同时，也支援4通道I2S介面的音讯频宽，这是一种晶片到晶片的电子介面，常用于高阶音讯设备传输。最后，eARC更支援现有的HDMI乙太网路线缆，后者的设计速率最高为100Mbps(乙太网路)。eARC功能移除协议开销，实际使用的频宽最高达98Mbps，能够搭配现有的HDMI乙太网路线缆。

支援音讯格式

以下为eARC支援的音讯格式：

无压缩格式：

・2至8通道，所有HDMI标准取样速率，高达192kHz频率和24-bit速率

・高达32通道，采用降低的取样速率，如16通道96kHz和32通道48kHz

Dolby格式：

・ AC-4

・Dolby Digital Plus(E-AC-3, 192kHz× 2ch×16-bit频宽)

・杜比TrueHD

・杜比全景声

DTS格式： 

・ DTS

・ DTS-HD主音频

・ DTS：X

Fraunhofer格式： 

・ MP3

・ AAC-LC

・ HE-AAC

・ HE-AACv2

・AAC-LC和HE-AAC，搭载MPEG环绕支援

・MPEG-H 3D音讯

HDMI并未定义或限制可使用或不可使用的格式，因此此处无法一一列举可能支援的格式。然而，有两个音讯格式可能会导致使用eARC功能产生困难：DVD-Audio和超级音讯CD(Super Audio CD)。这两个音讯专用的光碟格式基本上已经过时了，值得注意的是DVD-Audio与DVD电影的音讯轨道不相同。一般情况下，可透过将这些高阶音讯播放机直接连接扩音器解决上述问题。

eARC功能解决方案

目前已有厂商推出SiI9437 eARC接收器和SiI9437 eARC发送器是32引脚QFN IC，透过HDMI传输和接收eARC资料。这两款IC旨在允许电视机、电脑显示器、AVR和条形音箱制造商将eARC应用至现有设计，甚至将HDMI功能整合至系统单晶片。

这两款IC不发送或接收HDMI讯号，仅用于连接eARC引脚14和19。如此，就能够与使用任何版本HDMI标准的现有HDMI发送器和接收器解决方案相互整合，如图3所示。

图3 SiI9437和SiI9438解决方案适用于eARC功能

该两款IC可在SPDIF/I2S音讯介面和差分eARC讯号之间进行桥接，速率最高达98Mbps。SiLR9437与SiI9438元件支援IC上用于控制功能的I2C介面以及eARC资料通道桥接。

eARC可用于确保未来设备的向下相容性，实质提升易用性、音讯效能以及与其他音讯介面相容性，为家庭剧院体验实现重大升级，且将成为使用者购买HDMI AVR或条形音箱的重要考量。未来一两年内，eARC十分可能进入许多HDMI音讯设备。

(本文作者任职于莱迪思半导体)