Transmission HDMI sur longue distance

J'ai récemment du acheter un câble HDMI d'une longueur "assez importante" (supérieure à 7.5 mètres) et sachant qu'une telle longueur était susceptible de poser problème, j'ai davantage creusé la question. En effet, bien souvent, les câbles HDMI sont relativement courts (1 à 2 mètres) puisque utilisés pour raccorder une console, un décodeur satellite ou je ne sais quoi d'autre à votre téléviseur. Dans mon cas il s'agit de relier mon vidéo-projecteur à mon amplificateur, ce dernier étant à proximité de la toile de projection, il se situe donc à une distance de 10 à 15 mètres. Sur de courtes distances (1 à 2 mètres), la différence de qualité entre un câble HDMI "standard" et un câble HDMI haut de gamme est relativement faible, pas nécessairement inexistante mais disons acceptable. En revanche sur des distances plus longues, sans câble de qualité, cela poser de vrais problèmes : qualité dégradée, perte de fluidité, colorimétrie délirante, etc. A noter qu'il n'y a pas de "longueur maximale officielle" : en fonction des équipements et des exigences de chacun, un bon câble peut suffire sur des distances de 5 à 7.5 mètres. Intéressons-nous donc d'un peu plus près au HDMI, cette norme et interface audio/vidéo totalement numérique qui permet de transmettre des flux chiffrés, principalement non compressés.

Une qualité qui diffère en fonction du câble

Si je m'en tiens aux spécifications de l'HDMI 1.2 (il existe plusieurs versions), l'interface HDMI est une interface avec pertes ! En tout cas la partie vidéo n'est qu'un flux de pixels envoyé sans aucune donnée de contrôle (ou code correcteur) de type CRC : seule la partie audio est contrôlée par HDCP. De ce fait, même des câbles de faibles longueurs peuvent donc rendre des images différentes.

Comparaison entre l'audio et la vidéo

Un câble de modulation audio (souvent assez court, 1 à 2 mètres) doit pouvoir transmettre une fréquence qui varie de (je simplifie) 16Hz et 20khz pour un signal dont le niveau peut atteindre 200 millivolts. Comparativement, un câble HDMI transfert des signaux de plusieurs centaines de millivolts à des fréquences beaucoup plus élevées (plusieurs centaines de Mhz) sur des distances qui peuvent être (dans mon cas par exemple), beaucoup plus importantes.

La technologie TMDS utilisée par l'HDMI

TMDS est la technologie de transmission vidéo (développée par la société Silicon Image, membre du DDWG) utilisée par l'HDMI. Tout n'est pas à jeter puisque l'émetteur incorpore quand même un algorithme de codage évolué qui réduit les interférences électromagnétiques sur les fils de cuivres et permet le rétablissement du flux de données (de l'horloge). Ainsi la qualité de la transmission est malgré tout améliorée sur des câbles longs et/ou de moins bonne facture. TMDS transfert donc l'encodage de chaque pixel (espace/codage colorimétrique RVB ou YCbCr) par l'intermédiaire de trois paires et la fréquence d'horloge au moyen d'une quatrième paire. La fréquence de transfert varie de 165Mhz à 330Mhz dans le cas d'un signal très haute définition (via 3 paires supplémentaires).

Les trois principales causes d'altérations du signal

Généralement les dégradations constatées proviennent soit : - d'une atténuation du niveau qui dépend notamment de la résistance du câble, - d'une limitation de la bande passante qui dépend principalement de la capacité entre le conducteur, l'isolant et le blindage, - d'un déphasage qui dépend de la variation de l'inductance ou de la capacité du câble.

Atténuation du signal suggère "effet de peau"

Étant donné que les courants à haute fréquence ne se propagent pas dans les conducteurs comme le courant continu ou à basse fréquence (plus de détails ici), un effet de peau (également appelé effet pelliculaire ou skin effect) peut se manifester. En effet, à haute fréquence, quand la section conductrice diminue, la résistance du conducteur augmente. D'ailleurs certains fabricants de câbles préfèrent réduire le diamètre des paires et utiliser des conducteurs cuivre/argent (par exemple).

Limitation de bande passante suggère "interférences FEXT"

Plus d'informations ici : http://www.docstoc.com/docs/80006931/Installation-Effects-Upon-Alien-Crosstalk-and-Equal-Level-Far-End.

Déphasage suggère variation de l'inductance

Le déphasage du signal envoyé et du signal reçu, entre deux paires ou au sein d'une paire, est le résultat d'une légère variation de l'inductance ou de la capacité du câble. Pour limiter ce phénomène, la norme HDMI impose a posé un certain nombre de conditions (plus d'informations sur les valeurs intra-pair skew max, inter-pair skew max, etc). Malgré cela, à cette vitesse de transfert, les temps de montée et de descente des signaux évoluent très rapidement en fonction de la longueur du câble : ce qui peut entrainer des déphasages importants. Ces derniers génèreront des renvois d'erreurs de synchronisation et donc des pertes de données.

Différentes solutions

Le câble HDMI haut de gamme

Il s'agit d'un câble HDMI dans lequel le constructeur aura apporté tout son savoir-faire, toute son expérience dans le domaine. Chaque constructeur y va de "sa petite recette miracle", bien souvent en utilisant des métaux/alliages conducteurs assez onéreux. Je cite par exemple la description du Real Cable Infinite II (de 1.50 à 15m) :

"Conducteurs en cuivre étamé et désoxygéné à 99,99 % (OFC), câble de très forte section, triple blindage, fiches métalliques SafeLock II®, contacts or. Une tresse antivibratoire en nylon, un tressage haute densité de la masse, des paires torsadées de forte section assurent une excellente qualité de transmission permettant d’atteindre un débit record de 20,4 Gbits/s. Nouvelles prises métalliques SafeLock II®."

Le câble HDMI "exotique"

Certains constructeurs s'aventurent hors des sentiers battus pour proposer des solutions bien à eux. Souvent ces câbles "exotiques" sont plus chers que les câbles HDMI "classiques" haut de gamme. En effet ils peuvent par exemple transmettre le signal par l'intermédiaire de fibre optique et non plus par des conducteurs à base de métaux/alliages. Dans cette catégorie, nous retrouvons par exemple le câble de Celerity Technologies qui est équipé de petits connecteur HDMI standards. Connecteurs sur lesquels viendra se connecter un câble optique de 12 à 300 mètres (de $250 à $1,800) ! Le câble a des spécifications intéressantes (pdf) puisqu'il est compatible 3D, 1080/24p, Deep Color, 4K, CEC, xvColor, etc.

Les amplificateurs/répéteurs HDMI

Là c'est facile, un amplificateur qui... amplifie le signal... si, si ! Le répéteur HDMI, qui doit être alimenté, se positionne entre deux câbles HDMI. Il y a bien sûr plusieurs marques de répéteurs mais le CYP RE-101 fait tout à fait ce qu'on lui demande : il vous en coûtera une centaine d'euros. Ce modèle peut théoriquement assurer la jonction entre deux câbles HDMI de 15 mètres. Il est théoriquement possible d'installer plusieurs répéteurs HDMI sur la même "ligne HDMI" mais je le déconseille fortement ! Le signal se dégradant au fil des mètres, le répéteur HDMI amplifie toujours un signal déjà plus ou moins dégradé.

Les transmetteurs sans-fil (wifi)

Les transmetteurs wifi ont bien sûr l'avantage de ne nécessiter aucun câblage entre vos appareils, en revanche leur portée en zone libre (sans obstacle, interférence, etc) est souvent limitée à une trentaine de mètres. Je recommande de bien se renseigner avant d'opter pour un modèle de transmetteur sans-fil. En effet, assez rares sont les modèles qui ne cachent pas quelques contraintes. Par exemple, certains modèles ne supportent par la HD, la Full HD, la 3D, le 4K, d'autres supporteront nativement le Dolby Digital 5.1, le DTS 5.1, le DTS 96/24 et le LPCM 5.1, mais pas le Dolby True HD ou le DTS-HD ! Ce sont des produits qui peuvent être relativement performants mais qui doivent être achetés en connaissance de cause ; après prise de renseignements. Mon expérience personnelle avec ce type de produits étant limitée, je ne suis pas en mesure de conseiller une marque ou un modèle. Il y a de tout, du bon et du moins bon (pour ne pas dire du mauvais) et à tous les prix.

Les transmetteurs Ethernet (RJ45)

Lorsqu'il s'agit de transmettre de l'HDMI sur des distances importantes, l'une des meilleures solutions, tant en terme de coût que de performance, est d'utiliser des transmetteurs Ethernet. Transmetteurs sur lesquels viendront se connecter un ou deux (rarement plus) câbles RJ45. Avec ce type de solution, des distances de plusieurs dizaines/centaines de mètres pourront être envisagées. Là encore, comme pour les transmetteurs sans-fil mais dans une moindre mesure, il est conseillé de se renseigner avant d'acheter : des problèmes similaires à ceux évoqués dans le paragraphe précédent peuvent se manifester. Personnellement je vous conseille les modèles du constructeur CYP (de 274€ pour le kit PU-1107 à 819€ pour le kit PU-1109).

Solutions alternatives

J'ai déjà exposé un certain nombre de solutions, généralement les plus performantes (quoique, pour ce qui est des transmetteurs wifi ^^) et celles susceptibles d'intéresser le plus grand nombre. Il existe néanmoins plusieurs autres méthodes de transmissions : par courant porteur (CPL), par câble coaxial, etc. Je vous invite à découvrir le site de CYP pour vous faire une meilleure idée sur les solutions qui existent.