Advanced Video Codec High Definition
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AVCHD-Logo

Advanced Video Codec High Definition (engl. Fortgeschrittener Video-Codec hoher Auflösung), kurz AVCHD, ist ein digitales Aufzeichnungsformat für Consumer- und Prosumer-Camcorder mit bandloser Aufzeichnung auf digitale Datenträger, wie zum Beispiel DVDs, SD-Karten, Memory Sticks, Festplatten oder Festspeicher. Es verwendet den H.264/MPEG-4 AVC-Codec und steht in direkter Konkurrenz zu den Formaten MiniDV und besonders HDV, welches das ältere MPEG-2 verwendet.

Inhaltsverzeichnis

Entstehung und Verbreitung

Der Standard Advanced Video Codec High Definition wurde gemeinsam von den Unternehmen Matsushita (Panasonic) und Sony entwickelt, und am 11. Mai 2006 vorgestellt. Die beiden Unternehmen halten auch die Rechte an AVCHD als Markenzeichen.

Am 13. Juli 2006 wurde der Beginn der Lizenzvergabe angekündigt. Das Format wird aktuell auch von Canon unterstützt. Eine Unterstützung durch Produkte von Pioneer, Samsung und Sharp ist angekündigt. Die Lizenzen werden für Aufnahme- und Wiedergabegeräte, sowie für Software vergeben.

AVCHD Lite

Der am 27. Januar 2009 vorgestellte Standard AVCHD Lite[1] entspricht in allen Spezifikationen dem AVCHD-Standard – mit der einzigen Einschränkung, dass er sich für Videoaufnahmen nur auf das Zeilenformat mit 720 Zeilen (720p) beschränkt und somit bei Videoaufnahmen das Zeilenformat 1080i nicht unterstützt. AVCHD Lite ist zunächst nur für Camcorder und Digitalkameras vorgesehen, deren Videoaufnahmen auf jedes Wiedergabe- oder Aufzeichnungsgerät, das dem AVCHD-Standard entspricht, übertragen werden können. Die Tatsache, dass aus den entsprechend dem Standard AVCHD Lite aufgezeichneten Videodaten bei der Wiedergabe durch eine Hochskalierung auch Videoformate mit höherer Zeilenzahl generiert werden können (siehe zum Beispiel auch Zeilenverdoppler), steht dem Standard AVCHD Lite nicht entgegen.

Wer privat gern videografiert und seine Aufnahmen auch selbst schneiden möchte, sollte unbedingt das AVCHD Lite-Format ins Auge fassen. Dieses Format lässt sich gegenüber AVCHD als FullHD mit 1920×1080 relativ leicht bearbeiten.

Hardware

Canon HG10 HDD-basierter AVCHD-Camcorder

Sony, Panasonic und Canon haben 2006 erste AVCHD-Camcorder auf den Markt gebracht. Auch Blu-ray-Spieler unterstützten dieses Format in der Regel. Dabei werden nicht nur selbsterstellte Blu-ray Discs (BD-R/RE), sondern auch Filme auf DVD-Rohlingen akzeptiert, die sogenannte Mini Blu-ray oder auch AVCHD-Disc. Die Daten sind im Universal Disk Format (UDF) Version 2.5 oder höher auf den Discs gespeichert. Dies kann zu Leseproblemen auf PCs führen, da erst ein entsprechender UDF-Treiber installiert werden muss, bevor die Disks lesbar sind (gilt z.Z. für Windows XP und Linux). Entsprechende Produkte können mit einem lizenzierten Logo (siehe Abbildung) versehen werden. Die Sony PlayStation 3 ist (ab Firmware-Version 1.9) in der Lage, AVCHD-Videos von einem Memory Stick oder einer externen Festplatte abzuspielen, wobei durch die fehlende Unterstützung des NTFS-Dateisystems die Größe der AVCHD-Dateien auf 4 GB begrenzt ist. Der WD TV HD Media Player kann ebenfalls AVCHD-Videos von einer externen USB-Festplatte abspielen und unterstützt u.a. das NTFS-Dateisystem, wodurch Dateien größer als 4 GB unterstützt werden. 4 GB werden bei HD-Aufnahmen nach ca. 40 Minuten Aufnahmedauer erreicht.

Software

Das Format wird von mehreren Herstellern von Videoschnittsoftware unterstützt. Mit der Version 7e wurde in Sony Vegas der Import von AVCHD-Daten implementiert. Andere Möglichkeiten sind unter anderem mit den neueren Versionen von PowerDirector (auch 64Bit), Adobe Premiere, Vegas Movie Studio Platinum 9.0, iMovie, Nero 7/8/9, Pinnacle Studio, Grass Valley EDIUS, Corel VideoStudio, MAGIX Video Deluxe, Final Cut Pro, Final Cut Express und MacroSystem gegeben. Auch die quelloffenen Videoeditoren Kdenlive, LiVES und Blender unterstützen das AVCHD-Format.

In Deutschland wenig beachtet ist das japanische Programm Super Loiloscope. Loiloscope setzt auf Framework 3.5/SP1 auf und nutzt in auffällig zeitsparender Weise sowohl CUDA wie auch ATI-Stream vor allem für das Rendern zu hochauflösenden Formaten. Durch die Nutzung der Stream-Prozessoren in den Grafikkarten beschleunigt sich der Renderprozess im Schnitt um den Faktor 5 bis 6. Auch andere Hersteller wenden sich zunehmend der GPU-Ausschöpfung mittels CUDA oder ATI-Stream zu, weil OpenCL und die dadurch erhofften Verbesserungen noch erheblich auf sich warten lassen (Stand 04/2010). Loiloscope arbeitet so schnell, dass bei AVCHD weder für die Vorschau noch für die Videoausgabe Kunstgriffe wie etwa der Proxy-Schnitt notwendig werden.

Gewerblicher Bereich

Mittlerweile haben sowohl Panasonic als auch Sony Camcorder herausgebracht, die zwar den AVCHD-Codec verwenden, sich jedoch an gewerbliche Anwender richten. Es steht zu erwarten, dass diese mittelfristig HDV-Camcorder ersetzen werden, da mittlerweile auch professionelle Schnittsoftware AVCHD bearbeiten kann und die Rechenleistung der verwendeten Computer zur Bearbeitung ausreichend ist (vgl. den Abschnitt Videoschnitt). Die Firmen vermarkten diese Camcorder unter speziellen Marken.

AVCCAM

AVCCAM ist der Name von Panasonic Broadcasts professioneller Video-Produktlinie, die den AVCHD Codec verwendet. Diese wurde zuvor als „AVCHD with professional features“ geführt.

Es gibt keine großen Unterschiede in der Videoaufzeichnung oder in der Dateistruktur zwischen AVCCAM und normalem AVCHD. Professionelle Merkmale, wie -laut Panasonic- progressive 1/4-Zoll CCD-Sensoren oder XLR-Mikrofonanschlüsse, sind keine Besonderheit von AVCCAM oder AVCHD.

Alle AVCCAM-Camcorder nehmen auf Secure Digital Memory Cards (SD/SDHC) auf. Neuere Mitglieder der AVCCAM-Linie, wie der AG-HMC151 (seit Ende 2008) und der AG-HMC40 verwenden das HP@4.1-Level des AVCHD-Formats mit maximaler Bitrate von 24 Mbit/s, was einer Steigerung gegenüber Panasonics Endverbrauchermodellen entspricht, die auf eine maximale Bitrate von 17 Mbit/s beschränkt sind. Andere Hersteller wie Canon, JVC, und Sony bieten bereits 24 Mbit/s in ihren Consumer-Camcordern.

NXCAM

NXCAM ist der Name von Sonys professioneller Videoproduktlinie, die den AVCHD Codec verwendet (angekündigt November 2009). NXCAM bietet 1080i, 1080p and 720p Aufzeichnungs-Modi mit Datenraten bis zu 24 Mbit/s. Anders als andere Varianten von AVCHD bietet NXCAM unkomprimierte PCM Audioaufzeichnung. Im Gegensatz zu AVCCAM unterstützt NXCAM keine für Film üblichen Bildwiederholraten (24p) für den 720p Modus. Das erste, Anfang 2010 erschienene Modell heißt HXR-NX5E. Auch das weitaus kompaktere Modell HXR-MC50E wurde bereits vorgestellt.

Camcorder der NXCAM-Linie, wie auch die Sony AVCHD Consumer-Camcorder, die 2010 vorgestellt wurden, gestatten die Aufzeichnung auf die üblicheren SDHC Karten, wie auch die Sony-typischen Memory Stick Pro Duo/Pro HG Duo Karten.

Technik

Der Advanced Video Codec High Definition basiert auf dem MPEG-4 Standard AVC/H.264 (MPEG–4 Part 10). Die erste Definition dieses Formats trägt den Namen AVCHD-Format Version 1.0.

Video

Neben den etablierten Fernsehnormen mit 480 Zeilen (siehe NTSC) und 576 Zeilen (siehe PAL oder SECAM) in den Bildseitenverhältnissen 4:3 und 16:9 werden auch die Modi 720p/(30/25/24), 1080i/(60/50) und 1080p/24 im Bildseitenverhältnis 16:9 unterstützt. Als Kompressionsmethode für die Videosignale wird MPEG-4 AVC/H.264 verwendet.

In den Spezifikationen der oben genannten Anbieter findet sich zusätzlich die Bildauflösung 1440×1080 für das 16:9-Format, die aber nicht konform mit dem Standard H.264 ist, da dieser für die HD-Darstellung in 16:9 ausschließlich quadratische Pixel vorsieht.

Die Videosignale werden im MPEG-4-Datenkompressionsstandard aufgezeichnet, um diese dann in einen MPEG-2-Transport-Datenstrom zu übertragen. Das Abspielen erfolgt mit einer Datenrate von zum Beispiel 6, 9, 13, 18 oder 24 Megabit/s (zuzüglich Ton und Metadaten).

AVCHD benutzt ein skalierbares Kompressionsverfahren (MPEG-4) mit unterschiedlicher Verarbeitungstiefe und sieht eine interne Bildstruktur mit einer Group of Pictures von bis zu 15 Bildern (Frames) vor. Die Farbabtastung erfolgt in AVCHD mit 8 bit, 4:2:0.

Audio

Für Audiosignale steht das komprimierte Aufzeichungsverfahren Dolby Digital (AC-3) mit einer Bitrate 64 bis 640 kbps und für 1 bis 5.1 Kanäle zur Verfügung. Alternativ kann auch im linearen PCM-Verfahren mit einer konstanten Bitrate von 1,5 Mbps für 2 Kanäle, aber auch variabel mit 1 bis 7.1 Kanälen gearbeitet werden. Sonys PlayStation 3 unterstützt auf AVCHD zusätzlich auch DTS.

Videoschnitt

Problematisch ist beim Advanced Video Codec High Definition derzeit noch die sich erst entwickelnde Schnittverarbeitung. Selbst bei Rechnern mit 3 Gigahertz Dual-Prozessor und 2 Gigabyte Arbeitsspeicher kann es noch zu hohen Renderzeiten kommen. Der Rechenaufwand ist stark abhängig von der Verwendung der Kodieroptionen und davon, wie gut die Rate-Distortion-Optimierung eingestellt ist. AVC-Encoder mit guter Performanz haben etwa die acht- bis zehnfache Komplexität eines MPEG2-Encoders und die Dekodierung ist etwa dreimal aufwändiger als bei MPEG-2. Die Echtzeitgrenze (30 Frames) für einen Zweikernprozessor liegt mit Benutzung des CABAC-Codec bei 10 Mbit/s, mit Vierkernprozessor bei 15 Mbit/s. Ohne CABAC liegen beide Systeme oberhalb von 20 Mbit/s.

Die professionelle Schnittsoftware FinalCut Pro von Apple geht im Videoschnitt von AVCHD-Material einen anderen Weg. Bereits bei der Übertragung des AVCHD-Materials auf einen MacOS X kompatiblen Computer wird das Format in Apple ProRes 422 oder Apple Intermediate umgewandelt. Zwar beansprucht dieser auf dem Speichermedium während der Bearbeitung erheblich mehr Platz, jedoch entfallen dabei weitestgehend Renderzeiten und es ist möglich, auch Material anderer Formate im gleichen Projekt mit zu verwenden. Weiterhin entfallen weitere Beeinträchtigungen durch wiederholtes Rendering während der Bearbeitung. Die finale Schnittversion kann dann anschließend entsprechend der Erfordernisse in ein adäquates Format transkodiert werden. Dies ermöglicht zum Beispiel auch die Erstellung einer Blu-ray Disc, die auf handelsüblichen Playern abgespielt werden kann.

AVCHD wird derzeit überwiegend zum Speichern auf DVD, Festplatte oder Speicherkarte verwendet. Der Schnitt von Filmen war ursprünglich weder in diesem Format, noch im MPEG-2-Format vorgesehen. Erst durch die starke Nachfrage der Nutzer nach einer Lösung mit geringen Bandbreiten bei steigenden Bildauflösungen wurden auch Software-Schnittlösungen angeboten.

Wer von einem Standard-Format (SD) auf ein hochauflösendes Format einschließlich Videoschnitt umsteigen möchte, sollte nicht einem weitverbreiteten „Qualitäts-Wahn“ erliegen, sondern sich mit dem hochauflösenden 720p-Format/HDV1 (1280x720) anfreunden, wie es auch als AVCHD Lite erhältlich ist. Zum Schneiden sollten Programme bevorzugt werden, die zum Rendern vor allem auch die CUDA- oder eventuell die ATI-Stream-Technologie oder beides nutzen können (z.B. Software von LoiLo oder Cyberlink). Im Ergebnis mag dann zwischen der Bearbeitung von SD- und HD-Material je nach Komplexität beim Schnitt kein Unterschied auffallen. Allerdings wird der Zeitaufwand für das Rendern hochauflösender MPEG2- oder MP4-Formate auffällig verringert. Die Bearbeitung als solche kann bei 720p/AVCHD Lite im Consumer-Bereich auch mit MAGIX Video deluxe ab Version 17 Plus/Premium recht flüssig erfolgen, jedoch ohne den auffälligen Zeitvorteil beim Rendern, wie etwa CUDA ihn verschafft.

Datenrate

Der gesamte Standard ist bis zu einer Bandbreite (Level 5.1 / H444 Profile) von 960 Megabit pro Sekunde und einer Bildauflösung von bis zu vier Millionen Bildpunkten definiert. Die üblichen zu verwendenden Datenraten lagen Ende 2008 je nach Bildauflösung und Kompressionsrate zwischen 5 und 24 Megabit pro Sekunde. Dies entspricht einer Aufzeichnungsdauer von etwa 5 (bei 24 Megabit pro Sekunde) bis 26 Minuten (bei 5 Megabit pro Sekunde) pro Gigabyte. Für die Verwendung der derzeit höchsten Qualitätsstufe von 24 Megabit pro Sekunde werden Class 6 Medien empfohlen, die eine Bruttodatenrate von 48 Megabit pro Sekunde zulassen[2].

Schnelle (Class 6) Marken-SDHC-Karten mit 16 Gigabyte Kapazität sind ab rund 20 Euro erhältlich (Stand: Oktober 2010). Sogar Class 10-SDHC-Karten mit 16 Gigabyte sind bei Gelegenheit je nach Weltmarkt-Preisgefüge deutlich unter 30 Euro zu finden und sollten bevorzugt werden, wenn bei gewählter hoher Datenrate sehr lange Einzelszenen anfallen.

Höhere Datenraten

Anfang 2010 hat zunächst Panasonic einen Camcorder angeboten, dessen maximale Datenrate für progressive Full-HD-Aufnahmen mit bis zu 60 Bildern pro Sekunde und den Anforderungen der hohen Datenmengen folgend mit 28 Megabit pro Sekunde oberhalb und somit außerhalb der AVCHD-Spezifikation eingestellt werden kann.[3]

Im Januar 2011 hat dann auch Sony ein entsprechendes Gerät mit der Einstellmöglichkeit von bis zu 28 Megabit pro Sekunde vorgestellt.[4]

Wenn die Datenrate außerhalb der Spezifikation von AVCHD liegt, kann es bei der Wiedergabe mit anderen Geräten unter Umständen zu Schwierigkeiten kommen.

AVCHD 2.0

Anfang Juli 2011 wurde der erweiterte Standard AVCHD 2.0 veröffentlicht. Dem AVCHD-Format wurden neue Spezifikationen für dreidimensionale und hochaufgelöste Aufnahmen im progressiven Modus bis zu 1080/60p hinzugefügt. Gleichzeitig wurden die Handelsmarken AVCHD 3D, AVCHD Progressive und AVCHD 3D/Progressive eingeführt.[5]

Hintergrund

AVCHD wurde von der Motion Picture Expert Group geschaffen und von den Firmen Sony und Panasonic in Produkte umgesetzt, da man nicht länger ausschließlich auf Speichermedien mit Laufwerken setzen wollte, wie zum Beispiel Bandlaufwerke, Festplatten oder DVD-Laufwerke.

Vergleich mit Bandaufzeichnung

Das Magnetband bietet Möglichkeiten, große Datenmengen auf einen vergleichsweise günstigen Datenträger zu speichern. So können auf einem Mini-DV-Band etwa 13 Gigabyte abgespeichert werden. Preiswerte Speicherkarten standen im Mai 2008 für bis zu 16 Gigabyte zur Verfügung, haben jedoch einen deutlich höheren Preis. Im November 2010 waren 16 GB-SDHC-Speicherkarten schon für 20 Euro zu finden, jedoch auch schon Karten mit weit höherer Kapazität verfügbar. Da ein wesentlicher Vorzug von AVCHD jedoch darin liegt, dass bei einer identischen Datenrate gegenüber MPEG-2 eine deutlich höhere Speicher-Effizienz erreicht wird, relativieren sich die Mehrkosten, d.h. die Kosten pro Zeit nähern sich an.

Zudem wird es im Bereich der Consumer-Videotechnik durch AVCHD erstmals möglich, die gesamte HD-Auflösung von 1920 x 1080 Bildpunkten ohne Interpolation aufzuzeichnen, wenn auch die meisten der 2008 am Markt befindlichen Camcorder diese Auflösung weiterhin nur durch Interpolation erreichen. Zur Jahreswende 2009/2010 hat sich der Markt auffällig geändert: Es werden immer mehr Aufnahme-Chips verwendet, die das echte FullHD-Format unterstützen. Zudem sind die Preise für Camcorder und Video-taugliche Digitalkameras (bei diesen meist AVCHDlite für die Nutzung von SD(HC)-Karten) drastisch gefallen.

Schließlich ist durch die Benutzung moderner Speichermedien nicht nur sequentieller, sondern auch wahlfreier Zugriff auf die Daten möglich. Das bedeutet den Wegfall des zeitraubenden Spulens und den direkten Zugriff auf einzelne Szenen wie auf einzelne Dokumente bei einer Festplatte.

Handling

Bei der Aufzeichnung auf SD(HC)-Karten wird für jede einzelne Szene (bei jeder Auslösung der Kamera) eine einzelne Datei auf dem Speichermedium abgelegt. Das kann zu so zahlreichen Dateien (Clips) führen, dass nicht wenige der Videoschnittprogramme mit der Verwaltung der vielen Clips Probleme bekommen. Zu jedem einzelnen Clip müssen bei Veränderungen während des Schnitts die entsprechenden Daten festgehalten und im Projekt laufend beachtet und gespeichert werden. Deshalb werden auch namhafte Consumer-Programme während der Bearbeitung von sehr zahlreichen Clips innerhalb nur eines Projektes oft langsam oder stürzen gar häufiger ab.

Es ist also von erwähnenswerter Bedeutung, dass man dieses Problem entschärfen kann, indem man alle Clips ohne jede Veränderung erst zu einem einzigen zusammenhängenden Video-File verarbeitet und nach dessen Laden die Szenenerkennung bemüht. Manche Programme bieten das schnelle sogenannte Smart Rendering an, das die Quell-Clips nur kopiert und zu einem einzigen Video „zusammenklebt“. Funktioniert bei dem gewählten Programm diese Rendermethode nicht und würde das Rendern daher ärgerlich viel Zeit in Anspruch nehmen, kann man sich mit einem Programm behelfen, das zuverlässig die Grafikprozessoren (GPUs) der Grafikkarte benutzt und mittels CUDA oder ATI-Stream das Rendern um Faktoren zwischen 6 und 10 mal Realzeit beschleunigt. Für den privaten Gebrauch kann sogar empfohlen werden, bei diesem Prozess von der Full-HD-Auflösung mit 1920 x 1080 Bildpunkten auf die HD-Auflösung mit 1280 x 720 Bildpunkten hinunter zu gehen, weil – wie durch zahlreiche Erprobungen bestätigt – dadurch die Qualität für den späteren Betrachter nicht erkennbar absinkt. Trotzdem führt dieser Vorgang zu einer Verringerung der Auflösung, und damit unweigerlich - ob nun sichtbar, oder nicht - zu einem Qualitätsverlust.

Siehe auch

Literatur

Weblinks

Einzelnachweise

  1. AVCHD Information Web Site
  2. JVC-Empfehlung: Class 6 für 24Mb/s-Aufnahmen erforderlich
  3. Panasonic HDC-TM700 Datenblatt
  4. CES 2011: Sony präsentiert die neuen Stars am Consumer Electronics-Himmel SONY HDR-CX700VE
  5. AVCHD Information Website - 1st July 2011 www.avchd-info.org (online)

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