HDMI完全手册.doc

HDMI 完全使用手册 1 HDMI 技术中文全名高清多媒体接口是目前在各种视频音频领域应用 最广泛的一种接口标准作为正在成为各种数字影音设备和PC 中必配的新型接 口 术HDMI 到底是如何而来又究竟是什么让HDMI 做到在众多接口技术中独 领风骚HDMI 风光的外表下又到底蕴含着什么样的危机今天这篇HDMI 全 书就将带你拨开缠绕在HDMI 身上的层层迷雾 第一章 我们为什么需要数字传输接口 第一节数字化影音时代模拟接口的缺陷 说起显示设备很多人都会在第一时间想起电视机和电脑显示器这些在生 活中随处可见的设备的确随着人类社会的不断进步各种显示设备已经在人 类社会中发挥了巨大的作用无论是在工业生产的第一线还是在家庭休闲娱乐 的时刻人们都希望能看到清晰流畅的影像而对于显示设备来说要想显示 出丰富多彩的高分辨率画面除了高质量的信号源还需要一个高性能的信号传 输接收装置也就是我们常说的信号接口打个比方我们可以把影像信号看 成装满了货物的汽车那么传输影像信号的装置就是让汽车行驶的公路信号接 口的带宽就如同公路的通行能力人们为了提 影像的清晰度不停的在增加 公路上行驶的汽车数量以装载更多的数据量而要保证汽车不会发生拥堵 将公路升级改造为通行量更大更宽的高速公路就是一个必不可少的手段 这四种都是最常见的模拟输出端子 好莱坞是防盗版技术的最大受益者 HDMI 的全称是 High Definition Multimedia Interface 清多媒体接 口2002 年4 月来自电子电器行业的7 家公司日立松下飞利浦 Silicon Image索尼汤姆逊东芝共同组建了HDMI 清多媒体接口接口组织 HDMI Founders HDMI 论坛开始着手制定一种符合 清时代标准的全新数字 化视频音频接口技术经过半年多时间的准备工作HDMI founders 在2002 年 12 月9 日正式发布了HDMI 10 版标准标志着HDMI 技术正式进入历史舞台 HDMI 技术的推出并不是这些厂家一时兴起的冲动行为相反在HDMI 技 术推出的背后还有这更多的深层次原因 1999 年4 月份为了满足数字化时代 质量图形影像的要求DDWG Digital Display Working Group 数字显示工作组以美国Silicon Image 公司的专利技术 为蓝本推出了一种名为DVI Digital Visual Interface 的接口旨在统一新 时代数字显示接口标准这一技术并且得到了IT 业内以IntelDELLHPIBM 微软等个大企业的广泛支持经过3 年多的推广DVI 技术在计算机显示输出领 域得到了迅速运用但是伴随着数字 清影音技术的发展DVI 接口也开始逐渐 暴露出种种问题甚至在一定程度上成为数字影像技术进步的瓶颈 DVI 接口 DVI 接口虽然是一种全数字化的传输技术但是在开发之初其最初目标就 是要实现 清晰无损压缩的数字信号传输由于没有考虑到IT 产品和AV 产品 融合的趋势DVI 标准过分偏重于对计算机显示设备的支持而忽略了对数字平板 电视等AV 设备的支持同时对于一直关注盗版问题的好莱坞出版商们DVI 接口也没有提供他们所关心的版权防盗功能因此从最后的结果来看DVI 接口 虽然成功的实现了无损 清传输这一目标但是过于专一的定位也在相当程度上 造成了整体性能的落后下面我们看看DVI 接口存在的主要问题 DVI 接口考虑的对象是PC对于平板电视的兼容能力一般 DVI 接口对影像版权保护缺乏支持 DVI 接口只支持计算机领域的RGB 数字信号而对数字化的色差信号 无 法支持 DVI 接口只支持8bit 的RGB 信号传输不能让广色域的显示终端发挥出 最佳性能 DVI 接口出于兼容性考虑预留了不少引脚以支持模拟设备造成接 口体积较大效率很低 DVI 接口只能传输图像信号对于数字音频信号的支持完全没有考 虑 由于以上种种缺陷DVI 接口已经不能更好的满足整个行业的发展需要因 此无论是IT 厂商平板电视制造商还是好莱坞的众多出版商都迫切需要 一种更好的能满足未来 清视频行业发展的接口技术也正是基于这些原因才 促使了HDMI 标准的诞生 第三节HDMI 标准的主要特性和优势 在HDMI 标准制定之初并没有抛弃DVI 标准中相对成熟且较易实现的部分 技术标准整个传输原理依然是基于Silicon Image 公司的TMDS 编码技术而 对于DVI 接口存在的各种缺陷HDMI 进行了大 提升主要体现在以下方面 更好的抗干扰性能能实现最长20 米的无增益传输 针对大尺寸数字平板电视分辨率进行优化兼容性好 支持EDID 注1和DDC2B 注2标准设备之间可以智能选择最佳匹 配的连接方式 拥有强大的版权保护机制HDCP有效防止盗版现象 支持24bit 色深处理 RGBYCbCr4-4-4YCbCr4-2-2 接口体积小各种设备都能轻松安装 一根线缆实现数字音频视频信号同步传输有效降低使用成本和繁杂 程度 完全兼容DVI 接口标准用户不用担心新旧系统不匹配 支持热插拔技术 注1EDID Extended Display Identification DATA即扩展显示识别数据最初是为 PC 显示器设置的优化显示格式而设计的规范存储在显示器中专用的容量为1Kb 的EEROM 存储 器中而HDMI 接口则遵从并且扩展了此规范HDMI 接口在数字电视中的EDID 数据结构与 PC 显示器的最大区别是编程数据可以是128Byte 的倍数它不仅规定数字电视显示的格式也 规定数字视频信号和数字音频信号 注2DDC2B 是主机与显示设备准双向通讯的协议标准主要基于I2C 通讯协议只有主机 向显示设备发出需求信号并得到显示器的响应后显示设备才会像主机送出EDID 资料 上述仅仅罗列了HDMI 技术相对于DVI 技术的主要优势而随着HDMI 标准本 身的发展其从最初的10 版本也进化出了12 版本和13 等后续版本不仅性 能更加强大兼容性也更加出色因此HDMI 正在成为 清时代普及率最 用途最广泛的数字接口在现在任何一台平板电视上HDMI 接口都成了标准化 的配置 第二章 HDMI 技术详解 那么到底HDMI 标准采用了什么样的传输原理HDMI 的具体性能又是怎 样下面就进入本文的第二部分详解HDMI 技术 第一节HDMI 传输原理解析 如同最顶级的发动机是F1 赛车驰骋赛场的保障一样HDMI 标准之所以拥有 强大的数据传输能力和它的传输原理是分不开的下面我们就看看HDMI 标准 的传输原理是什么 HDMI 标准继续沿用了和DVI相同的由Silicon Image公司发明的TMDS Time Minimized Differential Signal 最小化传输差分信号传输 术TMDS 是一种 微分信号机制采用的是差分传动方式这不仅是DVI 技术的基础也是HDMI 技术的基础原理 TMDS 差分传动技术是一种利用2 个引脚间电压差来传送信号的技术传输 数据的数值 0或者 1由两脚间电压正负极性和大小决定 每一个标准的HDMI 连接都包含了3 个用于传输数据的TMDS 传输通道还 有1个独立的TMDS 时钟通道以保证传输时所需的统一时序在一个时钟周期 内每个TMDS 通道都能传送10bit 的数据流而这10bit 数据可以由若干种 不同的编码格式构成 TMDS 对每个像素点中的RGB 三原色分别按8bit 编码 TMDS 数据发送时序结构 一般来说HDMI 传输的编码格式中要包含视频数据HDMI13 版本前每个像 素采用24bit控制数据和数据包 数据包中包含音频数据和附加信息数据 例如纠错码等TMDS 每个通道在传输时要包含一个2bit 的控制数据8bit 的视频数据或者4bit 的数据包即可在HDMI 信息传输过程中可以分为三个阶 段视频数据传输周期控制传输周期和数据岛传输周期分别对应上述的三种 数据类 HDMI 带宽和TMDS 的关系 而在HDMI 标准中所规定的带宽在10 版本就设定为最 496Gbps那么 这一数值是怎么的来的呢和TMDS 又有什么关系呢我们看下面的公式 这是一个适用于所有串口传输接口带宽计算的公式在所有的数字电路中 都有一个负责提供基本频率的元器件晶振它就像是一个精确的闹钟一样 电路中所有的元器件都按照它的节奏统一行动比方说某一运算电路的晶振频 率是100Hz就是说这一电路在一秒钟内可以进行100 次运算过程由此可见 晶振的工作频率越 每秒所能处理的运算次数就会越多数据的处理能力也就 会越强大而HDMI 标准中这个原理同样适用 HDMI 编码图例3 个TMDS 分别传输像素点的RGB 数据 HDMI 电路中的时钟频率在最初制定时范围从25MHz-165MHz 之间也就是 说一个TMDS 通道每秒最多能传输165MHz10bit 165Gbit 的数据3 个TMDS 通道一秒就可以传输1653 495Gbit 的数据再加上控制数据用标准方法 表示就是496Gbps 的带宽而如果用像素点来表示那就是一秒可以传输显示 165G个像素点 一个 整的像素点信息由RGB 三原色信息构成所需要的数 据量 在数字音频方面HDMI 灵活的支持符合IEC60985 L-PCM 标准的32kHz 441kHz 和48kHz16bit量化的立体声数字音频信号和IEC 61937 标准的采样 率为192KHz24bit 量化的单路无压缩PCM 数字音频信号或者8 路96kHz 的声 音数据流此外在家庭影院中常用的DolbyDigital51 和DTS 数字音频格式也 能通过HDMI 直接传输 第二节HDMI 接口类型 按照电气结构和物理形状的区别HDMI 接口可以分为Type A Type B Type C 三种类 每种类 的接口分别由用于设备端的插座和线材端的插头组成使 用5V 低电压驱动阻抗都是100 欧姆这三种插头都可以提供可靠的TMDS 连接 其中A 是标准的19针HDMI 接口普及率最 B 接口尺寸稍大但是有29 个引脚可以提供双TMDS 传输通道因此支持更 的数据传输率和Dual-Link DVI 连接而C 接口和A 接口性能一致但是体积较小更加适合紧凑型便 携设备使用 Type A 的物理规格 TYPE A 是最常见的接口形式 Type A HDMI 插座成扁平的 D 上宽下窄接口外侧设有一圈厚度 为05 毫米的金属材质屏蔽层防止来自外界的各种干扰信号其中用于设备端 的插座内径最宽处14毫米 455 毫米19 跟引脚在中心位置分两层排列 每根引脚的宽度为045 毫米长度为41 毫米 A 的插头外径是最宽处139毫米 445 毫米内部的引脚呈环状排列 而HDMI 标准规定这些尺寸的误差要控制在相当小的范围内 005 毫米左右 以保证良好的接触性 以Type A