HDMI 20多媒体接口综合解决方案

1、HDMI 2.0多多媒媒体体接接口综合解决方案口综合解决方案研研讨会讨会大大纲纲 2014 Synopsys. All rights reserved.2HDMI介绍HDMI 版本 2.0信号完整性 6 GbpsHDCP 1.4 2.2SoC 设计考虑总结与提问研研讨会讨会大大纲纲 2014 Synopsys. All rights reserved.3HDMI介绍HDMI 版本 2.0信号完整性 6 GbpsHDCP 1.4 2.2SoC 设计考虑总结与提问DVD 播放器数字家庭数字家庭音视频接收机摄录机便携式设备便携式设备手持设备台式机PC机机照相机液晶电视显示器显示器笔记本投影仪机顶盒游

2、戏机简单简单可靠可靠性能性能30亿台设备1300 家采用音视频连接的事实标准全球接受 2014 Synopsys. All rights reserved.4什么是什么是HDMI ?4KHDMI世界的热点是什世界的热点是什么么 2014 Synopsys. All rights reserved.5HDMI 标准组织标准组织采纳者1300组织论坛80技术工作组营销 工作组奠基者组织 监督并管理论坛活动。每2年选 举一次 2014 Synopsys. All rights reserved.6奠基者许可版权，执行，版税，物流，自动测试中心等等采纳者开发符合最新规范的HDMI产品论坛支持和开发HD

3、MI规范的未来版本技术工作组&营销工作组技术和营销工作组/任务组研研讨会讨会大大纲纲 2014 Synopsys. All rights reserved.7HDMI介绍HDMI 版本 2.0信号完整性 6 GbpsHDCP 1.4 2.2SoC 设计考虑总结与提问 2014 Synopsys. All rights reserved. 8HDMI 版版本本 2.0Gbps/通道通道 6.000203040506070809101112131.652.253.40V1.0V1.1 AV电电缆缆DVDPC1080p音音频频支持支持V1.2V1.3Deep Color迷你连接器迷你连接器V1.43

4、D 模式模式音频回传音频回传V2.04K 模式模式超超高清高清体体验验 2014 Synopsys. All rights reserved.9HDMI 版版本本 2.0从 10.2Gbps 提高到18Gbps带宽带宽 60Hz = 无闪烁 体验4K x 2K新的色彩模式YCbCr 4:2:02 个视频和音频流多数据流多数据流视频与音频视频与音频支持真正影院体验的 新的帧格式21:9高效的先进音频(HE-AAC) 与32声道音频音频特性音频特性改进的远程控制CEC 2.0考虑了电缆特性检错检错减少电磁干扰TMDS加扰加扰可提供超高清体验可提供超高清体验的的4K模式模式 2014 Synopsy

5、s. All rights reserved.10带宽带宽60Hz, 24-Bit Color，逐行标清标清720 x576高清高清1280 x 720全高清全高清1920 x 1080带带3D功能的全高清功能的全高清1920 x 1080 x 24倍高清倍高清3840 x 2160超高清超高清4K/2K (4096 x 2160)0.81 G2.25 G4.46 G8.91 G17.8 GHDMI 2.0 2014 Synopsys. All rights reserved.114K x 2K 视频帧视频帧4096x2160 视频帧视频帧中中的的TMDS周期周期数据岛周期垂直命令周期2250

6、总总 行行 数数2160有有 效效 行行 数数命令周期数据岛 周期水平消隐水平消隐4096 有效像素有效像素4400 总像素总像素o 2250 水平像素 X o 4400 垂直像素 X o 60 帧/秒 Xo8 Bits/色Xo3 色 (RGB 或 YCC) Xo10B/8B TMDS编码= 17.82Gbps数据视频周期 活动视频HDMI 音频数音频数据块据块 多音频流传输 3D 音频传输 3D 扬声器分配供应商特殊数据块供应商特殊数据块 3D 双路/独立观看 针对EMI/RFI 进行加扰 字符错误检测 2014 Synopsys. All rights reserved.12 2014 S

7、ynopsys. All rights reserved. 13跟闪烁说 再见可提可提供供超超高清高清体体验验的的4K模式模式21:9 显示器显示器4:316:921:9HDMI 2.0 2014 Synopsys. All rights reserved.1421:9 视频视频帧帧 (3840 x2160p,VIC 107)3840 x2160 视频帧视频帧的的TMDS周期周期数据岛周期垂直命令周期命令周期2250总总 行行 数数2160有有 效效 行行 数数数据岛 周期水平消隐水平消隐3840 有效像素有效像素4400 总像素总像素2250 水平像水平像素素 X4400 垂直像垂直像素素

8、X60 帧帧/秒秒 X8 比比特特/色色 X3 色色 (RGB 或或 YCC) X10B/8B TMDS 编码编码 = 17.82Gbps 2014 Synopsys. All rights reserved.15视频数据周期 活动视频颜颜色格色格式式 YCbCr 4:4:4像像素素 1: Y (8 比特) + B (比特) + R (8 比特) = 24 比特像像素素 2: Y (8 比特) + B (比特) + R (8 比特) = 24 比特像像素素 3: Y (8 比特) + B (比特) + R (8 比特) = 24 比特像像素素 4: Y (8 比特) + B (比特) + R

9、(8 比特) = 24 比特小结小结: 每个每个像素像素24 个个比特比特888888888888 YCbCr 4:2:2像像素素 1: Y (8 比特) + B (8 比特) = 16 比特像像素素 2: Y (8 比特) + R (8 比特) = 16 比特像像素素 3: Y (8 比特) + B (8 比特) = 16 比特像像素素 4: Y (8 比特) + R (8 比特) = 16 比特小结小结: 每个每个像素像素16个比特个比特 YCbCr 4:2:0像像素素 1: Y (8 比特) + B (比特) + R (8 比特) = 24 比特像像素素 2: Y (8 比特) = 8

10、比特像像素素 3: Y (8 比特) = 8 比特像像素素 4: Y (8 比特) = 8 比特小结小结: 每个每个像素像素12个比特个比特YCb Cr视觉 无损88888888888888HDMI 2.0 2014 Synopsys. All rights reserved.16C Confonfi idendent ti ia al l4K 视频模式视频模式分辨率720 4K帧速率60 120Hz色彩深度24 48 比特带宽带宽2250 水平像素 X4400 垂直像素 X60 帧/秒 X8比特/色 X3 色 X10B/8B TMDS X= 17.82Gbps 2014 Synopsys.

11、All rights reserved.17分分辨辨率率帧帧速速率率色色彩深彩深度度编码编码带宽带宽使使用案用案例例4K x 2K60Hz24 比特YCC44417.82 Gbps标准4K x 2K60Hz24比特YCC4208.91 Gbps传统4K x 2K120Hz24 比特YCC42017.82 Gbps体育4K x 2K60Hz48 比特YCC42017.82 Gbps全景4K 视频模式视频模式分辨率720 4K帧速率60 120Hz色彩深度24 48 比特带宽带宽2250 水平像素 X4400 垂直像素 X60 帧/秒 X8比特/色 X3 色 X10B/8B TMDS X= 17.

12、82Gbps 2014 Synopsys. All rights reserved.18分分辨辨率率帧帧速速率率色色彩深彩深度度编码编码带宽带宽使使用案用案例例4K x 2K60Hz24 比特YCC44417.82 Gbps标准4K x 2K60Hz24比特YCC4208.91 Gbps传统4K x 2K120Hz24 比特YCC42017.82 Gbps运动4K x 2K60Hz48 比特YCC42017.82 Gbps全景4K 视频模式视频模式分辨率720 4K帧速率60 120Hz色彩深度24 48 比特带宽带宽2250 水平像素 X4400 垂直像素 X60 帧/秒 X8比特/色 X3

13、 色 X10B/8B TMDS X= 17.82Gbps 2014 Synopsys. All rights reserved.19分分辨辨率率帧帧速速率率色色彩深彩深度度编码编码带宽带宽使使用案用案例例4K x 2K60Hz24 比特YCC44417.82 Gbps标准4K x 2K60Hz24比特YCC4208.91 Gbps传统4K x 2K120Hz24 比特YCC42017.82 Gbps运动4K x 2K60Hz48 比特YCC42017.82 Gbps全景4K 视频模式视频模式分辨率720 4K帧速率60 120Hz色彩深度24 48 比特带宽带宽2250 水平像素 X4400

14、垂直像素 X60 帧/秒 X8比特/色 X3 色 X10B/8B TMDS X= 17.82Gbps 2014 Synopsys. All rights reserved.20分分辨辨率率帧帧速速率率色色彩深彩深度度编码编码带宽带宽使使用案用案例例4K x 2K60Hz24 比特YCC44417.82 Gbps标准4K x 2K60Hz24比特YCC4208.91 Gbps传统4K x 2K120Hz24 比特YCC42017.82 Gbps运动4K x 2K60Hz48 比特YCC42017.82 Gbps全景TMDS 加扰加扰没有加扰时没有加扰时的的TMDS 数据通道数据通道电电磁干磁干扰

15、扰有加扰时的有加扰时的TMDS数数据据通通道道-20dB 能量峰值能量峰值HDMI 是一种直流耦合式TMDS通道TMDS = 8B/10B = 重复模式 = 高电磁干扰3.4Gbps 6.0Gbps, 电磁干扰将激增 加扰能消除重复模式，改善电磁干扰性能HDMI 2.0 2014 Synopsys. All rights reserved.21初初级错级错误误检测检测电视的EDID选择源和宿支持的最高 分辨率长电缆可能导致低质量的信号和高的 误码率HDMI 2.0宿计数数据差错并报告给源如果有太多差错，将在给定电缆特性 的条件下减小带宽来获得最佳图像HDMI 1.4HDMI 2.0 2014

16、Synopsys. All rights reserved.222D双路观看双路观看源和宿采用双路操作实现2D观看HDMI 2.0 2014 Synopsys. All rights reserved.23 2014 Synopsys. All rights reserved.24C Confonfi idendent ti ia al lHDMI 2.0 可提供终极音频体验可提供终极音频体验3D 音频, 多声道和多数据流多声多声道道 3D音频音频多达32个声道TpFL FL BtFLTpFCTpFRFC BtFCFR BtFRFLC LFE1FRC LFE2FRWFLWTpSiLSiLTpS

17、iRSiRBLTpBLRCTpBCBRTpBRLSLSdTpLSRSRSdTpRSTpC前前后后左左右右HDMI 2.0 2014 Synopsys. All rights reserved.2522.2 多声道环绕系统10.2 声道扬声器布局多声多声道道 3D音频音频多达32个声道HDMI 2.0 2014 Synopsys. All rights reserved.26多多数据数据流流音音频频多达4个立体声音频流用于单路或双路观看4个立体声音频流用于双路观看 不同内容或语言4个立体声音频流用于单路观看 不同语言HDMI 2.0 2014 Synopsys. All rights reser

18、ved.27消费消费电电子子控控制制(CEC) 2.0CEC 2.0 强制功强制功能能 统一统一良好定义的操作码强制 vs. 可选提供透明性简单性 = 愉快消费者CEC 1.4 可选功可选功能能 私有解决私有解决方方案案.HDMI 2.0 2014 Synopsys. All rights reserved.28强制强制可选可选一触式播放一触式记录电源状态改变扩展控制电源状态OSD显示普通协议音频速率控制系统信息音频回传通道电电缆与缆与连连接接器器 标准电缆 74.5 MHz (1080i/720p), 5 至15 米种类 1 高速 340 MHz (1600p) 5 至 15 米种类 2 均

19、衡器，放大器 最长30米有效电缆 Cat5/6 最长 250 米 光纤- 300米以上延长器 19 个引脚, 13.9 x 4.45 mm 兼容DVIA类标准 29引脚, 21.2 x 4.45 mm WQXGA 类型显示器B类 2倍带宽 19个引脚, 10.42 x 2.42 mm 照相机，摄录机C类 迷你 型 19 个引脚, 比迷你型小50% 手机和手持设备D类 微型 2014 Synopsys. All rights reserved.29直接配直接配接接HDMI源和宿之间没有电缆 用于直接配接源的TMDS链路测试点A类或B类插头两个直接配接设备之间没有连线HDMI 2.0 2014 S

20、ynopsys. All rights reserved.303D 视频格式视频格式3D 带宽 = 2x 2D24p 或 60i有明显闪烁3D 带宽= 2x 2D隔行显示左右信号3D 带宽 = 2x 2DH.264标准3D 带宽 = 1x 2D右/左眼高清图像 50%广泛使用HDMI 1.4 2014 Synopsys. All rights reserved.311.Full side-by-side2.Half side-by-side3.Frame alternative4.Field alternative5.Line alternative6.Line + Depth7.Line +

21、 D + Gfx + Gfx D8.Top and BottomHDMI音音频回频回传传通通道道HDMI 1.4 2014 Synopsys. All rights reserved.32研研讨会讨会大大纲纲 2014 Synopsys. All rights reserved.33HDMI介绍HDMI 版本 2.0信号完整性 6 GbpsHDCP 1.4 2.2SoC 设计考虑总结与提问信号完整性信号完整性考考虑虑 6GbpsHDMI通道建模(通道损失)发 送发送包接收包接 收PCBHDMI 电缆PCB插入损耗符号间干扰串扰12” FR-4 3 Gbps的影响的影响12” FR-4 6 Gb

22、ps的影响的影响 2014 Synopsys. All rights reserved.34用用于于“4K” 体验的均衡体验的均衡功功能能提高鲁棒性和可编程性 新的bissection算法，可获得更好的扫描/选择设置 可编程的图案识别能力 基于运行条件的可编程判决阈值 可编程算法统计 结合控制器实现初级错误检测欠均衡 2014 Synopsys. All rights reserved.35过均衡好的均衡RX AFE 6 Gbps使用高质量&低质量电缆时的远端眼图模板 两种情况下的误码率均 10-12 2014 Synopsys. All rights reserved.361M3M5M电缆电

23、缆长度长度(米米)10M20M30M$ 2014 Synopsys. All rights reserved.37$RX AFE 3.4 Gbps使用30米以上电缆时的误码率 10-12研研讨会讨会大大纲纲 2014 Synopsys. All rights reserved.38HDMI介绍HDMI 版本 2.0信号完整性 6 GbpsHDCP 1.4 2.2SoC 设计考虑总结与提问HDCP高带宽数字内容保护CSS/AACS有条件接入特殊供应商DRM机顶盒蓝光播放器特殊供应商DRM数字电视电脑监视器投影仪媒体媒体源源宿宿HDMIMHLDRM 2014 Synopsys. All right

24、s reserved.39C Confonfi idendent ti ia al lHDCP来自DCP、LLC的设备私钥 每台设备都应该有唯一的设备私钥 发送器的密钥与接收器是 不同的 私钥还包括密钥选择矢量 (KSV)，以便唯一识别 HDCP发送或接收 2014 Synopsys. All rights reserved.40HDCP的关键组件的关键组件加密加密DVD 播放器音视频接收机机顶盒游戏机液晶电视投影仪监视器认证认证会话密钥交换密钥交换 配对位置检查中继认证 加密状态 链路完整性 2014 Synopsys. All rights reserved.41C Confonfi id

25、endent ti ia al l从从HDCP 1.4 到到2.2的转换的转换高清内容保护版本 2.2 2014 Synopsys. All rights reserved.42C Confonfi idendent ti ia al l HDCP 1.4 存在安全问题 内容提供商要求HDCP 2.2 “优质” 4K内容的要求 HDCP 2.2 不向后兼容HDCP 1.4 HDCP 2.2 与HDCP 1.4有很大区别HDCP 1.4 2.2我的HDCP1.4数字电视可以支持4K内容吗？ 2014 Synopsys. All rights reserved.43C Confonfi idend

26、ent ti ia al l参数参数HDCP 1.4HDCP 2.2认证强度私有/基本密钥交换:SHA-1工业标准公钥:RSA 3072/1024内容加密私有数据流密码(24 比特)工业标准:AES-CTR 128 (128 比特)加过密的 I2C数据交换X设备配对X位置检查X可再生能力X测试密钥X随机数产生要求1x64 比特4x64 or 2x128 比特保密数值要求2.5K 比特发送密钥40 x56 比特128 比特接收密钥40 x56 比特128+5200 比特SRM 内存 (非易失性 TX)5K bytes5K bytes最大设备数量12731研研讨会讨会大大纲纲 2014 Synop

27、sys. All rights reserved.44HDMI介绍HDMI 版本 2.0信号完整性 6 GbpsHDCP 1.4 2.2SoC 设计考虑总结与提问映射到连接映射到连接器器的的HDMI引脚引脚针对低成本PCB进行了优化 最小的 IO 直接映射到连接器 支持2层 PCB 速率高达6 Gbps的wire bond封装 兼容5V IO 和HPD IO 2014 Synopsys. All rights reserved.45C Confonfi idendent ti ia al lPin 1TMDS 数据2+Pin 2TMDS 数据2 屏蔽Pin 3TMDS 数据2Pin 4TMDS 数据1+Pin 5TMDS 数据1 屏蔽Pin 6TMDS 数据1Pin 7TMDS 数据0+Pin 8TMDS 数据0 屏蔽Pin 9TMDS 数据0Pin 10TMDS 时钟+Pin 11TMDS 时钟 屏蔽Pin 12TMDS 时钟Pin 13CECPin 14HEC 数据-Pin 15SCL (IC 串行 时钟 DDC)Pin 16SDA (IC 串行 数据 DDC)Pin 17DDC/CEC/HEC地Pin 18+5 V (最大 0.05 A)Pin 19HPD & HEC 数据+HDMI 接收测试模式接收测试模式VP33 (端端子子)串并