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HDMI 完全使用手冊 1 HDMI 技術中文全名高清多媒體接口是目前在各種視頻音頻領域應用 最廣泛的一種接口標準作為正在成為各種數字影音設備和PC 中必配的新型接 口 術HDMI 到底是如何而來又究竟是什么讓HDMI 做到在眾多接口技術中獨 領風騷HDMI 風光的外表下又到底蘊含著什么樣的危機今天這篇HDMI 全 書就將帶你撥開纏繞在HDMI 身上的層層迷霧 第一章 我們?yōu)槭裁葱枰獢底謧鬏斀涌?第一節(jié)數字化影音時代模擬接口的缺陷 說起顯示設備很多人都會在第一時間想起電視機和電腦顯示器這些在生 活中隨處可見的設備的確隨著人類社會的不斷進步各種顯示設備已經在人 類社會中發(fā)揮了巨大的作用無論是在工業(yè)生產的第一線還是在家庭休閑娛樂 的時刻人們都希望能看到清晰流暢的影像而對于顯示設備來說要想顯示 出豐富多彩的高分辨率畫面除了高質量的信號源還需要一個高性能的信號傳 輸接收裝置也就是我們常說的信號接口打個比方我們可以把影像信號看 成裝滿了貨物的汽車那么傳輸影像信號的裝置就是讓汽車行駛的公路信號接 口的帶寬就如同公路的通行能力人們?yōu)榱颂?影像的清晰度不停的在增加 公路上行駛的汽車數量以裝載更多的數據量而要保證汽車不會發(fā)生擁堵 將公路升級改造為通行量更大更寬的高速公路就是一個必不可少的手段 這四種都是最常見的模擬輸出端子 好萊塢是防盜版技術的最大受益者 HDMI 的全稱是 High Definition Multimedia Interface 清多媒體接 口2002 年4 月來自電子電器行業(yè)的7 家公司日立松下飛利浦 Silicon Image索尼湯姆遜東芝共同組建了HDMI 清多媒體接口接口組織 HDMI Founders HDMI 論壇開始著手制定一種符合 清時代標準的全新數字 化視頻音頻接口技術經過半年多時間的準備工作HDMI founders 在2002 年 12 月9 日正式發(fā)布了HDMI 10 版標準標志著HDMI 技術正式進入歷史舞臺 HDMI 技術的推出并不是這些廠家一時興起的沖動行為相反在HDMI 技 術推出的背后還有這更多的深層次原因 1999 年4 月份為了滿足數字化時代 質量圖形影像的要求DDWG Digital Display Working Group 數字顯示工作組以美國Silicon Image 公司的專利技術 為藍本推出了一種名為DVI Digital Visual Interface 的接口旨在統(tǒng)一新 時代數字顯示接口標準這一技術并且得到了IT 業(yè)內以IntelDELLHPIBM 微軟等個大企業(yè)的廣泛支持經過3 年多的推廣DVI 技術在計算機顯示輸出領 域得到了迅速運用但是伴隨著數字 清影音技術的發(fā)展DVI 接口也開始逐漸 暴露出種種問題甚至在一定程度上成為數字影像技術進步的瓶頸 DVI 接口 DVI 接口雖然是一種全數字化的傳輸技術但是在開發(fā)之初其最初目標就 是要實現 清晰無損壓縮的數字信號傳輸由于沒有考慮到IT 產品和AV 產品 融合的趨勢DVI 標準過分偏重于對計算機顯示設備的支持而忽略了對數字平板 電視等AV 設備的支持同時對于一直關注盜版問題的好萊塢出版商們DVI 接口也沒有提供他們所關心的版權防盜功能因此從最后的結果來看DVI 接口 雖然成功的實現了無損 清傳輸這一目標但是過于專一的定位也在相當程度上 造成了整體性能的落后下面我們看看DVI 接口存在的主要問題 DVI 接口考慮的對象是PC對于平板電視的兼容能力一般 DVI 接口對影像版權保護缺乏支持 DVI 接口只支持計算機領域的RGB 數字信號而對數字化的色差信號 無 法支持 DVI 接口只支持8bit 的RGB 信號傳輸不能讓廣色域的顯示終端發(fā)揮出 最佳性能 DVI 接口出于兼容性考慮預留了不少引腳以支持模擬設備造成接 口體積較大效率很低 DVI 接口只能傳輸圖像信號對于數字音頻信號的支持完全沒有考 慮 由于以上種種缺陷DVI 接口已經不能更好的滿足整個行業(yè)的發(fā)展需要因 此無論是IT 廠商平板電視制造商還是好萊塢的眾多出版商都迫切需要 一種更好的能滿足未來 清視頻行業(yè)發(fā)展的接口技術也正是基于這些原因才 促使了HDMI 標準的誕生 第三節(jié)HDMI 標準的主要特性和優(yōu)勢 在HDMI 標準制定之初并沒有拋棄DVI 標準中相對成熟且較易實現的部分 技術標準整個傳輸原理依然是基于Silicon Image 公司的TMDS 編碼技術而 對于DVI 接口存在的各種缺陷HDMI 進行了大 提升主要體現在以下方面 更好的抗干擾性能能實現最長20 米的無增益?zhèn)鬏?針對大尺寸數字平板電視分辨率進行優(yōu)化兼容性好 支持EDID 注1和DDC2B 注2標準設備之間可以智能選擇最佳匹 配的連接方式 擁有強大的版權保護機制HDCP有效防止盜版現象 支持24bit 色深處理 RGBYCbCr4-4-4YCbCr4-2-2 接口體積小各種設備都能輕松安裝 一根線纜實現數字音頻視頻信號同步傳輸有效降低使用成本和繁雜 程度 完全兼容DVI 接口標準用戶不用擔心新舊系統(tǒng)不匹配 支持熱插拔技術 注1EDID Extended Display Identification DATA即擴展顯示識別數據最初是為 PC 顯示器設置的優(yōu)化顯示格式而設計的規(guī)范存儲在顯示器中專用的容量為1Kb 的EEROM 存儲 器中而HDMI 接口則遵從并且擴展了此規(guī)范HDMI 接口在數字電視中的EDID 數據結構與 PC 顯示器的最大區(qū)別是編程數據可以是128Byte 的倍數它不僅規(guī)定數字電視顯示的格式也 規(guī)定數字視頻信號和數字音頻信號 注2DDC2B 是主機與顯示設備準雙向通訊的協(xié)議標準主要基于I2C 通訊協(xié)議只有主機 向顯示設備發(fā)出需求信號并得到顯示器的響應后顯示設備才會像主機送出EDID 資料 上述僅僅羅列了HDMI 技術相對于DVI 技術的主要優(yōu)勢而隨著HDMI 標準本 身的發(fā)展其從最初的10 版本也進化出了12 版本和13 等后續(xù)版本不僅性 能更加強大兼容性也更加出色因此HDMI 正在成為 清時代普及率最 用途最廣泛的數字接口在現在任何一臺平板電視上HDMI 接口都成了標準化 的配置 第二章 HDMI 技術詳解 那么到底HDMI 標準采用了什么樣的傳輸原理HDMI 的具體性能又是怎 樣下面就進入本文的第二部分詳解HDMI 技術 第一節(jié)HDMI 傳輸原理解析 如同最頂級的發(fā)動機是F1 賽車馳騁賽場的保障一樣HDMI 標準之所以擁有 強大的數據傳輸能力和它的傳輸原理是分不開的下面我們就看看HDMI 標準 的傳輸原理是什么 HDMI 標準繼續(xù)沿用了和DVI相同的由Silicon Image公司發(fā)明的TMDS Time Minimized Differential Signal 最小化傳輸差分信號傳輸 術TMDS 是一種 微分信號機制采用的是差分傳動方式這不僅是DVI 技術的基礎也是HDMI 技術的基礎原理 TMDS 差分傳動技術是一種利用2 個引腳間電壓差來傳送信號的技術傳輸 數據的數值 0或者 1由兩腳間電壓正負極性和大小決定 每一個標準的HDMI 連接都包含了3 個用于傳輸數據的TMDS 傳輸通道還 有1個獨立的TMDS 時鐘通道以保證傳輸時所需的統(tǒng)一時序在一個時鐘周期 內每個TMDS 通道都能傳送10bit 的數據流而這10bit 數據可以由若干種 不同的編碼格式構成 TMDS 對每個像素點中的RGB 三原色分別按8bit 編碼 TMDS 數據發(fā)送時序結構 一般來說HDMI 傳輸的編碼格式中要包含視頻數據HDMI13 版本前每個像 素采用24bit控制數據和數據包 數據包中包含音頻數據和附加信息數據 例如糾錯碼等TMDS 每個通道在傳輸時要包含一個2bit 的控制數據8bit 的視頻數據或者4bit 的數據包即可在HDMI 信息傳輸過程中可以分為三個階 段視頻數據傳輸周期控制傳輸周期和數據島傳輸周期分別對應上述的三種 數據類 HDMI 帶寬和TMDS 的關系 而在HDMI 標準中所規(guī)定的帶寬在10 版本就設定為最 496Gbps那么 這一數值是怎么的來的呢和TMDS 又有什么關系呢我們看下面的公式 這是一個適用于所有串口傳輸接口帶寬計算的公式在所有的數字電路中 都有一個負責提供基本頻率的元器件晶振它就像是一個精確的鬧鐘一樣 電路中所有的元器件都按照它的節(jié)奏統(tǒng)一行動比方說某一運算電路的晶振頻 率是100Hz就是說這一電路在一秒鐘內可以進行100 次運算過程由此可見 晶振的工作頻率越 每秒所能處理的運算次數就會越多數據的處理能力也就 會越強大而HDMI 標準中這個原理同樣適用 HDMI 編碼圖例3 個TMDS 分別傳輸像素點的RGB 數據 HDMI 電路中的時鐘頻率在最初制定時范圍從25MHz-165MHz 之間也就是 說一個TMDS 通道每秒最多能傳輸165MHz10bit 165Gbit 的數據3 個TMDS 通道一秒就可以傳輸1653 495Gbit 的數據再加上控制數據用標準方法 表示就是496Gbps 的帶寬而如果用像素點來表示那就是一秒可以傳輸顯示 165G個像素點 一個 整的像素點信息由RGB 三原色信息構成所需要的數 據量 在數字音頻方面HDMI 靈活的支持符合IEC60985 L-PCM 標準的32kHz 441kHz 和48kHz16bit量化的立體聲數字音頻信號和IEC 61937 標準的采樣 率為192KHz24bit 量化的單路無壓縮PCM 數字音頻信號或者8 路96kHz 的聲 音數據流此外在家庭影院中常用的DolbyDigital51 和DTS 數字音頻格式也 能通過HDMI 直接傳輸 第二節(jié)HDMI 接口類型 按照電氣結構和物理形狀的區(qū)別HDMI 接口可以分為Type A Type B Type C 三種類 每種類 的接口分別由用于設備端的插座和線材端的插頭組成使 用5V 低電壓驅動阻抗都是100 歐姆這三種插頭都可以提供可靠的TMDS 連接 其中A 是標準的19針HDMI 接口普及率最 B 接口尺寸稍大但是有29 個引腳可以提供雙TMDS 傳輸通道因此支持更 的數據傳輸率和Dual-Link DVI 連接而C 接口和A 接口性能一致但是體積較小更加適合緊湊型便 攜設備使用 Type A 的物理規(guī)格 TYPE A 是最常見的接口形式 Type A HDMI 插座成扁平的 D 上寬下窄接口外側設有一圈厚度 為05 毫米的金屬材質屏蔽層防止來自外界的各種干擾信號其中用于設備端 的插座內徑最寬處14毫米 455 毫米19 跟引腳在中心位置分兩層排列 每根引腳的寬度為045 毫米長度為41 毫米 A 的插頭外徑是最寬處139毫米 445 毫米內部的引腳呈環(huán)狀排列 而HDMI 標準規(guī)定這些尺寸的誤差要控制在相當小的范圍內 005 毫米左右 以保證良好的接觸性 以Type A