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HDMI 完全使用手冊(cè) 1 HDMI 技術(shù)中文全名高清多媒體接口是目前在各種視頻音頻領(lǐng)域應(yīng)用 最廣泛的一種接口標(biāo)準(zhǔn)作為正在成為各種數(shù)字影音設(shè)備和PC 中必配的新型接 口 術(shù)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(shù)中獨(dú) 領(lǐng)風(fēng)騷HDMI 風(fēng)光的外表下又到底蘊(yùn)含著什么樣的危機(jī)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?shù)字傳輸接口 第一節(jié)數(shù)字化影音時(shí)代模擬接口的缺陷 說起顯示設(shè)備很多人都會(huì)在第一時(shí)間想起電視機(jī)和電腦顯示器這些在生 活中隨處可見的設(shè)備的確隨著人類社會(huì)的不斷進(jìn)步各種顯示設(shè)備已經(jīng)在人 類社會(huì)中發(fā)揮了巨大的作用無論是在工業(yè)生產(chǎn)的第一線還是在家庭休閑娛樂 的時(shí)刻人們都希望能看到清晰流暢的影像而對(duì)于顯示設(shè)備來說要想顯示 出豐富多彩的高分辨率畫面除了高質(zhì)量的信號(hào)源還需要一個(gè)高性能的信號(hào)傳 輸接收裝置也就是我們常說的信號(hào)接口打個(gè)比方我們可以把影像信號(hào)看 成裝滿了貨物的汽車那么傳輸影像信號(hào)的裝置就是讓汽車行駛的公路信號(hào)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(shù)量以裝載更多的數(shù)據(jù)量而要保證汽車不會(huì)發(fā)生擁堵 將公路升級(jí)改造為通行量更大更寬的高速公路就是一個(gè)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(shù)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(shí)代標(biāo)準(zhǔn)的全新數(shù)字 化視頻音頻接口技術(shù)經(jīng)過半年多時(shí)間的準(zhǔn)備工作HDMI founders 在2002 年 12 月9 日正式發(fā)布了HDMI 10 版標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)志著HDMI 技術(shù)正式進(jìn)入歷史舞臺(tái) HDMI 技術(shù)的推出并不是這些廠家一時(shí)興起的沖動(dòng)行為相反在HDMI 技 術(shù)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(shù)字化時(shí)代 質(zhì)量圖形影像的要求DDWG Digital Display Working Group 數(shù)字顯示工作組以美國(guó)Silicon Image 公司的專利技術(shù) 為藍(lán)本推出了一種名為DVI Digital Visual Interface 的接口旨在統(tǒng)一新 時(shí)代數(shù)字顯示接口標(biāo)準(zhǔn)這一技術(shù)并且得到了IT 業(yè)內(nèi)以IntelDELLHPIBM 微軟等個(gè)大企業(yè)的廣泛支持經(jīng)過3 年多的推廣DVI 技術(shù)在計(jì)算機(jī)顯示輸出領(lǐng) 域得到了迅速運(yùn)用但是伴隨著數(shù)字 清影音技術(shù)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(shù)字影像技術(shù)進(jìn)步的瓶頸 DVI 接口 DVI 接口雖然是一種全數(shù)字化的傳輸技術(shù)但是在開發(fā)之初其最初目標(biāo)就 是要實(shí)現(xiàn) 清晰無損壓縮的數(shù)字信號(hào)傳輸由于沒有考慮到IT 產(chǎn)品和AV 產(chǎn)品 融合的趨勢(shì)DVI 標(biāo)準(zhǔn)過分偏重于對(duì)計(jì)算機(jī)顯示設(shè)備的支持而忽略了對(duì)數(shù)字平板 電視等AV 設(shè)備的支持同時(shí)對(duì)于一直關(guān)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(guān)心的版權(quán)防盜功能因此從最后的結(jié)果來看DVI 接口 雖然成功的實(shí)現(xiàn)了無損 清傳輸這一目標(biāo)但是過于專一的定位也在相當(dāng)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(duì)象是PC對(duì)于平板電視的兼容能力一般 DVI 接口對(duì)影像版權(quán)保護(hù)缺乏支持 DVI 接口只支持計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的RGB 數(shù)字信號(hào)而對(duì)數(shù)字化的色差信號(hào) 無 法支持 DVI 接口只支持8bit 的RGB 信號(hào)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(yù)留了不少引腳以支持模擬設(shè)備造成接 口體積較大效率很低 DVI 接口只能傳輸圖像信號(hào)對(duì)于數(shù)字音頻信號(hào)的支持完全沒有考 慮 由于以上種種缺陷DVI 接口已經(jīng)不能更好的滿足整個(gè)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(shù)也正是基于這些原因才 促使了HDMI 標(biāo)準(zhǔn)的誕生 第三節(jié)HDMI 標(biāo)準(zhǔn)的主要特性和優(yōu)勢(shì) 在HDMI 標(biāo)準(zhǔn)制定之初并沒有拋棄DVI 標(biāo)準(zhǔn)中相對(duì)成熟且較易實(shí)現(xiàn)的部分 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)整個(gè)傳輸原理依然是基于Silicon Image 公司的TMDS 編碼技術(shù)而 對(duì)于DVI 接口存在的各種缺陷HDMI 進(jìn)行了大 提升主要體現(xiàn)在以下方面 更好的抗干擾性能能實(shí)現(xiàn)最長(zhǎng)20 米的無增益?zhèn)鬏?針對(duì)大尺寸數(shù)字平板電視分辨率進(jìn)行優(yōu)化兼容性好 支持EDID 注1和DDC2B 注2標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備之間可以智能選擇最佳匹 配的連接方式 擁有強(qiáng)大的版權(quán)保護(hù)機(jī)制HDCP有效防止盜版現(xiàn)象 支持24bit 色深處理 RGBYCbCr4-4-4YCbCr4-2-2 接口體積小各種設(shè)備都能輕松安裝 一根線纜實(shí)現(xiàn)數(shù)字音頻視頻信號(hào)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(biāo)準(zhǔn)用戶不用擔(dān)心新舊系統(tǒng)不匹配 支持熱插拔技術(shù) 注1EDID Extended Display Identification DATA即擴(kuò)展顯示識(shí)別數(shù)據(jù)最初是為 PC 顯示器設(shè)置的優(yōu)化顯示格式而設(shè)計(jì)的規(guī)范存儲(chǔ)在顯示器中專用的容量為1Kb 的EEROM 存儲(chǔ) 器中而HDMI 接口則遵從并且擴(kuò)展了此規(guī)范HDMI 接口在數(shù)字電視中的EDID 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與 PC 顯示器的最大區(qū)別是編程數(shù)據(jù)可以是128Byte 的倍數(shù)它不僅規(guī)定數(shù)字電視顯示的格式也 規(guī)定數(shù)字視頻信號(hào)和數(shù)字音頻信號(hào) 注2DDC2B 是主機(jī)與顯示設(shè)備準(zhǔn)雙向通訊的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)主要基于I2C 通訊協(xié)議只有主機(jī) 向顯示設(shè)備發(fā)出需求信號(hào)并得到顯示器的響應(yīng)后顯示設(shè)備才會(huì)像主機(jī)送出EDID 資料 上述僅僅羅列了HDMI 技術(shù)相對(duì)于DVI 技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)而隨著HDMI 標(biāo)準(zhǔn)本 身的發(fā)展其從最初的10 版本也進(jìn)化出了12 版本和13 等后續(xù)版本不僅性 能更加強(qiáng)大兼容性也更加出色因此HDMI 正在成為 清時(shí)代普及率最 用途最廣泛的數(shù)字接口在現(xiàn)在任何一臺(tái)平板電視上HDMI 接口都成了標(biāo)準(zhǔn)化 的配置 第二章 HDMI 技術(shù)詳解 那么到底HDMI 標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)入本文的第二部分詳解HDMI 技術(shù) 第一節(jié)HDMI 傳輸原理解析 如同最頂級(jí)的發(fā)動(dòng)機(jī)是F1 賽車馳騁賽場(chǎng)的保障一樣HDMI 標(biāo)準(zhǔn)之所以擁有 強(qiáng)大的數(shù)據(jù)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(biāo)準(zhǔn) 的傳輸原理是什么 HDMI 標(biāo)準(zhǔn)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(hào)傳輸 術(shù)TMDS 是一種 微分信號(hào)機(jī)制采用的是差分傳動(dòng)方式這不僅是DVI 技術(shù)的基礎(chǔ)也是HDMI 技術(shù)的基礎(chǔ)原理 TMDS 差分傳動(dòng)技術(shù)是一種利用2 個(gè)引腳間電壓差來傳送信號(hào)的技術(shù)傳輸 數(shù)據(jù)的數(shù)值 0或者 1由兩腳間電壓正負(fù)極性和大小決定 每一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的HDMI 連接都包含了3 個(gè)用于傳輸數(shù)據(jù)的TMDS 傳輸通道還 有1個(gè)獨(dú)立的TMDS 時(shí)鐘通道以保證傳輸時(shí)所需的統(tǒng)一時(shí)序在一個(gè)時(shí)鐘周期 內(nèi)每個(gè)TMDS 通道都能傳送10bit 的數(shù)據(jù)流而這10bit 數(shù)據(jù)可以由若干種 不同的編碼格式構(gòu)成 TMDS 對(duì)每個(gè)像素點(diǎn)中的RGB 三原色分別按8bit 編碼 TMDS 數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)序結(jié)構(gòu) 一般來說HDMI 傳輸?shù)木幋a格式中要包含視頻數(shù)據(jù)HDMI13 版本前每個(gè)像 素采用24bit控制數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)包 數(shù)據(jù)包中包含音頻數(shù)據(jù)和附加信息數(shù)據(jù) 例如糾錯(cuò)碼等TMDS 每個(gè)通道在傳輸時(shí)要包含一個(gè)2bit 的控制數(shù)據(jù)8bit 的視頻數(shù)據(jù)或者4bit 的數(shù)據(jù)包即可在HDMI 信息傳輸過程中可以分為三個(gè)階 段視頻數(shù)據(jù)傳輸周期控制傳輸周期和數(shù)據(jù)島傳輸周期分別對(duì)應(yīng)上述的三種 數(shù)據(jù)類 HDMI 帶寬和TMDS 的關(guān)系 而在HDMI 標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的帶寬在10 版本就設(shè)定為最 496Gbps那么 這一數(shù)值是怎么的來的呢和TMDS 又有什么關(guān)系呢我們看下面的公式 這是一個(gè)適用于所有串口傳輸接口帶寬計(jì)算的公式在所有的數(shù)字電路中 都有一個(gè)負(fù)責(zé)提供基本頻率的元器件晶振它就像是一個(gè)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(dòng)比方說某一運(yùn)算電路的晶振頻 率是100Hz就是說這一電路在一秒鐘內(nèi)可以進(jìn)行100 次運(yùn)算過程由此可見 晶振的工作頻率越 每秒所能處理的運(yùn)算次數(shù)就會(huì)越多數(shù)據(jù)的處理能力也就 會(huì)越強(qiáng)大而HDMI 標(biāo)準(zhǔn)中這個(gè)原理同樣適用 HDMI 編碼圖例3 個(gè)TMDS 分別傳輸像素點(diǎn)的RGB 數(shù)據(jù) HDMI 電路中的時(shí)鐘頻率在最初制定時(shí)范圍從25MHz-165MHz 之間也就是 說一個(gè)TMDS 通道每秒最多能傳輸165MHz10bit 165Gbit 的數(shù)據(jù)3 個(gè)TMDS 通道一秒就可以傳輸1653 495Gbit 的數(shù)據(jù)再加上控制數(shù)據(jù)用標(biāo)準(zhǔn)方法 表示就是496Gbps 的帶寬而如果用像素點(diǎn)來表示那就是一秒可以傳輸顯示 165G個(gè)像素點(diǎn) 一個(gè) 整的像素點(diǎn)信息由RGB 三原色信息構(gòu)成所需要的數(shù) 據(jù)量 在數(shù)字音頻方面HDMI 靈活的支持符合IEC60985 L-PCM 標(biāo)準(zhǔn)的32kHz 441kHz 和48kHz16bit量化的立體聲數(shù)字音頻信號(hào)和IEC 61937 標(biāo)準(zhǔn)的采樣 率為192KHz24bit 量化的單路無壓縮PCM 數(shù)字音頻信號(hào)或者8 路96kHz 的聲 音數(shù)據(jù)流此外在家庭影院中常用的DolbyDigital51 和DTS 數(shù)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(jié)構(gòu)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(shè)備端的插座和線材端的插頭組成使 用5V 低電壓驅(qū)動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)的19針HDMI 接口普及率最 B 接口尺寸稍大但是有29 個(gè)引腳可以提供雙TMDS 傳輸通道因此支持更 的數(shù)據(jù)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(shè)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(cè)設(shè)有一圈厚度 為05 毫米的金屬材質(zhì)屏蔽層防止來自外界的各種干擾信號(hào)其中用于設(shè)備端 的插座內(nèi)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(zhǎng)度為41 毫米 A 的插頭外徑是最寬處139毫米 445 毫米內(nèi)部的引腳呈環(huán)狀排列 而HDMI 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定這些尺寸的誤差要控制在相當(dāng)小的范圍內(nèi) 005 毫米左右 以保證良好的接觸性 以Type A