HDMI音视频接口原理（VR设备接口）

HDMI接口技术标准报告

名 称 ： HDMI音视频接口原理
姓 名 ： 殷松
时 间 ： 2017年6月7日

目 录

一、 HDMI接口性能
二、工作原理
三、HDMI标准发展之路

HDMI音视频接口原理
HDMI（High Definition Multimedia Interface），即高清晰度多媒体接口，以DVI（数字视频接口）为基础，采用TMDS（过度调制差分信号）编码机制，对视频信号，音频信号和控制信号进行时分控制，最高数据传输速度为5Gbit/s，克服了DVI对平板电视和广色域终端兼容性差，对影像版权保护缺乏支持，不支持数字音频信号，接口体积大等缺点。
一. HDMI接口性能
2002年岁末，高清晰数字多媒体接口HDMI1.0标准颁布。它最高支持5Gbps的传输带宽，相对于仅需2.2Gbps的HDTV来说，还有很大的带宽可以留给将来可能的更高标准的数字信号。HDMI的最大优点是，既能无压缩传送全数码的视频信号，也能同时传送数码音频信号，只靠一条HDMI线连接终端设备，就能同时欣赏到清晰的画面和立体的声音。不仅如此，HDMI接口也广泛应用于DVD和机顶盒等家电中，并且将应用范围扩大至Sony PlayStation3,PC等其他领域，强化了其市场地位。
HDMl支持以下视频和音频传输标准：
●SXGA：1280 x 1024@85Hz：纵横比 5 ：4
●UXGA：1600×1200@60Hz： 纵横比 4 ：3
●SDTV：480i、480p、576i、576p；
●HDTV：720p、1080i、1080p：
●CD：16位@32 KHz、44．1 KHz、48KHz：
●DVD—VIDEO：8通道数字音频；
●DVD—AUDIO：1通道的24位@192KHz。（p是逐行扫描，i是隔行扫描）
二. 工作原理
1. 接口系统原理
HDMI接口系统由数字信号编码、数字传输、信号解码三部分构成。见下图。

视频、音频和辅助信号(如场行同步信号)送入HDMI的编码发送芯片，进行数据编码，然后通过3路TMDS数据通道和1路TMDS时钟通道传送到信号接收端，接收端的HDMI解码芯片进行数据解码．将对应的音视频信号还原并送到数码显示终端。每个TMDS通道可以传输8位有效数据，3个TMDS通道就可以同时传输24位有效数据。对视频而言，每个像素点最高可以用24位来表示，点的传输速率最高可达165MHz．因此可以传输高清晰度的图像。音频信息也是通过TMDS通道传输，最高采样频率达192KHz。
DDC(Display Data Channel)通道建立了发送设备和显示终端之间的数据连接。发送设备通过它可以与显示终端通信，获得终端的相关参数，自动配置相应的传输格式。
CEC Line(Consumer Electronics Contr01)是为用户设置的高级HDMI设备控制线。它遵循CEC用户控制协议．可以实现单键播放、单键刻录及刻录时间控制等操作。CEC在HDMI接口中是可选协议。
HDCP(High．bandwidth Digital Content Protection)在HDMI发送器和接收器之间提供版权保护，系统需要在发送器和接收器两边都有HDCP的硬件．来实现保护功能。信源在数据传送之前需对数据进行HDCP的加密，接收器则需要一组密匙来开锁解密。
2. TMDS编码技术简介
HDMI协议和DVI协议一样，都是基于TMDS编码机理。TMDS(Transition Minimized Differential Signal最小变换差分信号)是DDWG的成员Silicon Imagine公司开发的．用于将图形数据送到显示器的技术，它通过异或及异或非等算法．将8位数据转换成10位，前8位数据由原始信号经运算后获得，第9位指示了运算的方式，第10位用来对应直流平衡(DC—balanced)。这种算法使得被传输信号过渡过程的上冲和下冲减小，直流信号也接近平衡。它以差分形式发送信号,信号的优化使信号对传输线的电磁干扰（EMI）减少，传送的数据也趋于直流平衡，另外这种先进的编码技术使数据在接收端能够得到可靠的恢复。因此通过TMDS传输，传输距离能够得到显著提高，HDMI传输线可以达到25m。
3. 视频音频传输原理
HDMI协议通过对视频信号、音频信号和控制信号的时分控制，实现了音视频的同时传输。下面以向电视机传输720×480p的图像信号和相应声音信号为例，解释其传输原理。HDMI的信号传输过程包括3个期间：视频数据传输期、岛屿数据传输期和控制数据传输期。如下图。

在视频数据传输期．HDMI数据线上传送视频象素信号。视频信号通过编码．生成3路共24位的TMDS数据流。HDMl支持多种方式的视频编码，通过对3个通道数据的合理分配，既可以传输RGB 4：4：4信号．也可以传输YCbCr
(4：2：2或4：4：4)信号。在信号源数据量太低时(如480i，传输速率只有13．5MHz)．HDMI还提供了点重复模式，从而使信号的传输速率不低于规定的25MHz。
在岛屿数据传输期，HDMI数据线上将出现音频数据和辅助数据(信息帧和场行同步信号)。该期间的数据采用TERC4(TMDS Error Reduction Coding)的编码方式，将4位数据转换成10位，如0000B转换成1010011100B表示．打包后送到3个TMDS通道。音频数据在接收端解码还原．以原来的采样频率重现。为了提高每个数据包的可靠性．及时检查出错误的数据，每个数据包中还含有经ECC(ErrorCorrection Code)运算后的校验位。协议规定，每个岛屿数据传输期，至少要传送1个数据包．最多18个数据包．每个数据包由包头、包体(包含4个子包)和校验位构成。在每两个视频数据传输期之间，至少要传送一个岛屿数据．这样可以保证音频数据有足够的传输速率。HDMl支持8声道的音频传输，将原来的8条线完全省掉，极大地方便了消费者。
在任意两个数据期之间是控制数据传输期，它用来传输文件头和场行同步控制信号。该期间传输6位数据，分别为HSYNC(行同步)、VSYNC(场同步)、CTLO、CTLl、CTL2、CTL3，采用2到10位的编码方式。每个TMDS传输2位有
效数据。CTL0、CTLl、CTL2、CTL3用来说明接下来的数据是视频数据还是岛屿数据，如表1。

二、 HDMI标准发展之路
1． HDMI接口类型
常见的HDMI类型有A、B、C三种类型。其中A型是标准的19针HDMI接口，普及率最高；B型接口尺寸稍大，但是有29个引脚，可以提供双TMDS传输通道。而C型接口和A型接口性能一致，但是体积较小，更加适合紧凑型便携设备使用。
2． HDMI标准演变
2002年2月，七家厂商成立HDMI Founders，共同开始着手制定HDMI标准。
2002年12月，HDMI1.0标准正是发布。
2004年5月，HDMI1.0标准的首个升级版HDMI 1.1标准发布，由于规格变化不大，没有引起广泛关注。
2005年8月，针对对PC领域设备支持不足的缺陷，HDMI 1.2发布。相比于之前的规格，HDMI 1.2版本增加了若干条非常重要的改进，在连接PC和数字音频时更加方便。
2005年12月，针对HDMI 1.2标准的修改版HDMI 1.2a发布，主要增加了可以利用一个遥控器控制多台电器的CEC功能，并且完善了各种HDMI设备的测试规则。
2006年5月，自HDMI标准推出以来，规格变更最大、指标最高的HDMI1.3标准正是亮相。在新的HDMI 1.3版本中，不仅带宽和数据传输速率增加了一倍，还加入了对xvYCC广色域、高bit色深以及更高HDTV/PC分辨率规格的支持。
3．HDMI收费模式
影音设备厂商们想要使用HDMI技术的话，就需要给HDMI Licensing公司支付相应的费用。而费用的构成也比较多，主要有以下几种收费项目。
1.每种使用HDMI的设备需要缴纳每年15，000美元的授权费，如果要加入HDCP功能，还需支付额外的15，000美元。对于HDCP功能，几乎很少有厂家会选择放弃，不然他们的产品将缺乏基本的竞争力。
2.为了保证装有HDMI接口的设备之间的兼容性，厂商们还需参加AUTHORIZED TESTING CENTER举办的HDMI ATC兼容性测试。针对不同的设备，收费如下：
1) 视频源设备（如DVD播放机）测试费: 7500美元一台；
2) 接收设备（如平板电视）测试费: 7500美元一台；
3) 多一个HDMI输出口: 2250美元；
4) 重测费用:视频源设备、接收设备、转发设备、线材最初分别是4500美元，4500美元，6600美元，1800美元；
3.每台用于商业化的设备，还需要单独缴纳15美分的专利费和4美分的HDCP专利费。如果使用HDMI的LOGO，每台设备还需交纳5美分。