HMDI中视频消隐解释

下面我们先从HDMI1.x规范说起来介绍HDMI规范。

HDMI源于DVI接口技术，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美国晶像公司（Silicon Image）的TMDS编码技术，继续沿用了和DVI相同的传输技术。由于HDMI还是以的TMDS(Time Minimized Differential Signal)最小化传输差分信号传输技术为核心，这也就是为何HDMI接口和DVI接口能够通过转接头相互转换的原因，也所以主流的HDMI接收芯片可以兼容DVI信号。美国晶像公司是HDMI八个发起者中唯一的集成电路设计制造公司，是高速串行数据传输技术(TMDS)领域的领导厂商，因为下面要提到的TMDS信号传输技术就是它们开发出来的。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（TransitionMinimized Differential Signaling）也被称为最小化传输差分信号，是指通过异或及异或非等逻辑算法将原始信号数据转换成10位，前8位数据由原始信号经运算后获得，第9位指示运算的方式，第10位用来对应直流平衡（DC-balanced，就是指在编码过程中保证信道中直流偏移为零，电平转化实现不同逻辑接口间的匹配），转换后的数据以差分传动方式传送。这种算法使得被传输信号过渡过程的上冲和下冲减小，传输的数据趋于直流平衡，使信号对传输线的电磁干扰减少提高信号传输的速度和可靠性。

一般情况下，HDMI连接由一对信号源和接受器组成，有时候一个系统中也可以包含多个HDMI输入或者输出设备。每个HDMI信号输入接口都可以依据标准接收连接器的信息，同样信号输出接口也会携带所有的信号信息。HDMI数据线和接收器包括三个不同的TMDS数据信息通道和一个时钟通道，这些通道支持视频、音频数据和附加信息，视频、音频数据和附加信息通过三个通道传送到接收器上，而视频的像素时钟则通过TMDS时钟通道传送，接收器接受这个频率参数之后，再还原另外三个数据信息通道传递过来的信息。

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。下图是TMDS对每个像素点中的RGB三原色分别按8bit编码。

一般来说，HDMI传输的源编码格式中要包含视频数据（HDMI1.3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(辅助信息数据)，同时HDMI为了获得声音数据和控制数据的高可靠性，数据包中还包括一个BCH错误纠正码。HDMI的数据信息的处理可以有多种不同的方式，但最终都是在每一个TMDS通道中包含2位的控制数据、8位的视频数据和4位的数据包。在HDMI的数据信息传输过程中，可以分为三个阶段：视频数据传输期、控制数据传输期和数据岛传输期(岛屿数据传输期)，分别对应上述的三种数据类型(视频数据， 控制数据和岛屿数据)。

视频数据传输期，HDMI数据线上传送视频像素信号，视频信号经过编码，生成3路（即3个TMDS数据信息通道，每路8位）共24位的视频数据流，输入到HDMI发射器中。24位像素的视频信号通过TMDS通道传输，将每通道8位的信号编码转换为10位，在每个10位像素时钟周期传送一个最小化的信号序列，视频信号被调制为TMDS数据信号传送出去，最后到接受器中接收。

　　岛屿数据传输期，TMDS通道上将出现音频数据和辅助数据，这些数据每4位为一组，构成一个上面提到的4位数据包，数据包和视频数据一样，被调制为10位一组的的TMDS信号后发出。视频数据传输期和岛屿数据传输期均开始于一个GuardBand保护频带，Guard Band由2个特殊的字符组成，这样设计的目的在于在明确限定控制数据传输期之后的跳转是视频数据传输期。

HDMI的数据传输周期示意图：左到右分别为控制数据传输期、岛屿数据传输期、视频数据传输期，在上面任意两个数据传输周期之间，每一个TMDS通道包含2位的控制数据，这一共6位的控制数据分别为HSYNC（行同步）、VSYNC（场同步）、CTL0、CTL1、CTL2和CTL3。每个TMDS通道包含2位的控制数据，采用从2位到10位的的编码方法，在每个控制周期最后的阶段，CTL0、CTL1、CTL2和CTL3组成的文件头，说明下一个周期是视频数据传输期还是岛屿数据传输期。

岛屿数据和控制数据的传输是在视频数据传输的消隐期，这意味着在传输音频数据和其他辅助数据的时候，并不会占据视频数据传输的带宽，并且也不要一个单独的通道来传输音频数据和其他辅助数据，这也就是为什么一根HDMI数据线可以同时传输视频信号和音频信号的原因。

下图就是一个480P的示意图，或者是double pixel模式的480i（NTSC）分辨率的示意图。

HDMI的数据信息的处理可以有多种不同的方式，也就是说HDMI支持多种方式的视频编码，通过对3个TMDS数据信息通道的合理分配，既可以传输RGB数字色度分量的4：4：4信号，也可以传输YCbCr数字色差分量的4：2：2信号，最高可满足24位视频信号的传输需要。

HDMI电路中的时钟频率，在最初制定时(HDMI1.1)范围从25MHz-165MHz之间,也就是说HDMI每个TMDS通道视频像素流的速率一般在25MHz～165MHz之间。而HDMI1.3规范已经将这一上限提升到了225MHz。当视频格式的速率低于25MHz时，必须将使用像素重复法来传输，即视频流中的像素被重复使用，使视频流时钟（PixelCLock）大于25Mhz。以每个TMDS通道最高165MHz的频率计算，也就是说一个TMDS通道每秒最多能传输165MHz×10bit=1.65Gbit的数据，3个TMDS通道一秒就可以传输1.65×3=4.95Gbit的数据，再加上控制数据，用标准方法表示就是4.96Gbps的带宽。

而TMDS Clock时钟和像素时钟（Pixel Clock）也有一个对应的关系。 对于8bit （24bit RGB/YUV）来说， TMDS 时钟就是像素时钟。 而如果支持 Deep Color，比如10bit（30bit RGB/YUV） 及以上的视频信号， TMDS 时钟要做相应变化， 基本如下列所示：

•    8bit data     TMDSclk =  pixel clk
•   10bit data    TMDS clk =  1.25* pixel clk
•   12bit data    TMDS clk = 1.5 * pixel clk
•    16bit data    TMDS clk =   2 * pixel clk

除了高的视频信号带宽之外，HDMI还在协议中加入了对音频信号传输的支持，形成了业界首个单线缆多媒体接口协议。HDMI的音频信号不占用额外的通道，而是采用和其他辅助信息一起组成数据包，利用3个TMDS通道在视频信号传输的消隐期，以岛屿数据的形式传送。即使在传输1080p（60Hz）的视频信号的时候，还可以提供最高8路，每路采样频率192kHz的高质量音频信号。在数字音频方面，HDMI灵活的支持符合IEC60985L-PCM标准的32kHz、44.1kHz和48kHz、16bit量化的立体声数字音频信号和IEC61937标准的采样率为192KHz，24bit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Dolby Digital5.1和DTS数字音频格式也能通过HDMI直接传输。相比之下，CD音频制式44.1kHz的两声道信号，以及最新的DVD－Audio音频格式96kHz的6声道信号，就相形见绌了。