HDMI协议介绍（一）--Overview
目录
术语
物理结构
HDMI框图
HDMI传输
TMDS信号
HDMI连接架构
HDMI传输模式
HDMI全称（High Definition Multimedia Interface）高清多媒体接口，支持在单线缆上传输全数字高清视频和多声道音频。
HDMI基于TMDS协议传输，主要用于DVD, 机顶盒等音视频source到TV，显示器等sink设备的传输。HDMI向下兼容 DVI，但是 DVI（数字视频接口）只能用来传输视频，而不能同时传输音频，这是两者最主要的差别。
术语
HDMI：High Definition Multimedia Interface高清多媒体接口，传输音视频。
HDCP：High-bandwidth Digital Content Protection 版权保护相关的，通过IIC获取。
EDID：Extended Display Identification Data 扩展显示标识数据，包含有关显示器及其性能的参数，包括供应商信息、最大图像大小、颜色设置、厂商预设置、频率范围的限制以及显示器名和序列号的字符串等。
DDC：Display Data Channel 显示数据通道，其实就是IIC通道，用来获取EDID、HDCP密钥等内容。
HDP：Hot Plug Detect热插拔检测。
CEC：Consumer Electronics Control 用户电气控制，CEC可以控制从设备的一些状态，即遥控器功能。
TMDS：Transition Minimized Differential Signaling最小化传输差分信号，一种差分传输技术
HEAC：HDMI Ethernet and Audio Return Channel 以太网和音频返回，HEAC需要额外的phy才能支持。
Source：A device with an HDMI output
Sink：A device with an HDMI input
CTS：Compliance Test Specification
物理结构
HDMI有A、B、C、D、E五种引脚类型，目前常用的是Type A：
1-9是TMDS data传输用到的引脚，共有三组；
10-12是TMDS clock传输用到的引脚，共有一组；
13是CEC引脚，一种消费电子兼容的传输协议,用作遥控的；
14是保留引脚；
15,16是DDC的引脚，DDC是基于I2C协议传输，故引脚为SCL和SDA；
17是接地；
18是+5V power；
19是HPD引脚，用于热插拔检测。
HDMI框图
HDMI 系统架构由Source端和Sink端组成：Source是指发送HDMI信号的一侧，Sink是指接收HDMI信号的一侧。
HDMI信号四路差分信号组成，包括三路TMDS Data信号和一路TMDS Clock信号。TMDS信号不仅仅用于传输video信号，还传输audio和辅助信息。
HDMI 提供一个 DDC 通道用于在source端和sink端交换状态。
HDP用于热插拔检测，CEC是用户电气控制，一般用作遥控，HEAC以太网和音频返回。CEC和HEAC是HDMI可选协议。
小结：
- 要想传输音视频，只需要TMDS信号即可；
- 要想使用遥控器，需要CEC；
- 要想做到分辨率自适应屏幕，需要DDC；
- 要支持热插拔，需要实现HPD
HDMI传输
TMDS信号
TMDS 传输系统分为两个部分：发送端source和接收端sink。TMDS 链路包括 3 个传输数据的通道和1个传输时钟信号的通道。
发送端对这些数据进行编码和并/串转换，再将数据分别分配到独立的传输通道发送出去。
接收端接收来自发送端的串行信号，对其进行解码和串/并转换，然后发送到显示器的控制端。
TMDS不仅仅是对video进行编码，还包括audio和控制信号：
- 对于video周期采用的是video data encoding，将8bits数据转换成10bits数据
- 对于control周期采用的是CTL encoding，将2bits数据转换成10bits数据
- 对于DataIsland周期采用的是TERC4 encoding，将4bits数据转换成10bits数据
小结：
- source端编码，数据加串
- sink端解码，数据解串
HDMI连接架构
HDMI传输由三组TMDS通道和一组TMDS clock通道组成，TMDS clock的运行频率是video信号的pixel频率，在每个TMDS 时钟通道周期，每个TMDS data通道都发送10bit数据。
channel0传输B数据和HSync、VSync
channel1传输G数据和CTL0、CTL1
channel2传输R数据和CTL2、CTL3
HDMI传输模式
HDMI的TMDS数据传输可以分为三个传输周期：
Control Period控制周期：主要用于控制接下来传输的是data island还是video data
Data Island Period数据岛周期：各种类型的包信息，包括音频数据包、辅助数据包、图像信息包等
Video Data Period视频数据周期：视频像素数据，HDMI可以传输RGB和YUV两种格式的像素数据
1、左边是Control period：传输有Hsync、Vsync与Preamble。占用1、2两个通道共4bit输入;channel 0传输HSYNC, VSYNC, channel1[1:0]和channel2[1:0] 传输Preamble，用来判断接下来输入的是Video Data还是Data Island。
2、中间是Data Island period：传输有Hsync、Vsync，以及两个Packet Header与Packet，占用三通道共12bit输入，Channel0[3:2]用于传输Data Island Header（包头），Channel1[3:0]与Channel2[3:0]用于传输Data Island Content（包内数据）
3、右边是Video Data period ：视频信号经过编码生成三路TMDS数据通道，共24位视频流数据，输入到HDMI Tx中。24位像素的视频信号通过TMDS通道传输，将每通道8位信号转换为10位，在每个10位像素周期传送一个最小化的信号序列，视频信号将被调制为TMDS信号传送出去。
Control Period（preamble）
在数据岛或者视频数据传输周期之前，每一个TMDS通道包含2bit的控制数据，一共6位控制数据。
| TMDS Channel | D0 | D1 |
|---|---|---|
| 0 | HSYNC | VSYNC |
| 1 | CTL0 | CTL1 |
| 2 | CTL2 | CTL3 |
每个TMDS通道使用了D1:D0共2bit，采用2bit到10bit的编码方式。在每个控制周期的最后阶段，CTL0、CTL1、CTL2、CTL3组成的文件头说明下一个周期是视频数据还是数据岛。
| CTL0 | CTL1 | CTL2 | CTL3 | 数据周期类型 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 0 | 0 | 0 | video data |
| 1 | 0 | 1 | 0 | data island |
Video Data Period
视频数据周期用来传输视频线的像素,每个视频数据周期以报文头为前导,在报文头之后,视频数据周期以两个字符开始,做为视频前导保护边界。对于数据周期,没有末尾保护边界。
Data Island Period
数据岛用来携带音频和辅助数据的报文。辅助数据包括Info frame和其他用于音视频信息描述的数据。每个数据岛以2个字符长度的前导保护边界开始,并以2个字符宽度的末尾保护边界结束。
| TMDS Channel | BitN | 传输内容 |
|---|---|---|
| Channel0 | Bit0 | HSync |
| Bit1 | VSync | |
| Bit2 | packet header | |
| Channel1 | Bit3：0 | packet |
| Channel2 | Bit3：0 | packet |
小结：
- audio是在dataisland周期发送的
- video是在video周期发送的