什么是HDMI
HDMI的全称是High-Definition Multimedia Interface,中文意思是高清晰多媒体接口。HDMI标准由日立、松下电器、飞利浦、Silicon Image、索尼、Thomson (RCA)以及东芝等7家公司共同制定。
全新的HDMI接口将取代DVD机、电视机以及视频显示器的传统接口,其原理是以一条线缆实现音频和视频信号的同时传输,而不象现在这样使用多条线缆,因此又被形象地称为“一线通”,在简化线材的同时,提供不压缩的高清晰数字视频和多声道音频信号,让用户充分享受高品质的数字娱乐体验。
就目前的情况看,数字音频信号通过单条线缆传输,而诸如DVD播放机之类的设备则很少使用数字视频连接,其最常见的视频接口是S-Video和分量视频(component video)接口,这些接口均基于模拟信号。
当今的数字视频接口被称为DVI,HDMI与DVI之间存在三处不同。首先,HDMI支持更高的分辨率,在理论上可以达到目前HDTV最大分辨率的两倍;其次,DVI必须分别传输视频和音频信号,而HDMI仅通过一条线缆就能同时完成这两种信号的传输;最后,HDMI连接器在尺寸上要比DVI小得多。
HDMI向后兼容DVI,支持HDMI的设备可以同具有DVI接口的设备互连,而且实现起来非常简单,只要一条两端分别为HDMI和DVI连接器的线缆即可。
二者之间还有一个重要区别,DVI标准是为PC设计,而HDMI则面向消费电子产品,比如DVD机和视频投影仪。此外,HDMI还支持英特尔的HDCP高宽带数字内容保护。
HDMI的工作原理
HDMI的工作原理
下图为HDMI架构,“Source”指示带有HDMI输出接口的设备,而“Sink”则代表具有HDMI输入的设备。
图1:HDMI架构
数据传输基于最小化传输差分信号协议(TMDS,Transition Minimized Differential Signaling),该协议由Silicon Image公司制定,其商业用名为PanelLink,同样适用于DVI接口。
HDMI标准通过编码将8位数据转换为10位信号,并以差动传动(differential transmission)的方式传输。音频和视频信号通过3个TMDS数据通道传输。
视频信息以24bit像素为一个序列传输,每个像素时钟周期输出10bit信号。像素时钟周期定义为传送一个像素需要的时间,在数值上10倍于bit传输周期。
像素时钟频率的范围可以从25MHz到165MHz,以低于25MHz(NTSC 480i标准[480行,非交错扫描]的像素时钟频率为13.5MHz)的速率传输的屏幕格式可以使用像素重复(pixel repetition)的方法进行传输。
也就是说,采用HDMI可以实现每秒1.65亿像素的传输速率,如果使用双连接配置则可获得双倍传输速率,从这一数据我们可以算出能够传输的最大分辨率。
为了更好地说明像素时钟的概念及其重要性,我们来看看HDTV目前广泛采用的720p分辨率,即1280x720分辨率。1280与720的乘积就是屏幕的像素数,将获得的乘积与帧频(fps,即屏幕刷新率或垂直频率)相乘,就可以得到该分辨率下每秒钟传输的像素数,即传输速率。假定720p分辨率下的屏幕刷新率为60Hz,硬件连接需支持每秒55,296,000像素的传输速度,即55.3MHz,而HDMI标准可以实现每秒1.65亿像素的传输,应对这样的屏幕分辨率绰绰有余。
现在来看看今天的HDTV所能支持的最大分辨率1280p,1920x1080分辨率下的刷新率为60MHz,需要124.4MHz的传输速率,HDMI仍能满足这一要求。
可见HDMI支持当今消费电子产品所具有的最高分辨率,而且双连接模式下的传输速率达到了330MHz,支持尚未应用的更高分辨率,可在不远的将来加入新技术增强和功能。
视频数据按照每像素24位的标准以RGB、YCbCr 4:4:4或YCbCr 4:2:2格式进行编码,YCbCr是分量视频的数字版本(最常用的分量视频的模拟版本被称为YPbPr),也称YUV。其中Y代表亮度信号(基于不含色彩信息的图像,即黑白图像),Cb指示蓝色与亮度的差异信息(B-Y),而Cr代表了红色与亮度的差异信息(R-Y)。YCbCr后面的三个数字分别代表Y、Cb和Cr三个信号的采样频率,4代表NTSC、PAL以及Secam系统的采样频率,4:4:4意味着所有信号以相同的速率传输,4:2:2则是指Y信号以13.5MHz的频率传输,而Cb和Cr信号的传输速率为6.75MHz,尽管这种模式被广泛使用,但其图像质量显然并不理想。
音频信号通过2-8声道传输,采样频率可达192KHz。
DDC(显示数据通道)负责把接收设备的配置和能力等信息报告给发送设备,这需要读取接收设备的增强型扩展显示标识数据(E-EDID,Enhanced Extended Display Identification Data)来完成。
CEC(消费电子控制)是可选的,用来控制用户可能使用的各种视听设备。
HDMI连接器
HDMI连接器
HDMI连接器共有两种,即19针的A类连接器和29针的B类连接器。B类的外形尺寸稍大,支持双连接配置,可将最大传输速率提高一倍。使用这两类连接器可以分别获得165MHz及330MHz的像素时钟频率。
图2:A类HDMI连接器和DVI连接器
TMDS标准将线缆的长度限定为 15 米 。
具有A类HDMI接口的传输设备能够与具有B类接口的接收设备相连(使用两端分别为A类和B类连接器的线缆),而具有B类接口的传输设备不可与A类接口的接收设备相连。
如前所述,通过转接线缆,HDMI与DVI也可以实现兼容。
连接器以及转接线缆管脚引出线
下表为A类、B类HDMI连接器以及DVI/HDMI转换线缆的管脚引出线。
连接器以及转接线缆管脚引出线
A类HDMI连接器
Pin |
Signal |
1 |
TMDS Data2+ |
2 |
TMDS Data2 Shield |
3 |
TMDS Data2 |
4 |
TMDS Data1+ |
5 |
TMDS Data1 Shield |
6 |
TMDS Data1– |
7 |
TMDS Data0+ |
8 |
TMDS Data0 Shield |
9 |
TMDS Data0– |
10 |
TMDS Clock+ |
11 |
TMDS Clock Shield |
12 |
TMDS Clock– |
13 |
CEC |
14 |
Reserved (N.C. on device) |
15 |
SCL |
16 |
SDA |
17 |
DDC/CEC Ground |
18 |
+ 5V |
19 |
Hot Plug Detect |
B类HDMI连接器
Pin |
Signal |
1 |
TMDS Data2+ |
2 |
TMDS Data2 Shield |
3 |
TMDS Data2- |
4 |
TMDS Data1+ |
5 |
TMDS Data1 Shield |
6 |
TMDS Data1- |
7 |
TMDS Data0+ |
8 |
TMDS Data0 Shield |
9 |
TMDS Data0- |
10 |
TMDS Clock+ |
11 |
TMDS Clock Shield |
12 |
TMDS Clock- |
13 |
TMDS Data5+ |
14 |
TMDS Data5 Shield |
15 |
TMDS Data5- |
16 |
TMDS Data4+ |
17 |
TMDS Data4 Shield |
18 |
TMDS Data4- |
19 |
TMDS Data3+ |
20 |
TMDS Data3 Shield |
21 |
TMDS Data3- |
22 |
CEC |
23 |
Reserved (N.C. on device) |
24 |
Reserved (N.C. on device) |
25 |
SCL |
26 |
SDA |
27 |
DDC/CEC Ground |
28 |
+5V |
29 |
Hot Plug Detect |
A类HDMI接口转接DVI-D
HDMI Pin |
Signal |
Wire |
DVI-D Pin |
1 |
TMDS Data2+ |
A |
2 |
2 |
TMDS Data2 Shield |
B |
3 |
3 |
TMDS Data2- |
A |
1 |
4 |
TMDS Data1+ |
A |
10 |
5 |
TMDS Data1 Shield |
B |
11 |
6 |
TMDS Data1- |
A |
9 |
7 |
TMDS Data0+ |
A |
18 |
8 |
TMDS Data0 Shield |
B |
19 |
9 |
TMDS Data0- |
A |
17 |
10 |
TMDS Clock+ |
A |
23 |
11 |
TMDS Clock Shield |
B |
22 |
12 |
TMDS Clock- |
A |
24 |
13 |
CEC |
N.C. |
N.C. |
14 |
Reserved |
N.C. |
N.C. |
15 |
SCL |
C |
6 |
16 |
DDC |
C |
7 |
17 |
DDC/CEC Ground |
D |
15 |
18 |
+5V |
5V |
14 |
19 |
Hot Plug Detect |
C |
16 |
20 |
Not Connected |
|
4 |
21 |
Not Connected |
|
5 |
22 |
Not Connected |
|
12 |
23 |
Not Connected |
|
13 |
24 |
Not Connected |
|
20 |
25 |
Not Connected |
|
21 |
26 |
Not Connected |
|
8 |
B类HDMI接口转接DVI-D
HDMI Pin |
Signal |
Wire |
DVI-D Pin |
1 |
TMDS Data2+ |
A |
2 |
2 |
TMDS Data2 Shield |
B |
3 |
3 |
TMDS Data2- |
A |
1 |
4 |
TMDS Data1+ |
A |
10 |
5 |
TMDS Data1 Shield |
B |
11 |
6 |
TMDS Data1- |
A |
9 |
7 |
TMDS Data0+ |
A |
18 |
8 |
TMDS Data0 Shield |
B |
19 |
9 |
TMDS Data0- |
A |
17 |
10 |
TMDS Clock+ |
A |
23 |
11 |
TMDS Clock Shield |
B |
22 |
12 |
TMDS Clock- |
A |
24 |
13 |
TMDS Data5+ |
A |
21 |
14 |
TMDS Data5 Shield |
B |
19 |
15 |
TMDS Data5- |
A |
20 |
16 |
TMDS Data4+ |
A |
5 |
17 |
TMDS Data4 Shield |
B |
3 |
18 |
TMDS Data4- |
A |
4 |
19 |
TMDS Data3+ |
A |
13 |
20 |
TMDS Data3 Shield |
B |
11 |
21 |
TMDS Data3- |
A |
12 |
22 |
CEC |
N.C. |
N.C. |
23 |
Reserved |
N.C. |
N.C. |
24 |
Reserved |
N.C. |
N.C. |
25 |
SCL |
C |
6 |
26 |
DDC |
C |
7 |
27 |
DDC/CEC Ground |
D |
15 |
28 |
+5V |
5V |
14 |
29 |
Hot Plug Detect |
C |
16 |
|
Not Connected |
N.C. |
8 |
HDMI的价格
HDMI的价格
有趣的是,HDMI目前还不是一项开放标准。采用HDMI的厂商需要向HDMI许可代理商(HDMI Licensing, LLC)支付15000美元的年费,并对已售产品支付每单位0.15美元的费用,如果厂商在产品和促销材料上合理使用HDMI徽标,则费率降为每销售一单位收取0.05美元。如果厂商实施HDMI规格中提出的HDCP内容保护,每单位最低价格0.04美元,并且必须从Intel子公司Digital Content Protection, LLC单独获得HDCP许可。
如果厂商准备采用HDCP,HDCP还将收取15000美元的年费,并对每个单元收取0.005美元的费用,以每个购买的“ 设备键” 为基础(以实现加密/ 解密)。
来源:hardwaresecrets
观点:
简单来讲“HDMI”就是一个为了满足高清晰视频音频“单一线缆”传输的标准。如果未来能够实现HDMI一统天下,那么现在电子产品链接线复杂得情况可以改变,家庭影院环境也将变得简洁。
不过,目前这一标准并不“free”,将来会有多少厂家能够加入这一标准体系,还有待观察。也许,未来将出现一种类似的单线缆“free”方案,恐怕这样支持的厂家公司会更多。