数字高清时代的新宠—HDMI解析

    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DVIHDMIDVI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HDMIDVI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。

 

      数字高清时代的新宠—HDMI解析_第1张图片

   
1HDMI架构

    数据传输基于最小化传输差分信号协议(TMDSTransition 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3TMDS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25MHz165MHz,以低于25MHzNTSC 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。1280720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1280p1920x1080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RGBYCbCr 4:4:4YCbCr 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YCbCr三个信号的采样频率,4代表NTSCPAL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CbCr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-EDIDEnhanced 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165MHz330MHz的像素时钟频率。

     


2AHDMI连接器和DVI连接器

    TMDS标准将线缆的长度限定为 15

    具有AHDMI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,HDMIDVI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、BHDMI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

    AHDMI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

 

BHDMI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

 

    AHDMI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

 

    BHDMI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HDCPHDCP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。

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