數字高清時代的新寵—HDMI解析

    什麼是HDMI

    HDMI的全稱是High-Definition Multimedia Interface，中文意思是高清晰多媒體接口。HDMI標準由日立、松下電器、飛利浦、Silicon Image、索尼、Thomson (RCA)以及東芝等7家公司共同制定。

    全新的HDMI接口將取代DVD機、電視機以及視頻顯示器的傳統接口，其原理是以一條線纜實現音頻和視頻信號的同時傳輸，而不象現在這樣使用多條線纜，因此又被形象地稱爲“一線通”，在簡化線材的同時，提供不壓縮的高清晰數字視頻和多聲道音頻信號，讓用戶充分享受高品質的數字娛樂體驗。

    就目前的情況看，數字音頻信號通過單條線纜傳輸，而諸如DVD播放機之類的設備則很少使用數字視頻連接，其最常見的視頻接口是S-Video和分量視頻（component video）接口，這些接口均基於模擬信號。

    當今的數字視頻接口被稱爲DVI，HDMI與DVI之間存在三處不同。首先，HDMI支持更高的分辨率，在理論上可以達到目前HDTV最大分辨率的兩倍；其次，DVI必須分別傳輸視頻和音頻信號，而HDMI僅通過一條線纜就能同時完成這兩種信號的傳輸；最後，HDMI連接器在尺寸上要比DVI小得多。

    HDMI向後兼容DVI，支持HDMI的設備可以同具有DVI接口的設備互連，而且實現起來非常簡單，只要一條兩端分別爲HDMI和DVI連接器的線纜即可。

    二者之間還有一個重要區別，DVI標準是爲PC設計，而HDMI則面向消費電子產品，比如DVD機和視頻投影儀。此外，HDMI還支持英特爾的HDCP高寬帶數字內容保護。

　

HDMI的工作原理

    HDMI的工作原理

    下圖爲HDMI架構，“Source”指示帶有HDMI輸出接口的設備，而“Sink”則代表具有HDMI輸入的設備。

 

     

   
圖1：HDMI架構

    數據傳輸基於最小化傳輸差分信號協議（TMDS，Transition Minimized Differential Signaling），該協議由Silicon Image公司制定，其商業用名爲PanelLink，同樣適用於DVI接口。

    HDMI標準通過編碼將8位數據轉換爲10位信號，並以差動傳動（differential transmission）的方式傳輸。音頻和視頻信號通過3個TMDS數據通道傳輸。

    視頻信息以24bit像素爲一個序列傳輸，每個像素時鐘週期輸出10bit信號。像素時鐘週期定義爲傳送一個像素需要的時間，在數值上10倍於bit傳輸週期。

    像素時鐘頻率的範圍可以從25MHz到165MHz，以低於25MHz（NTSC 480i標準[480行，非交錯掃描]的像素時鐘頻率爲13.5MHz）的速率傳輸的屏幕格式可以使用像素重複（pixel repetition）的方法進行傳輸。

    也就是說，採用HDMI可以實現每秒1.65億像素的傳輸速率，如果使用雙連接配置則可獲得雙倍傳輸速率，從這一數據我們可以算出能夠傳輸的最大分辨率。

    爲了更好地說明像素時鐘的概念及其重要性，我們來看看HDTV目前廣泛採用的720p分辨率，即1280x720分辨率。1280與720的乘積就是屏幕的像素數，將獲得的乘積與幀頻（fps，即屏幕刷新率或垂直頻率）相乘，就可以得到該分辨率下每秒鐘傳輸的像素數，即傳輸速率。假定720p分辨率下的屏幕刷新率爲60Hz，硬件連接需支持每秒55,296,000像素的傳輸速度，即55.3MHz，而HDMI標準可以實現每秒1.65億像素的傳輸，應對這樣的屏幕分辨率綽綽有餘。

    現在來看看今天的HDTV所能支持的最大分辨率1280p，1920x1080分辨率下的刷新率爲60MHz，需要124.4MHz的傳輸速率，HDMI仍能滿足這一要求。

    可見HDMI支持當今消費電子產品所具有的最高分辨率，而且雙連接模式下的傳輸速率達到了330MHz，支持尚未應用的更高分辨率，可在不遠的將來加入新技術增強和功能。

    視頻數據按照每像素24位的標準以RGB、YCbCr 4:4:4或YCbCr 4:2:2格式進行編碼，YCbCr是分量視頻的數字版本（最常用的分量視頻的模擬版本被稱爲YPbPr），也稱YUV。其中Y代表亮度信號（基於不含色彩信息的圖像，即黑白圖像），Cb指示藍色與亮度的差異信息（B-Y），而Cr代表了紅色與亮度的差異信息（R-Y）。YCbCr後面的三個數字分別代表Y、Cb和Cr三個信號的採樣頻率，4代表NTSC、PAL以及Secam系統的採樣頻率，4:4:4意味着所有信號以相同的速率傳輸，4:2:2則是指Y信號以13.5MHz的頻率傳輸，而Cb和Cr信號的傳輸速率爲6.75MHz，儘管這種模式被廣泛使用，但其圖像質量顯然並不理想。

    音頻信號通過2-8聲道傳輸，採樣頻率可達192KHz。

    DDC（顯示數據通道）負責把接收設備的配置和能力等信息報告給發送設備，這需要讀取接收設備的增強型擴展顯示標識數據（E-EDID，Enhanced Extended Display Identification Data）來完成。

    CEC（消費電子控制）是可選的，用來控制用戶可能使用的各種視聽設備。

HDMI連接器

    HDMI連接器

    HDMI連接器共有兩種，即19針的A類連接器和29針的B類連接器。B類的外形尺寸稍大，支持雙連接配置，可將最大傳輸速率提高一倍。使用這兩類連接器可以分別獲得165MHz及330MHz的像素時鐘頻率。

     

圖2：A類HDMI連接器和DVI連接器

    TMDS標準將線纜的長度限定爲15米。

    具有A類HDMI接口的傳輸設備能夠與具有B類接口的接收設備相連（使用兩端分別爲A類和B類連接器的線纜），而具有B類接口的傳輸設備不可與A類接口的接收設備相連。

    如前所述，通過轉接線纜，HDMI與DVI也可以實現兼容。

　

連接器以及轉接線纜管腳引出線

    下表爲A類、B類HDMI連接器以及DVI/HDMI轉換線纜的管腳引出線。

    連接器以及轉接線纜管腳引出線

    A類HDMI連接器

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類HDMI連接器

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類HDMI接口轉接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類HDMI接口轉接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的價格

    HDMI的價格

    有趣的是，HDMI目前還不是一項開放標準。採用HDMI的廠商需要向HDMI許可代理商（HDMI Licensing, LLC）支付15000美元的年費，並對已售產品支付每單位0.15美元的費用，如果廠商在產品和促銷材料上合理使用HDMI徽標，則費率降爲每銷售一單位收取0.05美元。如果廠商實施HDMI規格中提出的HDCP內容保護，每單位最低價格0.04美元，並且必須從Intel子公司Digital Content Protection, LLC單獨獲得HDCP許可。

    如果廠商準備採用HDCP，HDCP還將收取15000美元的年費，並對每個單元收取0.005美元的費用，以每個購買的“ 設備鍵” 爲基礎（以實現加密/ 解密）。

來源：hardwaresecrets

    觀點：

    簡單來講“HDMI”就是一個爲了滿足高清晰視頻音頻“單一線纜”傳輸的標準。如果未來能夠實現HDMI一統天下，那麼現在電子產品鏈接線複雜得情況可以改變，家庭影院環境也將變得簡潔。

    不過，目前這一標準並不“free”，將來會有多少廠家能夠加入這一標準體系，還有待觀察。也許，未來將出現一種類似的單線纜“free”方案，恐怕這樣支持的廠家公司會更多。