HDMI详细解析
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 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。 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
PinSignal
1TMDS Data2+
2TMDS Data2 Shield
3TMDS Data2
4TMDS Data1+
5TMDS Data1 Shield
6TMDS Data1–
7TMDS Data0+
8TMDS Data0 Shield
9TMDS Data0–
10TMDS Clock+
11TMDS Clock Shield
12TMDS Clock–
13CEC
14Reserved (N.C. on device)
15SCL
16SDA
17DDC/CEC Ground
18+ 5V
19Hot Plug Detect
B类HDMI连接器
PinSignal
1TMDS Data2+
2TMDS Data2 Shield
3TMDS Data2-
4TMDS Data1+
5TMDS Data1 Shield
6TMDS Data1-
7TMDS Data0+
8TMDS Data0 Shield
9TMDS Data0-
10TMDS Clock+
11TMDS Clock Shield
12TMDS Clock-
13TMDS Data5+
14TMDS Data5 Shield
15TMDS Data5-
16TMDS Data4+
17TMDS Data4 Shield
18TMDS Data4-
19TMDS Data3+
20TMDS Data3 Shield
21TMDS Data3-
22CEC
23Reserved (N.C. on device)
24Reserved (N.C. on device)
25SCL
26SDA
27DDC/CEC Ground
28+5V
29Hot Plug Detect
A类HDMI接口转接DVI-D
HDMI PinSignalWireDVI-D Pin
1TMDS Data2+A2
2TMDS Data2 ShieldB3
3TMDS Data2-A1
4TMDS Data1+A10
5TMDS Data1 ShieldB11
6TMDS Data1-A9
7TMDS Data0+A18
8TMDS Data0 ShieldB19
9TMDS Data0-A17
10TMDS Clock+A23
11TMDS Clock ShieldB22
12TMDS Clock-A24
13CECN.C.N.C.
14ReservedN.C.N.C.
15SCLC6
16DDCC7
17DDC/CEC GroundD15
18+5V5V14
19Hot Plug DetectC16
20Not Connected
4
21Not Connected
5
22Not Connected
12
23Not Connected
13
24Not Connected
20
25Not Connected
21
26Not Connected
8
B类HDMI接口转接DVI-D
HDMI PinSignalWireDVI-D Pin
1TMDS Data2+A2
2TMDS Data2 ShieldB3
3TMDS Data2-A1
4TMDS Data1+A10
5TMDS Data1 ShieldB11
6TMDS Data1-A9
7TMDS Data0+A18
8TMDS Data0 ShieldB19
9TMDS Data0-A17
10TMDS Clock+A23
11TMDS Clock ShieldB22
12TMDS Clock-A24
13TMDS Data5+A21
14TMDS Data5 ShieldB19
15TMDS Data5-A20
16TMDS Data4+A5
17TMDS Data4 ShieldB3
18TMDS Data4-A4
19TMDS Data3+A13
20TMDS Data3 ShieldB11
21TMDS Data3-A12
22CECN.C.N.C.
23ReservedN.C.N.C.
24ReservedN.C.N.C.
25SCLC6
26DDCC7
27DDC/CEC GroundD15
28+5V5V14
29Hot Plug DetectC16
Not ConnectedN.C.8
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