HDMI接口

百科解釋

目錄·概述
·起源
·主要特性和優(yōu)勢
·技術(shù)詳解
·接口類型
·HDMI音頻功能解析

　　隨著電視的分辨率逐步提升，高清電視越來越普及，HDMI接口主要就是用于傳輸高質(zhì)量、無損耗的數(shù)字音視頻信號到高清電視, 最高帶寬達(dá)到5Gbps。
　　HDMI：HDMI的英文全稱是“High Definition Multimedia Interface”，中文的意思是高清晰度多媒體接口。HDMI接口可以提供高達(dá)5Gbps的數(shù)據(jù)傳輸帶寬，可以傳送無壓縮的音頻信號及高分辨率視頻信號。同時無需在信號傳送前進(jìn)行數(shù)/�；蛘吣�/數(shù)轉(zhuǎn)換，可以保證最高質(zhì)量的影音信號傳送。HDMI在針腳上和DVI兼容，只是采用了不同的封裝。與DVI相比，HDMI可以傳輸數(shù)字音頻信號，并增加了對HDCP的支持，同時提供了更好的DDC可選功能。HDMI支持5Gbps的數(shù)據(jù)傳輸率，最遠(yuǎn)可傳輸15米，足以應(yīng)付一個1080p的視頻和一個8聲道的音頻信號。而因為一個1080p的視頻和一個8聲道的音頻信號需求少于4GB/s，因此HDMI還有很大余量。這允許它可以用一個電纜分別連接DVD播放器，接收器和PRR。此外HDMI支持EDID，DDC2B，因此具有HDMI的設(shè)備具有“即插即用”的特點，信號源和顯示設(shè)備之間會自動進(jìn)行“協(xié)商”，自動選擇最合適的視頻/音頻格式。應(yīng)用HDMI的好處是：只需要一條HDMI線，便可以同時傳送影音信號，而不像現(xiàn)在需要多條線材來連接；同時，由于無線進(jìn)行數(shù)/模或者模/數(shù)轉(zhuǎn)換，能取得更高的音頻和視頻傳輸質(zhì)量。對消費(fèi)者而言，HDMI技術(shù)不僅能提供清晰的畫質(zhì)，而且由于音頻/視頻采用同一電纜，大大簡化了家庭影院系統(tǒng)的安裝。
　　2002年的4月，日立、松下、飛利浦、Silicon Image、索尼、湯姆遜、東芝共7家公司成立了HDMI組織開始制定新的專用于數(shù)字視頻/音頻傳輸標(biāo)準(zhǔn)。2002年歲末，高清晰數(shù)字多媒體接口(High-definition Digital Multimedia Interface)HDMI 1.0標(biāo)準(zhǔn)頒布。HDMI在針腳上和DVI兼容，只是采用了不同的封裝。與DVI相比，HDMI可以傳輸數(shù)字音頻信號，并增加了對HDCP的支持，同時提供了更好的DDC可選功能。HDMI支持5Gbps的數(shù)據(jù)傳輸率，最遠(yuǎn)可傳輸15米，足以應(yīng)付一個1080p的視頻和一個8聲道的音頻信號。而因為一個1080p的視頻和一個8聲道的音頻信號需求少于4GB/s，因此HDMI還有很大余量。這允許它可以用一個電纜分別連接DVD播放器，接收器和PRR。此外HDMI支持EDID、DDC2B，因此具有HDMI的設(shè)備具有“即插即用”的特點，信號源和顯示設(shè)備之間會自動進(jìn)行“協(xié)商”，自動選擇最合適的視頻/音頻格式。
　　美國FCC 規(guī)定2005 年7 月1 日起，所有數(shù)字電視周邊產(chǎn)品都必須內(nèi)建HDMI或DVI。

起源

　　說起顯示設(shè)備，很多人都會在第一時間想起電視機(jī)和電腦顯示器這些在生活中隨處可見的設(shè)備。的確，隨著人類社會的不斷進(jìn)步，各種顯示設(shè)備已經(jīng)在人類社會中發(fā)揮了巨大的作用，無論是在工業(yè)生產(chǎn)的第一線，還是在家庭休閑娛樂的時刻，人們都希望能看到清晰、流暢的影像。而對于顯示設(shè)備來說，要想顯示出豐富多彩的高分辨率畫面，除了高質(zhì)量的信號源，還需要一個高性能的信號傳輸、接收裝置，也就是我們常說的信號接口。打個比方，我們可以把影像信號看成裝滿了貨物的汽車，那么傳輸影像信號的裝置就是讓汽車行駛的公路（信號接口的帶寬就如同公路的通行能力）。人們?yōu)榱颂岣哂跋竦那逦�，不停的在增加公路上行駛的汽車�?shù)量（以裝載更多的數(shù)據(jù)量），而要保證汽車不會發(fā)生擁堵，將公路升級改造為通行量更大、更寬的高速公路，就是一個必不可少的手段。
　　在過去的相當(dāng)一段時間內(nèi)，以CRT為代表的模擬顯示設(shè)備占據(jù)了整個顯示設(shè)備中的絕大多數(shù)。由于生產(chǎn)工藝的限制，CRT顯示設(shè)備的尺寸普遍較小，分辨率也不是特別高。同時從信號的數(shù)據(jù)量來看，也不是特別巨大，因此兼容性強(qiáng)、而成本低廉的各種模擬接口得到了廣泛應(yīng)用，比如很多人都熟悉的AV接口、S端子、色差端子和VGA接口。
　　進(jìn)入21世紀(jì)后，隨著液晶電視、等離子電視等大尺寸數(shù)字化平板顯示設(shè)備的普及，以及高清電視格式（720p/1080i/1080p）的確定，傳統(tǒng)模擬接口的帶寬已經(jīng)已經(jīng)不能滿足海量數(shù)據(jù)流傳輸?shù)男枰膊环蠑?shù)字化的潮流。因此，傳輸速度更快的全數(shù)字化接口勢必會成為傳統(tǒng)模擬接口的終結(jié)者。
　　除了數(shù)據(jù)傳輸能力的限制，另一個影響到模擬接口繼續(xù)使用的因素來自好萊塢的影視出版商們。由于模擬接口不具備任何防盜版能力，因此盜版影片、電視劇的橫行給他們造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。根據(jù)美國影協(xié)的統(tǒng)計，僅2005年，因為盜版問題好萊塢的幾個主要電影制片廠就損失了近61億美元。如果算上電視劇等方面，這個數(shù)字會更加驚人，因此，具有版權(quán)保護(hù)功能的數(shù)字接口也得到了好萊塢方面的熱烈歡迎。
　　當(dāng)然，數(shù)字接口只是一個比較籠統(tǒng)的稱謂，只要是傳輸“0”和“1”數(shù)字信號的接口，都可以看成是數(shù)字接口。比如常見的USB接口，就是一種純正的數(shù)字接口，但是很顯然，現(xiàn)在并沒有多少設(shè)備在用USB接口作為視頻信號傳輸?shù)姆绞�。所以，打造出適合影像傳輸?shù)膶Ｓ眯蛿?shù)字化接口就顯得非常重要。
　　HDMI的全稱是“High Definition Multimedia Interface高清多媒體接口”。2002年4月，來自電子電器行業(yè)的7家公司——日立、松下、飛利浦、Silicon Image、索尼、湯姆遜、東芝共同組建了HDMI高清多媒體接口接口組織HDMI Founders（HDMI論壇），開始著手制定一種符合高清時代標(biāo)準(zhǔn)的全新數(shù)字化視頻/音頻接口技術(shù)。經(jīng)過半年多時間的準(zhǔn)備工作，HDMI founders在2002年12月9日正式發(fā)布了HDMI 1.0版標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)志著HDMI技術(shù)正式進(jìn)入歷史舞臺。
　　HDMI技術(shù)的推出，并不是這些廠家一時興起的沖動行為，相反，在HDMI技術(shù)推出的背后，還有這更多的深層次原因。
　　1999年4月份，為了滿足數(shù)字化時代高質(zhì)量圖形影像的要求，DDWG(Digital Display Working Group)數(shù)字顯示工作組以美國Silicon Image公司的專利技術(shù)為藍(lán)本，推出了一種名為DVI(Digital Visual Interface)的接口，旨在統(tǒng)一新時代數(shù)字顯示接口標(biāo)準(zhǔn)。這一技術(shù)并且得到了IT業(yè)內(nèi)以Intel、DELL、HP、IBM、微軟等個大企業(yè)的廣泛支持。經(jīng)過3年多的推廣，DVI技術(shù)在計算機(jī)顯示輸出領(lǐng)域得到了迅速運(yùn)用，但是伴隨著數(shù)字高清影音技術(shù)的發(fā)展，DVI接口也開始逐漸暴露出種種問題，甚至在一定程度上成為數(shù)字影像技術(shù)進(jìn)步的瓶頸。
　　DVI接口
　　DVI接口雖然是一種全數(shù)字化的傳輸技術(shù)，但是在開發(fā)之初，其最初目標(biāo)就是要實現(xiàn)高清晰、無損壓縮的數(shù)字信號傳輸。由于沒有考慮到IT產(chǎn)品和AV產(chǎn)品融合的趨勢，DVI標(biāo)準(zhǔn)過分偏重于對計算機(jī)顯示設(shè)備的支持而忽略了對數(shù)字平板電視等AV設(shè)備的支持。同時，對于一直關(guān)注盜版問題的好萊塢出版商們，DVI接口也沒有提供他們所關(guān)心的版權(quán)防盜功能。因此從最后的結(jié)果來看，DVI接口雖然成功的實現(xiàn)了無損高清傳輸這一目標(biāo)，但是過于專一的定位也在相當(dāng)程度上造成了整體性能的落后。下面我們看看DVI接口存在的主要問題：
　　* DVI接口考慮的對象是PC，對于平板電視的兼容能力一般。
　　* DVI接口對影像版權(quán)保護(hù)缺乏支持。
　　* DVI接口只支持計算機(jī)領(lǐng)域的RGB數(shù)字信號，而對數(shù)字化的色差信號無法支持。
　　* DVI接口只支持8bit的RGB信號傳輸，不能讓廣色域的顯示終端發(fā)揮最佳性能。
　　* DVI接口出于兼容性考慮，預(yù)留了不少引腳以支持模擬設(shè)備，造成接口體積較大，效率很低。
　　* DVI接口只能傳輸圖像信號，對于數(shù)字音頻信號的支持完全沒有考慮。
　　由于以上種種缺陷，DVI接口已經(jīng)不能更好的滿足整個行業(yè)的發(fā)展需要。因此，無論是IT廠商，平板電視制造商，還是好萊塢的眾多出版商，都迫切需要一種更好的能滿足未來高清視頻行業(yè)發(fā)展的接口技術(shù)，也正是基于這些原因，才促使了HDMI標(biāo)準(zhǔn)的誕生。

主要特性和優(yōu)勢

　　在HDMI標(biāo)準(zhǔn)制定之初，并沒有拋棄DVI標(biāo)準(zhǔn)中相對成熟且較易實現(xiàn)的部分技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。整個傳輸原理依然是基于Silicon Image公司的TMDS編碼技術(shù)。而對于DVI接口存在的各種缺陷，HDMI進(jìn)行了大幅提升，主要體現(xiàn)在以下方面：
　　* 更好的抗干擾性能，能實現(xiàn)最長20米的無增益?zhèn)鬏敗?BR> 　　* 針對大尺寸數(shù)字平板電視分辨率進(jìn)行優(yōu)化，兼容性好。
　　* 支持EDID（注1）和DDC2B（注2）標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備之間可以智能選擇最佳匹配的連接方式。
　　* 擁有強(qiáng)大的版權(quán)保護(hù)機(jī)制（HDCP），有效防止盜版現(xiàn)象。
　　* 支持24bit色深處理，（RGB、YCbCr4-4-4、YCbCr4-2-2）。
　　* 接口體積小，各種設(shè)備都能輕松安裝。
　　* 一根線纜實現(xiàn)數(shù)字音頻、視頻信號同步傳輸，有效降低使用成本和繁雜程度。
　　* 完全兼容DVI接口標(biāo)準(zhǔn)，用戶不用擔(dān)心新舊系統(tǒng)不匹配。
　　* 支持熱插拔技術(shù)。
　　注1：EDID（Extended Display Identification DATA，即擴(kuò)展顯示識別數(shù)據(jù)），最初是為PC顯示器設(shè)置的優(yōu)化顯示格式而設(shè)計的規(guī)范，存儲在顯示器中專用的容量為1Kb的EEROM存儲器中。而HDMI接口，則遵從并且擴(kuò)展了此規(guī)范。HDMI接口在數(shù)字電視中的EDID數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，與PC顯示器的最大區(qū)別是編程數(shù)據(jù)可以是128Byte的倍數(shù)，它不僅規(guī)定數(shù)字電視顯示的格式，也規(guī)定數(shù)字視頻信號和數(shù)字音頻信號。
　　注2：DDC2B是主機(jī)與顯示設(shè)備準(zhǔn)雙向通訊的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，主要基于I2C 通訊協(xié)議。只有主機(jī)向顯示設(shè)備發(fā)出需求信號，并得到顯示器的響應(yīng)后，顯示設(shè)備才會像主機(jī)送出EDID 資料。
　　上述僅僅羅列了HDMI技術(shù)相對于DVI技術(shù)的主要優(yōu)勢，而隨著HDMI標(biāo)準(zhǔn)本身的發(fā)展，其從最初的1.0版本也進(jìn)化出了1.2版本和1.3等后續(xù)版本，不僅性能更加強(qiáng)大，兼容性也更加出色。因此，HDMI正在成為高清時代普及率最高、用途最廣泛的數(shù)字接口。在現(xiàn)在任何一臺平板電視上，HDMI接口都成了標(biāo)準(zhǔn)化的配置。

技術(shù)詳解

　　如同最頂級的發(fā)動機(jī)是F1賽車馳騁賽場的保障一樣，HDMI標(biāo)準(zhǔn)之所以擁有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)傳輸能力，和它的傳輸原理是分不開的，下面我們就看看HDMI標(biāo)準(zhǔn)的傳輸原理是什么。
　　HDMI標(biāo)準(zhǔn)繼續(xù)沿用了和DVI相同的，由Silicon Image公司發(fā)明的TMDS(Time Minimized Differential Signal)最小化傳輸差分信號傳輸技術(shù)。TMDS是一種微分信號機(jī)制，采用的是差分傳動方式。這不僅是DVI技術(shù)的基礎(chǔ)，也是HDMI技術(shù)的基礎(chǔ)原理。
　　TMDS差分傳動技術(shù)是一種利用2個引腳間電壓差來傳送信號的技術(shù)。傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)值（“0”或者“1”）由兩腳間電壓正負(fù)極性和大小決定。
　　每一個標(biāo)準(zhǔn)的HDMI連接，都包含了3個用于傳輸數(shù)據(jù)的TMDS傳輸通道，還有1個獨立的TMDS時鐘通道，以保證傳輸時所需的統(tǒng)一時序。在一個時鐘周期內(nèi)，每個TMDS通道都能傳送10bit的數(shù)據(jù)流。而這10bit數(shù)據(jù)，可以由若干種不同的編碼格式構(gòu)成。
　　一般來說，HDMI傳輸?shù)木幋a格式中要包含視頻數(shù)據(jù)（HDMI1.3版本前每個像素采用24bit）、控制數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)包（數(shù)據(jù)包中包含音頻數(shù)據(jù)和附加信息數(shù)據(jù)，例如糾錯碼等）。TMDS每個通道在傳輸時要包含一個2bit的控制數(shù)據(jù)、8bit的視頻數(shù)據(jù)或者4bit的數(shù)據(jù)包即可。在HDMI信息傳輸過程中，可以分為三個階段：視頻數(shù)據(jù)傳輸周期、控制傳輸周期和數(shù)據(jù)島傳輸周期，分別對應(yīng)上述的三種數(shù)據(jù)類型。
　　HDMI帶寬和TMDS的關(guān)系
　　而在HDMI標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的帶寬，在1.0版本就設(shè)定為最高4.96Gbps。那么這一數(shù)值是怎么的來的呢？和TMDS又有什么關(guān)系呢？看右面的公式：
　　這是一個適用于所有串口傳輸接口帶寬計算的公式。在所有的數(shù)字電路中，都有一個負(fù)責(zé)提供基本頻率的元器件——晶振，它就像是一個精確的鬧鐘一樣，電路中所有的元器件都按照它的節(jié)奏統(tǒng)一行動。比方說，某一運(yùn)算電路的晶振頻率是100Hz,就是說這一電路在一秒鐘內(nèi)可以進(jìn)行100次運(yùn)算過程。由此可見，晶振的工作頻率越高，每秒所能處理的運(yùn)算次數(shù)就會越多，數(shù)據(jù)的處理能力也就會越強(qiáng)大。而HDMI標(biāo)準(zhǔn)中，這個原理同樣適用。
　　HDMI電路中的時鐘頻率，在最初制定時范圍從25MHz-165MHz之間，也就是說一個TMDS通道每秒最多能傳輸165MHz×10bit=1.65Gbit的數(shù)據(jù)，3個TMDS通道一秒就可以傳輸1.65×3=4.95Gbit的數(shù)據(jù)，再加上控制數(shù)據(jù)，用標(biāo)準(zhǔn)方法表示就是4.96Gbps的帶寬。而如果用像素點來表示，那就是一秒可以傳輸顯示1.65G個像素點（一個完整的像素點信息由R/G/B三原色信息構(gòu)成）所需要的數(shù)據(jù)量。
　　在數(shù)字音頻方面，HDMI靈活的支持符合IEC60985 L-PCM標(biāo)準(zhǔn)的32kHz、44.1kHz和48kHz、16bit量化的立體聲數(shù)字音頻信號和IEC 61937標(biāo)準(zhǔn)的采樣率為192KHz，24bit量化的單路無壓縮PCM數(shù)字音頻信號，或者8路96kHz的聲音數(shù)據(jù)流。此外，在家庭影院中常用的DolbyDigital5.1和DTS數(shù)字音頻格式也能通過HDMI直接傳輸。

接口類型

　　按照電氣結(jié)構(gòu)和物理形狀的區(qū)別，HDMI接口可以分為Type A 、Type B、 Type C三種類型。每種類型的接口分別由用于設(shè)備端的插座和線材端的插頭組成，使用5V低電壓驅(qū)動，阻抗都是100歐姆。這三種插頭都可以提供可靠的TMDS連接，其中A型是標(biāo)準(zhǔn)的19針HDMI接口，普及率最高；B型接口尺寸稍大，但是有29個引腳，可以提供雙TMDS傳輸通道，因此支持更高的數(shù)據(jù)傳輸率和Dual-Link DVI連接。而C型接口和A型接口性能一致，但是體積較小，更加適合緊湊型便攜設(shè)備使用。
　　Type A的物理規(guī)格
　　Type A型HDMI插座成扁平的“D”型，上寬下窄。接口外側(cè)設(shè)有一圈厚度為0.5毫米的金屬材質(zhì)屏蔽層，防止來自外界的各種干擾信號。其中用于設(shè)備端的插座內(nèi)徑最寬處14毫米，高4.55毫米。19跟引腳在中心位置分兩層排列。每根引腳的寬度為0.45毫米，長度為4.1毫米。
　　A型的插頭外徑是最寬處13.9毫米，高4.45毫米。內(nèi)部的引腳呈環(huán)狀排列。而HDMI標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定這些尺寸的誤差要控制在相當(dāng)小的范圍內(nèi)（0.05毫米左右），以保證良好的接觸性。
　　B型HDMI接口的物理結(jié)構(gòu)相比于A型接口，基本形狀并沒有太大變化，都是“D”型。但是其插座端最大寬度達(dá)到了21.3毫米，比A型的14毫米足足大了一圈。
　　C型HDMI接口設(shè)計目的就是為了緊湊型便攜設(shè)備，因此C型插座的尺寸只有10.5×2.5毫米，而插頭也只有10.42×2.4毫米。非常的小巧。
　　這三種HDMI接口之間并沒有做到完全的兼容，也就是說A型頭不能通過轉(zhuǎn)接設(shè)備連接到B型頭，B型頭又不能轉(zhuǎn)接成C型頭，不過由于A型頭和C型頭僅僅是物理尺寸上不一樣，他們之間是可以通過轉(zhuǎn)換設(shè)備實現(xiàn)兼容的。
　　由于和DVI采用了相同的TMDS傳輸機(jī)制，所以HDMI對DVI接口擁有非常強(qiáng)大的兼容性。目前市面上也有不少HDMI-DVI的轉(zhuǎn)接頭產(chǎn)品，對于沒有HDMI的老設(shè)備而言非常適用。而HDMI-DVI轉(zhuǎn)接頭在實質(zhì)上就是兩種接頭間的物理轉(zhuǎn)換工具，只涉及到接口的形狀、尺寸和引腳定義，在電路部分沒有任何的變化。而HDMI標(biāo)準(zhǔn)中也考慮到了和DVI設(shè)備兼容的問題：只要HDMI設(shè)備檢測到對方發(fā)送的信號中不包含HDMI標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的特殊控制數(shù)據(jù)（VSDB信號，專門用于兩個設(shè)備之間互相確認(rèn)對方身份），就會把對方認(rèn)為DVI設(shè)備，并且把傳輸規(guī)格切換到DVI格式，從而保證了良好的兼容性。

HDMI音頻功能解析

　　1.HDMI音頻功能淺析
　　在HDMI沒有出現(xiàn)之前，數(shù)字音頻信號的傳輸?shù)闹饕揽績煞N途徑：采用標(biāo)準(zhǔn)RCA接口的數(shù)字同軸電纜和SPDIF光纖傳輸。從傳輸?shù)馁|(zhì)量和特點上看，這兩者各有千秋，但是都能比較好的完成傳輸數(shù)字音頻信號的目標(biāo)。
　　同軸電纜都擁有比較完善的屏蔽層，中間的銅芯才是信號傳輸?shù)耐ǖ?BR> 　　利用75歐姆同軸電纜傳輸數(shù)字音頻信號是一種非常成熟且高質(zhì)量的方式。這種接口標(biāo)準(zhǔn)對設(shè)備端的硬件要求較低，但是在傳輸高頻信號時，容易發(fā)生比較大的衰減，影響到最終音質(zhì)。
　　相比于同軸傳輸，光纖對設(shè)備接收、發(fā)射端的同步時許要求非常嚴(yán)格，在技術(shù)上比同軸要難于實現(xiàn)，但是光纖技術(shù)在長距離傳輸方面的優(yōu)勢非常明顯，不會出現(xiàn)同軸電纜長距離衰減過大的問題，因此也得到了很多有距離限制以及新裝修用戶的青睞。
　　此外，無論是采用光纖傳輸，還是同軸電纜傳輸，都需要購買一根單獨的連線，對于用戶來說，就意味著使用成本和復(fù)雜程度的增加。
　　HDMI技術(shù)則綜合了以上兩者的優(yōu)點：在物理層它沒有采用對同步時序要求嚴(yán)格的光纖連接，而是采用了成熟的電纜連接。其次，HDMI理論上可以實現(xiàn)最高20米的無損耗數(shù)字音頻信號傳播，那些對距離有要求的用戶也能較好接受。最后，視頻線纜和音頻線纜的結(jié)合有效降低了用戶的購買成本，也能讓設(shè)備端實現(xiàn)瘦身，同時降低廠商的生產(chǎn)成本。
　　新一代AV功放中HDMI接口已經(jīng)成了必配
　　而從HDMI對音頻格式支持的種類來看，其主要定位還是以家庭影院應(yīng)用為主，PC領(lǐng)域用HDMI輸出音頻信號還需要更多顯卡和聲卡廠商的配合，所以在AV領(lǐng)域最主流的數(shù)字音頻格式將是HDMI緊盯的目標(biāo)。在HDMI 1.0版本中，就加入了對Dolby Digital 5.1和DTS這兩種應(yīng)用最廣泛的數(shù)字化多聲道音頻流的支持。同時隨著數(shù)字電視的普及，數(shù)字伴音功能也將在HDMI上得到廣泛應(yīng)用。這也就意味著全球所有的DVD、高清視頻、數(shù)字電視用戶都會是HDMI標(biāo)準(zhǔn)的潛在用戶。

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