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高清晰度多媒体接口HDMI#xff08;Hig…总结这篇文章的初衷是看到HDMI新版本2.1支持FRLFix Rate Link固定速率链路的缩写支持一系列更高的视频分辨率和刷新率包括8K60Hz 和 4K120Hz分辨率高达10K。
高清晰度多媒体接口HDMIHigh-definiTIon mulTImedia interface是消费产品常用接口也已经成为行业的连接标准。HDMI是一个可在单一接口结合无压缩高清视频多声道环绕音频和智能命令数据的数字接口。HDMI连接高清设备极为简单同时对最新的产品功能提供一致和高性能效的传输。
本文分五大部分
1、基础知识
2、接口信号
3、设计部分 1、基础知识
HDMI标准的发展历史日立、松下、飞利浦、Silicon Image、索尼、汤姆逊、东芝七家公司共同组建了HDMI高清多媒体接口组织着手制定一种符合高清时代标准的全新数字化视频/音频接口技术。在 2002年12月9日HDMI1.0版正式发布HDMI技术产生。从最早的1.0到现在的2.1从1080p到现在的8K。
HDMI接口有四种类型接口 Type A采用19pin宽度为13.9毫米、厚度为4.45毫米这种尺寸最常用。
Type B采用29pin宽度21毫米。Type B的数据传输能力比Type A快近两倍相当于DVIDual-Link。Type B的工作频率在270MHZ以上而一般在影音设备频率均在165MHz以下应用于一些专业场合。
Type C采用19pin常称为Mini HDMI它主要是为小型设备设计的。宽度为10.5毫米、厚度为2.5毫米比Type A小了将近1/3应用范围很小主要应用在便携式设备上比如数码相机、便携式播放机等设备。
Type D采用19pin俗称Micro HDMI。采用了双排针脚设计宽度只有6.4毫米厚度2.8毫米主要应用于小型的移动设备上面更适用于便携和车载设备。比如手机、平板电脑等 2、接口信号
常见的HDMI接口是下图的A类(19脚) 1~9 6 pin:TMDS数据通道分0~2三组这些通道传输音频和视频和辅助数据。数据通道之间有屏蔽线三组TMDS 数据通道每一个都通过一对屏蔽双绞线承载在电缆中用于最小化串扰和 EMI 辐射的屏蔽层在电缆的两端接地。
·Preamble控制信息主要用于控制接下来传输的数据是Data Island或者Video Data。
·Data Island数据包各种类型的包信息包括音频数据包图像信息包等。
·Video Data 视频信息视频像素数据HDMI可以传输RGB与YUV两种格式的像素数据。
·HSYNC: 行同步信号表示扫描1行的开始VSYNC: 帧同步信号,表示扫描1帧的开始一帧也就是LCD显示的一个画面。
TMDS(TIme Minimized Differential Signal)最小化传输差分信号传输技术是一种利用2个引脚间电压差来传送信号的技术。传输数据的数值“0或者1”由两脚间电压正负极性和大小决定。采用2根线来传输信号一根线上传输原来的信号另一根线上传输与原来信号相反的信号。这样接收端就可以通过让一根线上的信号减去另一根线上的信号的方式来屏蔽电磁干扰从而得到正确的信号。
比如8bit的数据进入TMDS编码器得到抗干扰性强的10bit TMDS信号然后再进行串行化输出在接收端收到串行的HDMI信号后进行信号复原得到10bit的TMDS信号最后用TMDS解码器解码得到原来的8bit数据。
HDMI的时钟频率范围为25MHz~165MHz。
数据方面一个TMDS通道每秒最多能传输165MHz×10bit1.65Gbit的数据3个TMDS通道一秒就可以传输1.65×34.95Gbit的数据再加上控制数据就是4.96Gbps的带宽。
图像方面一秒可以传输显示1.65G个像素点一个完整的像素点信息由R/G/B三原色信息构成所需要的数据量。
RGB色彩模式是常用的一种颜色标准三个独立的视频信号同时传输缺乏与早期黑白显示系统的良好兼容性。将RGB转换成YUV再根据需要换回RGB格式以便在电脑显示器上显示彩色图形。
除了RGB还会看到YUV。YUV主要用于优化彩色视频信号的传输它将亮度信息Y与色彩信息UV分离没有UV信息一样可以显示完整的图像只不过是黑白的这样的设计很好地解决了彩色电视机与黑白电视的兼容问题使其向后相容老式黑白电视。
与RGB视频信号传输相比它最大的优点在于只需占用极少的频宽RGB要求三个独立的视频信号同时传输。其中“Y”表示明亮度Luminance或Luma也就是灰阶值而“U”和“V” 表示的则是色度Chrominance或Chroma“色度”则定义了颜色的两个方面─色调与饱和度分别用Cr和Cb来表示。
所以YUV又叫做YCrCb。
Cr反映的是RGB输入信号红色部分与RGB信号亮度值之间的差异;Cb反映的是RGB输入信号蓝色部分与RGB信号亮度值之间的差异。
数字音频方面支持符合IEC60985 L-PCM标准的32kHz、44.1kHz和48kHz,16bit量化的立体声数字音频信号和IEC 61937标准的采样率为192KHz24bit量化的单路无压缩PCM数字音频信号。
ARCAudio Return Channel音频回传通道。ARC出现的目的是使整个数字化家电在线材安装上更为简便。它的功能就是传输声音信号具体是指在支持ARC的HDMI接口上电视可以通过ARC将音频信号通过HDMI线回传到功放或者其他拥有HDMI ARC功能的音频设备上去这样用以节省单独的数字输出线材。
10~123 pin: TMDS 时钟通道参考时钟信号使接收设备恢复数据流。
131 pin:消费电子控制CEC (Consumer electronic control这是 HDMI 设备中的可选功能。它是一种专用控制总线使设备能够自动控制其他连接的设备。比如说两个显示设备两者都用HDMI线接上可以用一个设备的控制器控制另一个设备该功能的命令信号就是通过CEC引脚传输的。
141 pin:保留引脚未使用或者也可以为CEC提供多一个引脚
15~162 pin:一个I2C(SCL,SDA)总线用于设备将其能力信息传递给其他设备。这里面有DDCDisplay Data Channel主要用于EDID与HDCP的传输。最先做的Hotplug因为HDMI的主从两个设备需要通过DDC来获得他们对方设备的EDID从而得到各种信息。
EDIDExtended Display Identification Data扩展显示标识数据VGA、DVI的EDID由主块128字节组成HDMI的EDID增加扩展块(128字节)扩展块的内容主要是和音频属性相关的DVI和VGA没有音频HDMI自带音频。
EDID可以简单理解为串联Host和显示器之间的桥梁在输入端Host通过读取设备上的EDID来获悉设备支持的显示时序而同样在输出端设备需要读取显示器的EDID来确定自己的输出时序。
需要注意的是:现在的显示器功能很强大通常都提供多种视频接口DVI、VGA、HDMI、Display Port由于每种接口的特性和带宽不同使得不同接口的EDID也不同。使用哪个接口Host读到的就是哪个接口的EDID。所以显示器不止一种EDID信息。
经常听到有人说“EDID信息”也有人说“DDC信息”。那么EDID和DDC的关系是什么DDC是一个通道是用来传送EDID信息的也可以说EDID信息是通过DDC传送的。
HDCPHigh -bandwidth Digital Content Protection高带宽数字内容保护技术为了保证HDMI或者DVI传输的高清晰信号不会被非法录制就出现了HDCP技术。HDCP技术规范由Intel领头完成当用户进行非法复制时该技术会进行干扰降低复制出来的影像的质量从而对内容进行保护。
HDCP传输过程中发送端和接受端都存储一个可用密钥集这些密钥都是秘密存储发送端和接受端都根据密钥进行加密解密运算这样的运算中还要加入一个特别的值KSV(视频加密密钥)。同时HDCP的每个设备会有一个唯一的KSV序列号发送端和接受端的密码处理单元会核对对方的KSV值以确保连接是合法的。
HDCP是靠两个设备的交互进行HDCP授权认证的简易认证流程图如下 171 pin:接地引脚
181 pin:5V 电源1 针提供低电流、5V 直流电源用于读取显示器中包含的 EDID ROM。
191 pin: 热插拔检测用于向源端传达已发生“热插拔”事件的信号例如已拔出电缆这通常会导致源重新初始化 HDMI 链接。
3、设计部分 AC耦合电容:100nF75~200nF
线长的匹配部分
组与组之间HDMI*1.4控制在/-1”(2.97GT/s)。
除了所说的2.97GT/s还有一个1.65GT/s。当然时钟的频率是多少是能推算出来。
针对CMC有些情况不是必须的可以不要根据实际应用来分析。
过孔方面除了常用的优化保证100mil以内有回流过孔过孔数量不能大于3个。 不管是HDMI1.4还是2.0针对连接器和线缆的标准都是一样的: 线缆推荐的是38AWG的同轴电缆阻抗为100 ohm。
线缆标准给出两种类别标准电缆支持速率75MHz分辨率是720p和1080i高速电缆支持速率340MHz分辨率是1080p。
连接器
