HDMI完全使用手册(详细说明).doc

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HDMI完全使用手册

第一章 我们为什么需要数字传输接口 4

第一节 数字化影音时代模拟接口的缺陷 4

第二节 HDMI标准横空出世 5

第三节 HDMI标准的主要特性和优势 7

第二章 HDMI技术详细解析 8

第一节 HDMI传输原理解析 8

第二节 HDMI接口类型 11

第三节 HDMI支持的显示格式 17

第四节 HDCP版权保护技术解析 19

1 HDCP版权保护机制的功能 19

2 HDCP实现机制 20

第五节 HDMI标准的发展之路 21

第六节 HDMI音频功能解析 22

1 HDMI音频功能浅析 22

2 HDMI对音频格式支持的变迁 23

第七节 HDMI1.3标准详解 23

第八节 HDMI系统中传输线材的重要性 26

第三章 HDMI标准身后的商业模式 28

第一节 HDMI标准的普及状况 28

第二节 HDMI标准的收费模式 29

第三节 HDMI的"Defacto"推广策略 31

第四章 HDMI推广过程中的主要问题 32

第一节 厂商在生产HDMI设备时的问题 32

第二节 HDMIATC认证的先天缺陷 33

第三节 SimplayHD过高收费带来的障碍 33

第五章 HDMI技术面临的机遇和挑战 35

第一节 HMDI的有力对手—DisplayPort技术 35

第二节 HDMI面对的机遇 36

第一章我们为什么需要数字传输接口

第一节数字化影音时代模拟接口的缺陷

说起显示设备，很多人都会在第一时间想起电视机和电脑显示器这些在生活中随处可见的设备。

的确，随着人类社会的不断进步，各种显示设备已经在人类社会中发挥了巨大的作用，无论是在工业生产的第一线，还是在家庭休闲娱乐的时刻，人们都希望能看到清晰、流畅的影像。

而对于显示设备来说，要想显示出丰富多彩的高分辨率画面，除了高质量的信号源，还需要一个高性能的信号传输、接收装置，也就是我们常说的信号接口。

打个比方，我们可以把影像信号看成装满了货物的汽车，那么传输影像信号的装置就是让汽车行驶的公路（信号接口的带宽就如同公路的通行能力）。

人们为了提高影像的清晰度，不停的在增加公路上行驶的汽车数量（以装载更多的数据量），而要保证汽车不会发生拥堵，将公路升级改造为通行量更大、更宽的高速公路，就是一个必不可少的手段。

在过去的相当一段时间内，以CRT为代表的模拟显示设备占据了整个显示设备中的绝大多数。

由于生产工艺的限制，CRT显示设备的尺寸普遍较小，分辨率也不是特别高。

同时从信号的数据量来看，也不是特别巨大，因此兼容性强、而成本低廉的各种模拟接口得到了广泛应用，比如很多人都熟悉的AV接口、S端子、色差端子和VGA接口。

进入21世纪后，随着液晶电视、等离子电视等大尺寸数字化平板显示设备的普及，以及高清电视格式（720p/1080i/1080p）的确定，传统模拟接口的带宽已经不能满足海量数据流传输的需要，也不符合数字化的潮流。

因此，传输速度更快的全数字化接口势必会成为传统模拟接口的终结者。

除了数据传输能力的限制，另一个影响到模拟接口继续使用的因素来自好莱坞的影视出版商们。

由于模拟接口不具备任何防盗版能力，因此盗版影片、电视剧的横行给他们造成了巨大的经济损失。

根据美国影协的统计，仅2005年，因为盗版问题好莱坞的几个主要电影制片厂就损失了近61亿美元。

如果算上电视剧等方面，这个数字会更加惊人，因此，具有版权保护功能的数字接口也得到了好莱坞方面的热烈欢迎。

当然，数字接口只是一个比较笼统的称谓，只要是传输"0"和"1"数字信号的接口，都可以看成是数字接口。

比如常见的USB接口，就是一种纯正的数字接口，但是很显然，现在并没有多少设备在用USB接口作为视频信号传输的方式。

所以，打造出适合影像传输的专用型数字化接口就显得非常重要。

第二节HDMI标准横空出世

HDMI的全称是"HighDefinitionMultimediaInterface"高清多媒体接口。

2002年4月，来自电子电器行业的7家公司—日立、松下、飞利浦、SiliconImage、索尼、汤姆逊、东芝共同组建了HDMI高清多媒体接口组织HDMIFounders（HDMI论坛），开始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。

经过半年多时间的准备工作，HDMIfounders在2002年12月9日正式发布了HDMI1.0版标准，标志着HDMI技术正式进入历史舞台。

HDMI技术的推出，并不是这些厂家一时兴起的冲动行为，相反，在HDMI技术推出的背后，还有这更多的深层次原因。

1999年4月份，为了满足数字化时代高质量图形影像的要求，DDWG（DigitalDisplayWorkingGroup）数字显示工作组以美国SiliconImage公司的专利技术为蓝本，推出了一种名为DVI（DigitalVisualInterface）的接口，旨在统一新时代数字显示接口标准。

这一技术并且得到了IT业内以Intel、DELL、HP、IBM、微软等个大企业的广泛支持。

经过3年多的推广，DVI技术在计算机显示输出领域得到了迅速运用，但是伴随着数字高清影音技术的发展，DVI接口也开始逐渐暴露出种种问题，甚至在一定程度上成为数字影像技术进步的瓶颈。

DVI接口

DVI接口虽然是一种全数字化的传输技术，但是在开发之初，其最初目标就是要实现高清晰、无损压缩的数字信号传输。

由于没有考虑到IT产品和AV产品融合的趋势，DVI标准过分偏重于对计算机显示设备的支持而忽略了对数字平板电视等AV设备的支持。

同时，对于一直关注盗版问题的好莱坞出版商们，DVI接口也没有提供他们所关心的版权防盗功能。

因此从最后的结果来看，DVI接口虽然成功的实现了无损高清传输这一目标，但是过于专一的定位也在相当程度上造成了整体性能的落后。

下面我们看看DVI接口存在的主要问题：

nDVI接口考虑的对象是PC，对于平板电视的兼容能力一般；

nDVI接口对影像版权保护缺乏支持；

nDVI接口只支持计算机领域的RGB数字信号，而对数字化的色差信号无法支持；

nDVI接口只支持8bit的RGB信号传输，不能让广色域的显示终端发挥出最佳性能；

nDVI接口出于兼容性考虑，预留了不少引脚以支持模拟设备，造成接口体积较大，效率很低；

nDVI接口只能传输图像信号，对于数字音频信号的支持完全没有考虑；

由于以上种种缺陷，DVI接口已经不能更好的满足整个行业的发展需要。

因此，无论是IT厂商，平板电视制造商，还是好莱坞的众多出版商，都迫切需要一种更好的能满足未来高清视频行业发展的接口技术，也正是基于这些原因，才促使了HDMI标准的诞生。

第三节HDMI标准的主要特性和优势

在HDMI标准制定之初，并没有抛弃DVI标准中相对成熟且较易实现的部分技术标准。

整个传输原理依然是基于SiliconImage公司的TMDS编码技术。

而对于DVI接口存在的各种缺陷，HDMI进行了大幅提升，主要体现在以下方面：

n更好的抗干扰性能，能实现最长20米的无增益传输。

n针对大尺寸数字平板电视分辨率进行优化，兼容性好。

n支持EDID（注1）和DDC2B（注2）标准，设备之间可以智能选择最佳匹配的连接方式。

n拥有强大的版权保护机制（HDCP），有效防止盗版现象。

n支持24bit色深处理，（RGB、YCbCr4-4-4、YCbCr4-2-2）。

n接口体积小，各种设备都能轻松安装。

n一根线缆实现数字音频、视频信号同步传输，有效降低使用成本和繁杂程度。

n完全兼容DVI接口标准，用户不用担心新旧系统不匹配。

n支持热插拔技术。

注1：

EDID（ExtendedDisplayIdentificationDATA，即扩展显示识别数据），最初是为PC显示器设置的优化显示格式而设计的规范，存储在显示器中专用的容量为1Kb的EEROM存储器中。

而HDMI接口，则遵从并且扩展了此规范。

HDMI接口在数字电视中的EDID数据结构，与PC显示器的最大区别是编程数据可以是128Byte的倍数，它不仅规定数字电视显示的格式，也规定数字视频信号和数字音频信号。

注2：

DDC2B是主机与显示设备准双向通讯的协议标准，主要基于I2C通讯协议。

只有主机向显示设备发出需求信号，并得到显示器的响应后，显示设备才会像主机送出EDID资料。

上述仅仅罗列了HDMI技术相对于DVI技术的主要优势，而随着HDMI标准本身的发展，其从最初的1.0版本也进化出了1.2版本和1.3等后续版本，不仅性能更加强大，兼容性也更加出色。

因此，HDMI正在成为高清时代普及率最高、用途最广泛的数字接口。

在现在任何一台平板电视上，HDMI接口都成了标准化的配置。

第二章HDMI技术详细解析

那么到底HDMI标准采用了什么样的传输原理？

HDMI的具体性能又是怎样？

下面就进入本文的第二部分：

详解HDMI技术。

第一节HDMI传输原理解析

如同最顶级的发动机是F1赛车驰骋赛场的保障一样，HDMI标准之所以拥有强大的数据传输能力，和它的传输原理是分不开的，下面我们就看看HDMI标准的传输原理是什么。

HDMI标准继续沿用了和DVI相同的，由SiliconImage公司发明的TMDS（TimeMinimizedDifferentialSignal）最小化传输差分信号传输技术。

TMDS是一种微分信号机制，采用的是差分传动方式。

这不仅是DVI技术的基础，也是HDMI技术的基础原理。

TMDS差分传动技术是一种利用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。

每一个标准的HDMI连接，都包含了3个用于传输数据的TMDS传输通道，还有1个独立的TMDS时钟通道，以保证传输时所需的统一时序。

在一个时钟周期内，每个TMDS通道都能传送10bit的数据流。

而这10bit数据，可以由若干种不同的编码格式构成。

TMDS对每个像素点中的RGB三原色分别按8bit编码

TMDS数据发送时序结构

一般来说，HDMI传输的编码格式中要包含视频数据（HDMI1.3版本前每个像素采用24bit）、控制数据和数据包（数据包中包含音频数据和附加信息数据，例如纠错码等）。

TMDS每个通道在传输时要包含一个2bit的控制数据、8bit的视频数据或者4bit的数据包即可。

在HDMI信息传输过程中，可以分为三个阶段：

视频数据传输周期、控制传输周期和数据岛传输周期，分别对应上述的三种数据类型。

HDMI带宽和TMDS的关系：

而在HDMI标准中所规定的带宽，在1.0版本就设定为最高4.96Gbps。

那么这一数值是怎么的来的呢？

和TMDS又有什么关系呢？

我们看下面的公式：

这是一个适用于所有串口传输接口带宽计算的公式。

在所有的数字电路中，都有一个负责提供基本频率的元器件——晶振，它就像是一个精确的闹钟一样，电路中所有的元器件都按照它的节奏统一行动。

比方说，某一运算电路的晶振频率是100Hz,就是说这一电路在一秒钟内可以进行100次运算过程。

由此可见，晶振的工作频率越高，每秒所能处理的运算次数就会越多，数据的处理能力也就会越强大。

而HDMI标准中，这个原理同样适用。

HDMI编码图例：

3个TMDS分别传输像素点的RGB数据

HDMI电路中的时钟频率，在最初制定时，范围从25MHz-165MHz之间，也就是说一个TMDS通道每秒最多能传输165MHz×10bit=1.65Gbit的数据，3个TMDS通道一秒就可以传输1.65×3=4.95Gbit的数据，再加上控制数据，用标准方法表示就是4.96Gbps的带宽。

而如果用像素点来表示，那就是一秒可以传输显示1.65G个像素点（一