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一文读懂|HDMI接口及规范

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发表于 2024-6-21 10:46:56 | 显示全部楼层 |阅读模式
HDMI(High Definition Multimedia Interface)高解晰度多媒体数位传输界面,是基于DVI(Digital Visual Interface)的基础上延伸出的新定义。
它们在HDMI的传输过程中的表示大致如下图:

TMDS(Time Minimized Differential Signal)

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。
HDMI带宽和TMDS的关系在HDMI标准中所规定的带宽,在1.0版本就设定为最高4.96Gbps,而在1.3版本中规定是10.2Gbps,这数值如何得来的呢?请看以下公式:
串行接口带宽 = 系统时钟频率 x 数据量
HDMI电路中的时钟频率,在最初制定时范围从25MHz-340MHz之间,也就是说一个TMDS 通道每秒最多能传输340MHz×10bit=3.4Gbit的数据,3个TMDS通道一秒就可以传输3.40×3=10.2Gbit的数据,再加上控制数据,用标准方法表示就是1.2Gbps的带宽。而如果用像素点来表示,那就是一秒可以传输显示10.2G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。

HDCP(High -bandwidth Digital Content Protection)

HDCP高带宽数字内容保护技术。HDTV(高清电视)时代即将来临,为了适应高清电视的高带宽,出现了HDMI。HDMI是一种高清数字接口标准,它可以提供很高的带宽,无损地传输数字视频和音频信号。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。
在电脑平台上受到HDCP技术(简称DP)保护的数据内容在输出时会由操作系统中的COPP驱动(认证输出保护协议)首先验证显卡,只有合法的显卡才能实现内容输出,随后要认证显示设备的密钥,只有符合HDCP要求的设备才可以最终显示显卡传送来的内容。
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 2.2是目前最新版本 。

EDID(Extended Display Identification Data)

EDI即扩展显示标识数据是一种VESA标准数据格式,其中包含有关监视器及其性能的参数,包括供应商信息、最大图像大小、颜色设置、厂商预设置、频率范围的限制以及显示器名和序列号的字符串。
这些信息保存在display节中,通过DDC(Display Data Channel)与系统进行通信,这是在显示器和PC图形适配器之间进行的。一般EDID存在于显示器的PROM或EEPROM内。一般如要读取EDID都是透过I2C,slave address是0x50。目前HDMI 1.0-1.3c使用EDID结构1.3版。许多现成的套装软件都可以读取并显示EDID信息。
· EDID在HDMI中的应用
EDID是VESA组织制定的PC显示器的显示格式数据规范,是HDMI接口的一个重要组成部分。HDMI接口的发送端和接收端,通过EDID(Extended Display Identification Data)来协商双方传输的图像格式。发送端通过读取接收端的EDID数据,来判断接收端是否为HDMI设备。
HDMI以其优异的性能被广泛使用在高清图像传输中,HDMI双方以什么方式传输图像,依赖于接收端EDID数据结构的内容。EDID数据决定了接收端显示设备的属性。发送端靠从接收设备读来的EDID,判断监视器的属性,决定用什么方式传输图像。如果EDID设置不正确,系统就有可能不能识别HDMI设备,不能以高清格式传输图像。因此,EDID的设置至关重要。
HDMI版本发展

HDMI 1.0

HDMI 1.0版本于2002年12月推出,它的最大特点就是整合了音频流的数字接口,与当时PC界面中很流行的DVI接口相比,它更先进,更方便。
HDMI 1.0版本支持从DVD到蓝光格式的视频流,而且具备CEC(consumer electronics control)功能,也就是在应用中,可以在所有连接设备间形成一种共通的联络,对设备组具备更方便的控制。

HDMI 1.1

2004年5月,HDMI 1.1版本面试。新增对DVD音频的支持。

HDMI 1.2

HDMI 1.2版本于2005年8月推出,很大程度上解决了HDMI 1.1支持的分辨率较低、同电脑设备兼容性较差等问题。1.2版像素时钟运行频率达到165MHz,数据量达到4.95Gbps,因此可以实现1080P。可以认为1.2版解决的是电视的1080P和电脑的点对点问题。

HDMI 1.3

2006年6月HDMI 1.3更新,带来最大的变化是将单链接带宽频率提升到340MHz,也就能让这些液晶电视获得10.2Gbps的数据传输量,1.3版的线是有4对传输通道组成,其中1对通道是时钟通道,另外3对是TMDS通道(最小化传输差分信号),他们的传输速度分别为3.4GBPS。那么3对就是3*3.4=10.2GPBS更是能将HDMI 1.1/1.2版本所支持的24位色深大幅扩充至30位、36位及48位(RGB或YCbCr)。HDMI 1.3支持1080P;一些要求不高的3D也支持(理论上不支持,实际有些可以)。

HDMI 1.4

HDMI 1.4版本已经可以支持4K了,但是受制于带宽10.2Gbps,最高只能达到3840×2160分辨率和30FPS帧率。

HDMI 2.0

HDMI 2.0的带宽扩充到了18Gbps,支持即插即用和热插拔,支持3840×2160分辨率和50FPS、60FPS帧率。同时在音频方面支持最多32个声道,以及最高1536kHz采样率。HDMI 2.0并没有定义新的数据线和接头、接口,因此能保持对HDMI 1.x的完美向下兼容,现有的二类数据线可直接使用。HDMI 2.0并不会取代HDMI 1.x,而是基于后者的增强,任何设备要想支持HDMI 2.0必须首先保证对HDMI 1.x的基础性支持。

HDMI 2.1

该标准可提供高达48Gbps的带宽,更具体的数字来说,全新的HDMI 2.1标准现在支持7680×4320@60Hz,支持4K@120hz。其中4K包括真4K的4096×2160像素和3840×2160像素,而在HDMI 2.0规范中,最高仅支持4K@60Hz。
版本对比图

HDMI接口类型

A类(Type A)HDMI A Type是使用最广泛的HDMI线缆,HDMI A接口共有19pin,宽度为13.9毫米,厚度为4.45毫米。一般平板电视或视频设备,都提供了这种尺寸的接口,Type A有19针,宽度为13.9毫米、厚度为4.45毫米,现在日常生活使用中的影音设备99%都配有这种尺寸的接口。比如:蓝光播放器、小米盒子、笔记本电脑、液晶电视、投影机等等。
Pin脚定义(Type A)
B类(Type B)HDMI B Type生活中比较少见。HDMI B接口采用29pin,宽度21毫米。HDMI B Type的数据传输能力比HDMI A type快近两倍,相当于DVI Dual-Link。由于多数影音设备工作频率均在165MHz以下,而HDMI B Type的工作频率在270MHZ以上,在家庭应用中完全是过于“强悍”,现在只应用于一些专业场合,如WQXGA 2560×1600以上的分辨率。
C类(Type C)HDMI C Type常称为Mini HDMI,它主要是为小型设备设计的。HDMI C Type同样采用19pin,其尺寸为10.42×2.4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。
D类(Type D)HDMI D Type俗称Micro HDMI。HDMI D Type是最新的接口类型,尺寸进一步缩小。采用了双排针脚设计,同样为19pin,宽度只有6.4毫米,厚度2.8毫米,很像Mini USB接口。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。
E类(Type E) HDMI E Type主要用于车载娱乐系统的音视频传输。由于车内环境的不稳定性,HDMI E Type在设计上具备抗震性、防潮、耐高强度、温差承受范围大等特性。在物理结构上,采用机械式锁定设计,能保证接触可靠性。
HDMI物理接线示意图

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