開往春天的地鐵 HDMI接口技術

    現(xiàn)在HDTV格式開始流行起來了，在網(wǎng)上你到處能看到HDTV高清晰格式的各種影片的下載。在電器行你到處也能看到各種彩電紛紛開始支持HDTV格式。但是僅僅有HDTV片源，僅僅有能播放HDTV的電視就夠了么？他們之間要用怎樣的紐帶聯(lián)系起來呢？今天筆者就向大家介紹一種已經(jīng)流行起來的新型多媒體接口——HDMI。

什么是HDMI接口？

    HDMI（High-Definition Multimedia Interface，高清晰多媒體接口）是一種新型的數(shù)字音頻視頻接口，在未來它會取代現(xiàn)有的DVD影碟機，電視機，機頂盒和顯示器等各種數(shù)字設備的信號接口。這就意味著消費者可以僅僅使用一條信號線來代替以前好幾根信號線。你既可以用它連接DVD影碟機，又可以用它連接電視機。這項心的接口標準由日立、松下、飛利浦、美商晶像、索尼、湯姆森、東芝公司聯(lián)合制定。

一根標準的HDMI接口線纜

    這種新型的數(shù)字接口最大的好處就是可以同時傳送音頻和視頻數(shù)據(jù)，給消費者帶來最高的音質和畫質體驗。現(xiàn)在的數(shù)碼音頻可以使用光線來傳送數(shù)字信號，但是像DVD影碟機這樣的數(shù)字視頻設備還都在使用S端子。它是一種非常普及的模擬信號接口。當然數(shù)字視頻接口早就已經(jīng)有了，它的名字叫做DVI，通常你可以在LCD液晶顯示器上看到這種接口。

    最新的HDMI接口與DVI接口相比有三個明顯的區(qū)別。首先HDMI比DVI支持更高的分辨率。大約HDMI可以支持兩倍于現(xiàn)在HDTV的分辨率。第二，DVI僅僅支持視頻信號的傳送，但是音頻信號要使用另外的線纜進行傳送。而HDMI可以進行音頻和視頻數(shù)字信號的同傳。第三，HDMI接口的體積要遠遠小于DVI接口。令消費者高興的是HDMI向下兼容DVI接口，也就是說你可以使用HDMI設備連接DVI設備，中間僅僅使用一個小小的轉接線就能搞定。當用戶全面升及到新的HDMI系統(tǒng)后，以前的DVI設備仍然可以繼續(xù)使用。

HDMI轉DVI的轉接器

DVI轉HDMI的轉接器

    另一個很大的區(qū)別就是面向對象的不同。傳統(tǒng)的DVI接口標準面向的是一般PC用戶，而HDMI接口標準則是面向使用消費電子產(chǎn)品的人群，例如DVD影碟機，家庭影院設備等等。

    對于用戶最關心的是新接口的性能，而對于內(nèi)容出版商來說他們更關系版權保護措施。新的HDMI接口帶有先進的HDCP版權保護技術。（High-Bandwidth Digital Copy Protection，高帶寬數(shù)字拷貝版權保護）這項技術是由大名鼎鼎的Intel研發(fā)的。

HDMI接口的工作原理

    這張圖是HDMI接口的架構示意圖。從左邊的信號源中你可以看到，HDMI接口的信源可以是任何支持HDMI輸出的設備，而接入端也可以是任何帶有HDMI輸 入接口的設備。無論他們是音頻設備、視頻設備還是控制設備，HDMI接口都可以應用其中。

    在HDMI接口中的數(shù)據(jù)信號采用的是TMDS最小化傳輸差分信號協(xié)議。這種數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議曾經(jīng)在DVI接口上得到廣泛的應用。而HDMI接口上的數(shù)據(jù)信號也沿用了這種協(xié)議。這種協(xié)議會將標準8bit數(shù)據(jù)轉換為10bit信號，并且在轉換過程中使用微分傳送。微分傳送這種技術也曾經(jīng)被廣泛的應用于千兆以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸中。

    在HDMI接口中音頻、視頻數(shù)據(jù)的傳輸時可以使用三條TMDS數(shù)據(jù)通道。視頻信息在傳送時被轉換城連續(xù)的24bit像素數(shù)據(jù)，每個時鐘周期可以傳送10bit的數(shù)據(jù)。像素時鐘周期傳輸比率大約在25MHz至165MHz之間。一般來說標準的NTSC 480i隔行信號的像素時鐘傳輸比率大約為13.5MHz。若傳輸信號的比率小于25MHz，HDMI會采用自動循環(huán)技術填補碼率，將信號的碼率提升到25MHz的水平。而HDMI接口最高每秒可以傳輸165M像素的數(shù)據(jù)量，這個數(shù)據(jù)吞吐能力是相當驚人的。在未來一段時間內(nèi)足以應付高碼率，高數(shù)據(jù)流家用電器的信號傳輸任務。

    HDTV最高的標準是1080p，它每屏的分辨率為1920X1080，若每秒傳輸60幀圖像（1080p@60），那么最終的像素時鐘傳輸比率為124.4MHz。由此看來HDMI接口完全可以從容應付當今的消費電子產(chǎn)品的各項應用。當然HDMI也支持雙接口并聯(lián)模式，那樣可以提供驚人的330MHz傳輸比率。但是目前這種雙并聯(lián)HDMI接口不會用于一般消費階層。

    在HDMI中所采用的視頻信號的編碼方式為RGB格式，如YCbCr 4:4:4 或YCbCr 4:2:2格式，他們每個像素都是24bit。YCbCr是一種數(shù)字視頻信號的格式，它與YPbPr格式相類似。（目前DVD播放機的分量輸出都是使用YCbCr/YPbPr格式）這種視頻信號標準也就是我們經(jīng)常所說的“YUY”。Y的意思是亮度，它并不帶有圖像顏色的信息。只是負責記錄圖像中黑色與白色信息。Cb是圖像中藍色與亮度的差異值（B-Y），而Cr是紅色與亮度之間的差異值（R-Y）。那么Y、Cb、Cr這三個值就定義了視頻編碼時的采樣率。而上文中的“4”代表使用NTSC或PAL制式時的采樣率，即13.5MHz。那么我們看到的4:4:4，意思就是Y、Cb、Cr的編碼采樣率各是13.5MHz。而我們看到的4:2:2格式中Cb、Cr的采樣率各是6.75MHz。那么現(xiàn)在你就能很明顯的區(qū)分出上面兩個YCbCr格式中哪個視頻質量更好了。

    在HDMI接口中，音頻信號能夠使用2至8聲道，每個聲道的采樣率為192KHz。另外HDMI接口也提供了DDC顯示數(shù)據(jù)通道，它會向視頻接收裝置發(fā)送配置信息和數(shù)據(jù)格式信息。接收裝置可以讀取這些E-EDID增強擴展顯示識別數(shù)據(jù)的信息。最后HDMI接口也提供了CEC消費電子控制通道，通過這條通道可以控制視聽設備的工作。

HDMI接口連接器

HDMI接口有兩種類型，一種是有19個針腳的A型，另一種是帶有29針腳的B型。B型的接口比A型的接口體積更大，它可以支持雙路連接。這就意味著采用B型接口時數(shù)據(jù)傳輸量將會雙倍提升。A型接口每個時鐘周期可以傳輸165MHz的像素的信息，而B型接口每個時鐘周期可以傳送高達330MHz的像素信息。

A型HDMI接口與普通的DVI接口的實物對比

    由于TMDS標準中指出，線纜的長度不得超過15米。因此使用TMDS標準的HDMI接口線纜長度也被限制在15米以內(nèi)。這個長度對于一般的家用和辦公領域來說已經(jīng)足夠了。

    帶有A型HDMI接口的信號發(fā)射裝置可以連接到使用B型接口的接收裝置上，此時需要一個B到A型的轉換接口即可順利連接。但是需要注意的是，一個帶有B型接口的信號發(fā)射裝置是不可能連接一個帶有A類接口的信號接收裝置。目前HDMI接口已經(jīng)可以向下兼容DVI接口，他們之間只需使用專用的轉接線纜即可相互轉換。

針腳定義

專利許可費

    不幸的是，HDMI接口并不是一個開放的標準。制造商必須向HDMI標準制定協(xié)會支付版稅，來換取一個生產(chǎn)許可證。不過這個版稅可不便宜，每年要交納15000美元的許可費，并且更黑的是每生產(chǎn)一個HDMI接口就要支付0.15美元的許可費。只有這樣制造商才能在自己的產(chǎn)品和使用手冊中標識支持HDMI的logo。如果制造商已經(jīng)是HDCP高清數(shù)字內(nèi)容保護協(xié)議的會員那么每個帶有HDMI接口的產(chǎn)品只需交納0.04美元的許可費。如果制造商在其產(chǎn)品中使用HDCP高清數(shù)字內(nèi)容保護機制，那么就必須要交納15000美元的年費，在加上每個產(chǎn)品0.005美元的購買密匙費。

針腳定義

    為了方便大家查閱資料，以及各位DIY玩家對HDMI接口作進一步改造特此將A型、B型、A型轉DVI、B型轉DVI接口的各個針腳定義歸納出來。

A型 HDMI 接口

B型 HDMI 接口

A型 HDMI 接口轉DVI-D接口

B型 HDMI 接口轉 DVI-D接口

總結

    HDMI接口可以同時傳輸視頻和音頻信號，再加上海量的帶寬足以應付HDTV高清晰數(shù)字節(jié)目的播放。又因為它向下兼容已經(jīng)普及的DVI接口，這能很好的保護消費者以前的投資，使消費者可以平滑的升級到未來支持HDMI接口的設備。雖然由于制造商需要交納不菲的許可費也使得HDMI接口的成本大大提高了，價格因素會阻礙HDMI接口的普及。但是HDMI是今后消費電子發(fā)展的趨勢，除非又出現(xiàn)新的接口與之抗衡，否則它必然會得到廣泛普及。