逐本探源——HDMI原理分析

逐本探源——HDMI原理分析

    HDMI接口的全称是High Definition Multimedia Interface（高清晰度多媒体接口），是一种在消费电子领域和PC领域同时使用的全数字化接口。它可以传送无压缩的音频信号及视频信号，由于音频和视频信号采用同一条线缆传输，因此大大简化了接口线缆的数量，已经在家庭电器和PC中普及。HDMI接口从出现至今，已经有了多个版本的进化，从HDMI 1.1到HDMI 1.4，虽然接口的外观没有变化，但是功能和带宽已经出现了质的提升。目前主流的HDMI接口版本为HDMI 1.3（a、b、c），但是随着3D视频的流行，HDMI 1.4版本的设备也大量上市，成为各家的重点推广产品。HDMI 1.4带来了几项重大创新功能，包括HDMI以太网络通道、音频回传通道、HDMI 3D视频播放功能和4k×2k超高分辨率的支持。

    而在线缆方面，HDMI之前并没有版本之分，比如HDMI 1.1和HDMI 1.3版本的线缆都是一样的，不过在HDMI 1.4版本中，线缆出现了一些变化。HDMI 1.4版本中包含了5种类型的线缆，各有其不同的功能与效能特性。HDMI 1.4版本分为标准HDMI线缆、标准附以太网络功能HDMI线缆、车用HDMI线缆、高速HDMI线缆、高速附以太网络功能HDMI线缆五种。标准HDMI线缆是支持1080p，高速HDMI则支持包括4k×2k、3D视频、Deep Color等先进显示技术，这种线缆其实就是以前的HDMI 1.3版本，它们的带宽需求都在HDMI 1.3版本所能提供的带宽以内。而高速附以太网络功能HDMI还有专用的数据通道，也就是提供设备间网络功能的HDMI以太网络通道，线缆的构造就发生了变化，这点将在后面介绍。在HDMI的标准中，还详细规定了这五类线缆的认证标签。我们在本次的评测样品中，也选择了一些标称为HDMI 1.4版本的线缆，但是都还没有严格按照HDMI标准执行。

HDMI 1.4版本各种类型线缆的LOGO

    平时最常见的HDMI接口为TYPE A型，宽度为13.9mm，共有19根针脚，而还有一种双链路的TYPE B型接口则很少见，宽度为21.2mm。HDMI采用并行的4条TMDS差分信号通道，传输链路由三条数据通道和一条时钟通道组成。其中3个数据通道是用来传输红、绿、蓝三色数据信号的，第4个通道用来传送时钟，其时钟频率是数据速率的1/10。HDMI使用的TMDS技术，差分信号共模偏置电压为+3.3V，端口阻抗为50欧姆，额定幅度跳变为500mV（+2.8V～+3.3V），电压摆幅在150mV～800mV之间变化。除此以外，HDMI中还有DDC（显示器数据通道）数据和时钟线传送双向通信信号以及HDCP（高带宽数字版权保护）信号的传输。DDC总线是HDMI兼容性的关键，如果任何设备不兼容HDMI 1.3，整个系统会通过DDC通道自动降低到HDMI 1.2或更低，以确保兼容性。DDC在HDMI线缆中是非常繁忙的，它们不仅携带握手通讯数据，也不断传递HDCP加密密钥。如果HDCP兼容，需要不断地解码钥匙加密的数字信号。

表1：HDMI接口版本功能区别

    HDMI线缆可以实现的最长信号传输距离依赖于整个系统：源设备的性能、显示设备的性能、信号的数据传输率、线缆本身的性能和长度。在数字时代，我们使用数据速率来描述每秒的比特数据量。HDMI线缆的长度和最大数据传输速率息息相关，如果出现距离过长的问题，HDMI设备所接收到的信号则会出现没有图像、掉帧、雪花，或者没有声音的情况。HDMI线越短，能够实现的最大数据传输率就越高。举个例子，一根HDMI线在2m长度下的数据传输率为19Gb/s，可以满足1080p、120Hz、48bit色深的视频传输。但是如果长度到了6米之后，数据传输率就降到了10Gb/s，只能满足1080p、120Hz、24bit色深的视频传输了。所以说，这根线缆的长度增加之后，数据传输率也会降低。