HDMI接口與HDMI協(xié)議

1、HDMI接口與HDMI協(xié)議什么是HDMI接口？HDMI的英文全稱是“High Definition Multimedia ,中文的意思是高清晰度 多媒體接口。HDMI接口可以提供高達5Gbps的數(shù)據(jù)傳輸帶寬，可以傳送無壓 縮的音頻信號及高分辨率視頻信號。同時無需在信號傳送前進行數(shù)/?；蛘吣?數(shù)轉(zhuǎn)換，可以保證最高質(zhì)量的影音信號傳送。應(yīng)用 HDMI的好處是：只需要一條 HDMI線，便可以同時傳送影音信號，而不像現(xiàn)在需要多條線材來連接；同時， 由于無線進行數(shù)/?；蛘吣?數(shù)轉(zhuǎn)換，能取得更高的音頻和視頻傳輸質(zhì)量。對消費 者而言，HDMI技術(shù)不僅能提供清晰的畫質(zhì)，而且由于音頻/視頻采用同一電纜， 大大簡化

2、了家庭影院系統(tǒng)的安裝。2002年的4月，日立、松下、飛利浦、Silicon Image、索尼、湯姆遜、東 芝共7家公司成立了 HDMI組織開始制定新的專用于數(shù)字視頻/音頻傳輸標(biāo)準(zhǔn)。2002年歲末，高清晰數(shù)字多媒體接口 (High-de巾nition Digital Multimedia Interface)HDMI 1.0標(biāo)準(zhǔn)頒布。HDMI在針腳上和DVI兼容，只是采用了不同的 封裝。與DVI相比，HDMI可以傳輸數(shù)字音頻信號，并增加了對HDCP的支持， 同時提供了更好的DDC可選功能。HDMI支持5Gbps的數(shù)據(jù)傳輸率，最遠可傳 輸15米，足以應(yīng)付一個1080P的視頻和一個8聲道的音頻信號。

3、而因為一個 1080P的視頻和一個8聲道的音頻信號需求少于4GB/S,因此HDMI還有很大 余量。這允許它可以用一個電纜分別連接 DVD播放器,接收器和PRR。此外 HDMI支持EDID、DDC2B ,因此具有HDMI的設(shè)備具有即插即用”的特點，信 號源和顯示設(shè)備之間會自動進行 協(xié)商”，自動選擇最合適的視頻/音頻格式。傳統(tǒng)的AV復(fù)合和色差接口都需要獨立分開音頻和視頻數(shù)據(jù)線來傳輸信號， 同為數(shù)字接口的DVI接口則并不支持音頻傳輸，目前唯有 HDMI具備了在一條 數(shù)據(jù)線上同時傳送影音信號的能力，因此人們也習(xí)慣把HDMI稱為高清一線通工什么是HDCP協(xié)議？HDCP 是 High-bandwidth

4、Digital Content Protection 的縮寫,中文可稱作 “HDCPT?內(nèi)容保護。HDCP技術(shù)是由好萊塢與半導(dǎo)體界巨人Intel合作發(fā)開， 它可以實際運用在顯卡、DVD播放機等傳輸端，以及顯示器、電視機、投影機 的接收端之間。是高清電影、電視節(jié)目的重要反盜版技術(shù)，不支持 HDCP協(xié)議 的顯示器無法正常播放有版權(quán)的高清節(jié)目。DVD之后的高清電影節(jié)目采用了 HDCP和AACS反盜版技術(shù)，藍光和HD DVD都使用了這種反盜版技術(shù)，高清電視（HDTV）也會使用。使用了 HDCP 和AACS反盜版技術(shù)后電影節(jié)目只能在支持 HDCP的設(shè)備上正常播放，否則只 能看到黑屏顯示或者低畫質(zhì)顯示（清

5、晰度大約只有正常的四分之一），也就便失 去了高清的價值。其中AACS是加密技術(shù)，同時被用在HD DVD和藍光光盤當(dāng) 中，保護光盤中的視頻內(nèi)容無法正常復(fù)制出來在其它地方播放。而HDCP協(xié)議是用來防止視頻內(nèi)容在傳輸?shù)倪^程被完整的復(fù)制下來。這種 技術(shù)并不是讓數(shù)字訊號無法被不合法的錄制下來，而是將數(shù)字訊號進行加密，讓不合法的錄制方法，無法達到原有的高分辨率畫質(zhì)。例如藍光影碟機在播放高清 碟片時無法同時錄下清晰的節(jié)目，在計算機上播放碟片時無法清晰的錄制顯示器 上的節(jié)目。HDCP從始到終都保護視頻信號，也就是說整套播放系統(tǒng)中每一個環(huán) 節(jié)都必須支持HDCP協(xié)議，如果顯示器不支持HDCP協(xié)議，那么就無法正常播

6、 放高清節(jié)目，只能看到黑屏或者低畫質(zhì)的節(jié)目。要支持 HDCP協(xié)議，必須使用 DVI、HDMI等數(shù)字視頻接口，傳統(tǒng)的 VGA等模擬信號接口無法支持 HDCP協(xié) 議。當(dāng)使用VGA等模擬信號接口時，畫面就會下降成為低畫質(zhì)，或者提示無法 播放，從而失去高清的意義，防止了盜版。需要說明的是， HDMI接口內(nèi)嵌了 HDCP協(xié)議，帶有HDMI接口的顯示器都支持 HDCP協(xié)議。但是并不是帶 DVI 接口的液晶顯示器都支持 HDCP協(xié)議，必須經(jīng)過帶有相應(yīng)硬件芯片，通過認證 的顯示器才行。在電腦平臺上受到HDCP技術(shù)保護的數(shù)據(jù)內(nèi)容在輸出時會由操作系統(tǒng)中的 COPP驅(qū)動（認證輸出保護協(xié)議）首先驗證顯卡，只有合法的顯

7、卡才能實現(xiàn)內(nèi)容輸 出，隨后要認證顯示設(shè)備的密鑰，只有符合 HDCP要求的設(shè)備才可以最終顯示 顯卡傳送來的內(nèi)容。HDCP傳輸過程中，發(fā)送端和接受端都存儲一個可用密鑰集， 這些密鑰都是秘密存儲，發(fā)送端和接受端都根據(jù)密鑰進行加密解密運算，這樣的運算中還要加入一個特別的值 KSV（視頻加密密鑰）。同時HDCP的每個設(shè)備會 有一個唯一的KSV序列號，發(fā)送端和接受端的密碼處理單元會核對對方的 KSV 值，以確保連接是合法的。HDCP的加密過程會對每個像素進行處理， 使得畫面 變得毫無規(guī)律、無法識別，只有確認同步后的發(fā)送端和接受端才可能進行逆向處 理，完成數(shù)據(jù)的還原。在解密過程中，HDCP系統(tǒng)會每2秒中進行

8、一次連接確認，同時每128幀畫面進行一次發(fā)送端和接受端同步識別碼， 確保連接的同步。 為了應(yīng)對密鑰泄漏的情況，HDCP特別建立了撤銷密鑰”機制。每個設(shè)備的密鑰 集KSV值都是唯一的，HDCP系統(tǒng)會在收到KSV值后在撤銷列表中進行比較和 查找，出現(xiàn)在列表中的KSV將被認做非法，導(dǎo)致認證過程的失敗。這里的撤銷 密鑰列表將包含在HDCP對應(yīng)的多媒體數(shù)據(jù)中并將自動更新?？梢娨朐谟嬎銠C上播放有版權(quán)的高清節(jié)目，不論是HDTV、藍光還是HD DVD碟片，都要求顯示器和顯卡支持 HDCP協(xié)議。不過廠商要為產(chǎn)品打上HDCP 的Logo,則需要支付一定的認證費用，還要增加硬件芯片，顯然提高了成本， 目前只有部分

9、產(chǎn)品通過認證。由于高清節(jié)目會逐漸普及，HDCP已成定局，因此 支持HDCP協(xié)議的設(shè)備也會越來越多。全面解密HDMI接口技術(shù)提起數(shù)碼產(chǎn)品的接口，大家都能列舉出一大片，什么S端子、AV端子、色差分量接口、VGA接口、DVI接口而說到HDMI數(shù)字信號接口，消費者更 不會陌生，作為最新一代的數(shù)字接口，HDMI已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種數(shù)碼產(chǎn)品上，不管是平板電視、DVD碟機、高清播放機，還是投影儀、數(shù)碼攝像機、液晶顯 示器，以及藍光DVD和HD DVD,都少不了 HDMI數(shù)字信號接口的身影。消費者對HDMI接口的優(yōu)點都非常了解，這里筆者也不準(zhǔn)備再多介紹，提起 為何HDMI接口有這些優(yōu)點可能大家就不清楚了，HDM

10、I接口在數(shù)據(jù)的保密技術(shù)上的優(yōu)勢獲得了眾多企業(yè)的推崇，那么到底其又有何特點，下面將給大家一一解 開謎底。HDMI的基本傳輸原理HDMI (High - Definition Multimedia Interface )又被稱為高清晰度多媒體接 口，是首個支持在單線纜上傳輸，不經(jīng)過壓縮的全數(shù)字高清晰度、多聲道音頻和 智能格式與控制命令數(shù)據(jù)的數(shù)字接口。HDMI接口由Silicon Image美國晶像公司倡導(dǎo)，聯(lián)合索尼、日立、松下、飛利浦、湯姆遜、東芝等八家著名的消費類電 子制造商聯(lián)合成立的工作組共同開發(fā)的。HDMI最早的接口規(guī)范HDMI1.0于2002年12月公布，目前的最高版本是于今年 6月發(fā)布的

11、HDMI1.3規(guī)范。HDMI源于DVI接口技術(shù)，它們主要是以美國晶像公司的 TMDS信號傳輸 技術(shù)為核心，這也就是為何 HDMI接口和DVI接口能夠通過轉(zhuǎn)接頭相互轉(zhuǎn)換的 原因。美國晶像公司是HDMI八個發(fā)起者中唯一的集成電路設(shè)計制造公司，是高速申行數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)廠商，因為下面要提到的TMDS信號傳輸技術(shù)就是它們開發(fā)出來的，所以這里稍微提及一下。TMDS (Transition Minimized Differential Signaling )也被稱為最小化傳輸 差分信號，是指通過異或及異或非等邏輯算法將原始信號數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成10位，前8為數(shù)據(jù)由原始信號經(jīng)運算后獲得，第 9位指示運算的方式

12、，第10位用來對應(yīng) 直流平衡(DC-balanced ,就是指在編碼過程中保證信道中直流偏移為零，電平 轉(zhuǎn)化實現(xiàn)不同邏輯接口間的匹配)，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)以差分傳動方式傳送。 這種算 法使得被傳輸信號過渡過程的上沖和下沖減小，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)趨于直流平衡，使信號對傳輸線的電磁干擾減少，提高信號傳輸?shù)乃俣群涂煽啃?。一般情況下，HDMI連接由一對信號源和接受器組成，有時候一個系統(tǒng)中也 可以包含多個HDMI輸入或者輸出設(shè)備。每個 HDMI信號輸入接口都可以依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)接收連接器的信息，同樣信號輸出接口也會攜帶所有的信號信息。HDMI數(shù)據(jù)線和接收器包括三個不同的 TMDS數(shù)據(jù)信息通道和一個時鐘通道，這些通道 支持視頻

13、、音頻數(shù)據(jù)和附加信息，視頻、音頻數(shù)據(jù)和附加信息通過三個通道傳送 到接收器上，而視頻的像素時鐘則通過 TMDS時鐘通道傳送，接收器接受這個 頻率參數(shù)之后，再還原另外三個數(shù)據(jù)信息通道傳遞過來的信息。視頻和音頻信號傳輸HDMI輸入的源編碼格式包括視頻像素數(shù)據(jù)、控制數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)包。其中數(shù)據(jù) 包中包含有音頻數(shù)據(jù)和輔助信息數(shù)據(jù)，同時HDMI為了獲得聲音數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù) 的高可靠性，數(shù)據(jù)包中還包括一個 BCH錯誤糾正碼。HDMI的數(shù)據(jù)信息的處理 可以有多種不同的方式，但最終都是在每一個 TMDS通道中包含2位的控制數(shù) 據(jù)、8位的視頻數(shù)據(jù)和4位的數(shù)據(jù)包。HDMI的數(shù)據(jù)傳輸過程可以分成三個部分： 視頻數(shù)據(jù)傳輸期、島

14、嶼數(shù)據(jù)傳輸期和控制數(shù)據(jù)傳輸期。IMUH!支送器r I 一T訓(xùn)6逋道iF I 二.上士 二t柢;3a措力HDMI接收曙音班Audiofj ciczf? 一HDMI數(shù)據(jù)傳輸示意圖，HDMI有三個TMDS數(shù)據(jù)信息通道視頻數(shù)據(jù)傳輸期，HDMI數(shù)據(jù)線上傳送視頻像素信號，視頻信號經(jīng)過編碼， 生成3路（即3個TMDS數(shù)據(jù)信息通道，每路8位）共24位的視頻數(shù)據(jù)流， 輸入到HDMI發(fā)射器中。24位像素的視頻信號通過TMDS通道傳輸，將每通道 8位的信號編碼轉(zhuǎn)換為10位，在每個10位像素時鐘周期傳送一個最小化的信號 序列，視頻信號被調(diào)制為TMDS數(shù)據(jù)信號傳送出去，最后到接受器中接收。島嶼數(shù)據(jù)傳輸期，TMDS通道上

15、將出現(xiàn)音頻數(shù)據(jù)和輔助數(shù)據(jù)， 這些數(shù)據(jù)每4 位被一組，構(gòu)成一個上面提到的4位數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包和視頻數(shù)據(jù)一樣，被調(diào)制為 10位一組的的TMDS信號后發(fā)出。視頻數(shù)據(jù)傳輸期和島嶼數(shù)據(jù)傳輸期均開始于 一個Guard Band保護頻帶，Guard Band由2個特殊的字符組成，這樣設(shè)計的 目的在于在明確限定控制數(shù)據(jù)傳輸期之后的跳轉(zhuǎn)是視頻數(shù)據(jù)傳輸期。HDMI的數(shù)據(jù)傳輸周期示意圖：左到右分別為控制數(shù)據(jù)傳輸期、島嶼數(shù)據(jù)傳 輸期、視頻數(shù)據(jù)傳輸期控制數(shù)據(jù)傳輸期，在上面任意兩個數(shù)據(jù)傳輸周期之間，每一個 TMDS通道 包含2位的控制數(shù)據(jù)，這一共6位的控制數(shù)據(jù)分別為HSYNC （行同步）、VSYNC （場同步）、CTL0、

16、CTL1、CTL2和CTL3。每個TMDS通道包含2位的控制 數(shù)據(jù)，采用從2位到10位的的編碼方法，在每個控制周期最后的階段，CTL0、 CTL1、CTL2和CTL3組成的文件頭，說明下一個周期是視頻數(shù)據(jù)傳輸期還是島 嶼數(shù)據(jù)傳輸期。島嶼數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)的傳輸是在視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)南[期， 這意味著在傳輸音 頻數(shù)據(jù)和其他輔助數(shù)據(jù)的時候，并不會占據(jù)視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸挘⑶乙膊灰?個單獨的通道來傳輸音頻數(shù)據(jù)和其他輔助數(shù)據(jù)，這也就是為什么一根HDMI數(shù)據(jù) 線可以同時傳輸視頻信號和音頻信號的原因。HDMI的高音視頻帶寬HDMI的數(shù)據(jù)信息的處理可以有多種不同的方式， 也就是說HMDI支持多種 方式的視頻編碼，

17、通過對3個TMDS數(shù)據(jù)信息通道的合理分配，既可以傳輸RGB 數(shù)字色度分量的4: 4: 4信號，也可以傳輸YCbCr數(shù)字色差分量的4: 2: 2信 號，最高可滿足24位視頻信號的傳輸需要。HDMI每個TMDS通道視頻像素流的速率一般在 25MHz165MHz之間， HDMI1.3規(guī)范已經(jīng)將這一上限提升到了 225MHz,當(dāng)視頻格式的速率低于 25MHz時，將使用像素重復(fù)法來傳輸，即視頻流中的像素被重復(fù)使用。以每個 TMDS通道最高165MHz的頻率計算，3個TMDS通道傳輸R/G/B或者Y/Cb/Cr 格式編碼的24位像素視頻數(shù)據(jù)，最高帶寬可以達到 4.95Gbps ,實際視頻信號 傳輸帶寬接近4Gbps ,而現(xiàn)在最高規(guī)格的高清視頻格式 1080P所需的帶寬僅僅 為2.2Gbps ,因此HDMI擁有的充足帶寬不僅可以滿足現(xiàn)在高清視頻的需要，在今后相當(dāng)長一段時間