深入了解HDMI接口

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一、HDMI接口的工作原理

這張圖是HDMI接口的架構示意圖。從左邊的信号源中你可以看到，HDMI接口的信源可以是任何支援HDMI輸出的裝置，而接入端也可以是任何帶有HDMI輸 入接口的裝置。無論他們是音頻裝置、視訊裝置還是控制裝置，HDMI接口都可以應用其中。

在HDMI接口中的資料信号采用的是TMDS最小化傳輸差分信号協定。這種資料傳輸協定曾經在DVI接口上得到廣泛的應用。而HDMI接口上的資料信号也沿用了這種協定。這種協定會将标準8bit資料轉換為10bit信号，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被廣泛的應用于千兆以太網的資料傳輸中。

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在HDMI接口中音頻、視訊資料的傳輸時可以使用三條TMDS資料通道。視訊資訊在傳送時被轉換城連續的24bit像素資料，每個時鐘周期可以傳送10bit的資料。像素時鐘周期傳輸比率大約在25MHz至165MHz之間。一般來說标準的NTSC 480i隔行信号的像素時鐘傳輸比率大約為13.5MHz。若傳輸信号的比率小于25MHz，HDMI會采用自動循環技術填補碼率，将信号的碼率提升到25MHz的水準。而HDMI接口最高每秒可以傳輸165M像素的資料量，這個資料吞吐能力是相當驚人的。在未來一段時間内足以應付高碼率，高資料流家用電器的信号傳輸任務。

HDTV最高的标準是1080p，它每屏的分辨率為1920X1080，若每秒傳輸60幀圖像（[email protected]），那麼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産品的各項應用。當然HDMI也支援雙接口并聯模式，那樣可以提供驚人的330MHz傳輸比率。但是目前這種雙并聯HDMI接口不會用于一般消費階層。

在HDMI中所采用的視訊信号的編碼方式為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是一種數字視訊信号的格式，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）這種視訊信号标準也就是我們經常所說的“YUY”。Y的意思是亮度，它并不帶有圖像顔色的資訊。隻是負責記錄圖像中黑色與白色資訊。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）。    那麼Y、Cb、Cr這三個值就定義了視訊編碼時的采樣率。而上文中的“4”代表使用NTSC或PAL制式時的采樣率，即13.5MHz。那麼我們看到的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。那麼現在你就能很明顯的區分出上面兩個YCbCr格式中哪個視訊品質更好了。

在HDMI接口中，音頻信号能夠使用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顯示資料通道，它會向視訊接收裝置發送配置資訊和資料格式資訊。接收裝置可以讀取這些E-EDID增強擴充顯示識别資料的資訊。最後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裝置的工作。

二、HDMI接口連接配接器

按照電氣結構和實體形狀的差別，HDMI接口可以分為Type A 、Type B、 Type C三種類型。每種類型的接口分别由用于裝置端的插座和線材端的插頭組成，使用5V低電壓驅動，阻抗都是100歐姆。這三種插頭都可以提供可靠的TMDS連接配接。

Type A型接口

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A型是标準的19針HDMI接口，普及率最高。

A型的插座成扁平的“D”型，上寬下窄。接口外側設有一圈厚度為0.5毫米的金屬材質屏蔽層，防止來自外界的各種幹擾信号。其中用于裝置端的插座内徑最寬處14毫米，高4.55毫米。19跟引腳在中心位置分兩層排列。每根引腳的寬度為0.45毫米，長度為4.1毫米。A型的插頭外徑是最寬處13.9毫米，高4.45毫米。内部的引腳呈環狀排列。而HDMI标準規定這些尺寸的誤差要控制在相當小的範圍内（0.05毫米左右），以保證良好的接觸性。

A型接口每個時鐘周期可以傳輸165MHz的像素的資訊。

Type B型接口

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B型接口的實體結構相比于A型接口，基本形狀并沒有太大變化，都是“D”型。但是其插座端最大寬度達到了21.3毫米，比A型的14毫米足足大了一圈。有29個引腳，可以提供雙TMDS傳輸通道，是以支援更高的資料傳輸率和Dual-Link DVI連接配接。

B型接口每個時鐘周期可以傳送高達330MHz的像素資訊。

Type C型接口

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C型HDMI接口設計目的就是為了緊湊型便攜裝置，是以C型插座的尺寸隻有10.5×2.5毫米，而插頭也隻有10.42×2.4毫米。非常的小巧。

C型接口每個時鐘周期可以傳輸165MHz的像素的資訊。

由于TMDS标準中指出，線纜的長度不得超過15米。是以使用TMDS标準的HDMI接口線纜長度也被限制在15米以内。這個長度對于一般的家用和辦公領域來說已經足夠了。

帶有A型HDMI接口的信号發射裝置可以連接配接到使用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配接。但是需要注意的是，一個帶有B型接口的信号發射裝置是不可能連接配接一個帶有A類接口的信号接收裝置。目前HDMI接口已經可以向下相容DVI接口，他們之間隻需使用專用的轉接線纜即可互相轉換。

專利許可費

不幸的是，HDMI接口并不是一個開放的标準。制造商必須向HDMI标準制定協會支付版稅，來換取一個生産許可證。不過這個版稅可不便宜，每年要交納15000美元的許可費，并且更黑的是每生産一個HDMI接口就要支付0.15美元的許可費。隻有這樣制造商才能在自己的産品和使用手冊中辨別支援HDMI的logo。如果制造商已經是HDCP高清數字内容保護協定的會員那麼每個帶有HDMI接口的産品隻需交納0.04美元的許可費。如果制造商在其産品中使用HDCP高清數字内容保護機制，那麼就必須要交納15000美元的年費，在加上每個産品0.005美元的購買密匙費。

三、針腳定義

為了友善大家查閱資料，以及各位DIY玩家對HDMI接口作進一步了解以A型HDMI接口為例介紹各個針腳的定義。

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1.資料通道（TMDS通道）

HDMI的資料通道和DVI的資料通道都采用TMDS信号（最小化傳輸差分信号）。通過TMDS信号傳送音頻，視訊，以及各種輔助資料 。

信号編碼方式：遵循DVI 1.0規格。A型HDMI接口是單連結，B型HDMI接口是雙連結（帶寬增加一倍）。

視訊像素帶寬：從25 MHz到340 MHz (A型, HDMI 1.3) 或至 680 MHz (B型)。帶寬低于25MHz的視訊信号如NTSC 480i将以倍頻方式輸出。每個像素的容許資料量從24位至48位。支援每秒120張畫面，1080p分辨率畫面傳送以及WQSXGA分辨率。

像素編碼方式：RGB 4:4:4，YCbCr 4:4:4 (8-16 bits per component)；YCbCr 4:2:2 (12 bits per component) 。

音頻采樣率：32 kHz, 44.1 kHz, 48 kHz, 88.2 kHz, 96 kHz, 176.4 kHz, 192 kHz。

音頻聲道數量：最大8聲道。 

音頻流規格：IEC61937相容流，包括高流量無損信号如Dolby TrueHD, DTS-HD Master Audio。

2.CEC通道（必須預留線路但可以不必實作）

CEC全文為Consumer Electronics Control，用來傳送工業規格的AV Link協定信号，以便支援單一遙控器操作多台AV機器。為單芯線雙向串行總線。

3.DDC通道

DDC全文為Display Data Channel，傳送端與接收端可利用DDC通道得知彼此的傳送與接收能力，但HDMI僅需單向獲知接收端(顯示器)的能力。使用100kHz時鐘頻率的I2C信号。傳送資料結構為VESA Enhanced EDID (V1.3)。

3. SCL和SDA

SCL的全文是Serial Clock，SDA的全文是Serial Data。

這兩支腳位是用來讓source(DVD) 和 display (TV)作溝通，在電視内部都有一個記憶體，存放有這台電視所支援的分辨率，例如：720P 或1080P，如果source(DVD)不知道目前所連接配接的電視所支援的電視分辨率是多少時，source(DVD) 就不知道要放送出什麼分辨率的訊号。是以在一開始source(DVD)會透過這兩支腳位去讀取電視所支援的分辨率，當source(DVD) 知道後source(DVD) 才放送出符合電視分辨率的影像畫面。其中SCL是時鐘(CLOCK)腳位，SDA是資料腳位。

4.DVI轉HDMI

由于HDMI和DVI采用相同的TMDS信号，是以很容易互相轉換。

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但是DVI沒有規定傳送音頻信号，是以DVI轉HDMI，或者HDMI轉DVI都隻有視訊信号，沒有音頻信号。

AMD的APU是一種特例，APU平台的DVI信号來自HDMI，是以DVI接口用DVI轉接HDMI也有音頻信号。

四、HDMI 1.4新增功能

HDMI最新的版本是1.4版，1.4版新增功能簡介如下。

1.HDMI以太網通道(HDMI Ethernet Channel，HEC) 

HDMI 1.4版資料線将增加一條資料通道，支援高速雙向通訊。支援該功能的互連裝置能夠通過百兆以太網發送和接收資料，可滿足任何基于IP的應用。

HDMI以太網通道将允許基于網際網路的HDMI裝置和其它HDMI裝置共享網際網路接入，無需另接一條以太網線。新功能還将提供一個連接配接平台，允許HDMI裝置之間共享内容。 

HDMI以太網絡通道技術在單一HDMI纜線中內建視訊、音頻與資料流，兼具HDMI連接配接的一流信号品質與便利性，與家用娛樂網絡的強大與彈性功能。HDMI以太網絡通道在HDMI連接配接中加入專用的資料通道，提供高達100 Mb/sec的雙向高速網絡功能。

2.音頻回授通道(Audio Return Channel，ARC) 

帶有内置調諧器與HDMI接口的電視，無須使用其他音頻纜線，即可"上傳"音頻資料至環繞聲系統。在高清電視直接接收音頻和視訊内容的情況下，這個新通道能讓高清電視通過HDMI線把音頻直接傳送到A/V功放接收機上，無需另外一條線纜。

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3.HDMI 3D功能 

新規範将為HDMI裝置定義通用3D格式和分辨率，實作家庭3D系統輸入輸出部分的标準化，最高支援兩條1080p分辨率的視訊流。

3D技術發展迅猛，同時間有數項競争技術齊頭并進，是以HDMI 1.4規格為常見的3D顯示技術定義了相關協定，包括：圖幀、圖線、圖場可選方法，并排方法（全景與半景），2D加深度方法。

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4.支援更高分辨率 

HDMI裝置支援的高清分辨率将達到4K×2K，四倍于目前的1080p，能夠和衆多數字家庭影院以同樣的分辨率傳輸内容。

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具體格式：3840×2160 24Hz/25Hz/30Hz；4096×2160 24Hz 。

5.拓展支援色彩空間 

HDMI技術将支援專為數位相機設計的色彩空間，包括sYCC601、Adobe RGB、AdobeYCC601，可在連接配接數位相機的時候顯示更精确的逼真色彩。 

6.Micro HDMI迷你接口 

新的Micro HDMI接口将比現在19針MINI HDMI版接口小50%左右，可為相機、手機等便攜裝置帶來最高1080p的分辨率支援及最快5GB的傳輸速度。 

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7.汽車連接配接系統(Automotive Connection System，ACS) 

一種為車載高清内容傳輸設計的線纜規範，可避免發熱、震動、噪音等汽車内部常見環境的影響，也為汽車制造商在車内傳送高清内容提供了一套切實可行的解決方案。 

汽車用連接配接版本為HDMI E TYPE 

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8.五種HDMI1.4新辨別

如今，HDMI似乎是與高清标準畫上了等号。無論是在液晶電視、藍光播放器，還是HTPC、投影機上，這個小小的接口都是必不可少的，有了它就意味着這個裝置進入了次時代影音播放器的行列。而就在大多數人還在争論是否更先進的Display Port将會取代HDMI的時候，HDMI1.4版悄然登場。不過，盡管HDMI新版本增添了不少功能，但并不是每項技術都是必備的，是以為了讓消費者能夠明确功能，不至于花冤枉錢，近日，HDMI标準授權機構對1.4版本釋出了新規範。

根據HDMI标準授權機構的訓示精神，從即日起，對于那些HDMI線纜的制造商在銷售和宣傳新版本的時候，禁止再使用籠統的版本号辨別，而舊版本則應該在一年内去除所有版本号辨別的标簽、說明、包裝等。