HDMI的基本传输原理

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1、HDMI 的基本传输原理HDMI (High Definition Multimedia Interface)又被称为高清晰度多媒体接口，是首个支持在单线 缆上传输，不经过压缩的全数字高清晰度、多声道音频和智能格式与控制命令数据的数字接口。HDMI接口 由 Silicon Image 美国晶像公司倡导，联合索尼、日立、松下、飞利浦、汤姆逊、东芝等八家著名的消费 类电子制造商联合成立的工作组共同开发的。HDMI最早的接口规范HDMI1.0于2002年12月公布，目前的 最高版本是于今年6月发布的HDMI1.3规范。HDMI源于DVI接口技术，它们主要是以美国晶像公司的TMDS信号传输技术为核心，

2、这也就是为何HD MI接口和DVI接口能够通过转接头相互转换的原因。美国晶像公司是HDMI八个发起者中唯一的集成电路 设计制造公司，是高速串行数据传输技术领域的领导厂商，因为下面要提到的TMDS信号传输技术就是它们 开发出来的，所以这里稍微提及一下。TMDS(Transition Minimized Differential Signaling)也被称为最小化传输差分信号，是指通过异 或及异或非等逻辑算法将原始信号数据转换成10位，前8为数据由原始信号经运算后获得，第9位指示运 算的方式，第10位用来对应直流平衡(DC-balanced，就是指在编码过程中保证信道中直流偏移为零，电 平转化实现

3、不同逻辑接口间的匹配)，转换后的数据以差分传动方式传送。这种算法使得被传输信号过渡 过程的上冲和下冲减小，传输的数据趋于直流平衡，使信号对传输线的电磁干扰减少，提高信号传输的速 度和可靠性。一般情况下，HDMI连接由一对信号源和接受器组成，有时候一个系统中也可以包含多个HDMI输入或 者输出设备。每个HDMI信号输入接口都可以依据标准接收连接器的信息，同样信号输出接口也会携带所有 的信号信息。HDMI数据线和接收器包括三个不同的TMDS数据信息通道和一个时钟通道，这些通道支持视 频、音频数据和附加信息，视频、音频数据和附加信息通过三个通道传送到接收器上，而视频的像素时钟 则通过 TMDS 时钟

4、通道传送，接收器接受这个频率参数之后，再还原另外三个数据信息通道传递过来的信息。视频和音频信号传输HDMI 输入的源编码格式包括视频像素数据、控制数据和数据包。其中数据包中包含有音频数据和辅助 信息数据，同时HDMI为了获得声音数据和控制数据的高可靠性，数据包中还包括一个BCH错误纠正码。H DMI的数据信息的处理可以有多种不同的方式，但最终都是在每一个TMDS通道中包含2位的控制数据、8 位的视频数据和 4 位的数据包。 HDMI 的数据传输过程可以分成三个部分：视频数据传输期、岛屿数据传输 期和控制数据传输期。HDMI 数据传输示意图， HDMI 有三个 TMDS 数据信息通道视频数据传输

5、期，HDMI数据线上传送视频像素信号，视频信号经过编码，生成3路(即3个TMDS数 据信息通道，每路8位）共24位的视频数据流，输入到HDMI发射器中。24位像素的视频信号通过TMDS 通道传输，将每通道 8 位的信号编码转换为10 位，在每个10位像素时钟周期传送一个最小化的信号序列， 视频信号被调制为TMDS数据信号传送出去，最后到接受器中接收。岛屿数据传输期，TMDS通道上将出现音频数据和辅助数据，这些数据每4位被一组，构成一个上面提 到的4位数据包，数据包和视频数据一样，被调制为10位一组的的TMDS信号后发出。视频数据传输期和 岛屿数据传输期均开始于一个 Guard Band 保护频

6、带， Guard Band 由 2 个特殊的字符组成，这样设计的目 的在于在明确限定控制数据传输期之后的跳转是视频数据传输期。HDMI 的数据传输周期示意图：左到右分别为控制数据传输期、岛屿数据传输期、视频数据传输期控制数据传输期，在上面任意两个数据传输周期之间，每一个TMDS通道包含2位的控制数据，这一共 6位的控制数据分别为HSYNC （行同步）、VSYNC （场同步）、CTLO、CTL1、CTL2和CTL3。每个TMDS通道 包含2位的控制数据，采用从2位到10位的的编码方法，在每个控制周期最后的阶段， CTL0、 CTL1、 CTL2 和 CTL3 组成的文件头，说明下一个周期是视频数

7、据传输期还是岛屿数据传输期。岛屿数据和控制数据的传输是在视频数据传输的消隐期，这意味着在传输音频数据和其他辅助数据的 时候，并不会占据视频数据传输的带宽，并且也不要一个单独的通道来传输音频数据和其他辅助数据，这 也就是为什么一根 HDMI 数据线可以同时传输视频信号和音频信号的原因。HDMI 的高音视频带宽HDMI 的数据信息的处理可以有多种不同的方式，也就是说 HMDI 支持多种方式的视频编码，通过对 3 个TMDS数据信息通道的合理分配，既可以传输RGB数字色度分量的4： 4： 4信号，也可以传输YCbCr数字 色差分量的4： 2： 2信号，最高可满足24位视频信号的传输需要。HDMI每个

8、TMDS通道视频像素流的速率一般在25MHz165MHz之间，HDMI1.3规范已经将这一上限提升 到了 225MHz，当视频格式的速率低于25MHz时，将使用像素重复法来传输，即视频流中的像素被重复使用。 以每个TMDS通道最高165MHz的频率计算，3个TMDS通道传输R/G/B或者Y/Cb/Cr格式编码的24位像素 视频数据，最高带宽可以达到4.95Gbps，实际视频信号传输带宽接近4Gbps，而现在最高规格的高清视频 格式1080p所需的带宽仅仅为2.2Gbps，因此HDMI拥有的充足带宽不仅可以满足现在高清视频的需要，在 今后相当长一段时间内都可以提供对更高清晰度视频格式的支持。除了高的视频信号带宽之外，HDMI还在协议中加入了对音频信号传输的支持，形成了业界首个单线缆 多媒体接口协议。 HDMI 的音频信号不占用额外的通道，而是采用和其他辅助信息一起组成数据包，利用 3 个 TMDS 通道在视频信号传输的消隐期，以岛屿数据的形式传送。即使在传输 1080p（ 60Hz ）的视频信号的时候，还可以提供最高8路，每路采样频率192kHz的高质量音频信号，相比之下，CD音频制式44.1kHz 的两声道信号，以及最新的DVD-Audio音频格式96kHz的6声道信号，就相形见绌了。