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1、HDMI接口硬件测试第1页, 共70页目录 Table of Contents1综述92HDMI的应用优势92.1音视频融合102.2良好的兼容性102.3出色的抗衰减能力102.4支持更多原色色深103HDMI物理接口103.1Type A113.2Type B123.3Type C133.4HDMI电气特性及要求143.4.1TMDS概述143.4.2TMDS系统运行条件及测试特性163.4.3HDMI源端TMDS特性163.4.4HDMI接收端TMDS特性183.4.5传输系统TMDS特性203.4.6+5V电源223.4.7DDC信号233.4.8热插拔检测信号233.4.9CEC信号
2、234HDMI的信号传输原理244.1视频数据周期274.1.1视频支持格式284.1.2象素编码和色彩深度294.2数据孤岛周期314.3控制周期325HDMI数字版权保护系统336HDMI测试方案356.1测试仪器要求366.1.1测试夹具（TAP）376.1.2抖动/眼图分析仪386.1.3数字示波器396.1.4探头和线缆406.1.5信号发生器406.2TDSHT3软件介绍416.3源端测试426.3.1数据眼图446.3.2时钟抖动486.3.3时钟占空比506.3.4过冲/下冲536.3.5上升/下降时间556.3.6对间偏移576.3.7对内偏移606.3.8低电平输出电压63
3、6.4接收端测试656.4.1抖动容限666.4.2最小/最大差分摆幅容限676.4.3对内偏移676.4.4差分阻抗686.5Cable测试696.5.1数据眼图69表目录 List of Table表1 HDMI源端DC特性17表2 HDMI源端AC特性17表3 接收端设备DC特性19表4 接收端设备AC特性19表5 HDMI接收端阻抗特性20表6 传输系统TMDS参数21表7 +5V电压管脚电压要求22表8 DDC链路最大电容要求23表9 DDC链路上拉电阻要求23表10 热插拔电气特性要求23表11传输期间传输类型和编码类别26表12 HDMI支持的分辨率和帧频28表13 前导码对应的
4、每个数据周期类型32表14 TMDS接收同步建立时间和扩展周期参数32表15 HDMI接口硬件测试内容35第4页, 共70页图目录 List of Figures图1 左边是插座，右边是插头11图2 Type A信号定义12图3 左边是插座，右边是插头12图4 Type B信号定义13图5 左边是插座，右边是插头14图6 Type C信号定义14图7 TMDS差分对结构示意图15图8 差分信号的单端电平和差分电平15图9 TMDS链接测试点15图10 均衡器公式及增益16图11 源端测试示意图17图12 源端测试信号眼图模板18图13 接收端测试示意图18图14 接收端测试眼图模板20图15
5、传输系统测试示意图20图16 类一传输衰减限制22图17 类二铜线传输衰减限制22图18 HDMI信号流框图25图19 HDMI支持的音频格式25图20 720480的数据传送周期27图21 默认象素编码：RGB 4:4:4，8bits/分量29图22 YCBCR 4:2:2 分量30图23 8位YCBCR 4:4:4格式映射30图24 TMDS周期与编码类型31图25 数据岛前导码和保护码33图26 视频数据周期中的前导码33图27 测试点示意图36图28 安捷伦提供的HDMI测试夹具38图29 TMDS眼图测量框图38图30 TMDS抖动测量框图39第5页, 共70页HDMI接口硬件测试规
6、范关键词：数字高清、HDMI、TDSHT3、测试摘 要：本文介绍了数字高清技术的特点及业界与高清相关的接口，详细分析了HDMI接口标准规范，从中总结和提取出了硬件特性要求和测试要求，同时介绍了HDMI的帧结构，最后介绍了使用TDSHT3软件进行HDMI接口测试的过程。1 综述随着音视频产品和格式的发展，特别是HDTV产品日益被普通消费者所接受，高清格式节目所带来的大量数据的传输压力、更多的高保真声道导致的布线混乱，以及日益重要的高清音视频节目版权保护，都向技术发展提出了新的需求。目前，主流数字家电的接口规范只能传输压缩或者未压缩数字视频信号，音频信号需要单独的接口进行连接，这在使用过程中给普通
7、消费者带来不便。1998年9月，intel在器开发者论坛（intel developer forum）上宣布成立数字显示工作小组。并于1999年4月提出了DVI（digital visual interface）成为计算机和电视可以共用的显示设备接口。DVI的出现，正式提供了数字输出数字输入的快捷方案。由于数字传输的诸多优势，PC显示卡和显示器都逐渐改成以DVI为主要输出输入接口。但是DVI接口仅仅保持在视频信号的处暑方面，并没有包括音频信号的传输。本世纪初，在Holly Wood大多数影音工作室、制片商、众多注明电视节目供应商、有线电视工业界以及大多数消费电子制造商的认同下，有Silicon
8、 Image倡导，联合Sony、Hitachi、Panasonic、PHILIPS、THOMSON(RCA)、Toshiba等数家注明消费电子制造商成立的工作组共同开发，并签署协议认可推出了高清晰度数字多媒体接口HDMI（HighDefinition Digital Multimedia Interface）接口标准，并于2002年12月正式公布了HDMI Version 1.0规范。该接口退出后不久，DVD论坛于2003年10月批准HDMI为标准信号传输制式之一。2004年5月HDMI 1.1规格发布，2005年8月又推出了1.2标准，2005年12月推出了1.2a标准。2006年6月推出了
9、现在使用HDMI 1.3标准。2 HDMI的应用优势足够的带宽需求：数字高清的数据量和传输量是非常巨大的，连接信号源与接收端的数据接口和线缆必须能提供大于数字高清视频播放所要求的带宽。HDTV 1080P高清模式所需要的数字带宽在2.0Gbps2.2Gbps（19201080*24bit30frame1.4经验常数），算上8声道（7.1音响系统）的音频传输需求，总的带宽需求也没有超过4Gbps。而HDMI 1.0标准可以在HDMI接口间提供5Gbps，完全能够满足高清格式数据的传输要求。随着标准的升级，将来能够提供更高的带宽，现在的1.3标准最高可以达到10Gbps。2.1 音视频融合通过HD
10、MI接口我们可以直接欣赏到数字高清所带来的震撼效果，而不用分开来传输音频和视频，HDMI接口也是现在唯一能提供音视频同时传输的数字高清传输接口。音视频的融合大大简化了我们连接影音设备的工程。连接一个7.1声道的音响系统我们需要8条音频线。而HDMI接口只要一根线就所有工作都搞定，面对这么简单的连线，谁不愿意使用这么方面的东西呢。2.2 良好的兼容性现在的设备提供DVI接口的远多于HDMI接口的。为了节省成本和顺利推行HDMI接口，HDMI接口完全是兼容DVI接口（接口信号定义兼容，只是采用了不同的接口封装），通过DVI-HDMI接口转接器，就可以方便的使用HDMI接口了。2.3 出色的抗衰减能
11、力HDMI在数据传输方面有着出色的抗衰减能力，这使得它在长距离传输上比DVI等方式更具优势。普通HDMI线与高价HDMI线性能表现类似（只要通过测试合格），HDMI没有指定长度限制，但是一般的线缆厂商提供的HDMI铜线都在15M以内，一方面有良好的可靠性保证，一方面价格比较利于消费者接受。这个距离也远远超过DVI所能保证的5M的距离。2.4 支持更多原色色深DVI由于产生于PC平台，其支持的原色的色深受限于True Color的24bit，而现在的数字电视要求的是36bit高逼真画面，即要求三原色各自有12bit数字视频信号。目前，DVI无法满足这种要求，而HDMI则可以支持12bit数字视频
12、信号。HDMI的出现使我们可以欣赏到色彩层次更加丰富，暗影细节更多的画面。3 HDMI物理接口HDMI物理接口总共有三种类型：Type A/B/C。Type A接口携带所有的HDMI信号，包括单一的TMDS LINK。Type B连接器比Type B稍微大一些，携带了两个TMDS LINK，一般用于相对要求较高的计算机显示方面。Type C是mini HDMI接口，包括一个TMDS link，在尺寸上面比Type A小，所携带的信号和Type A是一样的。接口分为插座（RECEPTACLE）和插头（PLUG）,插座放置在单板上，插头则是HDMI线缆的接头。下面是三种类型的插座和插头的机械尺寸和
13、外貌。3.1 Type A图1 左边是插座，右边是插头图2 Type A信号定义3.2 Type B图3 左边是插座，右边是插头图4 Type B信号定义3.3 Type C图5 左边是插座，右边是插头图6 Type C信号定义3.4 HDMI电气特性及要求HDMI的电气特性是与TMDS信号特性相关，同时也与TMDS时钟相关，其中的接口测试是根据传输的不同阶段而分段测试，最后组成一个完整的测试。3.4.1 TMDS概述TMDS差分结构示意图如图7所示。TMDS技术利用电流驱动产生低电压差分信号，在接收端通过DC耦合形成传输，传输链路的参考电压AVcc设置差分信号的高电平，低电平由HDMI源的电
14、流和接收端的终端匹配电阻决定，终端电阻RT和传输线的特性阻抗Zo必须匹配，一般选择50欧姆。图7 TMDS差分对结构示意图差分线的单端信号高电平是AVcc，低电平是Vswing，而差分信号的摆幅就是2*Vswing，高电平是正的Vswing，低电平是负的Vswing，如图8所示： 图8 差分信号的单端电平和差分电平TMDS信号的测试点如图9所示，TP1是用于测试HDMI的源端输出，TP2是用于测试接收端输入，TP1和TP2结合用于测试传输电缆。图9 TMDS链接测试点3.4.2 TMDS系统运行条件及测试特性终端供电电压AVcc：3.3V5%；终端匹配电阻RT：50ohms10%。所有的TMDS时钟和数据信号的抖动特性都与一个理想的恢复时钟相关，这个恢复时钟用在测试TMDS信号眼图的时候做触发源，这个触发源用一个PLL来实现，带有-3dB带宽为4MHz的低通滤波器。另外通常高速串行总线都有加重和预加重，在HDMI接口采用传输线均衡器来实现，从而改善传输性能，在接收端能够有一个比较理想的眼图。 图10 均衡器公式及增益3.4.3 HDMI源端TMDS特性HDMI需要一个DC耦合TMDS连接，源端测试示意图如图10所示，AVcc为3
