《HDMI技术原理及测试介绍》由会员分享，可在线阅读，更多相关《HDMI技术原理及测试介绍（27页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、HDMI-HDMI-技术原理及测试介技术原理及测试介绍绍报告綱要HDMI定義及接口分類HDMI發展歷程及個版本性能對比傳輸原理介紹設計注意事項HDMI測試介绍HDMI 定義及架构定義及架构 高清晰度多媒体接口高清晰度多媒体接口（英語：High Definition Multimedia Interface，简称HDMI）是一种全數字化視頻和聲音发送接口，可以发送未壓縮的音頻及視頻信号 2002年4月，来自电子电器行业的7家公司日立、松下、飛利浦、Silicon Image、索尼、汤姆逊、東芝共同组建了HDMI高清多媒体接口接口组织HDMI Founders（HDMI论坛），开始着手制定一种符合
2、高清时代标准的全新数字化视频/音频接口技术。 HDMI的架构如图一所示，送出TMDS信号的为Source端，而接收TMDS信号的为sink端，最主要的连接有三对TMDS Data及一对TMDS CLK信号。当sink端接上source端时，source侦测到HPD之后会通过DDC通道去读取sink设备EDID ROM里面的资料，资料主要包括sink端的能力或资讯，像是制造商的资讯、制造日期或是sink端支持的解析度等，接着就会开始传输TMDS信号。HDMI 接口分类接口分类 There are 5 types of HDMI Connectors ,Type A, B, C, D, E:Typ
3、e A Standard HDMI ConnectorType B has 2 TMDS links. (Dual Link HDMI) for Supper High Resolutions 4KType C is a smaller Version of Type A Type D is a Micro Version of Type AType E is for Automotive applications4Type EAutomotiveType BDual Link HDMIHDMI各版本性能對比各版本性能對比HDMI版本版本1.01.11.21.31.42.0最初發佈日期最初發佈
4、日期12/9/025/20/048/22/056/22/066/5/099/4/13最大帶寬最大帶寬(Gbps)4.954.954.9510.210.218最大音頻採樣率最大音頻採樣率768kHz768kHz768kHz768kHz768kHz1536kHzCEC（消費電子控制通道）（消費電子控制通道）DVD音頻音頻SACD（音讯储存媒体）（音讯储存媒体）Dolby True HD（无损压缩）（无损压缩）DTS-HD主音頻主音頻音頻口形同步音頻口形同步微型連接器微型連接器HDMI之上之上3DHDMI之上之上4k汽車連接器汽車連接器HDMI以太網通道以太網通道音頻回傳通道音頻回傳通道4k50/6
5、0HzCEC擴展擴展雙畫面雙畫面多音頻流多音頻流21:9寬高比寬高比動態自動聲畫同步動態自動聲畫同步HDMI 2.0: 传承自传承自HDMI1.X继续采用TMDS信号(Transition Minimized Differential Signaling) 数据速率从10.2 Gbs 提升到合成18Gbs 特点:4k x 2k 50/60Hz高保真音频 新彩色空间(New Color Space)剧院格式双视图HDMI 展台 4k x 2kCES 2014, Las VegasBTU-R.2020Color SpaceHDMI 2.0接口变化接口变化HDMI2.0新增功能新增功能:1.分辨率增
6、至分辨率增至4K50/60（2160p）, 是1080p/60视频分辨率清晰度的4倍，是视频的超极体验。2.增至增至32个音频通道，个音频通道，畅享身临其境般的多维音频体验。3.音频采样率增至音频采样率增至1536kHz，提供最高的音频保真度。4.同步传输双视频流，同步传输双视频流，让不同用户在同一屏幕上观看不同视频。5.同步传输多个音频流至多个用户同步传输多个音频流至多个用户（最高可达4个）。6.支持广角影片，支持广角影片， 提供广角影院21:9宽高比的全新体验。7.动态自动声画同步动态自动声画同步8.CEC扩展对单一搖控器控制多个消费电子产品提供更多的扩展控制命令扩展对单一搖控器控制多个消
7、费电子产品提供更多的扩展控制命令HDMI原理介紹原理介紹 HDMI标准继续沿用了和DVI相同的，由Silicon Image公司发明的TMDS(Transition Minimized Differential Signaling)最小化传输差分信号技术最小化传输差分信号技术。 TMDS差分传动技术是一种利用2个引脚间电压差来传送信号的技术。传输数据的数值（“0”或者“1”）由两脚间电压正负极性和大小决定。HDMI1.4傳輸原理圖傳輸原理圖 HDMItransmitterHDMIReceiver Video Audiocontrol/status Video Audiocontrol/stat
8、usTMDS channel0TMDS channel2TMDS channel1TMDS Clock channel Display data channel (DDC) EDIDROMCEC LineHDMI 輸出設備端輸出設備端HDMI 接收設備端接收設備端Utility lineHPD lineHEAC通道是通道是1.4規範新增的功能規範新增的功能High/LowCECCECHEACHEAC Detect 每一个标准的HDMI连接，都包含了3个用于传输数据的TMDS传输通道，还有1个独立的TMDS时钟通道，以保证传输时所需的统一时序。在一个时钟周期内，每个TMDS通道都能传送10bit
9、的数据流。而这10bit数据，可以由若干种不同的编码格式构成。 一般来说，HDMI传输的编码格式中要包含视频数据（视频数据（HDMI1.3版本前每个像素采用版本前每个像素采用24bit）、）、控制数据和数据包（数据包中包含音频数据和附加信息数据，例如纠错码等）控制数据和数据包（数据包中包含音频数据和附加信息数据，例如纠错码等）。TMDS每个通道在传输时要包含一个2bit的控制数据、8bit的视频数据或者4bit的数据包即可。在HDMI信息传输过程中，可以分为三个阶段：视频数据传输周期、控制传输周期和数据包传输周期视频数据传输周期、控制传输周期和数据包传输周期。HDMI接口HDMI编码图例：3个
10、TMDS分别传输像素点的RGB数据 TMDS技術介紹技術介紹1.传输最小化8位的并行RED数据编码、并/串转换示意圖第一步：将8位并行RED数据发送到TMDS发送端。第二步：并/串转换.第三步：进行最小化传输处理，加上第9位，即编码过程。第9位数据称为编码位。2.直流平衡 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。方法是在原来的9位数据的后面加上第10位数据，这样，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，提高信号传输的可靠性。HDMI TMDS Data与与支持分辨率支持分辨率的关系的关系TMDS對每個圖元點中的RGB三原色8bit編碼一、一、H
11、DMI帶寬和帶寬和TMDS CLK的關係的關係 以上是一個適用於所有串口傳輸介面帶寬計算的公式，传输速率=总线宽度*时钟频率。HDMI有3个TMDS通道分别传输R、G、B三原色，每个通道位宽10bit（8bit像素数据，2位控制数据）。每10 bit对应一个时钟。HDMI1.0-1.2：最高时钟頻率为165MHz，传输速率为：165M*10*3=4.95GbpsHDMI1.3-1.4：最高时钟頻率为340MHz，传输速率为：340M*10*3=10.2Gbps。HDMI2.0：最高时钟頻率为600MHz，传输速率为: 600M*10*3=18Gbps；(一秒可以传输显示600M个像素点)。 H
12、DMIHDMI传输速率計算：传输速率計算： TMDS時鐘與數據channel的對應關係二、視頻分辨率與所需傳輸帶寬的關係二、視頻分辨率與所需傳輸帶寬的關係 例：例：1.24位真彩色位真彩色1080p视频传输带宽计算视频传输带宽计算(包括消隐包括消隐): 計算過程如下： hhbbb 1920*108060Hz ：2200x1125x60=148.5Mhz； 传输带宽=148.5*10*3=4.455Gbps 2.24位真彩色位真彩色4k*2k视频传输带宽计算视频传输带宽计算(不含消隐不含消隐)： 先抛开消隐，执行同样的计算： 3840*2160 30HZ： 3840*2160*30Hz=248.
13、8MHz；传输带宽=248.8*10*3=7.46Gbps 3840*2160 60HZ： 3840*2160*60Hz=497.6MHz；传输带宽=497.6*10*3=14.93Gbps传输带宽传输带宽= Y X f 10 M 3 ，其中：Y=线的总数量/帧；X=像素/线；f=帧速率（单位：帧/秒）；M=深色模式的放大系数传输带宽与色深及时钟频率的对应关系传输带宽与色深及时钟频率的对应关系視頻格式視頻格式X(象素象素/線線)Y(線線) F(幀幀/秒秒)色深色深(位位/象素象素)MTMDS Data rate(Gbps)TMDS CLK(MHz) 1080p 22001125602411.4
14、85148.5301.251.86185.6361.52.23222.84822.97297.0 4K*2K 38402160242411.99199.0302412.488248.8502414.147414.7602414.976497.613HEAC技術介紹HDMI Ethernet Channel-HEC;HECEthernet Channel的功能主要是让使用HDMI连接的装置可以共享网络，传输速率可达到100Mbps。如下图所示，使用HDMI线连接的装置，可藉由HEC分享网络的功能，让装置的线数减少。Audio Return Channel-ARCARC ARC(Audio ret
15、urn channel)音频回传通道，可以让音频通过ARC传至播放的装置，诸如音响，AV扩大器等。现在多数家庭都装有无线电视或者机顶盒，提供消费者在家里也可以收看高画质的电影。 虽然目前的电视也可以支持声音的播放，但可能是最基本的左右声道，使用者如果有较好的播放装置，像是家庭影院，通过一条HDMI Cable就可以将音频传至播放装置，无需额外的AV端子配线，减少接线的复杂度。HDMI設計注意事項設計注意事項一、一、HDMI線路原理圖設計注意事項線路原理圖設計注意事項1.HDMI接口的ESD及EMI防護ESD防護防護消除共模干擾消除共模干擾1.Back Drive Protection2.Hot
16、 Plug Detect3.Short Circuit Protection二、帶二、帶MHL功能的功能的HDMI接口電路設計接口電路設計MHL检测检测HPD检测检测二、二、HDMI線路線路layout注意事項注意事項2 2、要降低差分对内延时差（、要降低差分对内延时差（intra-pair and inter-pair skewintra-pair and inter-pair skew），同一组），同一组HDMIHDMI接口内的八个接口内的八个差分信号走线需要等长差分信号走线需要等长; ;3、如果需要绕线，请依照以下绕线建议：、如果需要绕线，请依照以下绕线建议：3.1.降低inter-pa
17、ir skew 的绕线方式凹陷的弧长建议35倍线宽；如果需要做好多个凹陷来绕线，凹陷跟凹陷的距离建议810倍线宽；1、差分阻抗要求（差分阻抗要求（Differential Impedance):100 15%;3.2.避免Discontinuity不要有不要有9090度转角的走线方式：度转角的走线方式：9090度转角的地方线宽较宽，阻抗会降下来，因此会产度转角的地方线宽较宽，阻抗会降下来，因此会产生不连续点；生不连续点；4545度转角产生的不连续比较小，在可接受的范围内；度转角产生的不连续比较小，在可接受的范围内；差分对的阻抗会改变，不好；差分对的阻抗会改变，不好；3.3.VIA(钻孔），PA
18、Ds and Test Point:好些，不过建议HDMI走线范围内最好不要有钻孔 如果走线上不可避免会有几个不连续点（discontinity）产生，建议让这些不连续点靠在一起。（不连续点discontinity的产生，例如加了ESD保护器件）HDMI測試项目測試项目一、一、HDMI测项可分为三大类：测项可分为三大类：1.低速信号测项低速信号测项低速信号测项包括DDC、EDID或HPD电压等，使用电表可做测量的项目。2.Protocol测项测项Protocol测项则是用Protocol Analyzer分析信号中像Control period或者Video Data Period等，检测封包
19、格式及编码序列是否正确。3.TMDS高速信号测项高速信号测项CRU的用途主要是利用PLL锁相环回路来还原Clock，为了确认原始Clock不带有过量的Jitter，经过CRU后Clock能有效的还原，示波器会使用软体模拟一阶PLL，针对PLL还原的Clock作Jitter的量测，Jitter过大表示原始Clock带有过量的Jitter，无法利用PLL的特性有效的锁住频率。 眼图的量测如上图所示，可以确认信号的品质及阻抗匹配是否有一定的水平，通过多次信号堆叠的结果，可以看出信号电压是否有足够的眼高及稳定性，Jitter是否合乎规范让眼图有足够的眼宽。 在HDMI眼图测项部分，可容许Eye Mas
20、k左右移动一个Tbit的空间，只要在这个移动范围内，存在一个移动位置让信号可以不压到Eye Mask，就可以PASS，这是因为HDMI架构中。Sink端含有CRU的component，只要有合乎规范的眼高与眼宽，sink端就有足够的能力去判断在这个移动范围内的信号。 为了保证每对data lane之间(D0-D1，D1-D2，D2-D0) 的Skew(抖動)是否在规范的范围内0.2 Tpixel(Tpixel=10*Tbit，Tbit为一个bit位的时间)以内，在量测时会Trigger每对data信号中都会有的control encoding pattern，藉由相同的pattern量测信号对
21、之间的skew。)除了验证data lane之间的inter-pair skew，data及clk这四对差分信号本身的品质也需要一定的水准，intra-pair skew即是为了确认正负端(D0+-D0-,D1+-D1-,D2+-D2-,CLK+-CLK-)之间的skew是否符合规范限制，其skew范围不能超过0.15Tbit；由于信号从待测物到示波器中会经过探棒，对信号会有微小skew及其他影响，因此在测量之前，探棒的校正非常重要。该测试为量测信号在转态时(0-1,1-0)所需要的时间，为了有较好的信号特性是传输速率的保证，在设计上rise time和fall time也会越快，但是为了抑制EMI的影响，会对rise time和fall time有所限制。在HDMI CTS的规范上就限制了HDMI的信号转态时间不可快于75ps。在HDMI的架构中有一单一传送Clock的通道以及CRU(Clock Recover Unit)的元件，Clock duty cycle与Jetter的量测即是为了确保Clock的品质，影响到duty cycle的只要原因有Jitter以及不对称的Rising and Falling Edge，因此在HDMI CTS规范中针对Clock cycle定义了40%-60%的限制 。Thank you!结束结束
