HDMI/DVI新技術(shù)與芯片及其應(yīng)用

　　近年來(lái)視頻傳輸領(lǐng)域幾乎經(jīng)歷了從模擬到數(shù)字根本轉(zhuǎn)變，VGA(視頻圖像陣列)和分量視頻—模擬視頻(模擬分量視頻信號(hào)(Y、U、V或Y、R-Y、B-Y) 接口)連接方式,正在被HDMI(高分辨率多媒體接口)和DVI(數(shù)字視頻接口)以及DisplayPort所取代。這是因?yàn)殡S著人們對(duì)圖像顯示質(zhì)量要求的不斷提升，傳統(tǒng)的以模擬方式來(lái)傳輸和顯示多媒體信號(hào)的技術(shù)已經(jīng)不能滿足人們的要求，特別是傳統(tǒng)的模擬視頻接口標(biāo)準(zhǔn)無(wú)法適應(yīng)新的產(chǎn)品在帶寬、內(nèi)容保護(hù)、音頻支持等方面的發(fā)展需求，以高清數(shù)字電視為代表的消費(fèi)類數(shù)字視頻設(shè)備的應(yīng)用越來(lái)越普遍使得HDMI UDI DisplayPort等新標(biāo)準(zhǔn)顯得更能適應(yīng)市場(chǎng)的需求，本文將對(duì)HDMI/DVI新技術(shù)與芯片及其應(yīng)用作分析說(shuō)明。

　　1、先述HDMI/DVI數(shù)字視頻接口基本架構(gòu)

　　HDMI和DVI(Digital Visual Interface)數(shù)字視頻接口這兩種數(shù)字視頻傳輸標(biāo)準(zhǔn)的要求幾乎完全相同，并同時(shí)處理一組高頻和低頻信號(hào)。這兩種標(biāo)準(zhǔn)均采用TMDS(最小跳變差分信號(hào)又稱最小化傳輸差分信號(hào))技術(shù)來(lái)傳輸數(shù)據(jù)的高頻(視頻)部分。

　　1.1 HDMI/DVI數(shù)字視頻接口的設(shè)計(jì)思想

　　DVI用于至數(shù)字顯示器的高速數(shù)字連接。DVI采用了TMDS技術(shù)來(lái)傳輸數(shù)據(jù)的高頻(視頻)信號(hào)(見(jiàn)圖1紅色塊所示)。

　　其單個(gè)鏈路可支持高達(dá)165Mpixels/s的UXGA(極速擴(kuò)展圖形陣列)、FPD(平面顯示器)、SXGA DCRT(高級(jí)擴(kuò)展圖形陣列的數(shù)字平面顯示器)，還支持720p及1080i的HDTV(高清電視)。

　　高帶寬數(shù)字內(nèi)容保護(hù)(HDCP)。用于通過(guò)DVl發(fā)送視頻信號(hào)時(shí)的內(nèi)容保護(hù);HDCP的實(shí)現(xiàn)(見(jiàn)圖1蘭色塊HDMI/DVI- HDCP的實(shí)現(xiàn)示意)，需要從數(shù)字內(nèi)容保護(hù)認(rèn)證的L.L.C(Intel的子公司)獲取唯一的許可。

　　其HDCP基礎(chǔ)。認(rèn)證是一個(gè)流程，用于核實(shí)一個(gè)經(jīng)授權(quán)的器件以處理受保護(hù)的內(nèi)容;閏用加密技術(shù)防止受保護(hù)內(nèi)容受到竊聽(tīng)。

　　其TMDS 信號(hào)采用四個(gè)差分對(duì)傳輸R、G、B和時(shí)鐘，占用19針連接器的8個(gè)引腳。HDMI和DVI設(shè)計(jì)為“即插即用”，即監(jiān)視器(接收端)和視頻源連接在一起時(shí)尋找以最佳性能協(xié)同工作的方法。多數(shù)新型TMDS HDTV(高清晰度電視)芯片包含兩組完整TMDS (高頻)輸入，但無(wú)法處理LoF(低頻)信號(hào)。

　　1.2 HDMI/DVI數(shù)字視頻接口功能

　　要實(shí)現(xiàn)HDMI和DVI系統(tǒng)中的“即插即用”功能，源端(通常是一臺(tái)電腦、DVD播放器或游戲機(jī))和接收端(通常是監(jiān)視器或接收機(jī))必須連接起來(lái)。HDMI 和DVI借用VESA (視頻電子標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì))的開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)，采用DDC(數(shù)字顯示通道)、一個(gè)稱為HPD的新信號(hào)(熱插拔檢測(cè))、以及一路可以由源端向接收端提供50mA電流的標(biāo)準(zhǔn)5V信號(hào)。在標(biāo)準(zhǔn)的VESA方法中，源端尋址EDID(擴(kuò)展顯示標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù))EPROM。該EPROM器件包含接收設(shè)備的品牌、類型號(hào)、以及所支持的分辨率模式。源端和接收端必須至少有一種相同的顯示模式，以便二者協(xié)同工作。圖2所示為通過(guò)HDMI/DVI連接器連接源端與接收端EDIDEPROM的示意圖。

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　　圖2 中給出了作為四個(gè)差分對(duì)連接的TMDS信號(hào)，+5V，HPD以及DDC信號(hào)。DDC信號(hào)連接至EDID。EDID電源由接收端內(nèi)部提供。該圖說(shuō)明了源端和接收端的通用連接模式。源端和接收端通過(guò)I2C兼容的DDC線路進(jìn)行通信。I2C規(guī)范是+5V規(guī)范。典型的EDID EPROM如24LC22包含2kb的EPROM用于存儲(chǔ)所需信息，可工作于2.5V至5.5V。工作于+3.3V電源時(shí)，典型的低成本EDID EPROM不具備+5V耐壓。因此，EDID EPROM器件必須工作于+5V電源，或者外部帶有+5V保護(hù)。

　　顯示數(shù)據(jù)信道(DDC)是用于讀取表示接收側(cè)清晰度等顯示能力的擴(kuò)展顯示標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)(EDID)的信號(hào)線。搭載HDCP的發(fā)送接收設(shè)備之間也利用DDC線進(jìn)行密碼鍵的認(rèn)證。而連接源設(shè)備與接收器.任何源設(shè)備與接收器之間的HDMI連接都具有智能化的特點(diǎn)，即接收器的EDIDROM芯片將顯示所支持的全部音頻和視頻格式，包括色深模式。這種方式可以使用戶享受到經(jīng)過(guò)自動(dòng)優(yōu)化、達(dá)到最佳質(zhì)量模式的音頻與視頻體驗(yàn)，所有連接在一起的HDMI設(shè)備都能夠?qū)@種功能提供相互支持。

　　既然HDMI/DVI是基于TMDS技術(shù)支持，所以應(yīng)對(duì)其技術(shù)特征作分析。

　　2、TMDS(最小跳變差分信號(hào))技術(shù)特征

　　最小化傳輸差分信號(hào)(TMDS)作為電氣電平的標(biāo)準(zhǔn)。被應(yīng)用于發(fā)送數(shù)字視頻接口(DVl)及高清晰度多媒體接口(HDMl)的數(shù)據(jù)。其設(shè)計(jì)考慮因素之包括：

　　對(duì)內(nèi)偏斜(Intra-Pai rSkew)。在給定的一對(duì)差分信號(hào)上，真(true)信號(hào)及其互補(bǔ)信號(hào)之間的時(shí)間差應(yīng)盡可能的小;

　　殘余抖動(dòng)(Residual Jitter)。測(cè)試點(diǎn)與信號(hào)源之間所測(cè)量到的抖動(dòng)數(shù)量的差異?？山邮艿淖畲髿堄喽秳?dòng)等價(jià)于發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間最小的抖動(dòng)預(yù)計(jì)量(budget);

　　靜電放電(ESD)。外部連接器因曝露于外界，因而更易受到靜電放電的影響。更高的靜電放電率可提供更良好的保護(hù)。

　　TMDS 包括3個(gè)RGB數(shù)據(jù)和1個(gè)時(shí)鐘，共計(jì)4個(gè)通道(稱為1個(gè)TMDS連接或Single-link)的傳輸回路。TMDS是把8位的RGB視頻數(shù)據(jù)變換成10 位轉(zhuǎn)換最小化、DC平衡的數(shù)據(jù)，再完成數(shù)據(jù)的串行處理;接收端設(shè)備對(duì)串行數(shù)據(jù)解串行變成并行數(shù)據(jù)，再轉(zhuǎn)換成8位視頻信號(hào)。因此，傳輸數(shù)字RGB數(shù)據(jù)需要3 個(gè)轉(zhuǎn)換最小化差分采樣信號(hào)構(gòu)成一個(gè)TMDS連接。為此可將圖2具體細(xì)化如圖3所示說(shuō)明。

　　每個(gè)通道提供165MHz帶寬，1個(gè)10位的TMDS傳輸通道速率達(dá)1.65Gb/s，3個(gè)TMDS通道速率達(dá)4.95Gb/s。若采用dual-1ink 連接方式，其帶寬可達(dá)330MHz，傳輸速率可達(dá)9.9Gb/s，支持1600Х1200@85Hz的UXGA或2048Х1536@75Hz的QXGA 圖像以及720p、1080i、1080p的HDTV視頻信號(hào)的無(wú)壓縮實(shí)時(shí)傳輸。

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　　從上圖3可知，發(fā)送器分別將視頻、音頻信號(hào)變換并合成為接收器可接收的信號(hào)格式。然后，進(jìn)行HDCP加密處理以及TMDS編碼，將并行視頻、音頻等數(shù)據(jù)行串行化處理，以最小化差分信號(hào)形式進(jìn)行傳輸。在接收側(cè)進(jìn)行的處理與發(fā)送側(cè)順序相反。搭載HDCP的發(fā)送接收設(shè)備之間也利用DDC線進(jìn)行密碼鍵的認(rèn)證。這是一個(gè)使用了硬件ID的加密系統(tǒng)，發(fā)送側(cè)和接收側(cè)以一定間隔相互確認(rèn)進(jìn)行傳輸。HDMI搭載了認(rèn)證不成立或者中途不成立時(shí)圖像和音頻信號(hào)傳輸立即被中斷的強(qiáng)大內(nèi)容保護(hù)技術(shù)。

　　3、HDMI是DVI標(biāo)準(zhǔn)的升級(jí)和增強(qiáng)版

　　HDMI 是DVI標(biāo)準(zhǔn)的升級(jí)和增強(qiáng)版，支持音頻信號(hào)，改進(jìn)了DVI標(biāo)準(zhǔn)的不足，可以簡(jiǎn)單理解為：DVI+音頻=HDMI。HDMI接口小巧(與USB相當(dāng))，傳輸?shù)木€纜長(zhǎng)度15m，HDMI向下兼容DVI，HDMl也支持HDCP(高帶寬數(shù)字內(nèi)容保護(hù))，避免內(nèi)容非法拷貝，同時(shí)還支持VESA組織的EDID(擴(kuò)展顯示識(shí)別數(shù)據(jù))、DDC(顯示數(shù)據(jù)通道，用以讀出EDID)及DMT(監(jiān)視同步協(xié)議)。HDMI也采用TMDS編碼方式，TMDS具備RGB或YPbPr 色彩數(shù)據(jù)和時(shí)鐘，共4個(gè)通道(稱為1個(gè)連接)的系列傳輸回路，1個(gè)通道帶寬165MHz(4.95Gb/s)。顯示數(shù)據(jù)信道(DDC)是用于讀取表示接收側(cè)清晰度等顯示能力的擴(kuò)展顯示標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)(EDID)的信號(hào)線。搭載HDCP的發(fā)送接收設(shè)備之間也利用DDC線進(jìn)行密碼鍵的認(rèn)證。這是一個(gè)使用了硬件ID的加密系統(tǒng)，發(fā)送側(cè)和接收側(cè)以一定間隔相互確認(rèn)進(jìn)行傳輸。HDMI搭載了認(rèn)證不成立或者中途不成立時(shí)圖像和音頻信號(hào)傳輸立即被中斷的強(qiáng)大內(nèi)容保護(hù)技術(shù)。

　　4、HDMl在深色技術(shù)中的應(yīng)用頗受青睞

　　4.1新版的HDMl l.3標(biāo)準(zhǔn)特征優(yōu)勢(shì)。

　　最新版的HDMl l.3標(biāo)準(zhǔn)，它具有高傳輸帶寬(10.2 Gb/s)、深色和“xvYCC”色彩等強(qiáng)大功能時(shí)，隨著視頻分辨率從標(biāo)清到高清的演化，視頻帶寬的不斷增加將是大勢(shì)所趨。其性能指標(biāo)：視頻帶寬為 340MHz(10Gbps)1080p，刷新率最高為120Hz;色深為24、30、36、48位;色彩空間為xvVCC 、RGB、YCbCr;音頻為杜比TrueHD、DTS-HD、SACD、DVD音頻、PCM、杜比數(shù)字、DTS;控制為CEC;連接器為迷你HDM、A 型。

　　HDMl 1.3版本傳輸?shù)囊曨l數(shù)據(jù)將具有更高的分辨率，呈現(xiàn)出來(lái)的清晰、明快的畫(huà)面內(nèi)容也將比以往更為豐富。HDMl 1.3版本的特點(diǎn)包括深色技術(shù)(DeepColor)帶來(lái)的更加生動(dòng)鮮明的色彩，以及多項(xiàng)其他改進(jìn)，如：更為出色的聲音與畫(huà)面的同步功能、支持無(wú)損高清音頻格式、xvYCC擴(kuò)展色譜以及全新的小型連接器等。從而為用戶帶來(lái)更為鮮艷的色彩和更為逼真的電視體驗(yàn)，解決了當(dāng)今高對(duì)比度顯示技術(shù)常見(jiàn)的帶狀干擾問(wèn)題。深色技術(shù)能夠在最暗的黑色值和最亮的白色值之間提供更多灰色陰影，從而提高了對(duì)比度增加后的顯示質(zhì)量，能在屏幕上呈現(xiàn)出更為流暢的色彩圖像。新版本還增加了對(duì)xvYCC色彩標(biāo)準(zhǔn)的支持，從而極大地?cái)U(kuò)展了現(xiàn)有高清電視的色譜，如高清DVD與藍(lán)光播放器等。深色技術(shù)還被應(yīng)用于最新的游戲機(jī)產(chǎn)品中，見(jiàn)設(shè)計(jì)方案框圖4所示，為游戲機(jī)玩家?guī)?lái)更為生動(dòng)的游戲體驗(yàn)。

　　上圖中HDMI發(fā)射器與接收呈器了可用體TI的TFP510與TFP501型芯片或Sil9134和Sil9133型芯片。

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　　為了完全實(shí)現(xiàn)源設(shè)備和高清電視之間的高數(shù)據(jù)傳輸速率，系統(tǒng)所用電纜必須能夠處理更強(qiáng)的帶寬信號(hào)。值此討對(duì)當(dāng)今電纜均衡器新技術(shù)典型應(yīng)用作說(shuō)明。

　　4.2數(shù)字視頻均衡器新技術(shù)應(yīng)用

　　數(shù)字均衡器擴(kuò)展DVI/HDMI電纜的距離至60米，帶有