HDMI接口的工作原理以及HDMI与DVI接口的区别

HDMI技术

   现在HDTV格式开始流行起来了，在网上你到处能看到HDTV高清晰格式的各种影片的下载。在电器行你到处也能看到各种彩电纷纷开始支持HDTV格式。但是仅仅有HDTV片源，仅仅有能播放HDTV的电视就够了么？他们之间要用怎样的纽带联系起来呢？今天笔者就向大家介绍一种已经流行起来的新型多媒体接口——HDMI。

什么是HDMI接口？

    HDMI（High-Definition Multimedia Interface，高清晰多媒体接口）是一种新型的数字音频视频接口，在未来它会取代现有的DVD影碟机，电视机，机顶盒和显示器等各种数字设备的信号接口。这就意味着消费者可以仅仅使用一条信号线来代替以前好几根信号线。你既可以用它连接DVD影碟机，又可以用它连接电视机。这项心的接口标准由日立、松下、飞利浦、美商晶像、索尼、汤姆森、东芝公司联合制定。

一根标准的HDMI接口线缆

    这种新型的数字接口最大的好处就是可以同时传送音频和视频数据，给消费者带来最高的音质和画质体验。现在的数码音频可以使用光线来传送数字信号，但是像DVD影碟机这样的数字视频设备还都在使用S端子。它是一种非常普及的模拟信号接口。当然数字视频接口早就已经有了，它的名字叫做DVI，通常你可以在LCD液晶显示器上看到这种接口。

    最新的HDMI接口与DVI接口相比有三个明显的区别。首先HDMI比DVI支持更高的分辨率。大约HDMI可以支持两倍于现在HDTV的分辨率。第二，DVI仅仅支持视频信号的传送，但是音频信号要使用另外的线缆进行传送。而HDMI可以进行音频和视频数字信号的同传。第三，HDMI接口的体积要远远小于DVI接口。令消费者高兴的是HDMI向下兼容DVI接口，也就是说你可以使用HDMI设备连接DVI设备，中间仅仅使用一个小小的转接线就能搞定。当用户全面升及到新的HDMI系统后，以前的DVI设备仍然可以继续使用。

HDMI转DVI的转接器

    另一个很大的区别就是面向对象的不同。传统的DVI接口标准面向的是一般PC用户，而HDMI接口标准则是面向使用消费电子产品的人群，例如DVD影碟机，家庭影院设备等等。DVI转HDMI的转接器

    对于用户最关心的是新接口的性能，而对于内容出版商来说他们更关系版权保护措施。新的HDMI接口带有先进的HDCP版权保护技术。（High-Bandwidth Digital Copy Protection，高带宽数字拷贝版权保护）这项技术是由大名鼎鼎的Intel研发的。

HDMI接口的工作原理

    这张图是HDMI接口的架构示意图。从左边的信号源中你可以看到，HDMI接口的信源可以是任何支持HDMI输出的设备，而接入端也可以是任何带有HDMI输 入接口的设备。无论他们是音频设备、视频设备还是控制设备，HDMI接口都可以应用其中。

    在HDMI接口中的数据信号采用的是TMDS最小化传输差分信号协议。这种数据传输协议曾经在DVI接口上得到广泛的应用。而HDMI接口上的数据信号也沿用了这种协议。这种协议会将标准8bit数据转换为10bit信号，并且在转换过程中使用微分传送。微分传送这种技术也曾经被广泛的应用于千兆以太网的数据传输中。

    在HDMI接口中音频、视频数据的传输时可以使用三条TMDS数据通道。视频信息在传送时被转换城连续的24bit像素数据，每个时钟周期可以传送10bit的数据。像素时钟周期传输比率大约在25MHz至165MHz之间。一般来说标准的NTSC 480i隔行信号的像素时钟传输比率大约为13.5MHz。若传输信号的比率小于25MHz，HDMI会采用自动循环技术填补码率，将信号的码率提升到25MHz的水平。而HDMI接口最高每秒可以传输165M像素的数据量，这个数据吞吐能力是相当惊人的。在未来一段时间内足以应付高码率，高数据流家用电器的信号传输任务。

    HDTV最高的标准是1080p，它每屏的分辨率为1920X1080，若每秒传输60帧图像（1080p@60），那么最终的像素时钟传输比率为124.4MHz。由此看来HDMI接口完全可以从容应付当今的消费电子产品的各项应用。当然HDMI也支持双接口并联模式，那样可以提供惊人的330MHz传输比率。但是目前这种双并联HDMI接口不会用于一般消费阶层。

    在HDMI中所采用的视频信号的编码方式为RGB格式，如YCbCr 4:4:4 或YCbCr 4:2:2格式，他们每个像素都是24bit。YCbCr是一种数字视频信号的格式，它与YPbPr格式相类似。（目前DVD播放机的分量输出都是使用YCbCr/YPbPr格式）这种视频信号标准也就是我们经常所说的“YUY”。Y的意思是亮度，它并不带有图像颜色的信息。只是负责记录图像中黑色与白色信息。Cb是图像中蓝色与亮度的差异值（B-Y），而Cr是红色与亮度之间的差异值（R-Y）。

    那么Y、Cb、Cr这三个值就定义了视频编码时的采样率。而上文中的“4”代表使用NTSC或PAL制式时的采样率，即13.5MHz。那么我们看到的4:4:4，意思就是Y、Cb、Cr的编码采样率各是13.5MHz。而我们看到的4:2:2格式中Cb、Cr的采样率各是6.75MHz。那么现在你就能很明显的区分出上面两个YCbCr格式中哪个视频质量更好了。

    在HDMI接口中，音频信号能够使用2至8声道，每个声道的采样率为192KHz。另外HDMI接口也提供了DDC显示数据通道，它会向视频接收装置发送配置信息和数据格式信息。接收装置可以读取这些E-EDID增强扩展显示识别数据的信息。最后HDMI接口也提供了CEC消费电子控制通道，通过这条通道可以控制视听设备的工作。

HDMI接口连接器

    HDMI接口有两种类型，一种是有19个针脚的A型，另一种是带有29针脚的B型。B型的接口比A型的接口体积更大，它可以支持双路连接。这就意味着采用B型接口时数据传输量将会双倍提升。A型接口每个时钟周期可以传输165MHz的像素的信息，而B型接口每个时钟周期可以传送高达330MHz的像素信息。

A型HDMI接口与普通的DVI接口的实物对比

    由于TMDS标准中指出，线缆的长度不得超过15米。因此使用TMDS标准的HDMI接口线缆长度也被限制在15米以内。这个长度对于一般的家用和办公领域来说已经足够了。

    带有A型HDMI接口的信号发射装置可以连接到使用B型接口的接收装置上，此时需要一个B到A型的转换接口即可顺利连接。但是需要注意的是，一个带有B型接口的信号发射装置是不可能连接一个带有A类接口的信号接收装置。目前HDMI接口已经可以向下兼容DVI接口，他们之间只需使用专用的转接线缆即可相互转换。

专利许可费

    不幸的是，HDMI接口并不是一个开放的标准。制造商必须向HDMI标准制定协会支付版税，来换取一个生产许可证。不过这个版税可不便宜，每年要交纳15000美元的许可费，并且更黑的是每生产一个HDMI接口就要支付0.15美元的许可费。只有这样制造商才能在自己的产品和使用手册中标识支持HDMI的logo。如果制造商已经是HDCP高清数字内容保护协议的会员那么每个带有HDMI接口的产品只需交纳0.04美元的许可费。如果制造商在其产品中使用HDCP高清数字内容保护机制，那么就必须要交纳15000美元的年费，在加上每个产品0.005美元的购买密匙费。

针脚定义

    为了方便大家查阅资料，以及各位DIY玩家对HDMI接口作进一步改造特此将A型、B型、A型转DVI、B型转DVI接口
的各个针脚定义归纳出来。

A型 HDMI 接口

B型 HDMI 接口

A型 HDMI 接口转DVI-D接口

B型 HDMI 接口转 DVI-D接口

总结

    HDMI接口可以同时传输视频和音频信号，再加上海量的带宽足以应付HDTV高清晰数字节目的播放。又因为它向下兼容已经普及的DVI接口，这能很好的保护消费者以前的投资，使消费者可以平滑的升级到未来支持HDMI接口的设备。虽然由于制造商需要交纳不菲的许可费也使得HDMI接口的成本大大提高了，价格因素会阻碍HDMI接口的普及。但是HDMI是今后消费电子发展的趋势，除非又出现新的接口与之抗衡，否则它必然会得到广泛普及。