使HDMI系統(tǒng)適用于深色應(yīng)用
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深色系統(tǒng)能夠提供10位、12位和16位的色深（RGB或YCbCr），從而為大家?guī)砀鼮轷r艷的色彩和更為逼真的電視體驗(yàn)，解決了當(dāng)今高對比顯示技術(shù)常見的帶狀干擾（bandingartifacts）問題。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，從而提高了對比度增加后的顯示質(zhì)量，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“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，在屏幕上實(shí)現(xiàn)肉眼能夠分辨出的所有色彩，且呈現(xiàn)更為精準(zhǔn)。（本文的附表列出HDMI1.3版本的改進(jìn)。）
這種先進(jìn)的色彩顯示技術(shù)將被應(yīng)用于新型高清設(shè)備中，如高清DVD與Blu-ray播放器等，但是否將“深色”內(nèi)容應(yīng)用于磁盤中將取決于內(nèi)容提供商。深色技術(shù)還被應(yīng)用于最新的游戲機(jī)產(chǎn)品之中，如索尼PlayStation3（圖1），為游戲機(jī)玩家?guī)砀鼮樯鷦?dòng)的游戲體驗(yàn)。
圖1.運(yùn)用HDMI1.3版本的系統(tǒng)，如游戲機(jī)、高清DVD或Blu-rayDVD播放器，可使用數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)340MHz的數(shù)據(jù)鏈接直接與顯示子系統(tǒng)相連。
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。HDMI1.3版本定義了兩種新型電纜，廠商根據(jù)不同的系統(tǒng)進(jìn)行選擇：
標(biāo)準(zhǔn)電纜（也稱為1類電纜）：這種電纜支持的最高數(shù)據(jù)速率可達(dá)75MHz，對應(yīng)于720p和1080i分辨率。
高速電纜（也稱為2類電纜）：這種電纜支持的數(shù)據(jù)速率可達(dá)340MHz，對應(yīng)于1080p分辨率、深色與高刷新率。
雖然現(xiàn)有的電纜大部分被測定為標(biāo)準(zhǔn)電纜，但其中的許多產(chǎn)品（尤其是3米或3米以下長度的電纜）都能夠通過高速電纜測試。這種電纜只需對其特性進(jìn)行重新設(shè)定即可通過高速電纜測試。集成在HDMI接收器芯片上的片上平衡電路是使電纜獲得極限性能或更大長度以支持最高可達(dá)340MHz的高數(shù)據(jù)速率的關(guān)鍵因素。當(dāng)HDMI接口在高速率下被阻斷的時(shí)候，這種平衡電路能夠在為信號衰減提供顯著補(bǔ)償。
系統(tǒng)實(shí)施事宜
為實(shí)施HDMI1.3版本的“深色”技術(shù)，設(shè)計(jì)者應(yīng)注意兩個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域的問題：更高的數(shù)據(jù)速率與更高色深度。在深色技術(shù)中，每一個(gè)幀必須傳遞更多的色彩數(shù)據(jù)，因此數(shù)據(jù)速率更高。在HDMI1.3標(biāo)準(zhǔn)下，最大單鏈接帶寬已增加到340MHz，使合計(jì)數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到10.2Gbits/秒。大帶寬允許顯示技術(shù)支持視頻以更高的幀速率傳輸（如120Hz），且每視頻幀能傳遞更多色彩數(shù)據(jù)。
HDMI1.3設(shè)備的接收與發(fā)送電路必須配備更寬的內(nèi)部數(shù)據(jù)通道，以適應(yīng)最高可達(dá)每分量（component）16位的色深（12位是現(xiàn)有深色設(shè)備支持的最常用色深）。任何實(shí)施了深色技術(shù)的ASIC都必須增加芯片上數(shù)據(jù)通道的寬度，擴(kuò)大幀緩沖，并增加邏輯電路內(nèi)部速度以便在相同的幀時(shí)間內(nèi)處理更多數(shù)據(jù)。
使用現(xiàn)有壓縮標(biāo)準(zhǔn)（如MPEG2、MPEG4、H.264、AVC等）編碼的內(nèi)容為每像素分量8位色彩，但源電路的視頻處理仍可將8位字?jǐn)U展為10位或更高，以高度的位數(shù)確保處理過程中的色彩精準(zhǔn)度。處理過程可能會(huì)改變色彩界限，采用8以上的位數(shù)以精確再現(xiàn)信號。即使對于具有8位色彩調(diào)色盤的DVD播放器、機(jī)頂盒或高清電視，在視頻處理中運(yùn)用深色技術(shù)，仍可使其畫質(zhì)獲得明顯提高。最令人驚喜的是，這項(xiàng)新標(biāo)準(zhǔn)可以實(shí)現(xiàn)在本地創(chuàng)建、并且使用8位以上色深對內(nèi)容完成進(jìn)處理。
處理30位、36位和48位像素的能力，即在4:4:4色空間（原始對象）中意味著每色彩分量10位、12位和16位，能夠提供優(yōu)質(zhì)畫面。高精度10位與12位色深可被任何源設(shè)備或處理器用于視頻處理并擴(kuò)展原有的8位數(shù)據(jù)，同樣，某些顯示器也可將其用于內(nèi)部視頻處理。一些顯示器中的嵌入處理器可擴(kuò)展所需比特位，以實(shí)現(xiàn)對8位/分量的透明支持，并實(shí)施附加處理，以最小化帶狀干擾。
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。
在讀取接收器的容量之后，源設(shè)備將進(jìn)行自我設(shè)置，使用接收器支持的恰當(dāng)?shù)囊曨l時(shí)序和色深格式發(fā)送數(shù)據(jù)流。如果與接收器相連的具有深色功能的源接口只支持8位色深而不支持深色功能，那么源設(shè)備必須發(fā)送被編碼為8位色深的視頻。如果源設(shè)備不支持連接至深色接收器的色深接口，那么此源設(shè)備須尋找另外一種接收器能夠支持的色深模式（如8位模式），再輸出合適的兼容視頻信號。
深色的實(shí)施不會(huì)對HDMI的物理層或8位至10位TMDS編碼層產(chǎn)生直接影響。要傳輸8位以上的附加像素?cái)?shù)據(jù)，必須增加HDMI接口的時(shí)鐘速率，以在相同的幀時(shí)間內(nèi)容納附加像素。在12位色深（每視頻幀像素?cái)?shù)據(jù)是8位色深的1.5倍）的情況下，72位色深（包含兩個(gè)36位像素?cái)?shù)據(jù)）被容納進(jìn)三個(gè)8位像素幀（8位紅、8位綠、8位藍(lán)＝24位/幀 * 3幀＝72位），TMDS時(shí)鐘以1.5倍以上的速率運(yùn)行。
為創(chuàng)建能夠提供并顯示深色內(nèi)容的系統(tǒng)，源設(shè)備與接收器子系統(tǒng)需要能夠支持50%以上增速的HDMI發(fā)射器與接收器芯片，以處理深色帶來的更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。SiliconImage公司的VastLaneSiI9134HDMI1.3發(fā)射器（圖2）以及SiI9125HDMI1.3接收器（圖3）均可反向兼容此前的HDMI1.2產(chǎn)品（由于總線接口較大，因此不可插腳兼容）。SiI9134在其自身和提供內(nèi)容的系統(tǒng)控制器之間需要更寬的數(shù)據(jù)通路，這是發(fā)射端（源）的主要變化。
圖2.當(dāng)在SiI9134等源端電路上集成HDMI1.3版本邏輯時(shí)，發(fā)射器需要連接到系統(tǒng)控制器更寬的數(shù)據(jù)接口（36位），用于對視頻內(nèi)容進(jìn)行解碼。
圖3.HDMI接口（如SiI9125）的接收選項(xiàng)，處理兩個(gè)高速HDMI1.3數(shù)據(jù)鏈接，對數(shù)據(jù)流進(jìn)行解碼并將數(shù)據(jù)重新格式化為傳輸?shù)斤@示子系統(tǒng)的36位并行數(shù)據(jù)字。
與上一代發(fā)射器產(chǎn)品類似，SiI9134等為HDMI1.3設(shè)計(jì)的芯片必須配備高速數(shù)據(jù)加密引擎，以使用名為高帶寬數(shù)字內(nèi)容保護(hù)（HDCP）的加密標(biāo)準(zhǔn)為內(nèi)容提供保護(hù)。HDCP能夠確保內(nèi)容通過HDMI鏈接安全傳輸。由于音頻數(shù)據(jù)被嵌入在TMDS流中，因此HDCP加密能夠同時(shí)保護(hù)音頻與視頻數(shù)據(jù)。
當(dāng)系統(tǒng)控制器為HDMI發(fā)射器芯片提供未經(jīng)壓縮的并行視頻數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)射器將在加密數(shù)據(jù)之前對并行視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行TMDS串行轉(zhuǎn)換和色空間轉(zhuǎn)換，再將其作為兼容HDMI信號發(fā)射出去。提供未經(jīng)壓縮的音頻與視頻數(shù)據(jù)的系統(tǒng)控制器通常為融入源設(shè)備的ASIC設(shè)計(jì)，如高清DVD/Blu-ray播放器、機(jī)頂盒或游戲機(jī)等。這種電路必須進(jìn)行改進(jìn)以滿足深色技術(shù)的要求。
典型子系統(tǒng)的控制器包括壓縮解碼器、將音頻數(shù)據(jù)流由組合數(shù)據(jù)流中分離出來的運(yùn)算邏輯（組合數(shù)據(jù)流由磁盤中讀取，或被匯入機(jī)頂盒），以及幀緩沖控制邏輯。在通常情況下，常用的DRAM可被用來存儲數(shù)據(jù)，因此幀緩沖可位于ASIC外部。HDMI1.3版本的幀緩沖通常要大于HDMI1.2系統(tǒng)的幀緩沖，以存儲深色圖像的色彩內(nèi)容。
與上一代HDMI接收器芯片類似，HDMI1.3版本接收器解決方案包括一部HDCP解密引擎，用于對被保護(hù)內(nèi)容進(jìn)行正確解碼。舉例來說，每一部SiI9125都使用完全集成的獨(dú)特HDCP密鑰編程，以提供對保護(hù)內(nèi)容的便捷訪問，同時(shí)減少系統(tǒng)廠商的制造復(fù)雜度和制造成本。接收器芯片捕捉高速串行數(shù)據(jù)流，對比特流進(jìn)行解碼并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為適當(dāng)?shù)牟⑿懈袷剑ㄈ缬糜谏畹?6位，或用于標(biāo)準(zhǔn)色彩的24位）并傳輸?shù)斤@示子系統(tǒng)中。
除因支持深色而需要更寬的數(shù)據(jù)通道外，高清顯示子系統(tǒng)基本上沒有改變。實(shí)現(xiàn)這一變動(dòng)只需對現(xiàn)有電路進(jìn)行簡單改進(jìn)，因此系統(tǒng)電子成本幾乎沒有增加。這樣，設(shè)計(jì)者就無需費(fèi)力更新高清顯示器/接收器以處理深色數(shù)據(jù)，尤其是許多高清顯示子系統(tǒng)已經(jīng)具有處理比HDMI1.2版本更豐富的色彩的能力。這些微小的設(shè)計(jì)變動(dòng)將使系統(tǒng)具備強(qiáng)大的HDMI1.3版本深色功能，提供栩栩如生的鮮明色彩，使用戶享受到逼真的電視體驗(yàn)。
MichaelSchumacher，技術(shù)營銷經(jīng)理
AnjumTanveer，產(chǎn)品營銷高級經(jīng)理
SiliconImage公司，加利福尼亞州森尼維耳市（Sunnyvale）
HDMI 版本表
1.3版本 | 1.1版本 | 1.0版本 | ||
發(fā)布日期 | 2006年6月 | 2005年12月 | 2004年5月 | 2002年12月 |
視頻帶寬 | 340 MHz (10 Gbps) 1080p，刷新率最高為120Hz | 165 MHz (5 Gbps) 1080p，刷新率60Hz | 165 MHz (5 Gbps) 1080p，刷新率60Hz | 165 MHz (5 Gbps) 1080p，刷新率60Hz |
色深 | 24，30，36，48 位 | 24 位 | 24 位 | 24 位 |
色彩空間 | xvYCC，RGB，YCbCr | RGB，YCbCr | RGB, YCbCr | RGB, YCbCr |
音頻 | 杜比 True HD，DTS-HD，SACD，DVD音頻，PCM，杜比數(shù)字，DTS | SACD，DVD音頻，PCM，杜比數(shù)字，DTS | DVD音頻，PCM，杜比數(shù)字，DTS | PCM，杜比數(shù)字，DTS |
控制 | CEC | CEC | CEC | CEC |
連接器 | 迷你HDMI，A型 | A型 | A型 | A型 |
說明: 所有新版本均向后兼容先前版本。
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