HDMI/DVI新技術與芯片及其應用

　　近年來視頻傳輸領域幾乎經(jīng)歷了從模擬到數(shù)字根本轉變，VGA(視頻圖像陣列)和分量視頻—模擬視頻（模擬分量視頻信號(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。這是因為隨著人們對圖像顯示質量要求的不斷提升，傳統(tǒng)的以模擬方式來傳輸和顯示多媒體信號的技術已經(jīng)不能滿足人們的要求，特別是傳統(tǒng)的模擬視頻接口標準無法適應新的產(chǎn)品在帶寬、內容保護、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類數(shù)字視頻設備的應用越來越普遍使得HDMI UDI DisplayPort等新標準顯得更能適應市場的需求，本文將對HDMI/DVI新技術與芯片及其應用作分析說明。

　　1、先述HDMI/DVI數(shù)字視頻接口基本架構

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

　　1.1 HDMI/DVI數(shù)字視頻接口的設計思想

　　DVI用于至數(shù)字顯示器的高速數(shù)字連接。DVI采用了TMDS技術來傳輸數(shù)據(jù)的高頻(視頻)信號(見圖1紅色塊所示)。

　　



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

　　高帶寬數(shù)字內容保護(HDCP)。用于通過DVl發(fā)送視頻信號時的內容保護；HDCP的實現(xiàn)（見圖1蘭色塊HDMI/DVI- HDCP的實現(xiàn)示意），需要從數(shù)字內容保護認證的L.L.C(Intel的子公司)獲取唯一的許可。

　　其HDCP基礎。認證是一個流程，用于核實一個經(jīng)授權的器件以處理受保護的內容；閏用加密技術防止受保護內容受到竊聽。

　　其TMDS 信號采用四個差分對傳輸R、G、B和時鐘，占用19針連接器的8個引腳。HDMI和DVI設計為“即插即用”，即監(jiān)視器(接收端)和視頻源連接在一起時尋找以最佳性能協(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，但無法處理LoF(低頻)信號。

　　1.2 HDMI/DVI數(shù)字視頻接口功能

　　要實現(xiàn)HDMI和DVI系統(tǒng)中的“即插即用”功能，源端(通常是一臺電腦、DVD播放器或游戲機)和接收端(通常是監(jiān)視器或接收機)必須連接起來。HDMI 和DVI借用VESA (視頻電子標準協(xié)會)的開放標準，采用DDC(數(shù)字顯示通道)、一個稱為HPD的新信號(熱插拔檢測)、以及一路可以由源端向接收端提供50mA電流的標準5V信號。在標準的VESA方法中，源端尋址EDID(擴展顯示標識數(shù)據(jù))EPROM。該EPROM器件包含接收設備的品牌、類型號、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HDMI/DVI連接器連接源端與接收端EDIDEPROM的示意圖?！　?



　　圖2 中給出了作為四個差分對連接的TMDS信號，+5V，HPD以及DDC信號。DDC信號連接至EDID。EDID電源由接收端內部提供。該圖說明了源端和接收端的通用連接模式。源端和接收端通過I2C兼容的DDC線路進行通信。I2C規(guī)范是+5V規(guī)范。典型的EDID EPROM如24LC22包含2kb的EPROM用于存儲所需信息，可工作于2.5V至5.5V。工作于+3.3V電源時，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。

　　顯示數(shù)據(jù)信道(DDC)是用于讀取表示接收側清晰度等顯示能力的擴展顯示標識數(shù)據(jù)(EDID)的信號線。搭載HDCP的發(fā)送接收設備之間也利用DDC線進行密碼鍵的認證。而連接源設備與接收器.任何源設備與接收器之間的HDMI連接都具有智能化的特點，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)過自動優(yōu)化、達到最佳質量模式的音頻與視頻體驗，所有連接在一起的HDMI設備都能夠對這種功能提供相互支持。

　　既然HDMI/DVI是基于TMDS技術支持，所以應對其技術特征作分析。

　　2、TMDS(最小跳變差分信號)技術特征

　　最小化傳輸差分信號(TMDS)作為電氣電平的標準。被應用于發(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)。其設計考慮因素之包括：

　　對內偏斜(Intra-Pai rSkew)。在給定的一對差分信號上，真(true)信號及其互補信號之間的時間差應盡可能的?。?nbsp;

　　殘余抖動(Residual Jitter)。測試點與信號源之間所測量到的抖動數(shù)量的差異?？山邮艿淖畲髿堄喽秳拥葍r于發(fā)射機與接收機之間最小的抖動預計量(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。

　　TMDS 包括3個RGB數(shù)據(jù)和1個時鐘，共計4個通道(稱為1個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；接收端設備對串行數(shù)據(jù)解串行變成并行數(shù)據(jù)，再轉換成8位視頻信號。因此，傳輸數(shù)字RGB數(shù)據(jù)需要3 個轉換最小化差分采樣信號構成一個TMDS連接。

       為此可將圖2具體細化如圖3所示說明?！　?



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

　　從上圖3可知，發(fā)送器分別將視頻、音頻信號變換并合成為接收器可接收的信號格式。然后，進行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，以最小化差分信號形式進行傳輸。在接收側進行的處理與發(fā)送側順序相反。搭載HDCP的發(fā)送接收設備之間也利用DDC線進行密碼鍵的認證。這是一個使用了硬件ID的加密系統(tǒng)，發(fā)送側和接收側以一定間隔相互確認進行傳輸。HDMI搭載了認證不成立或者中途不成立時圖像和音頻信號傳輸立即被中斷的強大內容保護技術。

　　3、HDMI是DVI標準的升級和增強版

　　HDMI 是DVI標準的升級和增強版，支持音頻信號，改進了DVI標準的不足，可以簡單理解為：DVI+音頻=HDMI。HDMI接口小巧(與USB相當)，傳輸?shù)木€纜長度15m，HDMI向下兼容DVI，HDMl也支持HDCP(高帶寬數(shù)字內容保護)，避免內容非法拷貝，同時還支持VESA組織的EDID(擴展顯示識別數(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)和時鐘，共4個通道(稱為1個連接)的系列傳輸回路，1個通道帶寬165MHz(4.95Gb／s)。顯示數(shù)據(jù)信道(DDC)是用于讀取表示接收側清晰度等顯示能力的擴展顯示標識數(shù)據(jù)(EDID)的信號線。搭載HDCP的發(fā)送接收設備之間也利用DDC線進行密碼鍵的認證。這是一個使用了硬件ID的加密系統(tǒng)，發(fā)送側和接收側以一定間隔相互確認進行傳輸。HDMI搭載了認證不成立或者中途不成立時圖像和音頻信號傳輸立即被中斷的強大內容保護技術。

　　4、HDMl在深色技術中的應用頗受青睞。

　　4.1新版的HDMl l.3標準特征優(yōu)勢。

　　最新版的HDMl l.3標準，它具有高傳輸帶寬(10.2 Gb／s)、深色和“xvYCC”色彩等強大功能時，隨著視頻分辨率從標清到高清的演化，視頻帶寬的不斷增加將是大勢所趨。其性能指標：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)出來的清晰、明快的畫面內容也將比以往更為豐富。HDMl 1.3版本的特點包括深色技術(DeepColor)帶來的更加生動鮮明的色彩，以及多項其他改進，如：更為出色的聲音與畫面的同步功能、支持無損高清音頻格式、xvYCC擴展色譜以及全新的小型連接器等。從而為用戶帶來更為鮮艷的色彩和更為逼真的電視體驗，解決了當今高對比度顯示技術常見的帶狀干擾問題。深色技術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xvYCC色彩標準的支持，從而極大地擴展了現(xiàn)有高清電視的色譜，如高清DVD與藍光播放器等。深色技術還被應用于最新的游戲機產(chǎn)品中，見設計方案框圖4所示，為游戲機玩家?guī)砀鼮樯鷦拥挠螒蝮w驗?！　?



　　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。
為了完全實現(xiàn)源設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的帶寬信號。值此討對當今電纜均衡器新技術典型應用作說明。 

    　4.2數(shù)字視頻均衡器新技術應用

　　數(shù)字均衡器擴展DVI／HDMI電纜的距離至60米，帶有