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HDMI 传输原理解析
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2010-05-12
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那么到底 HDMI 标准采用了什么样的传输原理?HDMI 的具体性能又是怎样?下面就进入本文的第二部分: 详解 HDMI 技术。
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第一节:HDMI 传输原理解析
那么到底 HDMI 标准采用了什么样的传输原理?HDMI 的具体性能又是怎样?下面就进入本文的第二部分:
详解 HDMI 技术。
第一节:HDMI 传输原理解析
如同最顶级的发动机是 F1 赛车驰骋赛场的保障一样,HDMI 标准之所以拥有强大的数据传输能力,和它
的传输原理是分不开的,下面我们就看看 HDMI 标准的传输原理是什么。
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 的数据流。而这
10bit 数据,可以由若干种不同的编码格式构成。
TMDS 对每个像素点中的 RGB 三原色分别按 8bit 编码
TMDS 数据发送时序结构
一般来说,HDMI 传输的编码格式中要包含视频数据(HDMI1.3 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)。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岛传输周期,分别对应上述的三种数据类型。
HDMI 带宽和 TMDS 的关系
而在 HDMI 标准中所规定的带宽,在 1.0 版本就设定为最高 4.96Gbps。那么这一数值是怎么的来的呢?
和 TMDS 又有什么关系呢?我们看下面的公式:
这是一个适用于所有串口传输接口带宽计算的公式。在所有的数字电路中,都有一个负责提供基本频
率的元器件——晶振,它就像是一个精确的闹钟一样,电路中所有的元器件都按照它的节奏统一行动。
比方说,某一运算电路的晶振频率是 100Hz,就是说这一电路在一秒钟内可以进行 100 次运算过程。由此
可见,晶振的工作频率越高,每秒所能处理的运算次数就会越多,数据的处理能力也就会越强大。而
HDMI 标准中,这个原理同样适用。
HDMI 电路中的时钟频率,在最初制定时范围从 25MHz-165MHz 之间,也就是说一个 TMDS 通道每秒最多
能传输 165MHz×10bit=1.65Gbit 的数据,3 个 TMDS 通道一秒就可以传输 1.65×3=4.95Gbit 的数据,再加
上控制数据,用标准方法表示就是 4.96Gbps 的带宽。而如果用像素点来表示,那就是一秒可以传输显示
1.65G 个像素点(一个完整的像素点信息由 R/G/B 三原色信息构成)所需要的数据量。
在数字音频方面,HDMI 灵活的支持符合 IEC60985 L-PCM 标准的 32kHz、44.1kHz 和 48kHz、16bit 量
化的立体声数字音频信号和 IEC 61937 标准的采样率为 192KHz,24bit 量化的单路无压缩 PCM 数字音频信
号,或者 8 路 96kHz 的声音数据流。此外,在家庭影院中常用的 DolbyDigital5.1 和 DTS 数字音频格式也
能通过 HDMI 直接传输。
HDMI 编码图例:3 个 TMDS 分别传输像素点的 RGB 数据
HDMI 标准继续沿用了和 DVI 相同的,由 Silicon Image 公司发明的 TMDS(Time Minimized
Differential Signal)最小化传输差分信号传输技术。TMDS 是一种微分信号机制,采用的是差分传动方
式。这不仅是 DVI 技术的基础,也是 HDMI 技术的基础原理。
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。
第二节:HDMI 接口类型
按照电气结构和物理形状的区别,HDMI 接口可以分为 Type A 、Type B、 Type C 三种类型。每种类型的
接口分别由用于设备端的插座和线材端的插头组成,使用 5V 低电压驱动,阻抗都是 100 欧姆。这三种插
头都可以提供可靠的 TMDS 连接,其中 A 型是标准的 19 针 HDMI 接口,普及率最高;B 型接口尺寸稍大,但
是有 29 个引脚,可以提供双 TMDS 传输通道,因此支持更高的数据传输率和 Dual-Link DVI 连接。而 C 型
接口和 A 型接口性能一致,但是体积较小,更加适合紧凑型便携设备使用。
Type A 的物理规格
A 型的插头外径是最宽处 13.9 毫米,高 4.45 毫米。内部的引脚呈环状排列。而 HDMI 标准规定这些尺
寸的误差要控制在相当小的范围内(0.05 毫米左右),以保证良好的接触性。
以 Type A 为例,HDMI 各引脚的定义如下:
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