HDMI_FPGA实现4K60TMDS编码解码.docx

### HDMI_FPGA实现4K60TMDS编码解码 #### 第一节：HDMI 1.4 TMDS编码解码原理 HDMI (High Definition Multimedia Interface) 是一种广泛应用于高清视频传输的标准接口，它能够支持高质量的无压缩视频与多声道音频数据传输。HDMI 1.4版本作为HDMI标准的一个重要版本，引入了多项增强功能，包括对3D视频的支持、以太网通道、音频回传通道等。本节主要介绍HDMI 1.4标准下的TMDS (Transition Minimized Differential Signaling) 编码解码原理。 ##### 1.1 TMDS通道结构 一个HDMI接口包括三个TMDS数据通道和一个TMDS时钟通道（像素时钟）。每个TMDS时钟周期内，TMDS数据通道上会发送一个10位的字符信息。这种设计确保了数据的高效传输，并通过最小化信号跳变来减少电磁干扰。 ##### 1.2 TMDS数据编码 **1.2.1 视频像素周期：TMDS视频数据编码** TMDS视频数据编码将像素的8位数据转化为10位的字符。这种编码方式不同于传统的8b/10b编码方法。其核心思想在于两步转换： 1. **第一阶段：最小变换码生成** - 将输入的8位数据D[0:7]转换为9位最小变换码q_m[0:8]。这一过程中，第9位（q_m[8]）用于指示运算方式，即根据具体情况选择异或运算（XOR）或同或运算（NXOR）。 - 举例说明：对于输入数据D[0:7] = 10111010，经过转换后得到q_m[0:8] = 100001100；对于输入数据D[0:7] = 10101000，转换结果为q_m[0:8] = 110011111；而当输入数据为D[0:7] = 00101101时，转换结果为q_m[0:8] = 011000110。这些例子显示了编码后数据的跳变次数减少，有助于提升数据在线缆中的稳定传输性能。 2. **第二阶段：直流平衡码生成** - 在这一阶段，9位的最小变换码进一步转换为10位的直流平衡码（q_out[0:9]）。该过程确保输出的编码具有良好的直流平衡特性，即1和0的数量大致相等，从而进一步降低信号失真和噪声影响。 **1.2.2 控制周期：控制周期编码** 对于2位的控制数据，TMDS编码将其编码为10位，以便于传输和接收端的同步处理。 **1.2.3 数据岛周期：TERC编码** 对于4位的数据岛数据，TMDS采用TERC编码将其编码为10位。数据岛周期主要用于传输非视频数据，如音频数据包和激活视频信息的视频辅助数据包。 ##### 1.3 TMDS数据解码 **1.3.1 视频像素周期解码** 视频像素周期解码是将接收到的10位数据解码为原始的8位视频数据。该过程基于上述编码规则的逆向操作完成。 **1.3.2 控制周期解码** 控制周期解码同样遵循特定的解码规则，将10位编码数据还原为2位的控制信息。 **1.3.3 数据岛周期解码** 数据岛周期解码涉及将10位编码数据解码为4位的原始数据。这一过程对于恢复音频数据包和其他辅助信息至关重要。 ##### 1.4 数据岛周期和视频像素周期的区分 为了区分数据岛周期和视频像素周期，在每个周期之前都会有一系列特定的控制信号作为前导码。例如，视频像素周期的前导码为ctl0123=4'b1000，表示接下来的数据周期为视频像素周期。类似地，数据岛周期也有其特定的前导码。 此外，数据岛周期和视频像素周期之间还有保护带，以防止数据间的相互干扰。视频像素周期前后没有额外的保护带，而数据岛周期前后各有两个字节的保护带。 ### 结论 通过对HDMI_FPGA实现4K60TMDS编码解码的理解，我们可以看到HDMI标准如何通过高效的编码解码技术实现高质量的视频和音频传输。TMDS编码机制不仅能够有效减少信号传输过程中的电磁干扰，还能确保数据的准确传输，这对于实现高清晰度视频传输至关重要。对于硬件工程师和系统设计师而言，深入了解这些编码解码机制对于优化HDMI接口的设计和性能具有重要意义。