科普 | HDMI接口及规范_hdmi显示规范

HDMI定义及术语

HDMI（High Definition Multimedia Interface）高解晰度多媒体数位传输界面；它是基于DVI（Digital Visual Interface）的基础上延伸出的新定义；

它所涉及的概念有：

• TMDS：(Time Minimized Differential Signal)最小化差分信号传输，是一种差分信号传输方式，HDMI信号传输通道采用了这种方式。

• HDCP: （High-bandwidthDigital Content Protection）高带宽数字内容保护。

• DDC: Display Data Channel

• CEC: Consumer Electronics Control

• EDID: Extended Display Identification Data

• E-EDIO: Enhanced Extended Display Identification Data 增强扩展显示识别数据

它们在HDMI的传输过程中的表示大致如下图：

TMDS:

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。

HDMI 带宽和TMDS 的关系
在HDMI 标准中所规定的带宽, 在1.0 版本就设定为最高4.96Gbps ,而在1.3 版本中规
定是10.2Gbps,这数值如何得来的呢? 请看以下公式:

串行接口带宽=系统时钟频率x 数据量

HDMI 电路中的时钟频率，在最初制定时范围从25MHz-340MHz 之间，也就是说一个
TMDS 通道每秒最多能传输340MHz×10bit=3.4Gbit 的数据，3 个TMDS 通道一秒就可
以传输3.40×3=10.2Gbit 的数据，再加上控制数据，用标准方法表示就是1.2Gbps 的带
宽。而如果用像素点来表示，那就是一秒可以传输显示10.2G 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。

HDCP

HDCP（High -bandwidth Digital Content Protection）：高带宽数字内容保护技术。HDTV（高清电视）时代即将来临，为了适应高清电视的高带宽，出现了HDMI。HDMI是一种高清数字接口标准，它可以提供很高的带宽，无损地传输数字视频和音频信号。为了保证HDMI或者DVI传输的高清晰信号不会被非法录制，就出现了HDCP技术。HDCP技术规范由Intel领头完成，当用户进行非法复制时，该技术会进行干扰，降低复制出来的影像的质量，从而对内容进行保护。

在电脑平台上受到HDCP技术(简称DP)保护的数据内容在输出时会由操作系统中的COPP驱动(认证输出保护协议)首先验证显卡，只有合法的显卡才能实现内容输出，随后要认证显示设备的密钥，只有符合HDCP要求的设备才可以最终显示显卡传送来的内容。HDCP传输过程中，发送端和接受端都存储一个可用密钥集，这些密钥都是秘密存储，发送端和接受端都根据密钥进行加密解密运算，这样的运算中还要加入一个特别的值KSV(视频加密密钥)。同时HDCP的每个设备会有一个唯一的KSV序列号，发送端和接受端的密码处理单元会核对对方的KSV值，以确保连接是合法的。HDCP 2.2 是目前最新版本 。

EDID

EDID: Extended Display Identification Data(扩展显示标识数据)是一种VESA 标准数据格式，其中包含有关监视器及其性能的参数，包括供应商信息、最大图像大小、颜色设置、厂商预设置、频率范围的限制以及显示器名和序列号的字符串。

这些信息保存在 display 节中，通过 DDC(Display Data Channel)与系统进行通信，这是在显示器和 PC 图形适配器之间进行的。一般EDID存在于显示器的PROM或EEPROM内。一般如要读取EDID都是透过I2C，slave address是0x50。目前HDMI 1.0 - 1.3c使用EDID结构1.3版。 许多现成的套装软件都可以读取并显示EDID信息；

EDID在HDMI中的应用

EDID是VESA组织制定的PC显示器的显示格式数据规范，是HDMI接口的一个重要组成部分。HDMI接口的发送端和接收端，通过EDID（Extended Display Identification Data）来协商双方传输的图像格式。发送端通过读取接收端的EDID数据，来判断接收端是否为HDMI设备。HDMI以其优异的性能被广泛使用在高清图像传输中，HDMI双方以什么方式传输图像，依赖于接收端EDID数据结构的内容。EDID数据决定了接收端显示设备的属性。发送端靠从接收设备读来的EDID， 判断监视器的属性，决定用什么方式传输图像。如果EDID设置不正确，系统就有可能不能识别HDMI设备，不能以高清格式传输图像。因此，EDID的设置至关重要。

HDMI版本发展

HDMI 1.0

HDMI 1.0版本于2002年12月推出，它的最大特点就是整合了音频流的数字接口，与当时PC界面中很流行的DVI接口相比，它更先进，更方便。

HDMI 1.0版本支持从DVD到蓝光格式的视频流，而且具备CEC（consumer electronics control）功能，也就是在应用中，可以在所有连接设备间形成一种共通的联络，对设备组具备更方便的控制。

HDMI 1.1

2004年5月，HDMI 1.1版本面试。新增对DVD音频的支持。

HDMI 1.2

HDMI1.2版本于2005年8月推出，很大程度上解决了HDMI 1.1支持的分辨率较低、同电脑设备兼容性较差等问题。1.2版像素时钟运行频率达到165MHz，数据量达到4.95 Gbps，因此可以实现1080P。可以认为1.2版解决的是电视的1080P和电脑的点对点问题。

HDMI 1.3

2006年6月HDMI 1.3更新，带来最大的变化是将单链接带宽频率提升到340MHz，也就能让这些液晶电视获得10.2Gbps的数据传输量，1.3版的线是有4对传输通道组成，其中1对通道是时钟通道，另外3对是TMDS通道（最小化传输差分信号），他们的传输速度分别为3.4GBPS。那么3对就是3*3.4=10.2GPBS更是能将HDMI1.1、1.2版本所支持的24位色深大幅扩充至30位、36位及48位（RGB或YCbCr）。HDMI 1.3支持1080P；一些要求不高的3D也支持（理论上不支持，实际有些可以）。

HDMI 1.4

HDMI 1.4版本已经可以支持4K了，但是受制于带宽10.2Gbps，最高只能达到3840×2160分辨率和30FPS帧率。

HDMI 2.0

HDMI 2.0的带宽扩充到了18Gbps，支持即插即用和热插拔，支持3840×2160分辨率和50FPS、60FPS帧率。同时在音频方面支持最多32个声道，以及最高1536kHz采样率。HDMI 2.0并没有定义新的数据线和接头、接口，因此能保持对HDMI 1.x的完美向下兼容，现有的二类数据线可直接使用。HDMI 2.0并不会取代HDMI 1.x，而是基于后者的增强，任何设备要想支持HDMI 2.0必须首先保证对HDMI 1.x的基础性支持。

HDMI 2.1

该标准可提供高达48Gbps的带宽，更具体的数字来说，全新的 HDMI 2.1 标准现在支持 7680×4320@60Hz，支持 4K@120hz。其中 4K 包括真 4K 的4096×2160 像素和 3840×2160 像素，而在 HDMI 2.0 规范中，最高仅支持 4K@60Hz。

版本对比图：

HDMI接口类型：

A类（Type A）HDMI A Type是使用最广泛的HDMI线缆，HDMI A接口共有19pin，宽度为13.9毫米，厚度为4.45毫米。一般平板电视或视频设备，都提供了这种尺寸的接口，Type A有19针，宽度为13.9毫米、厚度为4.45毫米，现在日常生活使用中的影音设备99%都配有这种尺寸的接口。比如：蓝光播放器、小米盒子、笔记本电脑、液晶电视、投影机等等。

B类（Type B）HDMI B Type生活中比较少见。HDMI B接口采用29pin，宽度21毫米。HDMI B Type的数据传输能力比HDMI A type快近两倍，相当于DVI Dual-Link。由于多数影音设备工作频率均在165MHz以下，而HDMI B Type的工作频率在270MHZ以上，在家庭应用中完全是过于“强悍”，现在只应用于一些专业场合，如WQXGA 2560×1600以上的分辨率。

C类（Type C）HDMI C Type常称为Mini HDMI，它主要是为小型设备设计的。HDMI C Type同样采用19pin，其尺寸为10.42×2.4毫米比Type A小了将近1/3，应用范围很小，主要应用在便携式设备上，比如数码相机、便携式播放机等设备。

D类（Type D）HDMI D Type俗称Micro HDMI。HDMI D Type是最新的接口类型，尺寸进一步缩小。采用了双排针脚设计，同样为19pin，宽度只有6.4毫米，厚度2.8毫米，很像Mini USB接口。主要应用于小型的移动设备上面，更适用于便携和车载设备。比如：手机、平板电脑等。

E类（Type E) HDMI E Type主要用于车载娱乐系统的音视频传输。由于车内环境的不稳定性，HDMI E Type在设计上具备抗震性、防潮、耐高强度、温差承受范围大等特性。在物理结构上，采用机械式锁定设计，能保证接触可靠性。

Pin脚定义（Type A）

HDMI 物理接线示意图