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HDMI完全使用手册

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HDMI完全使用手册

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高清时代一统江山!HDMI 完全使用手册 第一节:数字化影音时代模拟接口的缺陷 说起显示设备,很多人都会在第一时间想起电视机和电脑显示器这些在生活中随处可见的设 备。的确,随着人类社会的不断进步,各种显示设备已经在人类社会中发挥了巨大的作用, 无论是在工业生产的第一线,还是在家庭休闲娱乐的时刻,人们都希望能看到清晰、流畅的 影像。而对于显示设备来说,要想显示出丰富多彩的高分辨率画面,除了高质量的信号源, 还需要一个高性能的信号传输、接收装置,也就是我们常说的信号接口。打个比方,我们可 以把影像信号看成装满了货物的汽车,那么传输影像信号的装置就是让汽车行驶的公路(信 号接口的带宽就如同公路的通行能力)。人们为了提高影像的清晰度,不停的在增加公路上 行驶的汽车数量(以装载更多的数据量),而要保证汽车不会发生拥堵,将公路升级改造为 通行量更大、更宽的高速公路,就是一个必不可少的手段。 这四种都是最常见的模拟输出端子 在过去的相当一段时间内,以 CRT 为代表的模拟显示设备占据了整个显示设备中的绝大 多数。由于生产工艺的限制,CRT 显示设备的尺寸普遍较小,分辨率也不是特别高。同时从 信号的数据量来看,也不是特别巨大,因此兼容性强、而成本低廉的各种模拟接口得到了广 泛应用,比如很多人都熟悉的 AV 接口、S 端子、色差端子和 VGA 接口。 进入 21 世纪后,随着液晶电视、等离子电视等大尺寸数字化平板显示设备的普及,以及高 清电视格式(720p/1080i/1080p)的确定,传统模拟接口的带宽已经已经不能满足海量数据 流传输的需要,也不符合数字化的潮流。因此,传输速度更快的全数字化接口势必会成为传 统模拟接口的终结者。 好莱坞是防盗版技术的最大受益者 除了数据传输能力的限制,另一个影响到模拟接口继续使用的因素来自好莱坞的影视出 版商们。由于模拟接口不具备任何防盗版能力,因此盗版影片、电视剧的横行给他们造成了 巨大的经济损失。根据美国影协的统计,仅 2005 年,因为盗版问题好莱坞的几个主要电影 制片厂就损失了近 61 亿美元。如果算上电视剧等方面,这个数字会更加惊人,因此,具有 版权保护功能的数字接口也得到了好莱坞方面的热烈欢迎。 当然,数字接口只是一个比较笼统的称谓,只要是传输“0”和“1”数字信号的接口, 都可以看成是数字接口。比如常见的 USB 接口,就是一种纯正的数字接口,但是很显然,现 在并没有多少设备在用 USB 接口作为视频信号传输的方式。所以,打造出适合影像传输的专 用型数字化接口就显得非常重要。 第二节:HDMI 标准横空出世 HDMI 的全称是“High Definition Multimedia Interface 高清多媒体接口”。2002 年 4 月,来自电子电器行业的 7 家公司——日立、松下、飞利浦、Silicon Image、索尼、汤 姆逊、东芝共同组建了 HDMI 高清多媒体接口接口组织 HDMI Founders(HDMI 论坛),开始 着手制定一种符合高清时代标准的全新数字化视频/音频接口技术。经过半年多时间的准备 工作,HDMI founders 在 2002 年 12 月 9 日正式发布了 HDMI 1.0 版标准,标志着 HDMI 技术 正式进入历史舞台。 HDMI 技术的推出,并不是这些厂家一时兴起的冲动行为,相反,在 HDMI 技术推出的背 后,还有这更多的深层次原因。 1999 年 4 月份,为了满足数字化时代高质量图形影像的要求,DDWG(Digital Display Working Group)数字显示工作组以美国 Silicon Image 公司的专利技术为蓝本,推出了一种 名为 DVI(Digital Visual Interface)的接口,旨在统一新时代数字显示接口标准。这一技 术并且得到了 IT 业内以 Intel、DELL、HP、IBM、微软等个大企业的广泛支持。经过 3 年多 的推广,DVI 技术在计算机显示输出领域得到了迅速运用,但是伴随着数字高清影音技术的 发展,DVI 接口也开始逐渐暴露出种种问题,甚至在一定程度上成为数字影像技术进步的瓶 颈。 DVI 接口 DVI 接口虽然是一种全数字化的传输技术,但是在开发之初,其最初目标就是要实现高 清晰、无损压缩的数字信号传输。由于没有考虑到 IT 产品和 AV 产品融合的趋势,DVI 标准 过分偏重于对计算机显示设备的支持而忽略了对数字平板电视等 AV 设备的支持。同时,对 于一直关注盗版问题的好莱坞出版商们,DVI 接口也没有提供他们所关心的版权防盗功能。 因此从最后的结果来看,DVI 接口虽然成功的实现了无损高清传输这一目标,但是过于专一 的定位也在相当程度上造成了整体性能的落后。下面我们看看 DVI 接口存在的主要问题: * DVI 接口考虑的对象是 PC,对于平板电视的兼容能力一般。 * DVI 接口对影像版权保护缺乏支持。 * DVI 接口只支持计算机领域的 RGB 数字信号,而对数字化的色差信号 无 法支持。 * DVI 接口只支持 8bit 的 RGB 信号传输,不能让广色域的显示终端发挥出 最佳性能。 * DVI 接口出于兼容性考虑,预留了不少引脚以支持模拟设备,造成接 口体积较大,效率很低。 * DVI 接口只能传输图像信号,对于数字音频信号的支持完全没有考 虑。 由于以上种种缺陷,DVI 接口已经不能更好的满足整个行业的发展需要。因此,无论是 IT 厂商,平板电视制造商,还是好莱坞的众多出版商,都迫切需要一种更好的能满足未来 高清视频行业发展的接口技术,也正是基于这些原因,才促使了 HDMI 标准的诞生。 第三节:HDMI 标准的主要特性和优势 在 HDMI 标准制定之初,并没有抛弃 DVI 标准中相对成熟且较易实现的部分技术标准。 整个传输原理依然是基于 Silicon Image 公司的 TMDS 编码技术。而对于 DVI 接口存在的各 种缺陷,HDMI 进行了大幅提升,主要体现在以下方面: * 更好的抗干扰性能,能实现最长 20 米的无增益传输。 * 针对大尺寸数字平板电视分辨率进行优化,兼容性好。 * 支持 EDID(注 1)和 DDC2B(注 2)标准,设备之间可以智能选择最佳匹配的连接方 式。 * 拥有强大的版权保护机制(HDCP),有效防止盗版现象。 * 支持 24bit 色深处理,(RGB、YCbCr4-4-4、YCbCr4-2-2)。 * 接口体积小,各种设备都能轻松安装。 * 一根线缆实现数字音频、视频信号同步传输,有效降低使用成本和繁杂程度。 * 完全兼容 DVI 接口标准,用户不用担心新旧系统不匹配。 * 支持热插拔技术。 注 1:EDID(Extended Display Identification DATA,即扩展显示识别数据),最初是为 PC 显示器设置的优化显示格式而设计的规范,存储在显示器中专用的容量为 1Kb 的 EEROM 存储 器中。而 HDMI 接口,则遵从并且扩展了此规范。HDMI 接口在数字电视中的 EDID 数据结构,与 PC 显示器的最大区别是编程数据可以是 128Byte 的倍数,它不仅规定数字电视显示的格式,也 规定数字视频信号和数字音频信号。 注 2:DDC2B 是主机与显示设备准双向通讯的协议标准,主要基于 I2C 通讯协议。只有主机 向显示设备发出需求信号,并得到显示器的响应后,显示设备才会像主机送出 EDID 资料。 上述仅仅罗列了 HDMI 技术相对于 DVI 技术的主要优势,而随着 HDMI 标准本身的发展,其从 最初的 1.0 版本也进化出了 1.2 版本和 1.3 等后续版本,不仅性能更加强大,兼容性也更加 出色。因此,HDMI 正在成为高清时代普及率最高、用途最广泛的数字接口。在现在任何一 台平板电视上,HDMI 接口都成了标准化的配置。 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。 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。 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 编码图例:3 个 TMDS 分别传输像素点的 RGB 数据 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。 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 TYPE A 是最常见的接口形式 Type A 型 HDMI 插座成扁平的“D”型,上宽下窄。接口外侧设有一圈厚度为 0.5 毫米 的金属材质屏蔽层,防止来自外界的各种干扰信号。其中用于设备端的插座内径最宽处 14 毫米,高 4.55 毫米。19 跟引脚在中心位置分两层排列。每根引脚的宽度为 0.45 毫米,长 度为 4.1 毫米。 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: Type B 的物理规格 B 型 HDMI 接口的物理结构相比于 A 型接口,基本形状并没有太大变化,都是“D”型。 但是其插座端最大宽度达到了 21.3 毫米,比 A 型的 14 毫米足足大了一圈。 相应的,B 型接口的插头端尺寸也有所改变,具体看下图。 Type B 型接口 Type C 接口物理规格 C 型 HDMI 接口设计目的就是为了紧凑型便携设备,因此 C 型插座的尺寸只有 10.5×2.5 毫米,而插头也只有 10.42×2.4 毫米。非常的小巧。 Type C - Type A 转换器 这三种 HDMI 接口之间并没有做到完全的兼容,也就是说 A 型头不能通过转接设备连接 到 B 型头,B 型头又不能转接成 C 型头,不过由于 A 型头和 C 型头仅仅是物理尺寸上不一样, 他们之间是可以通过转换设备实现兼容的。 HDMI-DVI 之间的转换属于物理转换 由于和 DVI 采用了相同的 TMDS 传输机制,所以 HDMI 对 DVI 接口拥有非常强大的兼容性。 目前市面上也有不少 HDMI-DVI 的转接头产品,对于没有 HDMI 的老设备而言非常适用。而 HDMI-DVI 转接头在实质上就是两种接头间的物理转换工具,只涉及到接口的形状、尺寸和 引脚定义,在电路部分没有任何的变化。而 HDMI 标准中也考虑到了和 DVI 设备兼容的问题: 只要 HDMI 设备检测到对方发送的信号中不包含 HDMI 标准中规定的特殊控制数据(VSDB 信 号,专门用于两个设备之间互相确认对方身份),就会把对方认为 DVI 设备,并且把传输规 格切换到 DVI 格式,从而保证了良好的兼容性。 第三节:HDMI 支持的显示格式 HDMI 的带宽我们在上文已经做过解析。在 HDMI 第一版规格中,就已经拥有了最大 4.95Gbps 的传输速率,这种传输速率能支持多大规格的显示格式呢?我们不妨先算一算 HDTV 中最高的 1080p 格式的码率是多少。 那么 HDMI 最初标准中的 4.95G 的带宽够不够时下最流行的 HDTV 全高清规格使用呢?我 们不妨再算一算。HDTV 中分别规定了 720p/1080i/1080p 三种分辨率规格。以最高规格的 1080p/60Hz 格式为例,其需要显示的总像素个数是 1920×1080=2,073,600(2.073M)个。 每秒刷新 60 次,所需要显示的总像素数量也就 1.24G 个,总数据量是 1.24×3=3.72Gbps, 因此用 HDMI 的 4.95Gbps 带宽用起来也是绰绰有余。 在 PC 显示领域,HDMI 接口支持 SXGA:1280×1024@85Hz 和 UXGA:1600×1200@60Hz 规格。 而在广播电视行业使用的 TV 格式中,则支持标清格式下的 480i、480p(含 16:9 格式)、 576i、576p 规格以及高清 HDTV 中的 720p、1080i、1080p 规格。 第四节:HDCP 版权保护技术解析 1.HDCP 版权保护机制的功能 HDMI 技术另一大特点,就是具备完善的版权保护机制,因此受到了以好莱坞为代表的 影视娱乐产业的广泛欢迎。例如美国的节目内容分销商 DIRECTV、EchoStar,有线电视业者 协会 CableLabs,都明确表示要使用 HDCP 技术来保护他们的数字影音节目在传播过程中不 会被非法组织翻拍。因此,HDMI 加入了 HDCP 版权保护机制后,从节目源方面就会有更加充 分的保障。 HDCP 全名为(High-bandwidth Digital Content Protection),中文名称是“高带宽数 字内容保护”。HDCP 就是在使用数字格式进行传输的信号的基础上,再加入一层版权认证 保护的技术。这项技术是由好莱坞内容商与 Intel 公司合作发开,并在 2000 年 2 月份的时 候被正式推出。HDCP 技术可以被应用到各种数字化视频设备上,例如电脑的显示卡、DVD 播放机,显示器、电视机、投影机等等。 这个技术的开发目的就是为了解决 21 世纪数字化影像技术和电视技术高度发展后所带 来的盗版问题。在各种视频节目、有线电视节目、电影节目都实现数字化传播后,没有保护 的数字信号在传播、复制的过程中变得非常容易,并且不会像模拟信号,经过多次复制后会 出现明显的画质下降问题。因此会对整个影视行业产生极大的危害。这也是 HDCP 在 21 世纪 之初就迅速诞生的原因。 相比于传统的加密技术,HDCP 在内容保护机制上走了一条完全不同传统的道路,并且 收到了良好效果。传统的加密技术是通过复杂的密码设置,让全部数字信号都无法录制或播 放,但 HDCP 是将数字讯号进行加密后,让非法的录制等手段,无法达到原有的高分辨率画 质。也就是说,如果你的设备不支持 HDCP 协议,录制或播放的时候效果会大打折扣,或者 根本播放不出来。 HDCP 是一种双向内容保护机制 此外,HDCP 还是一种双向的内容保护机制。也就是说,HDCP 的要求是播放的数字内容 以及硬件本身都必须遵照一套完整的协议才能实现,其中一方面出现问题都可能导致播放失 败。打个比方,如果用户买的液晶电视有 HDCP 功能,但是 DVD 播放机却不带 HDCP 功能,那 么在看有 HDCP 版权保护的正版 DVD 时,是不能实现播放的。 2.HDCP 实现机制 每个支持 HDCP 的设备都必须拥有一个独一无二的 HDCP 密钥(Secret Device Keys),密 钥由 40 组 56bit 的数组密码组成。这个部分 HDCP 密钥可以放在单独的芯片中,也可以放在 其它芯片的内部,例如 ATI 和 Nvdia(世界两大著名显卡主芯片供应商)完全可以将它们放 入显示芯片中。每一个有 HDCP 芯片的设备会拥有一组私钥(Device Private Key),一组私 钥将会组成 KSV(Key Selection Vector)。KSV 相当于这台拥有 HDCP 芯片设备的 ID 号。 HDCP 传输器在发送讯号前,将会检查传输和接受数据的双方是否是 HDCP 设备,它利用 HDCP 密钥(Secret Device Keys),让传输器与接收端交换,这时双方将会获得一组 KSV 并 且开始进行运算,其运算的结果会让两方进行对照,若运算出来的数值相符,该传输器就可 以确认该接收端为合法的一方。 传输器确定了接收端符合要求,传输器便会开始进行传输讯号,不过这时传输器会在讯 号上加入了一组密码,接收端必须实时进行解密才能够正确的显示影像。换句话说,这 HDCP 并不是确认双方合法后就不管了,这家伙还在传输中加入了密码,以防止在传输过程中偷换 设备。具体的实现方法是 HDCP 系统会每 2 秒进行确认,同时每 128 帧画面进行一次发送端 和接受端计算一次 RI 值,比较两个 RI 值来确认连接是否同步。 密码和算法泄密是厂家最头疼的事,为了应对这个问题,HDCP 特别建立了“撤销密钥” 机制。每个设备的密钥集 KSV 值都是唯一的,HDCP 系统会在收到 KSV 值后在撤销列表中进 行比较和查找,出现在列表中的 KSV 将被认做非法,导致认证过程的失败。这里的撤销密钥 列表将包含在 HDCP 对应的多媒体数据中并将自动更新。简单的说,KSV 是针对每一个设备 制定了唯一的序号,比较自然的可用号码是每个设备的 SN 号。这样一来,即便是某个设备 被破解了,也不会影响到整体的加密效果。 独立的 HDCP 芯片 集成了 HDCP 的 HDMI 主控芯片,Silicon Image 公司产品 总的来说,HDCP 的规范相当严谨,除了内容本身加密外,传输过程也考虑的相当精细, 双方设备都要内置 HDCP 才能实现播放。但是最后需要指出的是,HDCP 和 HDMI 或者 DVI 接 口之间并没有必然的联系,只是 HDMI 标准在制定之初就已经详细的考虑到了对 HDCP 的支持, 并且在主控芯片中内置了 HDCP 编码引擎,因此在版权保护方面,要大大领先于 DVI 技术。 第五节:HDMI 标准的发展之路 HDMI 标准从 2002 年发布至今,已经经历了将近 5 年的时间。在这不算短的时间内,HDMI 标准也在根据不断变化的外部环境,进行着自身的更新,从最初的 1.0 版,到 1.1 版,到 1.2 版,再到目前最新的 1.3 版,HDMI 在性能不断进化的同时,基本的物理架构和传输原理 并没有发生太大的变化,因此也保证了良好的向下兼容性。 HDMI 接口版本发展之路回顾: 2002 年 2 月,七家厂商成立 HDMI Founders,共同开始着手制定 HDMI 标准。 2002 年 12 月,HDMI1.0 标准正是发布。 2004 年 5 月,HDMI1.0 标准的首个升级版 HDMI 1.1 标准发布,由于规格变化不大,没 有引起广泛关注。 2005 年 8 月,针对对 PC 领域设备支持不足的缺陷,HDMI 1.2 发布。相比于之前的规格, HDMI 1.2 版本增加了若干条非常重要的改进,在连接 PC 和数字音频时更加方便。 2005 年 12 月,针对 HDMI 1.2 标准的修改版 HDMI 1.2a 发布,主要增加了可以利用一 个遥控器控制多台电器的 CEC 功能,并且完善了各种 HDMI 设备的测试规则。 2006 年 5 月,自 HDMI 标准推出以来,规格变更最大、指标最高的 HDMI1.3 标准正是亮 相。在新的 HDMI 1.3 版本中,不仅带宽和数据传输速率增加了一倍,还加入了对 xvYCC 广 色域、高 bit 色深以及更高 HDTV/PC 分辨率规格的支持。 细细看过 HDMI 标准每一次推陈出新的时间,我们不难看出 HDMI 标准的更新频率在明显 加快。的确,导致 HDMI 标准快速发展的推动力,很大程度上是来自于最近几年高速发展的 数字影像技术和 HDTV 技术。而在最新的 HDMI 1.3 标准之中,这种现象就体现的非常明显。 下面第 7 节中,我们将带您深入 HDMI 1.3 标准,看看它都给我们的带来了什么样的新特性。 第六节:HDMI 音频功能解析 1.HDMI 音频功能浅析 在 HDMI 没有出现之前,数字音频信号的传输的主要依靠两种途径:采用标准 RCA 接口 的数字同轴电缆和 SPDIF 光纤传输。从传输的质量和特点上看,这两者各有千秋,但是都能 比较好的完成传输数字音频信号的目标。 同轴电缆都拥有比较完善的屏蔽层,中间的铜芯才是信号传输的通道 利用 75 欧姆同轴电缆传输数字音频信号是一种非常成熟且高质量的方式。这种接口标 准对设备端的硬件要求较低,但是在传输高频信号时,容易发生比较大的衰减,影响到最终 音质。 相比于同轴传输,光纤对设备接收、发射端的同步时许要求非常严格,在技术上比同轴 要难于实现,但是光纤技术在长距离传输方面的优势非常明显,不会出现同轴电缆长距离衰 减过大的问题,因此也得到了很多有距离限制以及新装修用户的青睐。 此外,无论是采用光纤传输,还是同轴电缆传输,都需要购买一根单独的连线,对于用 户来说,就意味着使用成本和复杂程度的增加。 HDMI 技术则综合了以上两者的优点:在物理层它没有采用对同步时序要求严格的光纤 连接,而是采用了成熟的电缆连接。其次,HDMI 理论上可以实现最高 20 米的无损耗数字音 频信号传播,那些对距离有要求的用户也能较好接受。最后,视频线缆和音频线缆的结合有 效降低了用户的购买成本,也能让设备端实现瘦身,同时降低厂商的生产成本。 新一代 AV 功放中 HDMI 接口已经成了必配 而从 HDMI 对音频格式支持的种类来看,其主要定位还是以家庭影院应用为主,PC 领域 用 HDMI 输出音频信号还需要更多显卡和声卡厂商的配合,所以在 AV 领域最主流的数字音频 格式将是 HDMI 紧盯的目标。在 HDMI 1.0 版本中,就加入了对 Dolby Digital 5.1 和 DTS 这两种应用最广泛的数字化多声道音频流的支持。同时随着数字电视的普及,数字伴音功能 也将在 HDMI 上得到广泛应用。这也就意味着全球所有的 DVD、高清视频、数字电视用户都 会是 HDMI 标准的潜在用户。 2.HDMI 对音频格式支持的变迁 HDMI 1.0 规范在开始的时候,就定义了支持 Dolby Digita 5.1(包括 Dolby Digital EX)和 DTS(包括 DTS-ES)。 HDMI 1.1 增加了支持 DVD-Audio 的功能, HDMI 1.2 增加了 SACD 功能。HDMI 1.3 增加了对新的无损数字环绕音频格式 Dolby TrueHD 和 DTS-HD Master Audio 的支持。 此外,HDMI(除 1.0 版外)都能够传输 8 声道 192kHz、24 比特的无压缩音频,其效 果优于其它所有消费音频格式。因此,如果播放器能够将音频格式解码为多声道 PCM,那么 就能够以解码 PCM 流的形式传输上述任何一种音频格式。通过这种方式,许多能够支持通 过 HDMI 输入接口传输多声道 PCM 音频的老式 A/V 接收器仍然能用来播放更新的 Dolby TrueHD 和 DTS-HD Master Audio 格式。HDMI 为制造商和用户提供了以编码音频格式(使 用 A/V 接收器或前置放大器的解码器)或无压缩的 PCM(使用播放设备的解码器)传输音 频的灵活功能。 第七节: HDMI 1.3 标准详解 2006 年 5 月,针对日益发展的数字影像技术对高分辨率、高传输速率、高色深图像的 要求,HDMI Founders 正式推出了 HDMI1.3 版本。HDMI 1.3 标准在规格上,和之间的规格发 生了巨大变化: * 传输带宽:HDMI1.3 规格中,TMDS 连接带宽从原来最高 165MHz 提升到 340MHz,数据 传输率也从 4.96Gbps 提升到了 10.2Gbps,可以支持支持更高数据量的高清数字流量,如果 采用 Type B 型双路 TMDS 连接,则可以在此基础上再提升一倍系统带宽。HDMI 1.3 可以支 持更高的帧刷新率:1080p@120Hz 格式、720p@240Hz 和 1080i@240Hz,以及更高的分辨率 (1440p)。 * 支持高色深:在 HDMI 1.3 标准之前,只支持 24bit 色深(R/G/B 每种 8bit 色深), 而 HDMI 1.3 则可以支持 24bit/30bit/36bit/48bit 的(RGB 或者 YCbCr)色深。可以传输色 阶更加精确的图像。 * 支持扩展色域:在新一代平板电视中采用的“xvYCC”(又名“x.v.Color”)广色域标 准也得到了 HDMI 1.3 版本的支持。xvYCC 是国际照明协会 IEC 最新的广色域标准,支持 xvYCC 的显示设备可以显示出更加生动、自然的色彩,特别是红色和绿色表现力非常出色。 * 支持无损压缩数字音频流:1.3 版本之前的 HDMI 标准只支持最高 192KHz、24bit 的压 缩数字音频,对于最新的多声道无损压缩技术以及非失真压缩音源缺乏支持(如 Dolby TrueHD 和 DTS-HD Master Audio,它们已经在新一代家庭影院和数字光盘中开始使用)。因 此 HDMI 1.3 标准中加入对它们的支持。 * 提供更加精准的音/视频同步功能。 * 向下完全兼容,同时也兼容 DVI 标准。 HDMI 1.3 标准中高色深系统的引入,是近年来显示技术领域除分辨率提升以外最有价 值的一个技术。在 HDMI 以前的标准中,每种原色的 8bit 色深只能让每个像素点显示出 2 的 8 次方×2 的 8 次方×2 的 8 次方=16.7M 种颜色,如果使用 1.3 标准中的 10bit 色深,那 么可以显示的色彩总量就会提升到 2 的 10 次方×2 的 10 次方×2 的 10 次方=10.7 亿色,已 经接近人眼能分辨的色彩极限。 HDMI 1.3 导入深色的意义重大 导入色深功能并不直接影响到 HDMI 传输原理中 8bit 到 10bit 转化的 TMDS 的编码层。 为了传送超过 8 位的额外像素数据,HDMI 接口的频率速率也跟着增加,可以在同样的时间 周期内,传输多出来的像素数据。以 12bit 色彩深度(也就是比 8 位色彩深度每影片格中的 像素数据量,要多上 1.5 倍)为例,由于 TMDS 的时钟频率加快 1.5 倍,就相当于在同样的 时间内,原本发送 2 个数据包的频率提升到了 3 个数据包包,因此就实现了更大数据量的传 输。 HDMI 1.3 的色深系统支持 10bit、12bit 和 16bit 的色彩深度(RGB 或 YCbCr),因此 可以消除目前高对比显示设备普遍面临的色阶现象,使得影像色彩更加鲜活,过度更加顺滑, 并为消费者提供更为逼真、具感染力的电视影像体验。色深技术借着在纯黑与纯白间增加许 多倍的灰阶,传送更多层次的色彩,让屏幕上的色彩能够流畅地转换,改善逐渐增加对比的 显示器质量。 采用 xvYCC 色域后的效果对比 全新的 HDMI 规格同时也支持“xvYCC”色彩标准,大幅扩展那目前 HDTV 标准的色域空 间,让色彩更精确的重现,呈现出肉眼可以辨识的任何色彩。下一代高清光盘播放机的 HD-DVD 与蓝光播放器等最新的高分辨率设备,都将内建这些先进的色彩功能。而在另外一 个方面,次世代电视游戏主机,PS3 亦内建了 10bit 色深 deep color 支持功能,将可为用 户创造出更具感染力的游戏体验。 当然,对于 HDMI 1.3 支持最高 48bit(RGB 各 16bit)高色深是否有实际意义,在业内 还是个一直在争论的问题。首先,目前绝大多数的液晶电视都采用的是 8bit 色深标准,而 等离子电视也在 10bit 色深的水平,因此就算 HDMI 1.3 拥有高于 10bit 的色深处理能力, 也会因为显示设备的原因不能发挥全部实力。第二,目前无论是电影电视的前期拍摄,还是 后期的制作,仍旧在采用 8bit 色深标准,高色深的普及在很大程度上要依赖于这些内容提 供商的转变速度。最后,10bit 色深能显示的色彩数已经达到 10.7 亿色,接近人类辨认色 彩的生理极限,用 12bit、16bit 的象征意义要远大于实际意义。 Silicon Image 公司的新方案可以实现两路 TMDS 链路连接 虽然这种争论伴随着 HDMI 1.3 的诞生就没有停止过,但是支持高色深仍然是一股不可 阻挡的潮流。而且对于设备端来说,引入高色深系统除要有更宽的数据带宽之外,高清显示 设备系统本身的框架并不需要太大改变,充其量只是一些对既有电路系统来说相对简单功能 加强。因此,对硬件厂商来说,仅会增加非常轻微的成本,甚至完全不会增加成本。尤其是 现阶段,许多 HD 显示器系统都能够处理比 HDMI 1.2 更丰富的色彩时(如索尼 07 年的 BRAVIA 中高端液晶电视就支持 10bit 面板驱动技术),HDMI 1.3 中加入对高色深的支持就成了一 个不能逆转的决定。 总的来说,HDMI 1.3 版本的推出在很大程度上弥补了 HDMI 接口在传输速率上的不足, 并且为今后数字影音产业的技术变革预留了充足空间,也代表了整个数字影音接口技术的发 展方向和最高水平。 第八节: HDMI 系统中传输线材的重要性 上文我们已经详细论述了 HDMI 标准产生的背景和传输原理等问题,而在 HDMI 系统中, 另一个及其重要的技术要点则是传输线材的规格。实际上,对于一套可靠的数字传输系统而 言,特别是高速大容量的数字传输系统,传输线缆的质量将是决定 HDMI 在实际应用中表现 的重要因素。 高质量的 HDMI 线材往往价格不菲 在 HDMI 标准的规范中,可以实现最长 20 米的传输距离。但是要想实现 20 米的长距离 传输,对于使用铜芯的电缆而言,是一件非常困难的事情。因为铜芯电缆在传递频率越高的 信号时,随着距离的增加,产生的信号强度衰减问题会剧烈增加。表现在显示终端上,就是 显示分辨率和大幅降低。 我们先看看现在主流的 HDTV 系统对传输电缆带宽的要求。 HDTV 规格中电缆带宽的要求是 750MHz,同时,要求电缆的三次谐波频率为 2.25GHz (750MHz×3)时,仍然具有良好的回波损耗性能。而在这一过程中,电缆的任何一个连接 器件、线缆本身、转换设备,插座插头,以及电缆的安装方法都将对这一数值产生影响。而 HDMI 的 4.95Gbps 的数据传输率则相当于 495MHz 的带宽,虽然距离 HDTV 最高标准有所富裕, 但是仍然要求电缆具有良好的性能。 HDMI 1.3 标准中对连接线缆规定了两种规格,分别是: 1.标准电缆(1 类),该类电缆的支持速度高达 75MHz,该速率对应的分辨率是 720p 和 1080i; 2.高速电缆(2 类),该类电缆支持的速率高达 340MHz,对应的是 1080p,深彩色和高刷新率。 高质量的 HDMI 线材往往选用高质量的电缆 在这两类线缆标准中,我们一般把第 2 类电缆——高速电缆称为 HDMI 1.3 电缆,以方 便用户在购买时可以分辨出和标准线缆的区别,不过,如果线材的距离比较短(一般不超过 3 米),质量合格的标准型 HDMI 线缆完全可以看成是 HDMI 1.3 的线缆。 第八节: HDMI 系统中传输线材的重要性 上文我们已经详细论述了 HDMI 标准产生的背景和传输原理等问题,而在 HDMI 系统中, 另一个及其重要的技术要点则是传输线材的规格。实际上,对于一套可靠的数字传输系统而 言,特别是高速大容量的数字传输系统,传输线缆的质量将是决定 HDMI 在实际应用中表现 的重要因素。 高质量的 HDMI 线材往往价格不菲 在 HDMI 标准的规范中,可以实现最长 20 米的传输距离。但是要想实现 20 米的长距离 传输,对于使用铜芯的电缆而言,是一件非常困难的事情。因为铜芯电缆在传递频率越高的 信号时,随着距离的增加,产生的信号强度衰减问题会剧烈增加。表现在显示终端上,就是 显示分辨率和大幅降低。 我们先看看现在主流的 HDTV 系统对传输电缆带宽的要求。 HDTV 规格中电缆带宽的要求是 750MHz,同时,要求电缆的三次谐波频率为 2.25GHz (750MHz×3)时,仍然具有良好的回波损耗性能。而在这一过程中,电缆的任何一个连接 器件、线缆本身、转换设备,插座插头,以及电缆的安装方法都将对这一数值产生影响。而 HDMI 的 4.95Gbps 的数据传输率则相当于 495MHz 的带宽,虽然距离 HDTV 最高标准有所富裕, 但是仍然要求电缆具有良好的性能。 HDMI 1.3 标准中对连接线缆规定了两种规格,分别是: 1.标准电缆(1 类),该类电缆的支持速度高达 75MHz,该速率对应的分辨率是 720p 和 1080i; 2.高速电缆(2 类),该类电缆支持的速率高达 340MHz,对应的是 1080p,深彩色和高刷新率。 高质量的 HDMI 线材往往选用高质量的电缆 在这两类线缆标准中,我们一般把第 2 类电缆——高速电缆称为 HDMI 1.3 电缆,以方 便用户在购买时可以分辨出和标准线缆的区别,不过,如果线材的距离比较短(一般不超过 3 米),质量合格的标准型 HDMI 线缆完全可以看成是 HDMI 1.3 的线缆。 第一节:HDMI 标准的普及状况 由于 HDMI 技术在传输数字影音信号方面的突出优势,自 2002 年 HDMI1.0 标准推出以来, 搭载了 HDMI 接口的设备就逐渐开始多了起来。从面向大众的数字视听产品、AV 影音放大器、 等离子电视机、液晶电视、数码摄像机、DVD 影碟机、PC 显卡、笔记本电脑、PC 显示器, HDMI 接口已经在家电和 PC 领域得到了非常广泛的应用,到 2007 年末,采用 HDMI 技术的设 备数量已经超过 1 亿台。而下面一组数据就表明了自 HDMI 标准发布以来,配置了 HDMI 接口 的设备增长量。 按照这个趋势,到 2009 年,全世界将会有接近 3 亿台搭载有 HDMI 接口的电子设备,也 就是说届时全球平均每 20 人就会拥有一个有 HDMI 接口的电子产品,对于所有的厂家而言, 都是一个充满商机的大蛋糕。 第一节:HDMI 标准的普及状况 由于 HDMI 技术在传输数字影音信号方面的突出优势,自 2002 年 HDMI1.0 标准推出以来, 搭载了 HDMI 接口的设备就逐渐开始多了起来。从面向大众的数字视听产品、AV 影音放大器、 等离子电视机、液晶电视、数码摄像机、DVD 影碟机、PC 显卡、笔记本电脑、PC 显示器, HDMI 接口已经在家电和 PC 领域得到了非常广泛的应用,到 2007 年末,采用 HDMI 技术的设 备数量已经超过 1 亿台。而下面一组数据就表明了自 HDMI 标准发布以来,配置了 HDMI 接口 的设备增长量。 按照这个趋势,到 2009 年,全世界将会有接近 3 亿台搭载有 HDMI 接口的电子设备,也 就是说届时全球平均每 20 人就会拥有一个有 HDMI 接口的电子产品,对于所有的厂家而言, 都是一个充满商机的大蛋糕。 第二节:HDMI 标准的收费模式 作为 HDMI 标准的发起者组织:HDMI Founders 在推广 HDMI 标准的时候,并不是本着“救 世济人”的原则,单纯的推广一种领先的技术,其背后还有着更深层次的商业原因。这就要 从 HDMI 芯片主要供应商——Silicon Image 公司说起。 Silicon Image 是 HDMI 标准最大的赢家 在本文的开头部分,我们就说过 HDMI 标准是由日立、松下、飞利浦、Silicon image、 索尼、汤姆逊、东芝这七家公司共同制定,而这七家公司中,掌握了 HDMI 标准最核心技术 的便是美国的 Silicon Image(晶像)公司,它不仅掌握着 HDMI 核心的 TMDS 差分信号传输 技术,也是全世界最大的 HDMI 主控芯片供应商,因此,HDMI 标准的普及程度就和 Silicon Image 公司之间产生了直接的利益关系。 为了更好的推广 HDMI 标准,以 Silicon Image 公司为首,又成了一个专门的全资子公 司“HDMI Licensing,LCC”。这个公司专门负责 HDMI 标准的更新、像设备商的推广和对各 种搭载了 HDMI 产品的认证和测试工作。当然,当初制定 HDMI 标准的其余六家公司,也成了 HDMI Licensing 公司的创建者,但是占据的份额相对较小。 天下没有免费的午餐,HDMI 技术虽好,影音设备厂商们想要使用的话,就需要给 HDMI Licensing 公司支付相应的费用。而费用的构成也比较多,主要有以下几种收费项目。 1 每种使用 HDMI 的设备需要缴纳每年 15,000 美元的授权费,如果要加入 HDCP 功能, 还需支付额外的 15,000 美元。对于 HDCP 功能,几乎很少有厂家会选择放弃,不然他们的 产品将缺乏基本的竞争力。 2 为了保证装有 HDMI 接口的设备之间的兼容性,厂商们还需参加 AUTHORIZED TESTING CENTER 举办的 HDMI ATC 兼容性测试。针对不同的设备,收费如下: 1) 视频源设备(如 DVD 播放机) 测试费: 7500 美元一台; 2) 接收设备(如平板电视) 测试费: 7500 美元一台; 3) 多一个 HDMI 输出口: 2250 美元; 4) 重测费用:视频源设备、接收设备、转发设备、线材最初分别是 4500 美元,4500 美元,6600 美元,1800 美元; 3 每台用于商业化的设备,还需要单独缴纳 15 美分的专利费和 4 美分的 HDCP 专利 费。如果使用 HDMI 的 LOGO,每台设备还需交纳 5 美分。 上面这三项收费,还仅仅是 HDMI Licensing 收入的一部分,另外一部分收入则来自于 贩卖 HDMI 主控芯片的收入,不过,目前世界上能提供 HDMI 主控芯片的厂家除了 Silicon Image,还有像安捷伦等其他厂商。 根据设备制造商实力的不同,在一款产品上增加 HDMI 接口的做法将带来不同程度的成 本提升。即便是忽略 HDMI 专利费摊薄后对成本的影响,厂商在每个硬件成本上的增加额度 将至少在 20 美元以上。因此 HDMI Licensing 的收费标准也遭到了很多实力不济的厂商以及 IT 业厂商的责难。 特别是对于价格竞争激烈,产品单价严重下滑的 IT 产品(如显卡)而言,加入对 HDMI 的支持,将带来终端产品售价的大幅提升。因此,高昂的授权费和认证费用也在相当程度上 影响了 HDMI 标准在 IT 产品中的普及速度,而对于利润较为丰厚的家电,HDMI 技术则得到 了快速普及。 HDMI Licensing 也认识到了如此高额收费对市场推广带来的不利影响,并在近期对收 费标准做了一定程度的调整。调整后的收费标准如下 1 每种设备的年费降低到 10,000 美元。 2 ATC 认证中的部分费用也进行了调整: 不过,即使是经过价格调整的收费方案,也还是显得偏高,因此,HDMI 要想成为真正 的横跨 PC/家电领域的通用数字接口,还需要在价格方面多做一些调整和让步。 第三节:HDMI 的“De facto”推广策略 “de facto”是拉丁文,表示“实际上存在的、尽管不是合法或没有通过官方确认,但 实际上却行使权力的东西”。很多时候,某项标准的使用率高,沿用的人多,它就变成了事 实上的标准。在数字接口方面,最典型的例子就是 USB。 早在 1995 年,就已经有 PC 机带有 USB 接口了,但由于缺乏软件及硬件设备的支持,这 些 PC 机的 USB 接口都闲置未用。1998 年后,随着微软在 Windows 98 中内置了对 USB 接口 的支持模块,加上 USB 设备的日渐增多,USB 接口才逐步走进了实用阶段。 没人怀疑 USB 的通用性和重要性 USB 并不是政府强制的,但市场推动 USB 成为一个事实上的标准。这几年,随着大量支 持 USB 的 PC 被普及,其逐步成为 PC 的一种标准接口已经既成为事实。在接收端,最新推出 的 PC 机几乎 100%支持 USB;而在源端,也有越来越多的便携设备和电脑外设支持 USB 接口, 例如数码相机、MP3、扫描仪、打印机、键盘、鼠标等等。而且很显然,业界将继续流行在 USB 端口上实现数据通讯和电力传输的能力,甚至中国还颁布了基于 USB 接口充电的行业标 准,足以看出其普及程度。 因此,HDMI 在市场终端的做法将效仿 USB 的成功之路,通过大量装备 HDMI 接口设备的 上市,让 HDMI 成为在数字影音方面的一个实际行业标准。 第四章 HDMI 推广过程中的主要问题 虽然 HDMI 标准有着种种先进之处,但是在其推广和应用的过程中,并非一帆风顺,无论 是厂家,还是最终的消费者,都难免会遇到一些问题,特别是不同 HDMI 设备之间的兼容性 问题,在很大程度上也影响着 HDMI 标准的推广速度。 第一节:厂商在生产 HDMI 设备时的问题 互联互通性(互操作性)是几乎所有新技术在发展初期都会遇到的问题,通常是由技术标 准机构或第三方机构组织的互联互通性测试解决。HDMI 设备间的互通性问题,是指带有 HDMI 接口的源端(发送端)设备,与同样带有该接口的接收端设备互联时,出现不能正常工作的现 象,尤其是遇到不同厂商的设备互联时,出现一些不能联通的现象。例如:同样带有 HDMI 接口的电视机和 DVD 连接时,出现无画面、无声音、声音图像不同步,甚至完全不工作的现 象。 造成 HDMI 产品间兼容性问题的主要原因,我们认为主要是一下几点造成的: 一、HDMI 技术太新太复杂,各个厂商技术水平和实现方式存在差别; 二、由于 HDMI 接口已经成为家电产品的标配,市场上 HDMI 家电的种类和数量非常多; 三、HDMI ATC 测试虽然能够解决绝大部分问题,但仍不能够解决所有的问题; 四、一些不负责的厂商或者是中小厂商,因为不愿意承担 HDMI 相关测试费用,而根本不去 做测试。 而在 HDMI 产品的兼容性问题方面,一般来说,国际品牌的产品兼容性要好于国产品牌 的兼容性;知名大厂产品的兼容性要好于小型企业所生产设备的兼容性。而厂商的设备之所 以容易产生兼容性问题,也并非简单的经济方面的原因。 实际上,造成设备兼容性问题的最主要原因是厂商技术水平有限,但又没有去做 HDMI ATC 认证测试——这种测试可以基本保证 HDMI 设备的互联互通问题。因此很多源端产品(例 如 DVD 和机顶盒)制造商在设计的时候,并没有依照 HDMI 设计指南(白皮书),随意性比较大, 所以源端产生的是非标信号,接收端在解码时便出现问题; 除了设备本身的问题,造成兼容性不佳的另一个重要原因是很多 HDMI 线材没有经过 HDMI ATC 认证,标准化很差,不同厂商的产品都不一样。虽然实际应用的时候,HDMI 连接 线从 5m~20m 不等,但由于 5m 以上的连接线通过认证很难,所以很多厂商只做了 5m 以下的 连接线认证。由于 ATC 测试费用较贵,更有很多中小连接线厂商根本不去做认证。因此,即 便是设备端提供足够的信号纠错能力,也不能保证设备之间稳定可靠的 HDMI 连接。 第二节:HDMI ATC 认证的先天缺陷 除了因为 HDMI 技术复杂和部分厂商不重视 HDMI 认证测试外,还有一个造成互通性问题 的重要原因——ATC 测试有一定的局限性,即使通过了 ATC 测试,也不能够完全保证互通性。 因此 Silicon Image 针对互联互通问题又推出了另一项名为 Simplay HD 的测试,作为对 HDMI ATC 认证测试的补充——由于 Silicon Image 是 HDMI 标准组织的最主要成员,这两项测试 分别由 Silicon Image 旗下的两家子公司操作,不过 ATC 是以 HDMI 标准组织的 Simplay HD 是以 Silicon Image 公司的名义进行。 HDMI 认证的证书 也正是因为这项测试都是由 Silicon Image 主导,而且 Silicon Image 自己又销售芯片, 有竞争对手就指出,作为 HDMI 标准组织的最主要成员,Silicon Image 不去完善 ATC 测试, 而新增加一道测试和收费,目的只是打击 HDMI 芯片竞争对手。虽然在早期 Silicon Image 在 HDMI 芯片市场一家独大,但是随着硅谷数模、ADI 和 NXP 等厂商迅速赶上, Genesis、 Trident 和晨星(Mstar)等视频处理器厂商集成 HDMI 接口,以及晶瀚科技等新厂商的加入, Silicon Image 的市场份额不断下滑,目前 Silicon Image 的客户主要是日本消费电子制造 商——这些厂商大多也是 HDMI 标准组织的成员。 HDMI Licensing 公司总裁 Leslie Chard 并不认为收费是主要问题 而在实际中,几乎所有通过了 ATC 测试的 HDMI 产品在其实验室进行互联互通测试时, 都曾经出现了一些细小问题,如插拔 Cable/开关源端/切换 DVD 分辩率/切换画中画时出现 噪音、花屏、闪屏和很长时间不能够正常显示画面和声音等情况。所以即使在要求严格的北 美市场,经过了这么长时间的发展,几乎所有上市的 HDMI 家电都通过了 ATC 测试,但仍存 一些细的互联互通问题,带来了诸如顾客抱怨、投诉和退货等问题,增加了商家和厂商的额 外成本。虽然退货现象很少,但仍比模拟接口的产品高得多。因此,2006 年底美国最大的 家电连锁销售商 BestBuy 向其所有电视机、DVD 和机顶盒供应商发信,要求自 2007 年 1 月 1 月起,所有新进入 BestBuy 销售的 HDMI 家电,必须通过额外的 Simplay HD 测试。 第三节:Simplay HD 过高收费带来的障碍 虽然 Simplay HD 认证可以有效解决设备之间的兼容性问题,但是很显然,Silicon Image 并没有想把它做成一道免费的大餐,而是又把 Simplay HD 认证看成了一个重要的生财之道。 下表就显示了 Simplay HD 认证在 2007 年的收费状况。 非常明显,Simplay HD 认证中所有的项目费用都发生了巨大的变化,涨幅之剧烈实属 罕见。因此也有不少厂商都认为这个测试太不合理。Silicon Image 这样做是逆向而上,与 产业的发展背道而驰,而对这个测试产生了强烈的抵触心理。 Simplay HD 认证收费昂贵 如果 Simplay HD 认证的费用不能大幅度调整,那么对于改善 HDMI 设备的兼容性问题, 并不能起到明显的推动作用,特别是那些将对 HDMI 普及起到重要作用的中小厂商们,如此 高额的费用着实是一个巨大的难题。 第五章 HDMI 技术面临的机遇和挑战 第一节:HMDI 的有力对手——DisplayPort 技术 作为一种并不算新的技术,HDMI 标准距离最初推出的 2002 年已经过去了大约 5 年的时 间。对于快速发展的电子行业来说,5 年时间绝对可以算一段比较长的时间,虽然通过不断 的推出新版本,HDMI 标准在规格方面不断刷新着自己的记录,同时,另外一种有着不输于 HDMI 性能的数字化接口——DisplayPort 技术也在不知不觉中进入了厂商和大众的眼睛。 1.DisplayPort 技术的特点: DisplayPort 最初提出是在 2005 年 5 月,由 VESA 视频标准组织推出的,免使用许可费 的数字接口技术。它主要针对 PC 应用而设计,它可广泛连接显卡、芯片组和液晶显示器等, 经过近 2 年的技术发展和标准整合,最新的 1.1 版 Display Port 的应用范围开始跨越 PC 领域,延伸到平板电视和投影机等消费电子市场,它还符合 1.3 版 HDCP(High Bandwidth Digital Content Protection)著作权保护规格,因此蓝光和 HD DVD 等高清影碟都能通过 Display Port 接口传输。Display Port 在今年 1 月的 CES 展会上得到了 Intel、AMD、GENESIS、 NVIDIA、Lenovo、HP 和三星等 IT 和家电大厂的支持。 DisplayPort 接口 与 HDMI 相同的,DisplayPort 也是一种可以同时传输声音与影像数据的连接模式,但 是设计的主要着出发点来自于 PC 产品层面,因此在传输机制上来借鉴了 PC 上的 PCI 总线技 术,PC 上的显卡可以轻松实现。由于 DisplayPort 利用了目前传输速率为 2.5Gbps 的 PCI Express 电气协议层,并且获得 4 条个传输通道,总共可以实现多达 10.8Gbps 的频宽表现。 在数据传输速率上要略微领先于 HDMI 1.3 的 Type A/C 规格。 DisplayPort 的原理和 HDMI 的 TMDS 原理各有千秋 相比于 HDMI 技术,DisplayPort 的优势主要体现在以下几个方面: 1.DisolayPort 完全支持了 WQXGA+(2560×1600)、QXGA(2048×1536)等分辨率,色 深完全支持到了 30 及 36 位(RGB 每原色 10/12bit)。此外,DisplayPort 借鉴了 HDMI 的 优势,完全实现了视频音频一条线,在结构上,有一个辅助通道完全实现了音频的传输。而 基于封包的传输规则,可以很多样化的切割应用,比如说单屏幕多重画面/子母画面输出等 方式,可以比较容易的实现。 2.DisplayPort 采用微封包传输(Micro-Packet Architecture)架构传输:在主链路上, 所有的视频、音频数据流都被打包为微封包(由 64 个码组成)。同时,微封包架构可以在同 一条线路内传输多组视频,而 HDMI 所采用的交换式传输就限定一条链路只能传输一组视频。 此外,这种架构很容易地在现有传输中追加新的协定内容,如内容防拷协定等。 3.DisplayPort 是一种没有使用许可费的技术,能有效降低设备成本,对 PC 厂商而言 诱惑颇大。 4.除了对 HDCP 的支持,DisplayPort 还加入了 DPCP 内容保护机制,即 DP 内容防复制保 护:微封包架构可弹性追加传输协议,DPCP 采用经改进的新型的防复制保护机制,利用 AES 型高速 128 位内容加密,没有选用 HDCP 规范中使用的 40 位密钥。 三种数字接口的规格对比 DisplayPort 技术的推出时间刚刚 2 年,但是它体现出来的优势已经让不少厂家投入了 DisplayPort 的怀抱,特别是在产品更新频繁的 IT 领域,DisplayPort 如今受到了业界广泛 的支持:安捷伦,AMD,Apple,Broadcom,Dell,Intel,NVIDIA,Philips,ViewSonic 甚 至联想等好几大 PC 厂商都跨入了支持的行列。 虽然 DisplayPort 受到了 IT 厂商的青睐,但是在家用电器和传统数字影音设备方面并 没有得到很好的推广,因此 Displayport 技术要想成为横跨 PC、电器领域的第一标准,暂 时还不具备足够的实力。这也给 HDMI 带来了继续发展壮大的机会。 HDMI Licensing 公司总裁 Leslie Chard 用 HDMI Licensing 总裁 Leslie Chard 的话来说:“随着越来越多搭载 HDMI 接口的个 人计算机产品在 2006 与 2007 年陆续问市,HDMI 已迅速成为许多个人计算机使用者心目中 最理想的数字接口。由于 HDMI 接口在高分辨率消费性电子市场领域的高普及度,加上与众 多 HDMI 与 DVI 产品之间的兼容性,使 HDMI 自然而然地成为计算机使用者的直觉选择,并让 计算机制造商能更进一步扩展市场版图。”,因此巩固家电市场的优势、拓展 PC 市场的占 有率,将是今后 HDMI 面对 DisplayPort 时的主要竞争手段。 第二节:HDMI 面对的机遇 虽然受到了来自 Displayport 技术的严重挑战,但是 HDMI 方面并没有出现兵败如山倒 的局面,相反,竞争对手的出现有力的刺激了 HDMI 自身的革新,例如最新的 HDMI 1.3 版本, 就是在 DisplayPort 推出后的最新规格,除了在最高传输速率和支持的分辨率方面略输于对 手之外,HDMI 在高色深、广色域方面还是走在了 DisplayPort 之前。 而根据最新的 HDMI 1.3 版本中出现的新特性,也将吸引更多的设备制造商投入到对 HDMI 标准的支持阵营中。据目前绝大部分制造商公布的产品计划,几乎所有的新型高清 DVD 格式(HD-DVD 和 BD 蓝光 DVD)以及次世代电视游戏机(包括 SONY 的 PLAYSTATION 3),都 将使用到 HDMI 1.3 标准中的新增功能。而数字电视更新的步伐则要相对慢一些,这主要是 受到液晶电视显像原理的限制,相信随着高性能 RGB-LED 背光技术和 OLED 有机发光 EL 技术 的成熟,今后的平板电视将能够利用 HDMI 1.3 标准中高色深带来的好处,呈现比以往更加 贴近真实生活的画面。 对于 DispalyPort 没有使用专利费的问题,也不能简单的看待:DisplayPort 虽然不收 许可证费,但这可能并不意味厂商就可以一直免费使用该标准,因为该标准拥有的 200 项专 利,分别属于 10-20 家不同的开发商,它并没有保证这些开发商不会向终端系统制造商收取 专利使用费。因此设备制造商最后可能不得不分别与这些专利开发商商谈专利费问题,费时 又费力,很可能还会更费钱。而采用 HDMI 接口,只需要向 HDMILicesing 一家付费即可。 在 DisplayPort 起家的 PC 方面,HDMI 其实也取得了不少的成绩:支持 HDMI 的其他个 人电脑产品,包括下列零售插入式(add-in)显卡:华硕(Asus) EN7600GT 和 EAX1600Pro、ATI Mobility Radeon X1600 、 精 星 (Gecube) X1650XT 和 HV1650XT 、 技 嘉 (Gigabyte) GV-NX76G256HI-RH 、 微 星 (MSI)NX7600GT 和 NX7600GS 、 迪 兰 恒 进 (PowerColor) Radeon X1600、蓝宝石(Sapphire) X1600 Pro、旌宇(Sparkle) SF-HPX76GDH 和 SF-HPX79SDH。配有 HDMI 输出的零售主板包括:升技(ABit) IL-80MV 和 IL-90MV、以及华硕 P5B-V DH Deluxe 等产品。而有一点是可以预见的:将会有越来越多的产品出现在 IT 产品领域,因为在绝大 多多数的数字影音产品上,HDMI 已经成为了接近标准的的配置。 写在最后: 通过对 HDMI 标准的全面解析,不知你是否已经对看似神秘的 HDMI 不再感到陌生和困惑。 总的来说,作为 21 世纪之初一种已经得到了众多认可的数字传输技术,HDMI 虽然面临着一 定的竞争压力,也存在着或多或少的问题,但是已经开始显露出在数字接口领域的王者地位。 对消费者而言,对他们最有利的并不是性能实力最强的技术,而是具有良好性价比的技术和 产品,因此 HDMI 要想真正成为横跨 IT、家电领域的标准化数字传输技术,还需要一段很长 的路要走。 附件: HDMI 常见问题 (FAQ) 本章主要收集了一些关于 HDMI 规格中涉及到的常见问题,特别是针对 HDMI 1.3 规格的常见问题,读者可以通过它们加强对 HDMI 标准的了解和认识。 问:“深色 (Deep Color)”这个技术有什么意义?为什么 HDMI1.3 要突出对它的 支持? 答:深色 (Deep Color) 功能能够使 HDTV 和其它显示设备的效果从几百万色彩 提升至数十亿色彩,能够让消费者在显示设备上欣赏前所未见的生动真实的色彩。深色 (Deep Color) 消除了屏幕色带,实现了颜色之间的平滑色调过渡和细微色阶变化 – 呈现 更加细致逼真的画面(尤其在低亮度下)。支持更大的对比度,能够呈现黑白颜色之间更多 倍数的灰度阴影,实现更佳的色彩补偿。HDMI 1.3 支持的色深将旧版本 HDMI 规范的最大 8 位分辨率提升至 10 位、12 位和 16 位红/绿/蓝色深的色彩空间。HDMI1.3 突出推高色深 的支持,因为这是除了改善分辨率外,提升画质的有效方法。 问:HD DVD 和蓝光播放器是否能够支持深色 (Deep Color) ?何时能够出现包含 深色 (Deep Color) 内容的 HD DVD 和蓝光光盘? 答:从技术角度讲,如果播放设备具备所需的视频处理能力,能够呈现 10 位的内 容,当前的解码器就能够呈现深色 (Deep Color) 内容。目前在专业环境下已经实现。PS3 在 2006 年 11 月发布后将成为市场上首款支持深色 (Deep Color) 功能的设备。据估计,随 着新型播放器开始加入呈现 10 位内容的处理功能,将会出现更多支持深色 (Deep Color) 功能的设备。然而,为了让消费者能够广泛使用到此功能,标准团体将需要将 10 位内容定 义入规范。 目前,电影工作室并没有发售 10 位色深的内容。然而,电影本来就是大于 8 位 的内容,为了在传统消费设备上播放而削减到了 8 位色深。当播放器能够呈现 10 位色深 的内容时,电影工作室就能有机会创作在这些设备上播放的 10 位色深的内容。 问:什么是 HDMI1.3 规格中新出现的“xvYCC”? 答:HDMI 1.3 采用了 IEC 61966-2-4 色彩标准,通常称为 xvYCC(“视频应用 扩展 YCC 比色法”的简写。)这个新标准支持的色彩是当前 HDTV 色彩标准的 1.8 倍。xvYCC 使 HDTV 显示的色彩更加精确,实现更加自然、逼真、生动的显示效果。 问:“深色 (Deep Color) ”与“xvYCC”之间有什么区别? 答:深色 (Deep Color) 增加了 RGB 或 YcbCr 色彩空间界定范围内的色彩精确 度,而 xvYCC 扩展了设备能够从人类肉眼所能感知的色彩范围中捕捉到的色彩空间范围(界 限)。 问:市场上已有支持 xvYCC 的高清电视。这仅仅是显示技术还是包含在内容当中? 如果仅仅是一种显示技术,为什么是 HDMI 的一部分? 答:为了真正发挥 xvYCC 的优势,必须使用能够捕捉 xvYCC 内容的设备制造内容, 源设备必须支持 xvYCC ,接口(在这里是指 HDMI)必须支持 xvYCC,以使设备能够分享 xvYCC 信息, 显示设备也必须支持 xvYCC 。目前市场上的 xvYCC 显示设备基本上能够将 当前的内容扩展至更广阔的色彩空间。最终结果可能是更广阔的色彩范围,但是如果要真正 发挥 xvYCC 的优势,整套设备链中的每个设备都必须支持这个功能。 问:我是否需要 HDMI 1.3 来听 HD DVD 或蓝光播放器上新的 Dolby TrueHD 和 DTS Master HD 音频格式的内容? 答:不需要。HDMI 能够灵活地以无压缩的 PCM 流或编码流的形式传输这些新的高 清晰无损音频格式。PCM 标准支持“脉冲码调节”,是一种对计算机、消费电子设备、CD、 DVD 等设备中的数字音频进行编码的标准方式。Dolby Digital Plus、Dolby TrueHD 以及 DTS Master HD 编码信息流都能通过所有版本的 HDMI 以编码的 PCM 的格式传输。HDMI 支 持采样为 192kHz、24 比特的最高质量的无压缩 PCM 音频。 如果要使用 PCM 输出,消费者必须确认他们的 HD-DVD/蓝光播放器支持将 HD 音 频格式解码为多声道 PCM,而且他们的 AV 接收器或前置放大器处理器能够通过 HDMI 输入 接口支持多声道 PCM。请查看您的用户手册或产品规格单,以确定您的设备是否支持这种 PCM 功能(我们相信几乎所有 HD-DVD 和蓝光播放器都支持这种功能,但还是需要用户确 认。)支持 HDMI v1.3 和更高版本的设备应该还提供以 AV 接收器可解码的压缩编码流形 式传输高清晰音频格式的选项。 问:为什么说音口形同步重要? 答:通常数字电视的视频处理需要缓冲,因此视频有延迟,而音频即使需要处理也 几乎无需缓冲,因此延迟很小或没有延迟。因此,音频和视频就无法同步,人们很容易感觉 到多媒体内容的音频比视频的动作提前,就好像配音很差的电影效果。HDMI 1.3 提供了一 种方法,能够将设备的音频流播放时间自动调节为与视频精确同步。 问:消费者需要哪个版本的 HDMI 来观看 1080p 的内容? 答:HDMI 从 2002 年发布的 1.0 版开始都支持 1080p 的分辨率。然而,由于 HDMI 能够实现很多功能(比如 DVD 音频和 SACD),制造商可以自由选择是否在设备中集成支持 1080p 的功能。由于 1080p 内容还没有普及,而且为了支持 1080p 而更换内部电子元件将 增加成本,因此一些电视和设备制造商选择不在产品中集成 1080p 功能。观看 1080p 的分 辨率要求 HDTV 至少具备支持 1080p 像素分辨率的显示器。现在,许多 HDTV 的设计采用 了支持 720p 像素分辨率的显示技术(例如 PDP、LCD 和微显示屏幕),但是将迅速变更为 1080p 。 此外,目前的一些 1080p HDTV 仅支持 720p 或 1080i 的 HDMI 输入,然后进行视 频处理,将 720p/1080i 信号转化为 1080p 。随着可获得的 1080p 内容和媒体源的逐渐增 加,HDTV 在显示上全面支持 1080p,而且 HDMI 电子产品在 2006 年初开始打入市场,这 种状况正在发生变化。 问:HDMI 是否向下兼容 DVI(数字视频接口)? 答:是。然而,如果消费者购买可用于驱动电视的带有 DVI 接口的计算机,而不 是单独的计算机显示器,应该确认它不仅支持电脑显示器,也支持电视格式。此外,由于需 要 HDCP 版权保护的内容要求 HDMI 和 DVI 两种设备都支持 HDCP 才能正常观看视频内 容,消费者可能想要确认 DVI 接口支持高带宽数字内容保护 (HDCP) 。 问:在购买 HDMI 1.3 线缆时需要注意哪几点? 答:尽管目前市面上的绝大多数电缆只能作为标准电缆,但是,其中许多(特别是 3 米或者更短的电缆)仍然可以当作高速电缆的来看待。但是如果要在较长距离上实现符合 HDMI 1.3 最高规格的视频信号传输,消费者在购买线材时,则要考虑以下几点: 1.看 HDMI 线材使用的电缆号:标准 HDMI 电缆常使用的是 28 号或者 30 号线,而好 的线材使用的是直径更大的 24 或者 22 号线,因为越粗的电缆在传输高频信号时衰减越小。 2.看线材是否镀银:高频信号在传输的时候,并非通过电缆的中心部分传输,而是 在“趋肤效应”下沿着电缆铜芯表面传输,因此,好的线材会在铜芯外镀银,有效降低信号 的损耗。 3.购买知名品牌的产品:这是一个在任何时候都适用的简单方法,购买那些大品牌, 标识明确的高速线材,是普通用户的首选。 问:目前都有哪些设备配置了 HDMI 1.3 版本的接口 答:由于 HDMI 1.3 接口推出已经有 1 年多的时间,目前很多大品牌的平板电视都 搭载了最新的 1.3 版本的 HDMI 接口。比如索尼的 X 系列的液晶电视、松下的 PZ700 系列等 离子电视、三星的 M/N 系列液晶电视、爱普生的 TW1000 投影机、奥图码的 HD80 投影机、东 芝的 HD-XE1 HD-DVD 播放机等等。由于品牌不同,消费者在购买前最好通过询问商家或者去 厂家的官方网站去获得最详细信息。

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