深度解读HDMI及其在视听系统中的作用

HDMI是一种数字影音接口，支持高分辨率计算机视频和高清电视，以及单根电缆上的多声道音频。它在平板显示器、投影仪、DVD播放器、蓝光播放器，甚至一些笔记本电脑和PC显卡中都很普遍。HDMI支持全数字影音通路，无需D/A和A/D信号转换，即可提供原始、高质量的计算机图形和具有完美香像素精度的高清电视。

虽然HDMI专为消费类应用而设计，但它很快就与其前身DVI（数字视频接口）一起进入了专业视听领域。本文将重点介绍HDMI的主要优点和在视听系统中的作用。

 

HDMI的功能和优势

HDMI包含原始的DVI电气接口拓扑结构，在电子行业中称为TMDS，即转换最小化差分信号。将HDMI视为一个超集，其中包括DVI以及各种格式的多声道数字音频支持、版权保护和消费者控制——所有这些都封装在一个连接器中，其物理尺寸仅为原始DVI连接器的一半。

HDMI为消费电子行业提供了单一的互连解决方案，将所有需要的电气接口压缩到一个消费者认为易于使用的小型封装中。HDMI主要使用一个称为A型的19针插头，并提供一个可用于摄像机和其它便携式设备上的C型19针迷你插头。从HDMI 1.3版开始，可与双链路DVI兼容的29针插头（称为B型），不再是HDMI规范的一部分。

HDMI支持计算机图形和高清电视格式。充足的数据带宽可支持高达1080P、60Hz的 HDTV。HDMI 1.3及更高版本显著增强了未来应用中HDTV 以外的视频功能，支持60Hz或75Hz的 WQXGA （2560×1600）分辨率。

HDMI 1.2以下版本和DVI提供24位色深。HDMI 1.3增加了深色功能，可以大幅提高颜色深度，包括30、36和48位。Deep Color将可用颜色的数量从数百万种扩展到数十亿甚至数万亿种。为了完全支持深色以及高达WQXGA的计算机图形分辨率，HDMI 1.3需要10.2Gbps的数据速度，比HDMI 1.2及更早版本支持的4.95Gbps数据速度提高两倍。HDMI 1.3还增加了对显著增加的色域的支持，即xvYCC或扩展色域YCC或x.v.Color。

在音频方面，HDMI支持高达24位/192kHz的8个未压缩音频通道，以及DVD、电视广播和游戏常用的Dolby digital和DTS压缩音频格式。HDMI 1.3添加了杜比和 DTS 增强的无损压缩格式作为蓝光光盘的一部分。

对于配备HDMI 1.3的产品，深色、xvYCC和其它增强功能是可选的。虽然很多新型液晶显示器和投影仪都在推广xvYCC 和深色，但由于蓝光光盘和其它源材料尚不具备这些功能，因此它们尚未得到广泛应用。

 

HDMI的远距离传输

你知道HDMI的电缆长度比DVI更长吗？事实上，DVI规范和HDMI规范对信号源和接收器之间的电气性能都有相同的要求。那为什么HDMI连接能在比基本DVI更远的距离上工作呢？答案是，业界已经学会了如何为这种接口技术制造更好的电缆。更好的精密屏蔽双绞线电缆制造方法与消费电子产品的大量生产，使得更长、更低成本的HDMI电缆成为现实。此外，发射器和接收器芯片组技术的发展也确保了HDMI信号在超长电缆上能保持完整性。

HDMI物理连接需要精密的屏蔽双绞线。一根电缆由四对屏蔽双绞线组成，其中一对用于源时钟信号，三对用于数字数据，另外五根单独的导线用于电源、子通信功能以及这些功能的接地参考。HDMI仍需要与DVI相同的编码和数据管理协议。

由于必须在DVI/HDMI规范内保持特定的定时公差，因此运行距离变得至关重要。除了发送器和接收器的一致性要求外，电缆成为影响传输系统性能的最大变量。DVI/HDMI使用的双绞线受两种偏差的影响，当偏差过大时，会产生时序错误并导致数据丢失。这两种偏差是：线对内偏差，即构成线对本身的两根导线之间的时间差；线对间偏差，即电缆组件内独立双绞线之间的时间差。三个TMDS信号的正确“形状”以及它们与时钟信号的时序对于确保正确的HDMI或DVI图像显示至关重要。

HDMI规范只为我们提供了功能接口的电气性能要求。它并未规定电缆设计或电缆长度的最大值。制造商只能利用现有的电缆原材料和有源电子元件，发挥自己的聪明才智来解决距离问题。

 

HDCP：禁止非法拷贝

HDCP即高带宽数字内容保护，是HDMI的另一个子系统。HDCP直接映射到DVI标准中，为接口提供数据安全，旨在消除数字内容提供商对盗版的担忧。HDCP协议部分是通过DDC（数据显示通道）和用于传输图像信息的高速TMDS连接使用的I2C控制接口内的双向通信链路实现的。DDC是 DVI和HDMI中的一个物理链接，源图形系统通过它与显示设备通信，以确定其分辨率能力。

HDCP的复杂程度可与用于互联网安全的TCP/IP TLS（传输层安全）相媲美。经授权的HDMI设备可包含多达40个56位密钥值，以及一个称为密钥选择向量的特殊标识符。这些值或代码由Digital Content Protection LLC提供，该公司是指定的第三方，负责向获得HDMI授权的产品制造商提供可信密钥。每次在系统中连接HDMI设备时，都会自动进行由三部分组成的验证程序。首先，设备之间交换共享值或代码；其次，向信号源报告每个接收器的KSV；第三，向接收器发送逐帧密码，以实现数据解码。

HDCP支持通过源、接收器或接收器和中继器的层次结构实现设备互连。HDCP系统中的所有设备都通过一个协议进行通信，该协议的目的是允许数字内容只传输到源确定有权接收此类内容的设备。该分级系统支持七级中继器和最多128台设备。中继器是被授权接收和重新传输HDCP内容的设备。它们必须首先由信号源进行身份验证，然后对HDCP内容进行解密和重新加密，再将其发送到接收器或其它中继器。

 

CEC：自我控制

HDMI为消费者和我们的视听系统提供了一个全新的可选控制功能。嵌入式消费电子控制（CEC）系统提供各种功能，可协调消费产品之间的即插即用控制。CEC功能通过HDMI内的单独线缆连接进行处理，并包含自己的协议和服务质量（QoS）。

例如，在所有设备都使用HDMI的安装中，其级联连接方法可将DVD播放器通过AV调谐器/接收器连接到电视机，从而使消费者能够从DVD播放器无缝打开所有下游设备，向它们发出切换到适当输入的信号，并只需按下DVD播放器上的 “播放 “功能即可启动电影。

 

HDMI设备的互操作性

为了增强消费者信心和提高设备兼容性，HDMI采用者必须遵守合规协议，即产品必须成功通过特定的互操作性测试，才能贴上HDMI标志。

最初，不同制造商的一些HDMI产品之间的不可操作性问题在电子行业中是存在的。这种不兼容通常是由于在设备之间获取必要的“握手”以建立HDCP时出现问题的结果，但从 HDMI 1.3开始，HDCP一致性测试是强制性的，因此，HDMI产品的互操作性大大提高，适用于新一代和下一代产品。

 

HDMI信号如何扩展？

与DVI一样，使用HDMI的集成商面临的主要挑战之一是克服电缆的距离限制。HDMI Licensing， LLC 提供了一个粗略的指导原则，即1类电缆的最大长度为10至15 米。对于整个设施或住宅，甚至是大型家庭影院的连接，15 米是远远不够的。

长距离传输HDMI信号的解决方案有很多。比如，电缆设计的进步使电缆的长度延长到45至60米。有些设计使用光纤电缆，将发射器和接收器内置在连接器中。HDMI信号还可以通过采用CAT X网线传输的HDMI延长器延长至100米，比如视连捷4KEX100-H2无损延长器，该设备具有无损传输性能，可确保通过CAT X网线传输的HDMI信号的完整性。