HDMI认知概况

高清晰度多媒体接口(HighDefinition Multimedia Interface，HDMI)是一种数字化视频/音频接口技术，是适合影像传输的专用型数字化接口，其可同时传送音频和影像信号。（在DVI的基础上推出的）同时无需在信号传送前进行数/模或者模/数转换，可以保证最高质量的影音信号传送。

HDMI有A,B,C,D,E五种引脚类型，目前市面中比较常见的就是Type A：

• 1-9 都是TMDS数据传输实际上用到的引脚，分为0,1,2三组传输通道
• 10-12 为TMDS时钟信号，如当前Video Timing为480p@60Hz（Htotal：800，Vtotal:525），则TMDS clock = 800x525x60 = 25.2MHz。TMDS clock就像是对像素的打包，一个clock分别在三个Channel传输一个像素的R、G、B（8bit）信号。
• 13 为CEC（consumer electronic control）类似一种扩展的HDMI功能，供厂家自己定制HDMI消息，（比如说你有一台sony的DVD与TV，两者用HDMI线接上，如果你用TV的遥控器可以控制DVD，另DVD执行某种功能，那么该功能的命令信号就是通过TV与DVD间的CEC引脚传输的）
• 14 为保留引脚，未使用（或者也可以为CEC提供多一个引脚）
• 15-16 为I2C引脚，用于DDC（Display Data Channel，主要用于EDID与HDCP的传输）传输，具体可以了解下 IIC.。在HDMI的流程中，DDC通信几乎是最先做的（前有Hotplug），因为HDMI的主从两个设备需要通过DDC来获得他们对方设备的EDID，从而得到各种信息，并且通过比较timming以确定以后送出来的timming为最合适的
• 17 为接地引脚
• 18 为5v的AC引脚
• 19 为Hotplug（热拔插）引脚（用于监测HDMI设备有没有存在，如果存在（Hotplug为high）那么可以通过DDC去读EDID），HDMI有规定在HDMI 5vAC断电时source device可以读reciever device的EDID，也就是需要Hotplug为High。其中有两种Hotplug相关的情况会导致HDMI被识别为DVI：
  1.Hotplug为High，不过EDID并没有准备好，那么信号源设备会由于无法读到EDID而认为接收设备为DVI，这样会导致HDMI有图像无声的问题。
  2.Hotplug为Low，也会导致信号源无法读到EDID而认为接收设备为DVI，从而导致HDMI有图无声
  3.在TV这种有多个HDMI通道的情况下，有时会在多个HDMI通道进行切换，切换后HDMI通道应当先初始化，即先把Hotplug拉低，通知HDMIsource device之前所用的EDID已经改变，需要重新读取，那么source device在Hotplug被拉高的时候会去读取新的EDID，但是拉低这个过程至少需要100ms，否则source device有可能不会去读取新的EDID，从而输出DVI信号

DDC（Display Data Channel）通道用于HDMI发送端和接收端之间交换一些配置信息及HDCP密钥的交流。发送端通过DDC通道，读取接收端保存在EEPROM中的EDID数据，获取接收端的信息，确认接收端终端显示的设置和功能，决定跟接收端之间以什么格式传输音视频数据；通过HDCPKey的交流，可以实时的进行数据流的内容保护认证，从而达到数据内容保护的目的
CEC（Consumer Electronics Control）通道是可选通道。通过CEC通道，可以 实现一些音视频设备间的高级控制功能，旨在允许用户通过仅使用一个遥控器来命令和控制HDMI连接的设备。它是一种单总线双向串行总线，基于CENELEC标准AV.link协议，可执行远程控制比如支持视频源和数字电视间的双向通信，实现单键按下同时开机、自动上电、自动信号路由、远程控制等功能。
EDID（Extended DisplayIdentification Data）扩展显示标识数据，是VESA组织制定的PC显示器的显示格式规范。EDID中几乎包含所有有关显示器及其性能的参数，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。这些信息保存在显示器的EEPROM中，通过一个 DDC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。一个HDMI设备的EDID通常包含两个模块，第一个是EDID1.3 的数据模块，第二个是CEA861B模块。HDMI规范规定，EDID的第一个128Byte必须是符合EDID1.3的数据结构，第二个128Byte必须是符合EIA/CEA-861B 的CEAEDID时序扩展数据结构。
TMDS：每一个TMDS链路都包括3个传输RGB信号的数据通道和1个传输时钟信号的通道。每一个数据通道都通过编码算法，将8位的视、音频数据转换成最小化传输、直流平衡的10位数据，然后再进行串行化输出。最小化传输差分信号是通过异或及异或非等逻辑算法将原始8位信号数据转换成10位，前8为数据由原始信号经运算后获得，第9位指示运算的方式，第10位用来对应直流平衡。
一般来说，HDMI传输的编码格式中要包含视频数据、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、控制数据传输周期和数据包传输周期，分别对应上述的三种数据类型。
HDCP的保护原理：HDCP技术在影音内容的整个传送过程中都实施了保护。例如在电脑平台上，受到HDCP技术保护的影音内容在输出时，微软操作系统中的COPP（认证输出保护协议）驱动首先会验证显卡，只有支持HDCP的显卡才能实现内容的输出；随后操作系统会认证显示设备的密钥，只有符合HDCP要求的设备才能最终显示显卡传送来的影音内容。
在整个传输过程中，发送端和接收端都存储了一个可用密钥集，这些密钥都被秘密地存储起来，发送端和接收端根据密钥进行加密解密运算。在加解密运算中还要加入一个特别的值——KSV（密匙选择矢量）。支持HDCP的每个设备都会有一个唯一的KSV序列号，发送端和接收端的密码处理单元会核对对方的KSV值，以确定连接是合法的。其详细过程为：发送端会由自己的密码引擎产生一个64bit的伪随机序列，并将其和自己的KSV同时发送给接收端。接收端会随后反馈回自己的KSV和Repeater位。两个KSV必须符合正确的格式，都由20个0和20个1组成。发送端和接收端的密码处理单元会独立地计算出各自的R0、Mo和Ks的值，然后将两个R0值进行比较，只有在两者完全吻合的情况下才会通过认证。在加密过程中，HDCP会对每个像素进行处理，使画面变得毫无规律、无法识别。而只有相互认证同步后的发送端和接收端才能进行解密运算，还原数据。

HDMI TMDS传输的数据类型有三种（加上Hsync与Vsync就算4种）：

• Preamble（控制信息），主要用于控制接下来传输的数据是Data Island或者Video Data
• Data Island（数据包），各种类型的包信息，包括音频数据包，图像信息包等
• Video Data（视频信息），视频像素数据，HDMI可以传输RGB与YUV两种格式的像素数据

1. 如果传输的是Video Data，并且格式为RGB，那么会占用三个通道的所有24bit输入，Channel0[7:0]用于传输B，Channel1[7:0]用于传输G，Channel2[7:0]用于传输R。
2. 如果传输的是Data Island，则占用三个通道共10bit输入，Channel0[3:2]用于传输Data Island Header（包头），Channel1[0:3]与Channel2[0:3]用于传输Data Island Content（包内数据）。
3. 如果传输的是Preamble，则占用1，2两个通道共4bit输入，Channel1[1:0]与Channel2[1:0]分别为CTL0,CTL1,CTL2,CTL3，用于判断接下来输入的是Video Data或者Data Island
4. 对于Hsync与VSync，会占用Channel0通道的两个bit输入，Channel0[0]为Hsync，Channel0[1]为Vsync

HDMI1.3版本以前电路中的时钟频率在最初制定时范围在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，(10bit里包含8位颜色数据、2位控制数据）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。而HDTV最高标准：像素位1920*1080，逐行扫描，帧频为30，假设每帧扫描两次，在1秒内的图像数据量1920×1080×30×2=1.25G像素点。另外还有音频数据和其他数据。由此可见，一个TMDS链路可以传输一个高清节目。

从HDMI1.3版本开始，时钟提高到340MHz，支持24bit/30bit/36bit/48bit的色深。假设采用24bit色深，每通道传输10bit。则一个HDMI连接的数据率为340MHz×10bit×3=10200Mbps=10.2Gps。如果采用30bit色深，则数据率为12.24Gbps。如果采用36bit色深，则数据率为14.28Gbps。如果采用48bit色深，则数据率为18.36Gbps。一般情况下，30bit色深已经达到人类眼睛所能分辨的色彩的极限，36bit/48bit色深只是具有象征意义。不过需要注意的是，不同比特的色深只是通过增加传输的数据量来提供更加丰富的色彩，如果用像素点来表示的话，仍然是1秒钟传输340M个像素所需的数据量。
以1080P/60Hz为例。每帧像素数为1920×1080=2073600（约为2.074M）个。刷新率为60Hz，则每秒需要信息的像素次数为2073600×60=124416000（约为124.42M）个，需要的数据量为124416000×10bit×3=3732480000(约为3.74Gbit)。由前面的计算可知，HDMI最初标准的数据率可以达到4.95Gbps，所以用起来绰绰有余。

在HDMI信息传输过程中，可以分为三个阶段：控制数据传输周期、数据包传输周期和视频数据传输周期。

一帧的总体周期如下：

参考链接HDMI的基本知识.
参考链接HDMI的介绍.
参考链接HDMI介绍与流程.

标签：HDMI,接收端,Data,认知,概况,EDID,传输,数据
来源： https://blog.csdn.net/Charlson_S/article/details/110081939