视频基本原理 -视频接口之 - HDMI接口 （一）

前面已经介绍了早期应用与PC电脑的数字视频图像接口DVI接口，现在介绍同时期发展的应用于数字电视的HDMI接口。HDMI是首个支持在单线缆上传输，不经过压缩的全数字高清晰度、多声道音频和智能格式与控制命令数据的数字接口。...



前面已经介绍了早期应用与PC电脑的数字视频图像接口DVI接口，现在介绍同时期发展的应用于数字电视的HDMI接口。

HDMI（High－Definition Multimedia Interface）又被称为高清晰度多媒体接口，是首个支持在单线缆上传输，不经过压缩的全数字高清晰度、多声道音频和智能格式与控制命令数据的数字接口。

2002年4月，由Silicon Image美国晶像公司倡导，联合索尼、日立、松下、飞利浦、汤姆逊、东芝等七家著名的消费类电子制造商联合成立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，HDMIfounders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(DigitalVisual 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。（关于DVI，请参考前文“视频基本原理 -视频接口之- DVI接口（一）”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（YUV或者YCbCr）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。



HDMI接口HDMI最早的接口规范HDMI 1.0于2002年12月公布，1.1版于2004年5月发布。2005年8月发布1.2版，同年12月发布1.2a版。而于2006年6月发布的HDMI1.3规范则是当时最流行的视频接口标准。这5个版本经历的时间不到4年，有些版本，比如1.2版，几乎还未被广泛应用就为1.3版所取代。目前的HDMI 1.X系列的最高版本是于2009年6月发布的HDMI1.4规范。其传输速率由5.0Gbps提高到10.0Gbps﹐最高频率由4.125GHz提高到5.1GHz。

而最新的HDMI2.0标准则是在2013年9月份首先发布的，该标准于时隔一年半之后的的2015年四月发布了HDMI2.0的首次升级HDMI2.0a。HDMI2.0a的主要更新只有一个地方，那就是加入了对HDR格式传输的支持，能够显著增强图像质量，此次更新还包括了国际消费电子协会(CEA)最近发布的HDR静态元数据扩展规范CEA-861.3。相比于前一代的HDMI1.x标准， 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，首先必须保证对HDMI1.x的基础性支持。HDMI2.0并没有定义新的数据线和接头、接口，因此能保持对HDMI1.x的完美向下兼容，现有的二类数据线可直接使用。HDMI 2.0大大增强了对4K超高清传输的支持，并在多个视频、音频技术上进行了改进。HDMI1.4已经可以支持4K了，但是受制于带宽，最高只能达到3840×2160分辨率和30FPS帧率，HDMI2.0则将带宽扩充到了18Gbps，可以支持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。



一年之后， 2016年5月份，HDMI预发布了HDMI2.0b标准并于2016年12月正式宣布了新版的HDMI 2.0b接口标准。HDMI 2.0b兼容所有HDMI之前的规格版本，是目前为止HDMI最新的版本。并做出关键改进以支持在消费类电子产品市场对视频和音频体验日增的需求。 HDMI2.0b的新特性主要有以下一些内容：

Ø  支持（HDR）高动态范围视频传输

Ø  高达18Gbps带宽

Ø  分辨率增至4K@50/60（2160p），是1080p/60视频分辨率清晰度的4倍

Ø  高达32个音频通道，畅想身临其境般的多维音频体验

Ø  高达1536kHz的音频采样率，提供最高的音频保真度

Ø  同步传输双视频流，让不同用户在同一屏幕上观看不同视频

Ø  同步传输多个音频流至多个用户（最高可达4个）

Ø  提供广角影院21:9宽高比的全新体验

Ø  动态自动声画同步

Ø  CEC扩展对单一遥控器控制多个消费电子产品提供更多的扩展控制命令

HDMI2.0b没有定义缆线及连接器，现有的高速线缆可以承载现提升的带宽。

在CES2017上（2017年1月4日），HDMI论坛发布了最新的HDMI2.1标准，全新的标准将传输带宽提升到了48Gbps，如此充裕的带宽能够支持最高4K@120Hz，8K@60Hz甚至10K分辨率。



当然HDMI 2.1也能向下兼容旧设备，目前最新的HDMI2.0b的带宽为18Gbps，支持的是4K@60Hz，也就是说在HDMI2.1能够在4K分辨率下实现刷新率翻番。除了超大带宽之外，HDMI2.1还将支持eARC（基于对象的音频与高级音频信号控制）、更宽的HDR、以及“VRR游戏模式”（允许GPU实时变更刷新率）。

HDMI高清晰度多媒体接口可以提供高达18Gbps(全新的HDMI2.1标准将传输带宽提升到了48Gbps)的数据传输带宽，可以传送无压缩的音频信号及高分辨率视频信号。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。只需要一条HDMI线，便可以同时传送影音信号，而不像以前需要多条线材来连接；同时，由于无需进行数/模或者模/数转换能取得更高的音频和视频传输质量。对消费者而言，HDMI技术不仅能提供清晰的画质，而且由于音频/视频采用同一电缆，大大简化了家庭影院系统的安装。

关于视频接口的基础知识，可以参考前文：

“视频基本原理 -视频接口综述”，

“视频基本原理 -视频接口之- CVBS接口”，

“视频基本原理 -视频接口之- S-Video 接口”，

“视频基本原理 -视频接口之- 模拟分量接口”，

“视频基本原理 -视频接口之- VGA接口”，

“视频基本原理 -视频接口之- SCART接口”，

“视频基本原理 -视频接口之- SDI接口（一）”，

“视频基本原理 -视频接口之- DVI接口（一）”，

关于AD转换电路的基本知识， 可以点击文末左下角阅读原文链接阅读。

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