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HDMI——未来接口的领跑者

邢巨伟| HDMI,接口,高清| 2010-12-13
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中心议题
    * HDMI接口的概念      
    * 未来接口的发展趋势
解决方案
    * 内置HEC通道,兼任网线功能
    * 3D Over HDMI全高清三维显示

音视频接口发展

伴随着全球电视电影由普清向高清转变的浪潮,与之关联的一系列的设备技术也跟随着转变换代,这其中就有音视频接口由模拟向数字的转变。

在我国,最简单、最原始、使用最广泛的视频接口是红白黄的复合视频信号(CVBSA/V)接口,就是通常所称的RCA接口,黄色的为视频信号,白色的为左声道音频信号,红色的为右声道音频信号。由于复合视频信号是将亮度信号和色度信号采用频谱间置方法复合在一起,导致亮色串扰、清晰度降低等问题。伴随着S-VHS摄录像机、VCD等激光视盘产品,出现了将亮度信号Y和色度信号C分离的S端子(Y/CS-Video)接口,确保亮度信号不会受到色度信号的干扰。伴随着DVD、卫星数字电视机顶盒(IRD)出现了模拟分量视频信号(YUVYR-YB-Y)接口,也叫色差输入接口;而在PC通信领域,出现了通用接口D-SUB(9)端口,也就是通常所说的VGA端子,并且长时间占领这一领域;而随着液晶显示器的普及,显示设备由模拟显示设备向数字显示设备转变,开始出现了一种新的接口-DVI接口,这也标志着PC领域唯一存在多年的模拟信号区域向数字信号的转变;在家电领域,随着液晶电视、等离子电视的普及,一种集成音频和视频的数字接口HDMI开始取

代原来的RCAS端子,并且随着家电和PC的融合,这种接口开始向家庭娱乐多媒体PC渗透。

HDMI接口定义和起源

HDMI,高清晰度多媒体接口(英文:High Definition Multimedia Inter-face)是一种全数位化影像和声音传送接口,可以传送无压缩的音频信号及视频信号。20024月,日立、松下、飞利浦、索尼、汤姆逊、东芝和Silicon Image七家公司联合组成HDMI组织,开始制定新的专用于数字视频/音频传输标准。2002年岁末,高清晰数字多媒体接口(High Defi-nition Multimedia Interface)HDMI 1.0标准颁布。

 

HDMI发展

简单地说,HDMI到现在共经历了7种版本的演进,它们是1.0,1.1,1.2,1.2a,1.3,1.3a1.3b。而端子部分还把1.0,1.1,1.2版分为了A,B两种类型,到1.3版则分为了A,B,C三种类型。毫无疑问,版本的演进表明HDMI的功能也在日趋强大,其传输信号的种类和频宽都在进步。

下面简单列出各版本的功能:

1.0:2003年发表,支持DVD影音信号。

1.1:20045月发表,和前一版本相比,增加了传输DVD-Audio的能力。

1.2:20058月发表,支持多声道SACD的信号,而且让PC信号源可使用A型端子,在维持丫/Cb/Cr色域的前提下,开放PC信号源使用原生RGB色域,并要求带HDMI 1.2的显示器支持低电压信号源。

1.2a:200512月发表,新增了传输DTS音频信号的能力。

1.3:20066月发表,把single-link模式的频宽从165MHz4.95Gbps)扩增到340MHz(资料传输率为10.2Gbps),支持的色域由旧版本的8bit提升到10bit,l2bit16bit(RGB或丫/Cb/Cr)。对此的另一种表述法是从24bit增加至30bit,36bit48bit,这种表述指的是RGB三色综合的数据,所以两种表述是一回事。此外,支持新的x.v.CC色彩标准,支持自动唇形同步,支持DolbyTrueHDDTS-HD信号。并且推出小型化的端子以支持高清数字摄像机。

1.3a:20066月发表,与1.3版本功能完全相同,差别只在于新版本可以在端子接头附加电子元件,以提升线材的传输效能。

1.3b:20073月发表,主要差别只在于修改了HDMI的测试规格,以应对更苛严的测试要求;对于AV家庭而言,与1.3a没什么区别。

 

这里简单说一下的1.3版本色域的提升问题。所谓的8bit(这是最常见的)10bit12bit指的是色解析度,以8bit为例,可显示的色彩即为1677万色。随着显示技术的进步,显示器再现色彩的规格也越来越高,10bit的色彩表现力就有10亿7千万色,12bit更高达687亿色,至于16bit就更是天量了。不过,这只是1.3版本能实现的指标,并非影像器材所达到的指标,目前,影像器材的色域连12bit也还没有普及。如下图所示,各个版本所发布日期以及支持的最大色深度和音频讯号格式。

HDMI 1.4

为了更加适应市场的发展,HDMI规范授权机构HDMI LicensingLLC最近发表了新一代的1.4版本,应对未来新的应用。

 

当前大多数高清平板电视所使用的1.3HDMI接口,由于只可以具备340MHz的带宽和10.2Gbps的传输速率,因此最高只能应对1440p/WAXGA分辨率的要求,未来的4K*2K超高分辨率四倍于1080p的显示效果,目前夏普和索尼已试制出4K*2K的液晶显示器,而1.4HDMI的推出,更为这条超高清道路扫清了障碍。

相比1.3版,1.4版新增几大重要功能:

1.内置HEC通道,兼任网线功能

1.4HDMI一大新功能是继续进行功能融合,线缆上增加一条HEC以太网数据通道(HDMI Ethcrnet Channcl),让互连设备实现百兆以太网的网络传送,换言之,HDMI连接线成了一条网线了,解决了家居网络布线的问题,因此实现了一线搞定影像、声音、网络三合一的传送。

2.3D Over HDMI全高清三维显示

而对即将盛行的三维显示热潮,新版HDMI紧跟潮流,率先成为首个支持全高清三维显示的接口技术,实现1080P的“3D Over HDMI”新功能。HDMI 1.4版本为HDMI设备定义通用的3D格式和分辨率,支持市场上主流的三维影像规格,实现家庭3D系统输入输出部分的标准化,并提供Dual-Stream 1080P影像输出功能,让HDMI线缆最高支持两条1080分辨率的视频流,有力推动全高清三维显示技术的发展。

3.更广的色域空间

新版HDMI支持更多的颜色,新增了sYCC601AdobeRGBAdobeYCC601等色彩范围,实现更精确的逼真色彩,呈现更异彩纷呈的应用新领地。

 

HDMI 1.4版线缆共有5种类型,今后规范的标识方式分别为:

Standard HDMI Cable中文规范名称:标准HDMI线(最高支持1080/60iStandard HDMI Cable with Ethernet标准以太网HDMI线Standard Automotive HDMI Cable标准车用HDMI线

High Speed HDMI Cable高速HDMI线(支持1080pDeepColor3DHigh Speed HDMI Cable with Ethernet高速以太网HDMI线优势特征HDMIDVI标准的升级和增强版,支持音频信号,可以简单理解为:DVI+音频=HDMI。与DVI相比,HDMI接口的体积更小,与USB相当。DVI的线缆长度不能超过8,否则将影响画面质量,而HDMI最远可传输15。只要一条HDMI缆线,就可以取代最多13条模拟传输线,能有效解决家庭娱乐系统背后连线杂乱纠结的问题。HDMI向下兼容DVI。与DVI一样,但可传输18组非压缩音频,支持48/96/192kHz等多种采样音频频率。同时HDMI标准所具备的额外空间可以应用在日后升级的音视频格式中,足以应付一个1080p的视频和一个8声道的音频信号。因为一个1080p的视频和一个8声道的音频信号需求少于4Gbps,因此HDMI还有很大余量。表1和表2HDMI所支持的音频和视频格式。

 


模拟接口向数字接口转变的必然趋势

数字视频接口是随着数字视频显示设备发展而出现的,模拟显示设备是一些显像管型的监视器、电视机、投影机等,模拟显示设备是一个“宏观”控制,数字显示设备则是“点对点”精确控制。所以在显示高清晰度图片的时候,模拟信号的边缘就是“宏观”的、“模糊”的,因此往往都需要在信号处理的时候增加边缘过渡改善(DLTI)或在扫描的时候增加扫描速度调制(SVM)来改善图像。而数字显示设备则是先寻址到这个“发光点”,然后“告诉”它发多强的光,发光点和相邻的上、下、左、右4个点之间是“一清二楚”的,各发各的光。但是如果用模拟信号来传输信号,数字显示设备就很吃亏、很浪费,显示效果反而不如同档次的模拟显示设备。这是因为所有的模拟信号在数字显示设备中进行的第一个处理就是再次数字化而导致图像细节损失,显示的图像比模拟显示设备由于多了一次模数转换处理而毫无优势。比如计算机内部传输的是二进制的数字信号,使用VGA接口连接液晶显示器的话就需要先把信号通过显卡中的D/A(数字/模拟)转换器转变为RGB三原色信号和行、场同步信号,这些信号通过模拟信号线传输到液晶内部还需要相应的A/D(模拟/数字)转换器将模拟信号再一次转变成数字信号才能在液晶上显示出图像来。在上述的D/AA/D转换和信号传输过程中不可避免会出现信号的损失和受到干扰,导致图像出现失真甚至显示错误,

而数字接口无需进行这些转换,避免了信号的损失,使图像的清晰度和细节表现力都得到了大大提高。

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。

随着HDMI超越核心家庭影院产品向PC、游戏控制台、数码相机与便携式媒体播放机等方向扩展,HDMI将继续统领市场,也将成为未来接口的领跑者。

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