全面解析數(shù)字高清（HDMI）技術(shù)與其應(yīng)用

HDMI技術(shù)特點

    HDMI的英文全稱是“High  Definition Multimedia Interface”，中文的意思是高清晰度多媒體接口。HDMI接口可以提供高達5Gbps的數(shù)據(jù)傳輸帶寬，可以傳送無壓縮的數(shù)字音頻信號及高分辨率視頻信號。

    由于無需在信號傳送前進行數(shù)/�；蛘吣�/數(shù)轉(zhuǎn)換，可以保證最高質(zhì)量的影音信號傳送。應(yīng)用HDMI的好處是：只需要一條HDMI線，便可以同時傳送影音信號，對消費者而言，HDMI技術(shù)不僅能提供清晰的畫質(zhì)，而且由于音頻/視頻采用同一電纜，大大簡化了家庭影院系統(tǒng)的安裝。

    2002年4月，由日立、松下、飛利浦、Silicon Image、索尼、湯姆遜、東芝等7家公司成立了HDMI組織開始制定新的專用于數(shù)字視頻/音頻傳輸標(biāo)準(zhǔn)。年末，高清晰數(shù)字多媒體接口(High-definition Digital Multimedia Interface)HDMI 1.0標(biāo)準(zhǔn)頒布。

    HDMI在針腳上和DVI（Digital Visual Interface）兼容，只是采用了不同的封裝，可以看作是DVI的強化與延伸，兩者可以兼容。與DVI相比，HDMI可以傳輸數(shù)字音頻信號，并增加了對HDCP (高帶寬數(shù)字內(nèi)容保護-High-bandwith digital content protection) 的支持。HDMI支持5Gbps的數(shù)據(jù)傳輸率，最遠(yuǎn)可傳輸15米，足以應(yīng)付一個1080p的視頻和一個8聲道的音頻信號。而一個1080p的視頻和一個8聲道的音頻信號需求少于4GB/s，因此HDMI還有很大余量。

    此外HDMI支持EDID（擴展顯示識別數(shù)據(jù)-Extended display identification Data），DDC（顯示數(shù)據(jù)通道-Data display channel，用以讀出EDID），因此HDMI的設(shè)備具有“即插即用”的特點，信號源和顯示設(shè)備之間會自動進行“協(xié)商”，自動選擇最合適的視頻/音頻格式。

    HDMI組織還公布了高分辨率多媒體接口-HDMI的1.2版---更好的兼容PC系統(tǒng)。此次修訂增加了若干條非常重要的改進，以方便PC連接和數(shù)字音頻流（SACD等）的傳輸。使得這個數(shù)字視音頻接口保持了其先進性，這顯然是針對VESA推出Display port接口的回應(yīng)。迄今為止，已經(jīng)有超過250個廠商和470個不同類型的產(chǎn)品采用了HDMI接口。

    DVD拷貝管制協(xié)會(CCA)規(guī)定，所有播放CSS保護內(nèi)容并且畫質(zhì)高于480p/576p的DVD機，必須具備HDMI-HDCP或DVI-HDCP輸出端子。美國的FCC（美國聯(lián)邦通信委員會）也規(guī)定在2005年7月1日后所售的所有“具數(shù)字有線功能”(digital cable-ready)的電視，均必須具有HDMI-HDCP或DVI-HDCP輸入端子。

    此外，CableLabs也在其OpenCable計劃中，規(guī)定所有高畫質(zhì)數(shù)字電視盒(HD-STBs)必須具備HDMI-HDCP或DVI-HDCP輸出端子。代表歐洲信息通信技術(shù)與消費電子產(chǎn)業(yè)的組織EICTA，也于2005年1月宣布，任何貼有“HD Ready”的顯示設(shè)備，必須通過HDMI或DVI數(shù)字接口接收高分辨率內(nèi)容的傳輸，而且其HDMI或DVI輸入端子必須要支持HDCP。

    所有這些規(guī)定更加強化了HDMI在市場上的地位。HDMI已經(jīng)成為事實上的數(shù)字電視和消費電子產(chǎn)品的接口標(biāo)準(zhǔn)。

HDMI技術(shù)及格式

HDMI技術(shù)

    基于DVI的HDMI接口支持VESA組織的HDCP(高帶寬數(shù)字內(nèi)容保護-High-bandwith digital content protection)的內(nèi)容，用以避免非授權(quán)的內(nèi)容拷貝。同時，該標(biāo)準(zhǔn)還支持VESA組織的EDID（擴展顯示識別數(shù)據(jù)-Extended displayidentification Data）、DDC（顯示數(shù)據(jù)通道-Data display channel，用以讀出EDID）及DMT（監(jiān)視同步協(xié)議），此外EIA-861標(biāo)準(zhǔn)還定義了如何在DVI協(xié)議中包含寬高比及信號格式等信息。

    19陣“Type A”A型HDMI接口采用單TMDS(Transition-Minimized Differential Signaling)連接，可以傳輸視頻采樣率在25-165MHZ范圍內(nèi)的視頻信號。A型接口因尺寸小而更多地應(yīng)用在消費電子行業(yè)。對于傳輸信號采樣率高于165MHZ的視頻信號，HDMI采用雙TMDS的29針B型HDMI接口，這種接口一般用于PC市場

HDMI視頻格式： 

    HDMI支持RGB信號、4:4:4采樣的YCbCr信號及4:2:2采樣的YCbCr.傳輸速率最高的24位/像素。對于640x480清晰度, R′G′B′通常的采用后數(shù)據(jù)范圍為0-255. 對于YCbCr及所有其它RGB清晰度，采樣后的數(shù)值范圍為16-235。

HDMI音頻數(shù)據(jù)格式：

    基于DVD音頻標(biāo)準(zhǔn),HDMI支持1-8組非壓縮音頻傳輸，音頻支持48,96 or 192 kHz等多種采樣率。根據(jù)視頻格式，HDMI可以傳輸不同數(shù)量的采樣率在192KHZ的壓縮音頻。

HDMI接口

的特性：

    完全的數(shù)字信號接口，無壓縮，從信號源直接輸出的直接數(shù)字圖像及音頻

    一根線纜滿足傳輸視音頻信號的需要，所有的HD信號及音頻信號在同一根線纜內(nèi)傳輸，包括5個視頻分量及多通道音頻。

    HDMI接口還支持傳輸智能信息如寬高比及信號格式、控制信息等，為設(shè)備間的智能化控制提供可能。

    支持HDTV 1080P及更高清晰度信號的傳輸及顯示，適應(yīng)HDTV的應(yīng)用

    2003年，HDMI消費類電子產(chǎn)品的銷售量只有25萬臺，但在2004年便成長至600萬臺以上。市場分析師認(rèn)為應(yīng)用HDMI的趨勢將持續(xù)快速成長，并預(yù)期配備HDMI的產(chǎn)品的銷量在2007年將增加至1.25億臺。根據(jù)IDC的估計，在2005年年底，全球?qū)�會有超過1500萬臺HDMI功能的數(shù)字電視，并在2007年年底成長至將近5000萬臺。

    隨著高清晰電視、高清DVD以及各國政府對于數(shù)字電視與數(shù)字內(nèi)容產(chǎn)業(yè)的大力推動與扶植，數(shù)字影音產(chǎn)業(yè)已成為全球信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)新一波的成長動力。作為一個數(shù)字顯示設(shè)備與數(shù)字影音設(shè)備之間的橋梁，HDMI將成為新一代數(shù)字影音設(shè)備的接口標(biāo)準(zhǔn)并在日后取代DVI。

    目前，HDMI技術(shù)入門費用頗高，僅入會年費就為US$15,000，HDCP的年費也為US$15,000，并且在銷售產(chǎn)品時仍需繳納每臺US$0.05到US$0.15的版稅，HDMI兼容性測試費用也在US$10,000到 US$20,000左右。真所謂“最黑的是定標(biāo)準(zhǔn)的”，日后是否會出DVD式的專利爭議，不得而知。

    北京利國公司在完成DVI全系列產(chǎn)品的研發(fā)之后，現(xiàn)已推出HDMI，HDCP的系列產(chǎn)品，形成包含DVI，HDMI，HDCP等數(shù)字信號在內(nèi)的切換，分配，轉(zhuǎn)換，傳輸?shù)漠a(chǎn)品線，并已批量出口。目前已有的產(chǎn)品系列包括：

    DVI系列：

分配器：1*2，1*4，1*8，1*12，1*16等
切換器：2*1，4*1，8*1，16*1，到8*8，16*16等
轉(zhuǎn)換器：VGA 轉(zhuǎn) DVI ， DVI轉(zhuǎn)VGA
傳輸產(chǎn)品：轉(zhuǎn)發(fā)器，電纜均衡器，光纖收發(fā)器

    HDMI與HDCP系列：

分配器：1*2，1*4，1*8，1*12，1*16等
切換器；2*1，4*1，8*1，16*1，到8*8等
轉(zhuǎn)換器：DVI和數(shù)字音頻 轉(zhuǎn) HDMI，及反向轉(zhuǎn)換
傳輸產(chǎn)品：轉(zhuǎn)發(fā)器

DVI的應(yīng)用方案

    HDMI技術(shù)是將數(shù)字化的視頻（Video）信號、音頻（Audio）信號和VGA信號三者合并為同一接口,以同一標(biāo)準(zhǔn)覆蓋，以解決原來不同的信號、不同的接口、不同的標(biāo)準(zhǔn)造成的應(yīng)用不便。以前在工程設(shè)計中，要對三種信號應(yīng)用情況分別進行設(shè)計和考慮，從設(shè)備選型、電纜選擇，可能會出現(xiàn)的不同類型干擾，衰減等方面，總之，要考慮三類問題。但應(yīng)用數(shù)字方式后，可將這三類問題合并為一個問題。試想，將來的某一天，在工程應(yīng)用中不用再考慮視頻有多少路，該選用多大的矩陣，不用再考慮有幾路音頻，如何去選用音頻設(shè)備，有多少VGA信號，要傳輸多遠(yuǎn)，會出什么樣的干擾，衰減等等。只是單一地考慮有多少路HDMI信號（其傳輸距離是有標(biāo)準(zhǔn)可查的），只需考慮距離有多遠(yuǎn) ，選電纜傳輸還是用網(wǎng)線合算，或是用光纖更好。顯示設(shè)備只要將信號接到設(shè)備的HDMI口一切就OK了。家庭應(yīng)用要實現(xiàn)這一步較容易，電視（尤其是平板電視）已經(jīng)具有HDMI接口，只需“傻瓜”的一接就行。但工程應(yīng)用沒有那么快，還是要逐步走向數(shù)字化應(yīng)用的。

DVI的應(yīng)用方案

    DVI信號（VGA信號的數(shù)字化形式）在工程中應(yīng)用優(yōu)點明顯，以前有拙文介紹過，概括起來有以下幾點：

    1、圖像質(zhì)量最好，相當(dāng)于筆記本液晶屏的“原裝信號” ，而且與傳輸距離關(guān)。                                                           

    2、工程施工容易，數(shù)字信號只關(guān)心“0”與“1”的對錯，只要數(shù)字傳輸中沒有出錯，圖像質(zhì)量就是有保證的，不會存在模擬方式中的“模糊、拖尾、重影、干擾”等等問題，工程變得很容易，只要信號到了，沒有錯點就算完成。

    3、成本降低，純從設(shè)備角度上講，目前有些數(shù)字設(shè)備較貴，主要原因是用量較少，元器件的成本較高。但從這些年的發(fā)展來看，數(shù)字設(shè)備的元器件的成本降低很快，至少比模擬設(shè)備的降低要快，而且在設(shè)備研制中，一旦技術(shù)問題解決后，生產(chǎn)中的調(diào)試等環(huán)節(jié)能極大的節(jié)省，有助于成本的降低，因此，數(shù)字設(shè)備的價格與模擬設(shè)備的價格是可比的，甚至?xí)�可能會低于模擬設(shè)備。

某部會議系統(tǒng)案例分析

      分析一個具體的應(yīng)用案例。某部會議系統(tǒng)的框圖如下：

      應(yīng)用介紹：會議沒有固定的場地，根據(jù)不同的與會人員和會議規(guī)格臨時選擇場地，因此要求本系統(tǒng)是一套攜型系統(tǒng)。信號源數(shù)量為四個，顯示設(shè)備數(shù)量不定，傳輸距離不定，但圖像質(zhì)量要求高，分辨率要求達到1280×1024。要求安裝簡單容易，無需專業(yè)技術(shù)人員和工程人員參與。

      根據(jù)需求設(shè)計方案如下：

      由于是一套攜型的移動使用系統(tǒng)，現(xiàn)場有可能隨時變化，距離長短事先不可知，因此選用光纖傳輸，使用距離可在1KM范圍內(nèi)隨意移動。考慮到圖像質(zhì)量，選用DVI方式（分辨率可達1600×1200）。開會時，工作人員將領(lǐng)導(dǎo)發(fā)言所需的課件在PC機上準(zhǔn)備好（一主一備，另一套做準(zhǔn)備），將顯卡（雙輸出）輸出的VGA信號接到自用液晶屏上，將DVI輸出接到DVI切換器（4選1 ）上，切換器根據(jù)需要選出所需的DVI信號進入光發(fā)送器，經(jīng)過傳輸后，利用光接收器還原為DVI信號，根據(jù)會場布置，利用DVI分配器（本身就是DVI轉(zhuǎn)發(fā)器Repeater）將DVI信號分配給顯示設(shè)備，在輸出口不夠用時，可串接下一臺分配器（原理上可無限地?zé)o損串接）以滿足輸出路數(shù)的需要。

      由于傳輸過程中采用的是DVI信號，因此到達前端顯示設(shè)備的信號相當(dāng)于是PC機的“原裝”信號。其信號質(zhì)量比工作人員的液晶屏的圖像質(zhì)量還好。（根據(jù)理論分析和測試情況，工作人員的模擬信號與前端顯示信號相比，多了一次A/D和D/A過程，頻譜相差5-6dB）。工程施工中不用任何調(diào)試，只需檢查信號是否收到，有無錯點。這對于根據(jù)需要臨時安裝的場合優(yōu)勢極大。使用者可自行安裝，無須工程人員參與。

與模擬方式的對比

：

    利用模擬方式，也可完成上述功能，框圖比較簡單，不再畫了。將PC機輸出的VGA信號經(jīng)過分配，一路到自用的顯示器，另一路到VGA切換器，由VGA切換器輸出后經(jīng)電纜傳輸?shù)角岸耍瑐鬏斨懈鶕?jù)不同的距離，選擇長線驅(qū)動器或用一根足夠長的電纜（因每次開會距離不定）配長線驅(qū)動，一次性解決問題，或利用光纖傳輸（又多一次A/D和D/A過程，頻譜再衰減5-6dB），到達前端后利用模擬分配器和長線驅(qū)動器將信號進行分配和再傳輸。其主要缺點是⑴信號多次接力傳送，損失較大。以前按此方案應(yīng)用時，前端的圖像缺陷較多，用戶不太滿意；⑵ 每次安裝都需要現(xiàn)場調(diào)試，必須有專業(yè)技術(shù)和工程人員協(xié)助。⑶現(xiàn)場一旦出現(xiàn)干擾等問題時，一時無法解決，時間保障成問題。

    其實數(shù)字和模擬兩個方案比較，成本未必高不可攀，二者是差不多的，數(shù)字方案應(yīng)用后，用戶看到了效果和效益，非常贊同這種方式。

    此案例是一個非常簡單的應(yīng)用，但效果明顯。實際工程中，可根據(jù)信源的數(shù)量決定矩陣的大小，傳輸通道的數(shù)量，也可把Video信號轉(zhuǎn)成VGA信號（DVI格式）可將通常所說的“視頻”（其實就是Video信號與VGA信號的統(tǒng)稱，因為都是為了顯示的）統(tǒng)一起來考慮。

    隨著PC機的接口改進，PC機也直接采用HDMI接口形式輸出。在顯控行業(yè)中，真正地把“視頻”信號（Vedio和VGA）和音頻（5.1標(biāo)準(zhǔn).8個通道）整合在一起，應(yīng)用前景是非常廣闊的。但目前，國際上HDMI應(yīng)用也剛起步，國內(nèi)的應(yīng)用逐步開始，雖然應(yīng)用方式比較簡單，但也挺有趣。舉個簡單的例子。

    在平板電視加裝HDMI接口后，由于HDMI的信號的圖像質(zhì)量看起來確實比模擬信號的要漂亮得多，無論采用1080I或720P方式，數(shù)字方式都比模擬方式有優(yōu)勢（少了A/D和D/A過程）。因此各電視廠家都會在自己的展廳中選用HDMI的信號方式，表現(xiàn)自己彩電的優(yōu)異品質(zhì)。因此HDMI的小切換器和分配器就成了必選的設(shè)備，廠家將自己的演示內(nèi)容經(jīng)數(shù)字化后（或利用數(shù)字?jǐn)z像機的原裝信號）存入媒體播放器，以HDMI格式輸出，經(jīng)過選擇和分配后，分別接入自己的彩電上，也可將PC機的DVI信號（可用轉(zhuǎn)接線轉(zhuǎn)成HDMI接口）接入。實際效果非常好，已全面使用。北京利國公司已經(jīng)給幾個廠家提供了HDMI的切換分配器，完全可以成熟地應(yīng)用。從目前出口的種類和數(shù)量上看，估計主要應(yīng)用也是如此，更深層次的應(yīng)用尚未開始。

    依本人拙見，當(dāng)前數(shù)字化，數(shù)字高清的現(xiàn)狀應(yīng)該是：

1. 技術(shù)上領(lǐng)先，使用方便，應(yīng)用前景廣闊
2. 目前成本較高，但會很快下降
3. 工程方面，DVI方式可能更快地被應(yīng)用，但HDMI會比DVI更靈活
4. 技術(shù)水平，國內(nèi)不比國外差，有些方面比國外的發(fā)展更快，至少是在同一起跑線上
5. 有一定的技術(shù)難度和技術(shù)壁壘，入門成本較高