首頁 > 高頻線纜|數據線纜 > HDMI傳輸原理之TMDS

[HDMI ] HDMI傳輸原理之TMDS

P: 2020-04-11 16:54:34

1

最近HDMI協會的規范更新非常之快,特別是在2.1的部分,具體細節之前都有更新發布,這里就不重復,今天和大家聊的是最基礎的HDMI傳輸原理之TMDS(Time Minimized Differential Signal);其實HDMI傳輸原理和DVI相同,HDMI是源于DVI接口技術,它們主要是以美國晶像公司的TMDS信號傳輸技術為核心,這也就是為何HDMI接口和DVI接口能夠通過轉接頭相互轉換的原因,美國晶像公司是HDMI八個創始會員單位中唯一的集成電路設計制造公司,是高速串行數據傳輸技術領域的領導廠商.

TMDS原理

一個HDMI包括3個TMDS數據通道和1個TMDS時鐘通道;

每一個TMDS時鐘周期內,TMDS數據通道上會發送一個10位的字符信息。

每個TMDS時鐘周期內,編碼器將2位的控制數據、4位的報數據或者8位的視頻數據采取不同的編碼方式編碼成10位數據;前8位數據由原始信號經運算后獲得,第9位指示運算的方式,第10位用來對應直流平衡(DC-balanced,就是指在編碼過程中保證信道中直流偏移為零,電平轉化實現不同邏輯接口間的匹配),轉換后的數據以差分傳動方式傳送。這種算法使得被傳輸信號過渡過程的上沖和下沖減小,傳輸的數據趨于直流平衡,使信號對傳輸線的電磁干擾減少,提高信號傳輸的速度和可靠性.

綜合而言就是每個數據通道都通過編碼算法(異或、異或非等),將8位數據轉換成10位數據,前8為數據由原始信號經運算后獲得,第9位指示運算的方式,第10位用來對應直流平衡。通過這種算法,會使得數據的傳輸和恢復更加可靠.

傳輸最小化

第一步:將8位并行RED數據發送到TMDS Tx.

第二步:并/串轉換.

第三步:進行最小化傳輸處理,加上第9位,即編碼過程。第9位數據稱為編碼位.

  一般情況下,HDMI連接由一對信號源和接受器組成,有時候一個系統中也可以包含多個HDMI輸入或者輸出設備。每個HDMI信號輸入接口都可以依據標準接收連接器的信息,同樣信號輸出接口也會攜帶所有的信號信息。HDMI數據線和接收器包括三個不同的TMDS數據信息通道和一個時鐘通道,這些通道支持視頻、音頻數據和附加信息,視頻、音頻數據和附加信息通過三個通道傳送到接收器上,而視頻的像素時鐘則通過TMDS時鐘通道傳送,接收器接受這個頻率參數之后,再還原另外三個數據信息通道傳遞過來的信息。

HDMI在針腳上和DVI兼容,只是采用了不同的封裝。與DVI相比,HDMI可以傳輸數字音頻信號,并增加了對HDCP的支持,同時提供了更好的DDC可選功能。HDMI支持目前最高的HDMI2.1版本的48Gbps的數據傳輸率,最遠可傳輸15米,足以應付一個8K的視頻和一個16聲道的音頻信號。而因為一個8K的視頻和一個168聲道的音頻信號需求少于4GB/s,因此HDMI還有很大余量。這允許它可以用一個電纜分別連接DVD播放器,接收器和PRR。此外HDMI支持EDID、DDC2B,因此具有HDMI的設備具有“即插即用”的特點,信號源和顯示設備之間會自動進行“協商”,自動選擇最合適的視頻/音頻格式。HDMI接口支持HDCP協議,為看有版權的高清電影電視打下基礎.

HDMI與分辨率

PCLK:像素時鐘

以1920x1080p/60hz為例:1920*1080*60=124.4MHz

以1280x720p/60hz為例:1280*720*60=55.3MHz

帶寬:1s內傳輸的數據量(bit)

4K頻率需要的帶寬:選最常用的3840x2160分辨率,色深的話常用的是8位,RGB三色就是24bit,我們的目標是60Hz刷新率(60fps)3840*2160*24bit*60fps=11.94Gbps

HDMI1.4像素時鐘高達340MHz,即最大帶寬是:340MHz*10bit(10bit編碼)*3(3個數據通道)=10.2Gbps

但是由于HDMI采用的是8bit/10bit編碼方式,實際效率是理論值的80%,所以10.2Gbps能傳輸的最大視頻帶寬是10.2*0.8=8.1Gbps

在TMDS數據通道中數據在三種不同的周期塊中發送

  • 視頻數據周期 (active video)

  • 數據島周期 (data island)

  • 控制周期(ctl)

  • 在視頻數據周期和數據島周期之前都有一個前導的防護帶 ;在數據島周期的尾部也有一個防護帶控制周期:控制周期用于傳輸引導數據,同時也被接受端用于字符同步

HDMI發展歷程介紹詳解

目前國內HDMI線材市場及其混亂,經常碰到兼容問題,比如最常見的1.4和1.3不兼容,1.4和2.0版不兼容,看到這可能會有人吐槽,明明cat2后的HDMI不分版本,線是通用的,以下為我們之前整理的匯總說明

連接器部分,HDMI聯盟定義了type A/B/C/D/E共5種規格,其中雙路的B口基本沒有廠商在做(僅一款產品在官網注冊)不用理會,剩下的C和D口分別是mini HDMI和micro HDMI,前者攝像機可能有在用,后者常見于手機等小型移動設備(D比C要小很多),E口是車載專用口,長21.9mm,外面有防脫落的倒鉤,較少見,市面上最常見的是A口,長13.9mm,包括電視、顯示器、播放器、游戲主機等眾多家用數碼設備. 
線纜部分,HDMI聯盟將其分成了9類,同時又對廠家提出了一個叫做Category 的認證流程,這個流程完成后,根據其送測樣品線纜的帶寬值,分為Category1/2/3三個不同的認證標準,具體如下:
Cat1 
Standard HDMI Cable
Standard HDMI Cable with Ethernet  
Standard Automotive HDMI Cable  
Cat2  
High Speed HDMI Cable  
High Speed HDMI Cable with Ethernet  
High Speed Automotive HDMI Cable  
Premium High Speed HDMI Cable  
Premium High Speed HDMI Cable with Ethernet  
Cat3  
The Ultra High Speed HDMI Cable

其中Standard開頭的是Cat 1,帶寬不得低于2.25Gbps;High Speed是Cat2,不得低于10.2Gbps(HDMI 1.3引入),而Ultra High Speed是Cat3,它是最新的HDMI2.1標準所相匹配的新線纜帶寬48 Gbps.
除了Cat3和Premium High Speed ,Cat1和Cat2認證都分別對應三種,分別為普通版,網絡版,Automotive即車載版.
要注意的是,Premium High Speed很特別,官方沒說明它屬于Cat2,但因為Ultra High Speed才是Cat3,那么把它就姑且放在2里面吧,或者也可以說是Cat2超,帶寬18Gbps,通過該認證的設備帶有一個黃色二維碼標志,這也是以前所不具有的,從HDMI聯盟官網所見,網絡版的Premium似乎還是用的老版本的High Speed的藍色標志,具體可見下附型號.


incident mode distribution - 入射模分布 點贊(0) 投訴

1


你需要登錄才能發表,點擊登錄
一级黄片