HDMI协议
1 历史版本
各代音视频接口:第一代CVBS、第二代S-Video、1987年第三代VGA、1999年第四代DVI、2002年第五代HDMI;
每种接口背后都有自己的历史背景,在此不去深究,只是简单概括;除去下面接口外还有SDI接口,雷电接口,先放着;
1.1 CVBS 接口
CVBS:composite vedio boardcast signal 复合视频广播信号接口;
端口:RCA插头接口;V接口传输视频模拟信号,L接口传输左声道音频模拟信号,R接口传输右声道音频模拟信号;
功能:将包含YCbCr信息的基带信号,调制后转换成VHF甚高频或UHF超高频的载波信号进行远距离传输;
1.2 S-Video 接口
S-Vedio:seperate video 二分量视频接口;
端口:4/7/9针 S端子;4针传输Y/C信号;7针传输Y/C信号和AV复合视频信号;9针传输Y/Cb/Cr信号和AV复合视频信号;GND引脚略;
功能:将YCbCr信号的亮度和色度信号分离出来单独传输,以基带信号的方式进行近距离传输;
1.3 VGA 接口
VGA:vedio graphics array 视频图形阵列接口;
端口:15针VGA接口;主要引脚为R/G/B模拟信号,Hsync行同步和Vsync场同步信号;还有地址码ID[3-0]和GND,其中ID1,3复用IIC;
功能:将RGB信号分量单独传输,以基带信号的方式进行近距离传输;这些模拟信号应用到数字显示器时需要模数转换;
1.4 DVI 接口
DVI: digital virtual interface 数字虚拟接口;
端口:DVI-A接口传输模拟信号、DVI-D接口传输数字信号、DVI-I接口传输模拟信号和数字信号;
功能:实现高清无损的8bit RGB视频信号传输;DVI-A传输的是基带信号;
特点:只支持8bit的RGB色彩模型,不支持数字音频信号;不提供数据保护协议;预留接口鸡肋,缺乏对非PC设备的支持;
1.5 HDMI 接口
HDMI:high defination media interface 高清多媒体接口;
端口:19针HDMI接口;3路差分信号,1路差分时钟,reserved引脚,CEC引脚,EDID和HDCP使用的DDC通道引脚,HotPlug引脚;
功能:实现大容量带宽的RGB、YCbCr的数字视频信号和数字音频信号的传输;
2002年推出HDMI1.0,2006年推出HDMI-1.3,2009年推出HDMI-1.4,2013年推出HDMI-2.0,2017年推出HDMI-2.1;
1.6 DP 接口
DP:display port 显示接口;
端口:20针DP端口;4路高速差分信号,1路低速差分信号,HotPlug引脚;
功能:数据包化传输数据的音视频标准接口;
特点:VESA视频标准组织推出的免费接口;双模式DP接口向下兼容HDMI1.4,DVI;
1.7 HDBaseT 接口
HDBaseT:High Definition Base Transport 高清多媒体接口传输接口;
端口:基于CAT5e以上以太网线缆的RJ45端口,
功能:实现大容量带宽的RGB、YCbCr的数字视频信号和数字音频信号的传输;兼容HDMI2.0;
2 HDMI 接口
HDMI:high defination media interface 高清多媒体接口;
功能:实现大容量带宽的RGB、YCbCr的数字视频信号和数字音频信号的传输;
图片先放着;电源5V标出来;电缆阻抗视作100欧姆;https://www.cnblogs.com/xianyuIC/p/12114497.html
2.1 典型端口
Type-A(标准 HDMI)的19针接口,用于通用的视频设备接口;
Type-C(mini-HDMI)的19针接口,用于相机平板设备;使用时转换成Type-A接口使用;
Type-D(micro-HDMI)的19针接口,用于车载、运动相机等微型设备接口;使用时转换成Type-A接口使用;
2.2 特点
体积小:相比VGA、DVI接口和前几代模拟信号接口,HDMI接口体积小,还有更小的micro版接口;
兼容性好:当HDMI协议未检测到来自从设备的VSDB信号用于确认设备身份,则视从设备为DVI设备自动切换DVI协议传输;
支持HDCP协议:支持高带宽内容版权保护协议,HDCP协议通过DDC通道的那两个iic引脚通信;
支持EDID协议:EDID协议通过DDC通道的那两个iic引脚通信;
支持HPD热拔插:hot plug detect;通过HP引脚检测sink端的HDMI协议物理连接是否就绪;
3 HDMI 协议
3.1 传输方式
HDMI的三个数据通道是以TMDS差分传输的方式来传输数据的;
TMDS:transition minimized differential signaling 传输最小化差分信号;
差分传输是通过两个引脚间的电平差来表示一个信号的传输方式;当有干扰时,信号相减把干扰也抵消了;
通过TMDS传输方式,搭配TMDS传输算法,使得传输通道内的数据趋于直流偏移为0,抗干扰性增强;
3.2 传输通道
三通道传输rgb,一通道传输TMDS clock;
3.3 通道数据
数据最小单位为10bit = 8bit原始数据+1bit运算方式+1bit直流平衡
一个TMDS clock时钟周期内传输10bit数据量;
传输数据的周期有三个阶段,8bit+2bit+4bit的视控音,这个周期不是10位了,先放着;
传输数据的时候先传输视频数据,然后在画面消隐期传输音频数据;
那我们的音频数据只有4位怎么传输呢?4bit音频数据以及可能有的附加数据 通过TERC4编码机制转换成10bit TERC4数据,
然后在红色和绿色通道上传输;(这个数据没有放在一个通道上直接传输完事,而是放在两个通道上,
干嘛要放两个通道呢?最小传输单元不是10bit吗?)
3.2 传输速率
HDMI1.0制定时,规定TMDS-clock频率为25MHz-165MHz;
每个TMDS clock周期传输10bit数据量,共3个TMDS传输通道,最大传输数据量为165MHz * 10bit * 3channel = 4.96Gbps;
3.3 传输线缆
随着传输距离的增加,铜芯的信号会随之衰减,导致分辨率降低;使得传输距离达不到理想的20米;
电缆可以分为支持速率达75MHz的标准电缆、支持速率达340MHz的高速电缆;
3.6 HP热拔插检测
发送hdmi数据的设备为source端,接收hdmi数据的设备为sink端;HP引脚电平由sink端控制;
sink端的HP引脚通过一个1KΩ电阻上拉到hdmi的vcc引脚;
source端会通过vcc引脚给sink端提供一个5v的vcc,然后vcc引脚就拉高了HP引脚电平;
当source端读取HP电平大于2v时,视作sink端的hdmi接口就绪;当source端读取HP电平小于0.8v时,视作sink端的hdmi接口断开;
sink端的hdmi接口就绪后,source端的hdmi接口即可读取sink端的edid信息;然后根据edid信息激活tmds通道,传输数据;
热拔插检测的作用检测设备是否就绪,并不是"在设备未断电的情况下插入拔出设备"的热拔插功能;
4 HDCP协议
HDCP:high-bandwidth digital content protection 高带宽数字内容保护协议;
在音视频数据开始传输之前,会先使用HDCP协议进行认证;然后通过HDCP协议获得的密钥对TMDS数据进行加密传输;
4.1 历史背景
于2000年由好莱坞内容商和Intel公司共同开发的音视频数据保护协议,使用HDCP协议时要求收发设备的硬件都支持HDCP协议;
一些设备为了支持HDCP协议,专门使用一个HDCP密钥芯片;另外一些设备将HDCP协议和密钥集成到芯片内部;
4.2 密钥加密原理
每个HDCP设备都有一组唯一的Secret Device Keys,由40组56bits的密码构成;
每个HDCP设备还有一个唯一的Device Private Key,共56bits,作为HDCP设备内部的唯一标识;
每个HDCP设备还有一个KSV key selection vector,共40bits,作为HDCP设备对外的SN号或ID;
KSV 由Device Private Key和部分参数运算后生成 ,KSV 用于决定使用Secret Device Keys中的哪组密钥用于交换和认证;
4.3 密钥加密流程
HDCP设备在传输数据之前,主设备先发送一个AKSV和伪随机序列An,从设备回传BKSV和转发器位REPEAT-bit;
主设备通过运算,判断从设备的密钥是否有效;如果有效那么计算出一个共享密钥用来加密数据内容;
从设备接收到加密数据后,使用私钥和共享密值进行解密数据内容;
数据传输过程中还会间断性确认,防止传输过程中偷换设备;
4.4 授权费用
HDCP协议诞生的初衷就是为了避免盗版造成的经济损失,那么对于使用HDMI和HDCP协议的授权费,资本们自然也没放过;
对于使用HDMI的每种设备需要缴纳每年1.5万美元的授权费,对于使用HDCP的每种设备每年也需要缴纳1.5万美元的授权费用;
silicon image对设备的兼容性测试还要额外收费数千美元,平摊下来每台设备的协议成本至少在20美元以上,可怕居然比高通还贵;
看来这个HDMI协议只是资本逐利的工具,只想趁音视频的风口赚一波块钱,居然也在市场火了近20年,值得深思;
5 EDID:扩展显示标识数据:Extended Display Identification Data
用户手册上用[0:2]来配置分配器的输出模式 ,LPCM和DTS/Dolby音效,先放着把;
用户手册上用[3]来配置HDCP 高宽带数字内容保护是否有效;
6 CEC
CEC透传
CEC指令控制
使得设备可以控制与其相连的HDMI设置的开机,待机,单键播放之类的;
HDMI HDCP CEC EDID 本文356号需要补充;
CEC:Consumer Electronics Control 消费电子控制
AOC 全称 Active Optical Cable 有源光缆传输;
ARC Audio Return Channel 音频回传通道;
HDR:high danamic range 高动态范围 eg:HDR10,10bits色深;
STB:set top box 机顶盒;
SPDIF:Sony/Philips Digital Interface Format 索尼/飞利浦数字接口传输协议;
IR:infrared remote 红外远程
TOSLINK:Toshiba Link,一种标准光学数字音频接口
DANTE:通过以太网线进行传输的一种数字音频传输技术
https://blog.csdn.net/weixin_46183891/article/details/119548561
https://www.bilibili.com/read/cv23110190/