HDMI/DVI

一.基础知识

1.历史

　　早期在FPGA芯片上实现HDMI控制显示是使用HDMI发送芯片，eg：ADV7513,sil9022，CH7301等。用之前VGA控制中输出的RGB信号,行场同步信号和使能信号输入到HDMI芯片中处理再输出。

　　为了节省I/O引脚资源，直接在FPGA上设计HDMI时序并直接连接HDMMI接口。

2.接口比较

①HDMI/DVI

　　HDMI可以传输音频信号。

　　HDMI兼容DVI，可通过转换接口将信号接到DVI接口。

②HDMI/VGA

　　VGA收发都需要数模转换器，传输信号：数字信号 -> 模拟信号 -> 模拟信号 -> 数字信号。

　　HDMI只需数据收发器，传输信号：数字信号 ->数字信号 ->数字信号 ->数字信号 

　　HDMI采用差分传输，抗干扰能力强，而VGA经历数模转换，当数据变化太快时（颜色变化较大的边界），会出现拖影现象：后一个像素的图像数据可能无法真正显示其想显示的颜色，而是介于 需要显示的颜色和前一个像素的颜色之间的一种颜色。此外会因为抗干扰能力弱，出现杂点。

3.显示原理

　　HDMI/DVI的编码解码流程如下：我们需要设计的是编码和串行发送，由显示器来解码提取信息。

　　

　　输入接口层：RGB[23:0],行场同步信号数字接口。（即类似于VGA的输出信号）。

　　TMDS发送器：对输入的信号进行TMDS编码。经过高速串口输出（4个串口通道）

　　TMDS接收器：接收，解串，解码，得到RGB行场同步数字信号。　　

　　输出接口层：RGB行场同步信号数字信号输出到显示器。

 

　　VGA：采用逐行显示（也可以说是逐点显示），随着时钟周期输出每一个像素点的[23:0]RBG值和行场同步信号。

 

　　HDMI/DVI：在VGA的基础上采用了TMDS编码方式（减少电磁干扰，增强DC平衡），用差分信号输出。具体操作为：对VGA控制器输出的RGB[23:0]和行场同步信号，分成RGB三个通道和一个同步时钟CLK通道进行TMDS编码器进行编码，然后经过串行发送器把编码值转化为串行数据，分成4个通道输出（也就是8条差分线）。

 

　　HDMI/DVI设计：①d_e为高电平时，对RGB数据进行编码，低电平时对同步信号编码。②从VGA控制器输出来看，每个时钟周期会输出一个RGB像素值，而我们的目的是在一个周期内既传输RGB又传输同步信号，所以得在一个周期内让d_e半个周期为1（传输RGB），半个周期为0（传输同步信号），（跟时钟一样），所以VGA的时钟频率应该是HDMI/DVI的二分之一。

 

3.1框图

3.2.TMDS编码（过渡调制差分信号）：一种编码方案

目的：实现最小化传输

Ⅰ.最小化传输

定义：通过对输入的一组数据处理，得到一组跳变次数最少的数据（跳变指：相邻数据为01或10）。

意义：消除电磁干扰（使得HDMI/DVI抗干扰能力强）。（信号跳变会产生磁场，对信号线有电磁干扰）。

实现：TMDS编码。

Ⅱ.直流平衡（DC）

定义：信号在传输中0和1的数据个数相同。

意义：避免收发方有直流电，防止电压不稳引起的问题。

实现：利用上一组数据编码后的极性来指导本组数据的编码，控制0和1数据的平衡。（极性指示0/1数量）

未解的疑惑： de=0时才传输同步信号，那么就得用两个周期来传输一个周期就要传完的数据? 先不管（暂时的想法是：时钟可以控制的嘛，DE也是由VGA控制产生，2倍时钟关系即可解决）

3.3串行差分信号发送

 　　编码后的信号，要经过串行发送器处理，把并行数据转换为串行数据，并设计两路差分信号发送，增强抗干扰能力。