2024年5月26日发(作者：)
HDMI信号
一、 HDMI产生
随着各种数字显示终端的日益普及，人们退出了多种数字传输接口标准，如
USB/IEEE1394等。USB虽然得到普遍应用，但是有限的带宽使USB只能传输一些
低速率的高清晰静态图像或者低分辨率的动态图。IEEE1394虽然在数码摄像机上
得到了广泛应用，但是也由于受传输带宽的限制，只能传输标准清晰度的压缩数
码图像，同时又因其电路结构复杂，无法真正应用于高清晰实时视频领域。1999
年4月，数字视频接口（Digital Visual Interface）DVI1.0标准正式颁布，DVI能够
传输无压缩高清晰实时数码图像，视频质量得到了极大提高，然而DVI接口过于
庞大，不适合便携设备使用，而且它仍然不支持数字音频信号传输。为了克服这
些缺点，HDMI（High Definition Multimedia Interface）高清晰多媒体数字接口应
运而生。
二、 HDMI接口性能
2002年4月，日立、松下、飞利浦、Silicon Image、索尼、汤姆逊、东芝共七
家公司成立了HDMI组织，开始制订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HDMI1.0标准颁布。HDMI最高支持5Gbp的传
输带宽，相对于仅需要2.2Gbps的HDTV来说，还有很大的带宽可以留给将来可
能的更高标准的数字信号。HDMI的最大优点是，既能无压缩传送全数码的视频
信号，也能同时传送数码音频信号，只靠一条HDMI线连接终端设备，就能同时
欣赏到清晰的画面和立体的声音。
HDMI支持以下视频和音频传输标准：
SXGA:1280×1024@85Hz;
UXGA:1600×1200@60Hz;
SDTV:480i/480P/576i/576P;
HDTV:720P/1080i/1080P;
CD:16位@32KHz、44.1KHz、48KHz;
DVD-VIDEO:8通道数字音频；
DVD-AUDIO:1通道的24位@192KHz。
HDMI支持EDID、CEC，支持HDMI的设备有“即插即用”的特点，信号源和设
备之间会进行“协商”，自动选择最合适的视频/音频格式。
三、 HDMI工作原理
HDMI A Type
Pin
Pin定义
1 TMDS Data 2+
2 TMDS Data 2 Shield
3 TMDS Data 2-
4 TMDS Data 1+
5 TMDS Data 1 Shield
6 TMDS Data 1-
7 TMDS Data 0+
8 TMDS Data Shield
9 TMDS Data 0-
备注
Pin
11
12
13
14
15
16
17
18
19
Pin定义
TMDS Clock Shield
TMDS Clock-
CEC
Reserved(N.C. on device)
SCL
SDA
DDC/CEC Ground
+5V Power
Hot Plug Detect
备注
时钟屏蔽脚
时钟数据脚
保留针脚
HDMI信号
10 TMDS Clock+
HDMI B Type
Pin
Pin定义 备注
Pin
Pin定义 备注
1 TMDS Data 2+ 16 TMDS Data 4+
数据脚
2 TMDS Data 2 Shield 17 TMDS Data 4 Shield
屏蔽脚
3 TMDS Data 2- 18 TMDS Data 4-
数据脚
4 TMDS Data 1+ 19 TMDS Data 3+
5 TMDS Data 1 Shield 20 TMDS Data 3 Shield
6 TMDS Data 1- 21 TMDS Data 3-
7 TMDS Data 0+ 22 CEC
8 TMDS Data Shield 23 Reserved(N.C. on device)
保留针脚
9 TMDS Data 0- 24 Reserved(N.C. on device)
保留针脚
10 TMDS Clock+ 25 SCL
11 TMDS Clock Shield 26 SDA
12 TMDS Clock- 27 DDC/CEC Ground
13 TMDS Data 5+ 28 +5V Power
14 TMDS Data 5 Shield 29 Hot Plug Detect
15 TMDS Data 5-
总共29Pin，可传输HDMI A type两倍的TMDS资料量，相对等于DVI Dual-Link
传输，用于传输高分辨率（WQXGA 2560×1600以上）。因为HDMI A type只是
Single-Link的TMDS传输，如果要传输成HDMI B type的讯号，则必须要两倍的
传输效率，会造成TMDS的TX/RX的工作频率必须提高至270MHz以上。而在
HDMI 1.3 IC出现之前，市面上大部分的TMDS TX/RX只能稳定在165MHz以下工
作。
HDMI接口系统由数字信号编码、数字传输、信号解码三部分构成。视频、音
频和辅助信号（如场行同步信号）送入HDMI的编码发送芯片，进行数据编码，
然后通过3路TMDS数据通道和1路TMDS时钟通道传送到信号接收端，接收端
的HDMI解码芯片进行数据解码，将对应的音频信号还原并送到数码显示终端。
每个TMDS通道可以传输8位有效数据，3个TMDS通道就可以同时传输24位
有效数据。对视频而言，每个像素点最高可以用24位来表示，点的传输速率最
高可达165MHz，因此可以传输高清晰度的图像。音频信息也是通过TMDS通道
传输，最高采样频率达192KHz。
DDC（Display Data Channel）通道建立了发送设备和显示终端之间的数据连接。
发送设备通过它可以与显示终端通信，获得终端的相关参数，自动配置相应的传
输格式。
CEC Line（Consumer Electronics Control）是为用户设置的高级HDMI设备控制
线。它遵循CEC用户控制协议，可以实现单键播放、单键刻录及刻录时间控制等
操作。用来传送工业规格的AV Link协议信号，以便支持单一遥控操作多台AV
机器，为单芯线双向串行总线。CEC在HDMI接口中是可选协议。
HDCP（High-bandwidth Digital Content Protection）在HDMI发送器和接收器之
间提供版权保护，系统需要在发送器和接收器两边都有HDCP的硬件，来实现保
护功能。信源在数据传送之前需对数据进行HDCP的加密，接收器则需要一组密
钥来开锁解密。目前HDCP功能大多数集成在HDMI芯片中，比如SIL9030编码
芯片。
HDMI信号
Serial Clock(简称SCL)和Serial Data(简称SDA)，这两支脚是用来让Source(DVD)
和Display(TV)作沟通，在电视内部都有一个记忆体，内部存放了有关这台电视所
支持的分辨率，例如720P或者1080P，如果Source(DVD)不知道目前所连接的电
视所支持的电视分辨率是多少时，Source(DVD)就不知道要放送出什么分辨率的
讯号，因此在一开始Source(DVD)会透过这两支脚位去读取电视所支持的分辨率，
当Source(DVD)知道后，Source(DVD)才会放出符合电视分辨率的影像画面，其中
SCL是时钟(Clock)脚位，SDA是资料脚位。
TMDS编码技术，HDMI协议和DVI协议一样，都是基于TMDS编码机理。
TMDS(Transition Minimized Differential Signal最小变换差分信号)是DDWG的成员
Silicon Imagine公司开发的，用于将图形数据送到显示器的技术。它通过异或及
异或非等算法，将8位数据转换成10位，前8位数据由原始信号经运算后获得，
第9位指示了运算的方式，第10位用来对应直流平衡（DC-balanced）。这种算
法使得被传输信过渡过程的上冲和下冲减小，直流信号也接近平衡。它以差分形
式发送信号，信号的优化使信号对传输线的电磁干扰（EMI）减少，传送的数据
也趋于直流平衡，另外这种先进的编码技术使数据在接收端能够得到可靠的恢复。
因此通过TMDS传输，传输距离能够得到显著提高，HDMI的传输线可以达到25m。
视频音频传输原理，HDMI协议通过对视频信号、音频信号和控制信号的时分
控制，实现了音视频的同时传输。下面以向电视机传输720×480P的图像信号和
相应声音信号为例，解释其传输原理。HDMI的信号传输过程包括3个期间：视
频数据传输期、岛屿数据传输期和控制数据传输期。在视频数据传输期，HDMI
数据线上传送视频像素信号。视频信号通过编码，生成3路共24位的TMDS数
据流。HDMI支持多种方式的视频编码，通过对3个通道数据的合理分配，既可
以传输RGB 4:4:4信号，也可以传输YCbCr(4:2:2或4:4:4)信号。在信号源数据量
太低时（如480i，传输速率只有13.5MHz），HDMI还提供了点重复模式，从而使
信号的传输速率不低于规定的25MHz。在岛屿数据传输期，HDMI数据线上出现
音频数据和辅助数据（信息帧和场行同步信号）。该期间的数据采用TERC4(TMDS
Error Reduction coding)的编码方式，将4位数据转换成10位，如0000B转换成
1010011100B表示，打包后送到3个TMDS通道。音频数据在接收端解码还原，
以原来的采样频率重现。为了提高每个数据包的可靠性，及时查出错误的数据，
每个数据包中还含有经ECC(Error correction code)运算后的校验位。协议规定，每
个岛屿数据传输期，至少要传达1个数据包，最多18个数据包，每个数据包由
包头、包体（包含4个子包）和校验位构成。在每两个视频诗句传输期之间，至
少要传送一个岛屿数据，这样可以保证音频数据有足够的传输速率。HDMI支持
8声道的音频传输，将原来的8条线完全省掉，极大地方便了消费者。在任意两
个数据期之间是控制数据传输期，它用来传输文件头和场行同步控制信号。该期
间传输6位数据，分别为HSYNC(行同步)、VSYNC(场同步)、CTL0、CTL1、CTL2、
CTL3。采用2到10位的编码方式。每个TMDS传输2位有效数据。
音频和视频的采样频率是不相同的，那么HDMI又是怎样将两者统一在一个频
率下进行传输的呢？音频数据和视频数据采用相同的TMDS时钟进行传输，其中
已不再包含原始的音频采样频率。因此必须对音频的采样频率进行重建，这一过
程称为音频时钟再生。在多数AV设备中，音频和视频的采样频率都是通过对一
个基频倍频或分频得到，因此在两个频率之间存在一定比例关系。HDMI协议证
实利用了这一特点实现了音频时钟再生。Fs=（f
TMDS_Clock
×N/CTS）/128其中Fs
是音频采样频率,f
TMDS_Clock
是TMDS传输数据的时钟频率，N和CTS是计算参数。
HDMI信号
发送器在发送音频数据前，需根据传输的时钟速率计算出N和CTS的数值，然
后和音频数据一起传送到接收器，接收器根据N和CTS的数值，就能够反算出
音频的采样频率。比如，视频传输频率是54MHz（Pixel），则44.1KHz采样频率
对应的N和CTS值分别是6272和6000，而对应88.2KHz采样频率的值分别为
12544和60000。HDMI发行的1.1版规格中给出了它们的推荐值。
DDC(Display Data Channel)建立了主从机之间连接，通过对接收设备内部E-EDID
数据的访问，发送设备可以获得接收器终端的信息，如最高清晰度等，从而也能
够自动配置合适的输出格式。
HDMI接口增加了热插拔的检测功能，因而也实现了真正意义上的即插即用。
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