HDMI傳輸原理詳解

如同最頂級(jí)的發(fā)動(dòng)機(jī)是F1賽車(chē)馳騁賽場(chǎng)的保障一樣，HDMI標(biāo)準(zhǔn)之所以擁有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)傳輸能力，和它的傳輸原理是分不開(kāi)的，下面我們就看看HDMI標(biāo)準(zhǔn)的傳輸原理是什么。
HDMI標(biāo)準(zhǔn)繼續(xù)沿用了和DVI相同的，由Silicon Image公司發(fā)明的TMDS(Time Minimized Differential Signal)最小化傳輸差分信號(hào)傳輸技術(shù)。TMDS是一種微分信號(hào)機(jī)制，采用的是差分傳動(dòng)方式。這不僅是DVI技術(shù)的基礎(chǔ)，也是HDMI技術(shù)的基礎(chǔ)原理。

TMDS差分傳動(dòng)技術(shù)是一種利用2個(gè)引腳間電壓差來(lái)傳送信號(hào)的技術(shù)。傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)值（“0”或者“1”）由兩腳間電壓正負(fù)極性和大小決定。

每一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的HDMI連接，都包含了3個(gè)用于傳輸數(shù)據(jù)的TMDS傳輸通道，還有1個(gè)獨(dú)立的TMDS時(shí)鐘通道，以保證傳輸時(shí)所需的統(tǒng)一時(shí)序。在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，每個(gè)TMDS通道都能傳送10bit的數(shù)據(jù)流。而這10bit數(shù)據(jù)，可以由若干種不同的編碼格式構(gòu)成。

TMDS對(duì)每個(gè)像素點(diǎn)中的RGB三原色分別按8bit編碼

TMDS數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)序結(jié)構(gòu)
一般來(lái)說(shuō)，HDMI傳輸?shù)木幋a格式中要包含視頻數(shù)據(jù)（HDMI1.3版本前每個(gè)像素采用24bit）、控制數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)包（數(shù)據(jù)包中包含音頻數(shù)據(jù)和附加信息數(shù)據(jù)，例如糾錯(cuò)碼等）。TMDS每個(gè)通道在傳輸時(shí)要包含一個(gè)2bit的控制數(shù)據(jù)、8bit的視頻數(shù)據(jù)或者4bit的數(shù)據(jù)包即可。在HDMI信息傳輸過(guò)程中，可以分為三個(gè)階段：視頻數(shù)據(jù)傳輸周期、控制傳輸周期和數(shù)據(jù)島傳輸周期，分別對(duì)應(yīng)上述的三種數(shù)據(jù)類(lèi)型。

HDMI帶寬和TMDS的關(guān)系
而在HDMI標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的帶寬，在1.0版本就設(shè)定為最高4.96Gbps。那么這一數(shù)值是怎么的來(lái)的呢？和TMDS又有什么關(guān)系呢？我們看下面的公式：

這是一個(gè)適用于所有串口傳輸接口帶寬計(jì)算的公式。在所有的數(shù)字電路中，都有一個(gè)負(fù)責(zé)提供基本頻率的元器件——晶振，它就像是一個(gè)精確的鬧鐘一樣，電路中所有的元器件都按照它的節(jié)奏統(tǒng)一行動(dòng)。比方說(shuō)，某一運(yùn)算電路的晶振頻率是100Hz,就是說(shuō)這一電路在一秒鐘內(nèi)可以進(jìn)行100次運(yùn)算過(guò)程。由此可見(jiàn)，晶振的工作頻率越高，每秒所能處理的運(yùn)算次數(shù)就會(huì)越多，數(shù)據(jù)的處理能力也就會(huì)越強(qiáng)大。而HDMI標(biāo)準(zhǔn)中，這個(gè)原理同樣適用。

HDMI編碼圖例：3個(gè)TMDS分別傳輸像素點(diǎn)的RGB數(shù)據(jù)
HDMI電路中的時(shí)鐘頻率，在最初制定時(shí)范圍從25MHz-165MHz之間，也就是說(shuō)一個(gè)TMDS通道每秒最多能傳輸165MHz×10bit=1.65Gbit的數(shù)據(jù)，3個(gè)TMDS通道一秒就可以傳輸1.65×3=4.95Gbit的數(shù)據(jù)，再加上控制數(shù)據(jù)，用標(biāo)準(zhǔn)方法表示就是4.96Gbps的帶寬。而如果用像素點(diǎn)來(lái)表示，那就是一秒可以傳輸顯示1.65G個(gè)像素點(diǎn)（一個(gè)完整的像素點(diǎn)信息由R/G/B三原色信息構(gòu)成）所需要的數(shù)據(jù)量。

在數(shù)字音頻方面，HDMI靈活的支持符合IEC60985 L-PCM標(biāo)準(zhǔn)的32kHz、44.1kHz和48kHz、16bit量化的立體聲數(shù)字音頻信號(hào)和IEC 61937標(biāo)準(zhǔn)的采樣率為192KHz，24bit量化的單路無(wú)壓縮PCM數(shù)字音頻信號(hào)，或者8路96kHz的聲音數(shù)據(jù)流。此外，在家庭影院中常用的DolbyDigital5.1和DTS數(shù)字音頻格式也能通過(guò)HDMI直接傳輸。