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HDMI 学习总结

• December 26, 2015 • Read: 4084 • 折腾

高清晰度多媒体接口(英文:High Definition Multimedia Interface,HDMI)
因为需要计算HDMI的差分线传输速率,把HDMI相关的知识都看了一下,做如下记录,方便以后回顾。

1.TMDS是什么?

HDMI 有4对差分线,一对时钟线,三对数据线,其中三对数据线分别传输RGB信号。

HDMI标准继续沿用了和DVI相同的,由Silicon Image公司发明的TMDS(Time Minimized Differential Signal)最小化传输差分信号传输技术。TMDS是一种微分信号机制,采用的是差分传动方式。这不仅是DVI技术的基础,也是HDMI技术的基础原理。

一般来说,HDMI传输的编码格式中要包含视频数据(HDMI1.3版本前每个像素采用24bit)、控制数据和数据包(数据包中包含音频数据和附加信息数据,例如纠错码等)。TMDS每个通道在传输时要包含一个2bit的控制数据、8bit的视频数据或者4bit的数据包即可。在HDMI信息传输过程中,可以分为三个阶段:视频数据传输周期、控制传输周期和数据岛传输周期,分别对应上述的三种数据类型。

2.HDMI带宽和TMDS的关系

在HDMI标准中所规定的带宽,在1.0版本就设定为最高4.96Gbps。那么这一数值是怎么的来的呢?和TMDS又有什么关系呢?我们看下面的公式:

串行接口带宽 = 系统时钟频率 X 数据量

这是一个适用于所有串口传输接口带宽计算的公式。在所有的数字电路中,都有一个负责提供基本频率的元器件——晶振,它就像是一个精确的闹钟一样,电路中所有的元器件都按照它的节奏统一行动。比方说,某一运算电路的晶振频率是100Hz,就是说这一电路在一秒钟内可以进行100次运算过程。由此可见,晶振的工作频率越高,每秒所能处理的运算次数就会越多,数据的处理能力也就会越强大。而HDMI标准中,这个原理同样适用。

HDMI电路中的时钟频率,在最初制定时范围从 25MHz-165MHz 之间,也就是说一个TMDS通道每秒最多能传输 165MHz*10bit=1.65Gbit 的数据,3个TMDS通道一秒就可以传输 1.65*3=4.95Gbit 的数据,再加上控制数据,用标准方法表示就是 4.96Gbps 的带宽。而如果用像素点来表示,那就是一秒可以传输显示1.65G个像素点(一个完整的像素点信息由R/G/B三原色信息构成)所需要的数据量。

注:时钟频率指的是TMDS Character Rate, 详见附件[《HDMI 2.0 规范》]() P28 【6.1.1】
由于侵权已经删除PDF文档,需要了解的可以私聊。

在数字音频方面,HDMI灵活的支持符合IEC60985 L-PCM标准的32kHz、44.1kHz和48kHz、16bit量化的立体声数字音频信号和IEC 61937标准的采样率为192KHz,24bit量化的单路无压缩PCM数字音频信号,或者8路96kHz的声音数据流。此外,在家庭影院中常用的DolbyDigital5.1和DTS数字音频格式也能通过HDMI直接传输。

3.HDMI速率计算

在计算之前,需要补充一下1080p 和 1080i的区别:

1080p是一种视频显示格式,外语字母P意为逐行扫描(Progressive scanning)。1080p是一种视频显示格式,外语字母P意为逐行扫描(Progressive scan),有别于1080i的隔行扫描(interlaced scan)。数字1080则表示水平方向有1080条水平扫描线。通常1080p的画面分辨率为1920*1080

1080i 是一种高清晰度电视信号格式。其中,“1080”表示垂直方向有1080条水平扫描线,“i”表示采用交错式扫描视频显示方式(interlaced scan)。在播放时,它先扫描单数的垂直画面,再扫描双数的垂直画面,故只需要1080p一半的带宽。它的出现对电视产业的发展具有重要的影响。

① 传输背景:HDMI 1080p 60FPS 48bit
最大分辨率是1920*1080,所以每一帧图像有1920*1080=2073600个像素,另外,HDMI的图像还需要预留百分之20的空白像素,所以直实的一帧图像的像素是:2073600*1.2=2488320个像素。我们每个像素用3个16bit表示,则总共需要的bit数是2488320*3*(16+4)=149299200个bit(注意每8bit要加2个控制bit,即8b10b编码),每秒刷新60次,即60Hz,那么每秒传输的位数是:149299200*60=8.9580e+009,化成以Gbps为单位,则总速率为:8.958Gbps,每路的速率为:8.958/3= 2.9860Gbps

② 传输背景:HDMI 4K 60FPS 48bit
发现其他不变,就是分辨率1920*1080变为4K的3840*2160,所以可以轻松的得到没路的速率为2.9860Gbps*4=11.944Gbps

HDMI 1.4已经可以支持4K了,但是受制于带宽,最高只能达到3840*2160分辨率和30FPS帧率,HDMI 2.0则将带宽扩充到了18Gbps,可以支持3840*2160分辨率和50FPS、60FPS帧率。HDMI 2.0 最大每路的速率为6Gbps,而根据上述计算,估计HDMI 2.0 的4K 60FPS只能输出24bit的色彩深度。

PS:最后由于有朋友问起带宽和下载速度的关系,这里说明一下。假如你办的电信宽带为10M,即给你的带宽为10Mbps,注意这里是小b,而我们的下载速度一般说500KB/S,这里是大B。所以理论上10M的下载速度为10Mbps/8=1.25MB/S,也就是说,你下载的最快速度可以达到1.25MB/S。但是由于传输线损耗,已经其他方面的原因,一般是达不到理论速度的。

Last Modified: May 30, 2019
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3 Comments
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