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科普论:4K 18G HDMI 信号源线的前生和今世的重要性

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 楼主| 发表于 2017-8-7 18:14:22 | 显示全部楼层
两组图片可以很少的展示在不同信息下线材质量好坏所展示的图片信息好坏。 131218kt7laclr7clkklzd.jpg
1250990083297.jpg
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 楼主| 发表于 2017-8-17 10:53:10 | 显示全部楼层
本帖最后由 好色仙人 于 2017-8-17 10:54 编辑

屏幕快照 2017-08-15 11.24.11.png
线材的认证还是非常重要的。
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 楼主| 发表于 2017-8-22 09:01:16 | 显示全部楼层
chameleon-3840x2400-4k-14988.jpg 8afaed7d-9d45-4761-bede-9402db605688.jpg



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发表于 2017-9-12 11:45:43 | 显示全部楼层
HDMI 协议解析

本文从软件工程师角度对HDMI spec进行解析,基于的spec版本为1.4,也是设备支持最多最成熟的版本,目前最新版本为2.0。

1 概述

HDMI(High-Definition Multiface Interface)是Hitachi, Panasonic, Philips, SiliconImage, Sony, Thomson, Toshiba几家公司共同发布的一款音视频传输协议,主要用于DVD, 机顶盒等音视频source到TV,显示器等sink设备的传输。传输基于的是TMDS(Transition Minimized Differential Signaling)协议。此外,使用TMDS也是DVI标准的主要特点 。

2 物理结构


上图是HDMI block结构图,可以看出HDMI用于audiovisual source和sink之间的连接,HDMI cable由3组差分信号传输TMDS数据,1组差分信号传输clock。此外,HDMI还有一个DDC的通道连接到sink的EDID。CEC和HEAC都是HDMI的可选协议。

HDMI定义了五种类型的connector,上图是最常见的type A。
1-9是TMDS data传输用到的引脚,共有三组;
10-12是TMDS clock传输用到的引脚,共有一组,TMDS clock就是pixel clock;
13是CEC引脚,一种消费电子兼容的传输协议;
14是保留引脚;
15,16是DDC的引脚,DDC是基于I2C协议传输,故引脚为SCL和SDA;
17是接地;
18是+5V power;
19是HPD引脚,用于建立连接。

3 传输概述

HDMI传输由三组TMDS通道和一组TMDS clock通道组成,TMDS clock的运行频率是video信号的pixel频率,在每个cycle,每个TMDS data通道发送10bit数据。

上图是HDMI传输的示意图,从图中可知,HDMI传输如下四种类型数据:
(1)Preamble控制信息,图中的CTLx,可用来表示后面传输的是data island还是video data。通过channel1和2的D[1:0]传输,占用4bit。
(2)Data Island,即数据包,如Audio数据包。通过3个channel的D[3:0]传输,占用12bit。
(3)Video Data,视频数据。示意图中传输的是RGB格式图像,R,G,B分别通过channel2,1,0传输,每个颜色8bit,共24bit。
(4)HSYNC, VSYNC。使用channel0的D[1:0]传输,占用2bit。
8bit的数据在source经过TMDS encoder后得到10bit数据,经过serializer后串行输出;在sink端先进行复原成10bit的数据,再通过TMDS decoder得到8bit的源数据。
此外,HDMI视频是stream式的传输,不涉及packet式的传输。


上图是传输720x480p video的hdmi timing图。
在video data period,有效的video数据进行传输;
在data island period,audio和auxiliary数据以包的形式进行传输;
在control period,CTLx和HSYNC, SYNC进行传输。
data island period和control period都是在消隐区进行。图中行消隐占用138像素,场消隐占45行。

上图中是对时序图中描述的三种period分别传输的数据和编码类型进行说明。video数据从8bit/channel encode后变为10bit/channel, data island的packet数据从4bit/channel encode后为10bit/channel, control数据从2bit/channel encode为10bit/channel。

Control Period


只有两种类型的preamble信息组合,CTL0:3=1000代表接下来的是video data period,CTL0:3=1010代表接下来的是data island period。HSYNC, VSYNC此时也有可能发生变化。

Video Data Period

video data period以2个字符(pixel)长度的leading gurad band开始,guard band如下:
ch0: q_out[9:0] = 0b1011001100
ch1: q_out[9:0] = 0b0100110011
ch2: q_out[9:0] = 0b1011001100

Data Island Period

data island period传输audio数据和辅助数据,辅助数据包括Infoframe和其他用于音视频信息描述的数据。data island period以2个字符长度的leading guard band开始,并以2个字符宽度的trailing guard band 结束。guard band如下:
ch0: q_out[9:0] = n.a
ch1: q_out[9:0] = 0b0100110011
ch2: q_out[9:0] = 0b0100110011
data island传输的packet类型和格式详见spec说明。
三个传输阶段的过渡过程如下图所示:

(1) 左一是control period, 分别占用三个channel的D[1:0],channel 0传输HSYNC, VSYNC, channel1,2 传输Preamble
(2) 左二是data island period,分别占用了三个channel的D[3:0],channel 0的D[1:0]传输HSYNC, VSYNC, channel0的D[3:2]传输packet header, channel 1,2的D[3:0]传输packet。并且两端以guard band隔离
(3)右二接下来又是control period
(4)右一是 video data island, 占用了全部三个通道,并且开始以guard band 隔离

4 Video

支持三种pixel encoding:RGB4:4:4, YCbCr4:4:4, YCbCr4:2:2
video format除了CEA-861-D中格式外,还会支持一些较特殊的格式
color depth可支持一个像素24, 30, 36和48bits
下面分别是24bit/pixel的RGB444, YCbCr422, YCbCr444的pixel encoding示意图。RGB444每个颜色占8bit, YCbCr422中Y占12bit,C占12bit,YCbCr444中Y,Cb,Cr都占用8bit。


Deep Color模式
Pixel Packing
24 bit mode: 1 pixel/group, 1 fragment/group
30 bit mode: 4 pixel/group, 5 fragment/group
36 bit mode: 2 pixel/group, 3 fragment/group
48 bit mode: 1 pixel/group, 2 fragment/group
1fragment/TMDS clock, 如30bit下的4pixel,需要5次传输完成,每次1个fragment。

5 Audio

Audio数据以Audio Sample Packet或High Bitrate Audio Stream Packet的形式传输,但是HDMI没有传输audio clock,因此sink设备需要进行audio clock regeneration。原理如下:

128∗fs=N×fTMDS/CTS
N和CTS会在Audio Clock Regeneration Packet中进行传输,TMDS clock可通过硬件获取,因此sink端可算出source传输的audio clock。

6 ControlInfoFrame

Infoframe以Infoframe packet的形式传输,它的大小不超过30字节加上一个checksum字节。具体infoframe的格式及内容需要查看spec。
AVI(Auxiliary Video Information) Infoframe
Audio Infoframe
HDMI Vendor Specific Infoframe, 传输4kx2k或3D格式时需要发送此packet

EDID & DDC

sink设备在ROM中存放EDID信息,source在收到HPD后会通过DDC通道读取EDID得到显示设备的属性。EDID包含两部分,前128字节符合EDID1.3数据结构,128字节的扩展EDID,符合CEA extension verison3。CEA extension verison3如下图所示。

HDMI VSDB
HDMI sink设备在第一个扩展EDID中包含HDMI VSDB,source在读取EDID后会根据是否有此block来判断设备是HDMI还是DVI。

Hotplug

source会监测HPD pin的状态,当source和sink连接后,如果HPD为高电平,说明sink设备正常可以工作,source可通过DDC读取EDID,如果为低电平,说明sink已断开。
sink可通过拉低HPD超过100ms来向source表明EDID发生了变化,此时source会重新读取EDID。


转载于floater的csdn blog,http://blog.csdn.net/flaoter


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