高清時代一統江山 HDMI完全使用手冊

    HDMI技術，中文全名『高清多媒體接口』，是目前在各種視頻、音頻領域應用最 廣泛的一種接口標准。作為正在成為各種數字影音設備和PC中必配的新型接口技術，HDMI到底是如何而來 ？又究竟是什麼讓HDMI做到在眾多接口技術中獨領風騷？HDMI風光的外表下又到底蘊含著什麼樣的危機？ 今天，這篇『HDMI全書』就將帶你撥開纏繞在HDMI身上的層層迷霧。

   鑒於篇幅和結構的考慮，我們將采用章節目錄的方式給您呈現這篇文章，每個章節的內 容同時也更加方便讀者的瀏覽。

第一章 我們為什麼需要數字傳輸接口

  第一節：數字化影音時代模擬接口的缺陷
  第二節：完全數字化的HDMI標准橫空出世
  第三節：HDMI標准的特點和優勢

第二章 HDMI技術詳細解析

  第一節：HDMI傳輸原理解析
  第二節：HDMI的接口類型
  第三節：HDMI支持的顯示格式
  第四節：HDCP版權保護功能解析
         1.HDCP版權保護機制的功能
         2.HDCP的實現機制
  第五節：HDMI各版本演變之路
  第六節：HDMI音頻功能解析
         1.HDMI音頻功能解析
         2.HDMI對各種音頻格式支持的進化
  第七節：HDMI 1.3標准詳解
  第八節：HDMI系統中傳輸線材的重要性

第三章 HDMI標准身後的商業模式

    第一節：HDMI標准的普及狀況
    第二節：HDMI標准的收費模式
    第三節：HDMI的『De facto』推廣策略

第四章 HDMI推廣過程中的主要問題

    第一節：廠商在生產HDMI設備時的問題
    第二節：HDMI ATC認證的先天缺陷
    第三節：Simplay HD過高收費帶來的障礙

第五章 HDMI技術面臨的機遇和挑戰
    
    第一節：HMDI的有力對手——DisplayPort技術             
    第二節：HDMI面臨的新機遇

附件：HDMI常見問題集合 (FAQ)

第一章 我們為什麼需要數字傳輸接口

第一節：數字化影音時代模擬接口的缺陷

    說起顯示設備，很多人都會在第一時間想起電視機和電腦顯示器這些在生活中隨 處可見的設備。的確，隨著人類社會的不斷進步，各種顯示設備已經在人類社會中發揮了巨大的作用，無 論是在工業生產的第一線，還是在家庭休閑娛樂的時刻，人們都希望能看到清晰、流暢的影像。而對於顯 示設備來說，要想顯示出豐富多彩的高分辨率畫面，除了高質量的信號源，還需要一個高性能的信號傳輸 、接收裝置，也就是我們常說的信號接口。打個比方，我們可以把影像信號看成裝滿了貨物的汽車，那麼 傳輸影像信號的裝置就是讓汽車行駛的公路（信號接口的帶寬就如同公路的通行能力）。人們為了提高影 像的清晰度，不停的在增加公路上行駛的汽車數量（以裝載更多的數據量），而要保證汽車不會發生擁堵 ，將公路昇級改造為通行量更大、更寬的高速公路，就是一個必不可少的手段。

    在過去的相當一段時間內，以CRT為代表的模擬顯示設備佔據了整個顯示設備中 的絕大多數。由於生產工藝的限制，CRT顯示設備的尺寸普遍較小，分辨率也不是特別高。同時從信號的 數據量來看，也不是特別巨大，因此兼容性強、而成本低廉的各種模擬接口得到了廣泛應用，比如很多人 都熟悉的AV接口、S端子、色差端子和VGA接口。

    進入21世紀後，隨著液晶電視、等離子電視等大尺寸數字化平板顯示設備的普及 ，以及高清電視格式（720p/1080i/1080p）的確定，傳統模擬接口的帶寬已經已經不能滿足海量數據流傳 輸的需要，也不符合數字化的潮流。因此，傳輸速度更快的全數字化接口勢必會成為傳統模擬接口的終結 者。

    除了數據傳輸能力的限制，另一個影響到模擬接口繼續使用的因素來自好萊塢的 影視出版商們。由於模擬接口不具備任何防盜版能力，因此盜版影片、電視劇的橫行給他們造成了巨大的 經濟損失。根據美國影協的統計，僅2005年，因為盜版問題好萊塢的幾個主要電影制片廠就損失了近61億 美元。如果算上電視劇等方面，這個數字會更加驚人，因此，具有版權保護功能的數字接口也得到了好萊 塢方面的熱烈歡迎。
 
    當然，數字接口只是一個比較籠統的稱謂，只要是傳輸『0』和『1』數字信號的接 口，都可以看成是數字接口。比如常見的USB接口，就是一種純正的數字接口，但是很顯然，現在並沒有 多少設備在用USB接口作為視頻信號傳輸的方式。所以，打造出適合影像傳輸的專用型數字化接口就顯得 非常重要。

第二節：HDMI標准橫空出世

    HDMI的全稱是『High Definition Multimedia Interface高清多媒體接口』。 2002年4月，來自電子電器行業的7家公司——日立、松下、飛利浦、Silicon Image、索尼、湯姆遜、東 芝共同組建了HDMI高清多媒體接口接口組織HDMI Founders（HDMI論壇），開始著手制定一種符合高清時 代標准的全新數字化視頻/音頻接口技術。經過半年多時間的准備工作，HDMI founders在2002年12月9日 正式發布了HDMI 1.0版標准，標志著HDMI技術正式進入歷史舞臺。

    HDMI技術的推出，並不是這些廠家一時興起的衝動行為，相反，在HDMI技術推出 的背後，還有這更多的深層次原因。

    1999年4月份，為了滿足數字化時代高質量圖形影像的要求，DDWG(Digital Display Working Group)數字顯示工作組以美國Silicon Image公司的專利技術為藍本，推出了一種名為 DVI(Digital Visual Interface)的接口，旨在統一新時代數字顯示接口標准。這一技術並且得到了IT業 內以INTEL、DELL、HP、IBM、微軟等個大企業的廣泛支持。經過3年多的推廣，DVI技術在計算機顯示輸出 領域得到了迅速運用，但是伴隨著數字高清影音技術的發展，DVI接口也開始逐漸暴露出種種問題，甚至 在一定程度上成為數字影像技術進步的瓶頸。

    DVI接口雖然是一種全數字化的傳輸技術，但是在開發之初，其最初目標就是要 實現高清晰、無損壓縮的數字信號傳輸。由於沒有考慮到IT產品和AV產品融合的趨勢，DVI標准過分偏重 於對計算機顯示設備的支持而忽略了對數字平板電視等AV設備的支持。同時，對於一直關注盜版問題的好 萊塢出版商們，DVI接口也沒有提供他們所關心的版權防盜功能。因此從最後的結果來看，DVI接口雖然成 功的實現了無損高清傳輸這一目標，但是過於專一的定位也在相當程度上造成了整體性能的落後。下面我 們看看DVI接口存在的主要問題：

    * DVI接口考慮的對象是PC，對於平板電視的兼容能力一般。
   
    * DVI接口對影像版權保護缺乏支持。

    * DVI接口只支持計算機領域的RGB數字信號，而對數字化的色差信號
      無 法支持。

    * DVI接口只支持8bit的RGB信號傳輸，不能讓廣色域的顯示終端發揮出
      最佳性能。

    * DVI接口出於兼容性考慮，預留了不少引腳以支持模擬設備，造成接
      口體積較大，效率很低。

    * DVI接口只能傳輸圖像信號，對於數字音頻信號的支持完全沒有考
      慮。

    由於以上種種缺陷，DVI接口已經不能更好的滿足整個行業的發展需要。因此， 無論是IT廠商，平板電視制造商，還是好萊塢的眾多出版商，都迫切需要一種更好的能滿足未來高清視頻 行業發展的接口技術，也正是基於這些原因，纔促使了HDMI標准的誕生。

第三節：HDMI標准的主要特性和優勢

    在HDMI標准制定之初，並沒有拋棄DVI標准中相對成熟且較易實現的部分技術標 准。整個傳輸原理依然是基於Silicon Image公司的TMDS編碼技術。而對於DVI接口存在的各種缺陷，HDMI 進行了大幅提昇，主要體現在以下方面：

    * 更好的抗乾擾性能，能實現最長20米的無增益傳輸。

    * 針對大尺寸數字平板電視分辨率進行優化，兼容性好。

    * 支持EDID（注1）和DDC2B（注2）標准，設備之間可以智能選擇最佳匹配的連 接方式。

    * 擁有強大的版權保護機制（HDCP），有效防止盜版現象。

    * 支持24bit色深處理，（RGB、YCbCr4-4-4、YCbCr4-2-2）。

    * 接口體積小，各種設備都能輕松安裝。

    * 一根線纜實現數字音頻、視頻信號同步傳輸，有效降低使用成本和繁雜程度。

    * 完全兼容DVI接口標准，用戶不用擔心新舊系統不匹配。

    * 支持熱插拔技術。

   注1：EDID（Extended Display Identification DATA，即擴展顯示識別數據），最初 是為PC顯示器設置的優化顯示格式而設計的規范，存儲在顯示器中專用的容量為1Kb的EEROM存儲器中。而 HDMI接口，則遵從並且擴展了此規范。HDMI接口在數字電視中的EDID數據結構，與PC顯示器的最大區別是 編程數據可以是128Byte的倍數，它不僅規定數字電視顯示的格式，也規定數字視頻信號和數字音頻信號 。

   注2：DDC2B是主機與顯示設備准雙向通訊的協議標准，主要基於I2C 通訊協議。只有主 機向顯示設備發出需求信號，並得到顯示器的響應後，顯示設備纔會像主機送出EDID 資料。   

    上述僅僅羅列了HDMI技術相對於DVI技術的主要優勢，而隨著HDMI標准本身的發 展，其從最初的1.0版本也進化出了1.2版本和1.3等後續版本，不僅性能更加強大，兼容性也更加出色。 因此，HDMI正在成為高清時代普及率最高、用途最廣泛的數字接口。在現在任何一臺平板電視上，HDMI接 口都成了標准化的配置。

    那麼到底HDMI標准采用了什麼樣的傳輸原理？HDMI的具體性能又是怎樣？下面就 進入本文的第二部分：詳解HDMI技術。