HDMI

生活百科 2023-01-17 20:00生活百科www.aizhengw.cn

HDMI

高清多媒体接口(英语High Definition Multimedia Interface,简称)是一种全数字化视频和声音传送接口,可以传送未压缩的音频及视频信号。HDMI可用于机顶盒、DVD播放机、个人计算机、电视游乐器、综合扩大机、数字音响与电视机等设备。HDMI可以传送音频和视频信号,由于音频和视频信号採用同一条线材,大大简化系统线路的安装难度。

基本介绍

  • 中文名高清多媒体接口
  • 外文名High Definition Multimedia Interface,HDMI
  • 平台PC,电视,DVD,手机
  • 特点视频和声音一线输出
  • 设计年代2002年12月
  • 设计者HDMI组织

简述

HDMI是被设计来取代较旧的模拟信号影音传送接口如SCART或RCA等端子的。它支持各类电视与计算机视频格式,包括SDTV、HDTV视频画面,再加上多声道数字音频。HDMI与去掉音频传输功能的UDI都继承DVI的核心技术“传输最小化差分信号”TMDS,从本质上来说仍然是DVI的扩展。DVI、HDMI、UDI的视频内容都以即时、专线方式进行传输,这可以保证视频流量大时不会发生堵塞的现象。每个像素数据量为24位。信号的时序与VGA极为类似。画面是以逐行的方式被传送,并在每一行与每祯画面传送完毕后加入一个特定的空白时间(类似模拟扫描线),并没有将数据“Micro-Packet Architecture(微数据包架构)”化,也不会只更新前后两帧画面改变的部分。每张画面在该更新时都会被完整的重新传送。规格初制订时其最大像素传输率为165Mpx/sec,足以支持1080p画质每秒60张画面,或者UXGA解析度(1600x1200);后来在HDMI 1.3规格中扩增为340Mpx/秒,以匹配未来可能的需求。
而DisplayPort一开始则面向液晶显示器开发,採用“Micro-Packet Architecture(微数据包架构)”传输架构,视频内容以数据包方式传送,这一点同DVI、HDMI等视频传输技术有着明显区别。也就是说,HDMI的出现取代模拟信号视频,而DisplayPort的出现则取代的是DVI和VGA接口。
HDMI也支持非压缩的8声道数字音频传送(採样率192kHz,数据长度24bits/sample),以及任何压缩音频流如Dolby Digital或DTS,亦支持SACD所使用的8声道的1bit DSD信号。在HDMI 1.3规格中,又追加超高数据量的非压缩音频流如Dolby TrueHD与DTS-HD的支持。
标準的Type A HDMI接头有19个脚位,另有一种支持更高解析度的Type B接头被定义出来,但目前仍无任何厂商使用Type B接头。Type B接头有29个脚位,容许其传送扩展的视频沟道以应付未来的高画质需求,如WQSXGA(3200x2048)。
Type A HDMI可向后兼容于现今多数显示器与显示卡所使用的Single-linkDVI-D或DVI-I接口(但不支持DVI-A),这表示採用DVI-D接口的信号来源可以透过转换线驱动HDMI显示屏,此种转换方案并不支持音频传送与遥控机能。如无HDCP认证的DVI显示屏也将不能收看从HDMI所输出带有HDCP加密保护的视频数据(所有HDMI显示屏皆支持HDCP,但大多数DVI接口的显示器不支持HDCP),Type B HDMI接头也将向后兼容于Dual-link DVI接口。
HDMI组织的发起者包括各大消费电子产品製造商,如日立製作所、松下电器、Quasar、飞利浦、索尼、汤姆生RCA、东芝、Silicon Image。数字内容保护公司(Digital Content Protection, LLC)提供HDMI接口相关的防拷保护技术。,HDMI也受到各主要电影製作公司如20世纪福斯、华纳兄弟、迪士尼,包括三星电子在内的各大消费电子产品製造商,以及多家有线电视系统业者的支持。

规格

HDMI接头

HDMI的规格书中规定四种HDMI接口,分别是
HDMI A Type
套用于HDMI1.0版本,总共有19pin,规格为4.45mm×13.9mm,为最常见的HDMI接头规格,相点对点于DVI Single-Link传输。在HDMI 1.2a之前,最大能传输165MHz的TMDS,所以最大传输规格只能在于1600×1200(TMDS 162.0MHz)。
Pin
Pin定义
1
TMDS Data2+
2
TMDS Data2 Shield
3
TMDS Data2–
4
TMDS Data1+
5
TMDS Data1 Shield
6
TMDS Data1–
7
TMDS Data0+
8
TMDS Data0 Shield
9
TMDS Data0–
10
TMDS Clock+
11
TMDS Clock Shield
12
TMDS Clock–
13
CEC
14
Reserved(N.C. on device)
15
SCL
16
SDA
17
DDC/CEC Ground
18
+5V Power
19
Hot Plug Detect
HDMI B Type
套用于HDMI1.0版本,规格为4.45mm×21.2mm,总共有29pin,可传输HDMI A type两倍的TMDS数据量,相点对点于DVI Dual-Link传输,用于传输高解析度(WQXGA 2560×1600以上)。因为HDMI A type只有Single-Link的TMDS传输,如果要传输成HDMI B type的信号,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。此类接口未套用在任何产品中。
Pin
Pin定义
1
TMDS Data2+
2
TMDS Data2 Shield
3
TMDS Data2–
4
TMDS Data1+
5
TMDS Data1 Shield
6
TMDS Data1–
7
TMDS Data0+
8
TMDS Data0 Shield
9
TMDS Data0–
10
TMDS Clock+
11
TMDS Clock Shield
12
TMDS Clock–
13
TMDS Data5+
14
TMDS Data5 Shield
15
TMDS Data5-
16
TMDS Data4+
17
TMDS Data4 Shield
18
TMDS Data4-
19
TMDS Data3+
20
TMDS Data3 Shield
21
TMDS Data3-
22
CEC
23
Reserved(N.C. on device)
24
Reserved(N.C. on device)
25
SCL
26
SDA
27
DDC/CEC Ground
28
+5V Power
29
Hot Plug Detect
HDMI C Type
俗称mini-HDMI,套用于HDMI1.3版本,总共有19pin,可以说是缩小版的HDMI A type,规格为2.42mm×10.42mm,但脚位定义有所改变。主要是用在携带型设备上,例如DV、数字相机、携带型多媒体播放机等。由于大小所限,一些显示卡会使用mini-HDMI,用家须使用转接头转成标準大小的Type A再连线显示器。
Pin
Pin定义
1
TMDS Data2 Shield
2
TMDS Data2+
3
TMDS Data2–
4
TMDS Data1 Shield
5
TMDS Data1+
6
TMDS Data1–
7
TMDS Data0 Shield
8
TMDS Data0+
9
TMDS Data0–
10
TMDS Clock Shield
11
TMDS Clock+
12
TMDS Clock–
13
DDC/CEC Ground
14
CEC
15
SCL
16
SDA
17
Reserved(N.C. on device)
18
+5V Power
19
Hot Plug Detect
HDMI D Type
套用于HDMI1.4版本,总共有19pin,规格为2.8mm×6.4mm,但脚位定义有所改变。新的Micro HDMI接口将比现在19针MINI HDMI版接口小50%左右,可为相机、手机等便携设备带来最高1080p的解析度支持及最快5GB的传输速度。
Pin
Pin定义
1
Hot Plug Detect
2
Utility
3
TMDS Data2+
4
TMDS Data2 Shield
5
TMDS Data2-
6
TMDS Data1+
7
TMDS Data1 Shield
8
TMDS Data1-
9
TMDS Data0+
10
TMDS Data0 Shield
11
TMDS Data0-
12
TMDS Clock+
13
TMDS Clock Shield
14
TMDS Clock-
15
CEC
16
DDC/CEC Ground
17
SCL
18
SDA
19
+5V Power

TMDS沟道

  • 传送音频、视频及各种辅助数据
  • 信号编码方式遵循DVI1.0规格。Single-link (Type A HDMI) 或 dual-link (Type B HDMI)
  • 视频像素频宽从25 MHz到340 MHz(Type A, HDMI 1.3)或至680MHz (Type B)。频宽低于25MHz的视频信号如NTSC480i将以倍频方式输出。每个像素的容许数据量从24位至48位。支持每秒120张画面1080p解析度画面传送以及WQSXGA解析度[1]
  • 像素编码方式RGB4:4:4, YCbCr 4:4:4(8-16 bits per component); YCbCr 4:2:2(12 bits per component); YCbCr 4:2:0(HDMI 2.0)
  • 音频採样率32kHz, 44.1kHz, 48kHz, 88.2kHz, 96kHz, 176.4kHz, 192kHz, 1536kHz(HDMI 2.0)。
  • 音频声道数量最大8声道。HDMI 2.0支持32声道。
  • 音频流规格IEC61937兼容流,包括高流量无损信号如Dolby TrueHD、DTS-HD Master Audio。

DDC沟道

  • DDC全文为Display Data Channel
  • 传送端与接收端可利用DDC沟道得知彼此的传送与接收能力,但HDMI仅需单向获知接收端(显示器)的能力。
  • 使用100kHz时钟频率的I2C信号
  • 传送数据结构为VESAEnhanced EDID(V1.3)。

CEC沟道

  • CEC全文为Consumer Electronics Control
  • 必须预留线路,但可以不必实现
  • 用来传送工业规格的AV Link协定信号,以便支持单一遥控器操作多台AV机器
  • 为单芯线双向串列汇流排
  • 在HDMI 1.0协定中制订,在1.2a版中更新
  • 一些製造商可能使用HDMI CEC,可能使用不同的名称来代表CEC功能
  • Samsung - AnyNet+
  • Sharp - Aquos Link
  • Sony - BRAVIA Link and BRAVIA Sync
  • Hitachi - HDMI-CEC
  • AOC - E-Link
  • Pioneer - Kuro Link
  • Toshiba - CE-Link and Regza Link
  • Onkyo - RIHD (Remote Interactive over HDMI)
  • LG - SimpLink
  • Panasonic - HDAVI Control, EZ-Sync, VIERA Link
  • Philips - EasyLink

线材规格

在HDMI 2.1版本前,根据规范,所有的HDMI线分为五种,线材的种类,HDMI的版本为规范连线器,大部分情况下线材部分没有更动。
  • 标準缆线 (支持1080i及720p)
  • 标準缆线附带乙太网
  • 高速缆线 (支持1080p, 4K@30fps, 3D 与 Deep Color)
  • 高速缆线附带乙太网
  • 车用缆线

防拷机制

  • 强制支持HDCP规格1.10版

版本演化

HDMI 1.1 / 1.2

  • HDMI 1.1
2004年5月提出
  • 支持DVD-Audio
  • HDMI 1.2
2005年8月提出
  • 支持8声道1bit音频(SACD所用户)
  • 让PC讯源可使用HDMI Type A接头
  • 在维持YCbCr CE色域前提之下开放PC讯源使用原生RGB色域
  • 要求HDMI 1.2以上显示器支持低电压讯源
  • HDMI 1.2a
2005年12月提出
  • 完全确立CEC沟道的功能,指令集,以及兼容性测试程式

HDMI 1.3

2006年6月22日提出
  • 扩增single-link模式的频宽至340 Mhz(数据传送速度10.2 Gbps)
  • 从24bit色域(1677万色)扩张支持至30-bit, 36-bit,与48-bit(RGB or YCbCr)色域(相当于超过十亿色显示)
  • 支持新的xvYCC色彩标準
  • 支持自动语音同步(台词对嘴)机能
  • 支持Dolby TrueHD以及DTS-HD Master Audio信号输出至外接解码器如果播放机具有直接将此二种信号解码的能力,则不需要支持HDMI 1.3,因为所有的HDMI规格都可以传送未压缩的音频信号。
  • 提出新的小型化接头以支持轻便型摄像机
  • SonyPlayStation 3是第一个上市的HDMI 1.3播放机。
  • Sony BRAVIA KDL- 46X2500、KDL-40X2500是第一个上市的HDMI 1.3显示屏。(1080p支持新的xvYCC色彩标準, 36bits deep color)
  • EPSON EMP-TW1000是第一个上市的HDMI 1.3的投影机(支持30-bit deep color)
  • HDMI 1.3a
2006年11月10日提出
  • 修改Cable and Sink的HDMI C Type接头
  • Source termination recommendation
  • 移除上升时间(rise time)和下降时间(fall time)的最高最低限制
  • 改变CEC电容限制
  • 澄清RGB视频量化範围
  • 增加CEC指令关于时间及声音控制
  • Released认证的测试规格档案
  • HDMI 1.3b
2007年3月26日提出
  • 主要是修改HDMI测试规格(HDMI Testing specification),而HDMI Specification依然是HDMI 1.3a。所以第一次出现当时的主要的HDMI Specification跟测试规格(HDMI Testing specification)是不同版本的情况发生。
  • 1.3b 2007/03/26 Modifications to TE overview and policy description(4.1)
  • Addition of Agilent TDR to Recommended TE(4.2.1.11)
  • Clarification of tentative cable emulators(4.2.1.17)
  • Jitter tolerance test changes (8-7)
  • Added cable tests for TMDS_CLOCK channel (5-3)
  • New VL triggering (7-2)
  • Editorial and clarifications on CEC Line Degradation(7-15, 8-14)
  • Added testing of additional source-supported Deep Color formats (7-34)
  • Additional HDMI VSDB EDID checks (8-3)
  • Additional TTC usage(5-3, 8-5, 8-6, 8-7)
  • Incorporated Tek-recommended setup and calibration for TDR (8-8)
  • Clarification on Sink Deep Color Recommended Test Method (8-25)
  • Added long cable or cable emulator use for Repeater test (9-3)
  • Added color-depths for each format in Source_Video_Formats(App. 3)
  • Removed test for filler bytes (8-3)
  • Removed Tektronix part number of cable emulator EFF-HDMI-CE-01
  • HDMI 1.3b1
2007年8月1日提出
  • 仅修正关于测试设备上Type C connector的固定器(fixture)的些微内容
  • HDMI 1.3c
2008年7月25日提出
  • 和1.3b、1.3b1一样是为1.3a制订的测试标準
  • 与之前版本的主要差异为线材的测试(增加线材测试条目或修正其内容有助于HDMI设备的互连兼容性)
  • 亦有部分修改与repeater和CEC相关

HDMI 1.4

2009年5月28日提出
  • 新增HDMI百兆乙太网沟道,允许基于网际网路的HDMI设备和其它HDMI设备共享网际网路接入,无需另接一条乙太网线。
  • 新增音频回授沟道(ARC, Audio return channel),让高画质电视可通过HDMI线把音频信号独立传送到A/V功放接收机、音响设备上输出。
  • 定义通用3D格式和解析度。实现家庭3D系统输入输出部分的标準化,最高支持两条1080p解析度的视频流。
  • 最高支持4K×2K(3840×2160p@24Hz/25Hz/30Hz或4096×2160p@24Hz)
  • 拓展支持色彩空间,专为数字相机设计的色彩空间,包括sYCC601、Adobe RGB、AdobeYCC601,可在连线数字相机的时候显示更精确的逼真色彩。
  • 新增Micro HDMI迷你接口,新的Micro HDMI接口将比现在的19针普通接口小50%左右。
  • 支持汽车连线系统,一种为车载高清内容传输设计的线缆规范,可避免发热、震动、噪音等汽车内部常见环境的影响,也为汽车製造商在车内传送高清内容提供一套切实可行的解决方案。[2]
  • HDMI 1.4a
2010年3月4日提出
  • 新增Top-and-Bottom(上下)格式
  • 新增两套套用于广播系统中的强制性3D画面传输格式标準
  • Side-by-Side Horizontal(并发水平)
  • Top-and-Bottom(上下)
定义强制性广播、游戏、电影3D标準
HDMI 1.4a标準要求
  • 3D显示设备帧封装水平须达到720p@50、1080p@24或720p@60、1080p@24
  • Side-by-Side Horizontal需达到1080i@50或1080i@60
  • top-and-bottom需达到720p@50、1080p@24或720p@60、1080p@24
HDMI 1.4b
2011年10月11日提出
  • 支持3D1080p120Hz

HDMI 2.0

2013年9月4日提出
  • 新增2160p@50 YCbCr 4:2:0、2160p@60 YCbCr 4:2:0(4K解析度)
  • 支持21:9长宽比
  • 32声道,4组音频流
  • 传输频宽18Gbps
  • 线材兼容HDMI 1.4(没有定义新的数据线和接头)
  • 支持CEC扩展
  • 支持双画面
  • 动态自动声画同步
  • HDMI 2.0a
2015年4月8日提出
  • 支持高动态範围成像(HDR)
  • HDMI 2.0b
支持高动态範围成像(HDR)视频的传输 频宽高达18Gbps 4K @ 50与/ 60(2160P),这是1080/60的视频解析度的清晰的4倍 多达32个音频沟道进行多维身临其境的音频体验 最多的最高音频保真度1536kHz音频採样频率 双视频的递送流提供给多个用户在同一萤幕上 传送多路音频多用户(最多4) 9视频宽高比为广角戏剧21支持 视频和音频流的动态同步 CEC扩展通过单一控制点提供更多的扩展命令和消费电子设备的控制

HDMI 2.1

HDMI 2.1根据飞利浦撰写的白皮书增加支持“动态元”
简而言之“HDMI 2.0A涵盖HDR EOTF信令和静态元数据元数据的动态是HDMI 2.1所涵盖。”
2017年1月4日提出
  • 频宽提升至48Gbps
  • 支持4K 120Hz及8K 60Hz
  • 支持高动态範围成像(HDR),可以针对场景或帧数进行最佳化
  • 支持eARC功能
  • 可针对游戏帧数进行信号同步,减少画面撕裂
  • 向后兼容HDMI 2.0、HDMI 1.4

长度限制问题

HDMI的缆线长度限制是其主要的问题之一,在部分消费者自行测试当中回报标準的28AWG(American Wire Gauge,美国缆线度量)规格HDMI铜线大约在超过5米之后开始信号衰减。此长度通常不足以满足投影机与计算机的连线。
但HDMI组织网页并不认可此限制,其网页常见问答集HDMI FAQ page当中记载“我们见过有缆线在没有"转接器"之情况下通过不短于十米的HDMI "标準缆线"承诺测试”。
现有通过HDMI认证的10M cable(未使用HDMI equalizer IC),大都使用24AWG的线材去製作。
一些报告指出,增加缆线中铜线的直径以降低阻抗,是有效延长缆线长度的方法之一。也有报告指出,24AWG规格的缆线表现较28AWG好。也有人使用光纤或两条CAT-5网上缆线来取代标準HDMI铜线。某些厂商也製造HDMI信号增强器以因套用户的需求。
现有单一一颗HDMI equalizer IC,可让24AWG HDMI cable最大使用长度变成50米。

版本对比

  • 标準HDMI
  • 高速HDMI
  • 超高速HDMI (48G)
标準HDMI数据线可选支持HDMI版本特定的子技术规范,而高速HDMI数据线皆支持,如Deep Color和xvYCC等规范。标準与高速HDMI数据线皆可选配支持乙太网。HDMI 2.1版本则提供新的48G线材规格,包含所有功能。
主要规格
HDMI 版本
发布日期
2002年12月 (1.0)
2004年5月(1.1)
2005年8月(1.2)
2005年12月 (1.2a)
2006年6月(1.3)
2006年11月 (1.3a)
2009年6月(1.4)
2010年3月(1.4a)
2011年10月 (1.4b)
2013年9月 (2.0)
2015年4月 (2.0a)
2016年3月 (2.0b)
2017年11月
传输频宽
4.95Gbit/s
10.2Gbit/s
10.2Gbit/s
18.0Gbit/s
48.0Gbit/s
最大传输数据速率
3.96Gbit/s
8.16Gbit/s
8.16Gbit/s
14.4Gbit/s
42.6Gbit/s
TMDS Clock
165MHz
340MHz
340MHz
600MHz
1200MHz
最小化传输差分信号沟道
3
3
3
3
4
编码方式
8b/10b
8b/10b
8b/10b
8b/10b
16b/18b
压缩 (可选)
-
-
-
-
DSC 1.2
RGB
YCBCR4:4:4
YCBCR4:2:2
YCBCR4:2:0
8bpc (24bit/px)
10bpc (30bit/px)
12bpc (36bit/px)
16bpc (48bit/px)
SMPTE 170M
ITU-R BT.601
ITU-R BT.709
sRGB
xvYCC
sYCC601
AdobeYCC601
Adobe RGB (1998)
ITU-R BT.2020
最大沟道的採样率
192kHz
192kHz
192kHz
192kHz
192kHz
总採样率
-
-
768kHz
1536kHz
1536kHz
样本大小
16–24bits
16–24bits
16–24bits
16–24bits
16–24bits
最大音频沟道
8
8
8
32
32
解析度刷新频率限制
HDMI版本1.0–1.2a1.31.42.0
最大signal视频频宽(MHz)
165
340
340
600
最大TMDS频宽(Gbit/s)
4.95
10.2
10.2
18
最大视频频宽(Gbit/s)
3.96
8.16
8.16
14.4
最大音频频宽(Mbit/s)
36.86
36.86
36.86
49.152(IEC61937以及DST audio)
最大色深(bit/px)
24
48
48
48
24-bit/pxHDMI单通道最大解析度
1920×1200p 60Hz
2560×1600p 75Hz
4096×2160p 24Hz
3840×2160p 60Hz
30-bit/pxHDMI单通道最大解析度
不适用
2560×1600p 60Hz
3840×2160p 30Hz
3840×2160p 60Hz
36-bit/pxHDMI单通道最大解析度
不适用
1920×1200p 75Hz
3840×2160p 25Hz
3840×2160p 50Hz
48-bit/pxHDMI单通道最大解析度
不适用
1920×1200p 60Hz
3840×2160p 24Hz
3840×2160p 30Hz
HDMI版本1.01.11.2
1.2a
1.31.3a
1.3b
1.3b1
1.3c
1.42.0
sRGB
YCbCr
8声道LPCM,192kHz,24bit音频传输
Blu-ray Disc视频音频全解析度支持
消费电子控制(CEC)
DVD-Audio支持
Super Audio CD(DSD)支持
Deep Color色深技术
xvYCC
自动声画同步
Dolby TrueHD音频
DTS-HD Master Audio音频
CEC命令列表更新
乙太网络沟道
音频回传沟道
HDMI 3D功能
4K×2K解析度支持
4K@50/60 Hz
CEC扩展
双画面
4个音频流
32个音频沟道
1536 kHz音频採样
21:9宽高比
动态自动声画同步

授权

HDMI是HDMI Licensing, LLC的登录商标。使用HDMI规格需缴付着作权费。着作权费分为年会费和产品销售费。
  • 年会费使用HDMI的企业每年缴付10,000美元(2006年7月以前年费为15,000美元)
  • 产品销售费使用HDMI的规格的产品收取0.15美元,如果产品上有HDMI的标记可享0.05美元折扣,如果该产品含有HDCP保护协定可再享有0.04美元折扣。
产品销售费按最终产品为单位计算。例如一条HDMI导线收取0.15美元,而一个电视机厂商把这条导线和提供HDMI连线埠的电视一同捆绑销售也只徵收0.15美元。

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