HDMI介绍及硬件实现原理

1. HDMI接口

HDMI是新一代多媒体接口标准。全称为(High-Definition Multimedia Interface),高清晰多媒体接口。HDMI能够同时传输视频和音频，简化了设备的接口和连线。同时，提供了更高的数据传输带宽，可以传输无压缩的数字音频及高分辨率视频信号。HDMI接口如下图所示：

HDMI向下兼容DVI(数字视频接口，只能用来传输视频，而不能同时传输音频)。DVI和HDMI接口协议在物理层均使用TMDS标准传输音视频数据。DVI接口如下图所示：

2. TMDS传输

TMDS(Transition Minimized Differential Signaling)。最小化传输差分信号
TMDS是Silicon Image公司开发的一项高速数据传输技术，在DVI和HDMI视频接口中使用差分信号传输高速串行数据。TMDS差分传输技术使用两个引脚来传输一路信号，利用这两个引脚间的电压差的正负极性和大小来决定传输数据的数值(0或1)
TMDS传输特点：
TMDS和LVDS、TTL相比有较好的电磁兼容性能:
这种算法可以减小传输信号过程的上冲和下冲；
而DC平衡使信号对传输线的电磁干扰减少；
可以用低成本的专用电缆实现长距离、高质量的数字信号传输。

DVI或HDMI视频传输所使用到的TMDS连接通过四个串行通道实现，独立的TMDS时钟通道为接收端提供接收的参考频率，保证数据在接收端能够正确恢复。

TMDS连接从逻辑功能上可以划分成两个阶段：“编/解码” 和 “并/串转换” 。在编码阶段，编码器将视频源中的像素数据、HDMI的音频/附加数据，以及行同步和场同步信号分别编码成10位的字符流。在并串转换阶段将上述的10位字符流转换成串行数据流，并将其从三个差分输出通道发送出去。这个10:1的并转串过程所生成的串行数据速率是实际像素时钟速率的10倍。
在传输视频图像的过程中，数据通道上传输的是编码后的有效像素字符。而在每一帧图像的行与行之间，以及视频中不同帧之间的时间间隔（消隐期）内，数据通道上传输的则是控制字符。

每个通道上有两位控制信号的输入接口，共对应四种不同的控制字符。这些控制字符提供了视频的行同步（HZYNC）以及帧同步（VSYNC）信息，在蓝色通道传输。
HDMI编码机制

DVI编码机制

HDMI传输的消隐期除了控制字符之外，还可以用于传输音频或者其他附加数据，比如字幕信息等。
4-bit音频和附加数据将通过TERC4编码机制转换成10-bit TERC4字符，然后在绿色和红色通道上传输。
VDE用于各个通道选择输出视频像素数据还是控制数据。
HSYNC和VSYNC信号在蓝色通道进行编码得到10位字符，然后在视频消隐期传输。
绿色和红色通道的控制信号C0和C1同样需要进行编码，并在消隐期输出。

每个通道输入的视频像素数据都要使用DVI规范中的TMDS编码算法进行编码。
每个通道8-bit的像素数据都将被转换成460个特定10-bit字符中的一个。这个编码机制大致上实现了传输过程中的直流平衡，即一段时间内传输的高电平（数字“1”）的个数大致等于低电平（数字“0”）的个数。
每个编码后的10-bit字符中状态跳转（“由1到0”或者“由0到1”）的次数将被限制在五次以内。
每个通道2-bit控制信号的状态也要进行编码，编码后分别对应四个不同的10-bit控制字符，分别是10’b1101010100，10’b0010101011，10’b0101010100，和10’b1010101011。
每个控制字符都有七次以上的状态跳转。视频字符和控制字符状态跳转次数的不同将会被用于发送和接收设备的同步。
CEC：Consumer Electronics Control 用户电气控制
EDID：Extended Display Identification Data 扩展显示标识数据

HDMI引脚定义如下图所示：