簡介

??HDMI是（High Definition Multimedia Interface）的英文縮寫，意思是高清晰度多媒體介面，它是一種數字化視頻/音頻介面技術，可同時傳輸影像與音頻信號，最高資料傳輸速度為48Gbps（2.1版），目前HDMI高清視頻介面十分常見，目前主流的顯卡、主板、筆記本、液晶電視等都帶有HDMI介面，是普通VGA顯示介面無法比擬的，猶如寬帶中電話線寬帶與光纖一樣，傳輸資料能力有著較大區別，
??HDMI主要滿足1080P以上高清視頻需求，比如主板或者顯卡中配備HDMI介面，說明配備該主板或者顯卡的電腦支持1080P以上的視頻輸出，

版本演化

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聲道1bit音頻（SACD所用戶）
• 讓PC訊源可使用HDMI Type A接頭
• 在維持YCbCr CE色域前提之下開放PC訊源使用原生RGB色域
• 要求HDMI 1.2以上顯示幕支持低電壓訊源

HDMI 1.2a

2005年12月提出

• 完全確立CEC溝道的功能，指令集，以及兼容性測驗程式

HDMI 1.3

2006年6月22日提出

• 擴增single-link模式的帶寬至340 Mhz（資料發送速度10.2 Gbps）
• 從24bit色域（1677萬色）擴張支持至30-bit, 36-bit,與48-bit（RGB or YCbCr）色域（相當于超過十億色顯示）
• 支持新的xvYCC色彩標準
• 支持自動語音同步（臺詞對嘴）機能
• 支持Dolby TrueHD以及DTS-HD Master Audio信號輸出至外接解碼器如果播放機具有直接將此二種信號解碼的能力，則不需要支持HDMI 1.3，因為所有的HDMI規格都可以發送未壓縮的音頻信號，
• 提出新的小型化接頭以支持輕便型攝像機
• SonyPlayStation 3是第一個上市的HDMI 1.3播放機，
• Sony BRAVIA KDL- 46X2500、KDL-40X2500是第一個上市的HDMI 1.3顯示屏，（1080p支持新的xvYCC色彩標準, 36bits deep color）
• EPSON EMP-TW1000是第一個上市的HDMI 1.3的投影機（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接頭
• Source termination recommendation
• 移除上升時間（rise time）和下降時間（fall time）的最高最低限制
• 改變CEC電容限制
• 澄清RGB視頻量化范圍
• 增加CEC指令關于時間及聲音控制
• 同時Released認證的測驗規格檔案

HDMI 1.3b

2007年3月26日提出

• 主要是修改HDMI測驗規格（HDMI Testing specification），而HDMI Specification依然是HDMI 1.3a，所以第一次出現當時的主要的HDMI Specification跟測驗規格（HDMI Testing specification）是不同版本的情況發生，
• 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

• 僅修正關于測驗設備上Type C connector的固定器（fixture）的些微內容

HDMI 1.3c

2008年7月25日提出

• 和1.3b、1.3b1一樣是為1.3a制訂的測驗標準
• 與之前版本的主要差異為線材的測驗（增加線材測驗條目或修正其內容有助于HDMI設備的互連兼容性）
• 亦有部分修改與repeater和CEC相關

HDMI 1.4

2009年5月28日提出

• 新增HDMI百兆以太網溝道，允許基于互聯網的HDMI設備和其它HDMI設備共享互聯網接入，無需另接一條以太網線，
• 新增音頻回授溝道(ARC, Audio return channel)，讓高清電視可通過HDMI線把音頻信號獨立傳送到A/V功放接識訓、音響設備上輸出，
• 定義通用3D格式和解析度，實作家庭3D系統輸入輸出部分的標準化，最高支持兩條1080p解析度的視頻流，
• 最高支持4K×2K（3840×2160p@24Hz/25Hz/30Hz或4096×2160p@24Hz）
• 拓展支持色彩空間，專為數字相機設計的色彩空間，包括sYCC601、Adobe RGB、AdobeYCC601，可在連接數字相機的時候+ 顯示更精確的逼真色彩，
• 新增Micro HDMI迷你介面，新的Micro HDMI介面將比19針普通介面小50%左右，
• 支持汽車連接系統，一種為車載高清內容傳輸設計的線纜規范，可避免發熱、震動、噪音等汽車內部常見環境的影響，也為汽車制造商在車內傳送高清內容提供一套切實可行的解決方案，[2]

HDMI 1.4a

2010年3月4日提出

• 新增Top-and-Bottom（上下）格式
• 新增兩套應用于廣播系統中的強制性3D畫面傳輸格式標準
• Side-by-Side Horizontal（并發水平）
• Top-and-Bottom（上下）
• 定義強制性廣播、游戲、電影3D標準

HDMI 1.4a標準要求：

• 3D顯示設備幀封裝水平須達到720p@50、1080p@24或720p@60、1080p@24
• Side-by-Side Horizontal需達到1080i@50或1080i@60
• top-and-bottom需達到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長寬比
• 32聲道，4組音頻流
• 傳輸帶寬18Gbps
• 線材兼容HDMI 1.4（沒有定義新的資料線和接頭）
• 支持CEC擴展
• 支持雙畫面
• 動態自動聲畫同步

HDMI 2.0a

2015年4月8日提出

• 支持高動態范圍成像（HDR）

HDMI 2.0b

• 支持高動態范圍成像（HDR）視頻的傳輸 帶寬高達18Gbps 4K @ 50與/ 60（2160P），這是1080/60的視頻解析度的清晰的4倍 多達32個音頻溝道進行多維身臨其境的音頻體驗 最多的最高音頻保真度1536kHz音頻采樣頻率 雙視頻的同時遞送流提供給多個用戶在同一螢屏上 同時傳送多路音頻多用戶（最多4） 9視頻寬高比：為廣角戲劇21支持 視頻和音頻流的動態同步 CEC擴展通過單一控制點提供更多的擴展命令和消費電子設備的控制

HDMI 2.1

2017年1月4日提出

• HDMI 2.1根據飛利浦撰寫的白皮書增加支持“動態元”
• 簡而言之：“HDMI 2.0A涵蓋HDR EOTF信令和靜態元資料元資料的動態是HDMI 2.1所涵蓋，”
• 帶寬提升至48Gbps
• 支持4K 120Hz及8K 60Hz
• 支持高動態范圍成像（HDR），可以針對場景或幀數進行優化
• 支持eARC功能
• 可針對游戲幀數進行信號同步，減少畫面撕裂
• 向后兼容HDMI 2.0、HDMI 1.4

介面規格

??HDMI有A,B,C,D,E五種引腳型別，

HDMI A Type

其中A類（Type A）是最常見的，一般平板電視或視頻設備，都提供了這種尺寸的介面，Type A有19針，寬度為13.9毫米、厚度為4.45毫米，現在能看到的設備99%都是這樣尺寸的HDMI介面，

HDMI B Type

??B類（TypeB）非常罕見，傳輸帶寬幾乎比A類大了一倍，在家庭應用中完全是過于“強悍”，現在只應用于一些專業場合，有29針，寬度達到21毫米，可傳輸HDMl A type兩倍的TMDS資料量，相對等于DVI Dual-Link傳輸，用于傳輸高解析度（WQxGA 2560×1600以上），

HDMI C Type

C類（Type C)是為小型設備而生的，其尺寸為10.42×2.4毫米比Type A小了將近1/3，應用范圍很小，
總共有19pin，可以說是縮小版的HDMl A type，但腳位定義有所改變，主要是用在便攜式裝置上，例如DV、數碼相機、便攜式多媒體播放機等，現在已有SONY HDR-DR5E DV利用此規格接頭作為影像輸出介面，（常常有人稱為該規格為mini-HDMl，這可算是自行創造的名稱，實際上HDMI官方并沒此名稱）

HDMI D Type

D類（Type D)是最新的介面型別，尺寸進一步減小，采用了雙排針腳設計，尺寸近似于miniUSB介面，更適用于便攜和車載設備，俗稱Micro HDMI是定義為HDMl1.4版本的，保持hdmi標準的19pin.尺寸為2.8mm×6.4mm，比mini hdmi（2.42mmx10.42mm)小很多，主要應用在一些小型的移動設備上，如手機，MP4等等，

與DVI的關系

HDMI的介面雖然不同，但功能都是一樣的，通常質量合格的HDMl介面，插撥壽命不會少于5000次，每天插拔能用10年，應該說是很耐用的，另外值得一提的是，HDMI可以向下兼容DVI介面，通過市售的HDMI-DVI轉接頭，可以連接一些較老的DVI設備，因為DVI 同樣采用了TMDS方式，設備連接后，會發現DVI設備沒有CEC（consumer electronics control）功能，也不能接受音頻信號，但基本不影響視頻信號的傳輸（有可能需要進行灰度調整），所以一些只有DVI介面的顯示幕，也可以連接HDMI設備，

HDMI到DVI的轉換屬于物理轉換，轉接線內沒有芯片，

HDMI A型介面引腳

• 1-9 都是TMDS資料傳輸實際上用到的引腳，分為0,1,2三組
• 10-12 為TMDS時鐘信號，如當前Video Timing為480p@60Hz（Htotal：800，Vtotal:525），則TMDS clock = 800x525x60 = 25.2MHz，TMDS clock就像是對像素的打包，一個clock分別在三個Channel傳輸一個像素的R、G、B（8bit）信號，
• 13 為CEC（consumer electronic control）類似一種擴展的HDMI功能，供廠家自己定制HDMI訊息，（比如說你有一臺sony的DVD與TV，兩者用HDMI線接上，如果你用TV的遙控器可以控制DVD，另DVD執行某種功能，那么該功能的命令信號就是通過TV與DVD間的CEC引腳傳輸的）
• 14 為保留引腳，未使用（或者也可以為CEC提供多一個引腳）
• 15-16 為I2C引腳，用于DDC（Display Data Channel，主要用于EDID與HDCP的傳輸）傳輸，具體可以查看，在HDMI的流程中，DDC通信幾乎是最先做的（前有Hotplug），因為HDMI的主從兩個設備需要通過DDC來獲得他們對方設備的EDID，從而得到各種資訊，并且通過比較timming以確定以后送出來的timming為最合適的
• 17 為接地引腳
• 18 為5v的AC引腳
• 19 為Hotplug（熱拔插）引腳（用于監測HDMI設備有沒有存在，如果存在（Hotplug為high）那么可以通過DDC去讀EDID），HDMI有規定在HDMI 5vAC斷電時source device可以讀reciever device的EDID，也就是需要Hotplug為High，其中有兩種Hotplug相關的情況會導致HDMI被識別為DVI：
  1、 Hotplug為High，不過EDID并沒有準備好，那么信號源設備會由于無法讀到EDID而認為接收設備為DVI，這樣會導致HDMI有影像無聲的問題，
  2、Hotplug為Low，也會導致信號源無法讀到EDID而認為接收設備為DVI，從而導致HDMI有圖無聲
  3、在TV這種有多個HDMI通道的情況下，有時會在多個HDMI通道進行切換，切換后HDMI通道應當先初始化，即先把Hotplug拉低，通知HDMI source device之前所用的EDID已經改變，需要重新讀取，那么source device在Hotplug被拉高的時候會去讀取新的EDID，但是拉低這個程序至少需要100ms，否則source device有可能不會去讀取新的EDID，從而輸出DVI信號，

DDC

??DDC（顯示資料通道）主要用于HDMI源端設備（Source）與接收端設備（Sink）之間進行EDID資料及HDCP密鑰的交流，通過EDID交流，源端設備可以了解到接收端設備音視頻的接收能力；通過HDCPKey的交流，可以實時的進行資料流的內容保護認證，從而達到資料內容保護的目的，
??硬體實作上是標準的IIC介面，

EDID

??EDID（Extended Display Identification Data）擴展顯示標識資料，是VESA組織制定的PC顯示幕的顯示格式規范，EDID中包含有關顯示幕及其性能的引數，包括供應商資訊、最大影像大小、顏色設定、廠商預設定、頻率范圍的限制以及顯示幕名和序列號的字串，這些資訊保存在顯示幕的EEPROM中，通過一個 DDC（Display Data Channel）與系統進行通信，這是在顯示幕和PC圖形配接器之間進行的，EDID發展到現在已有很多版本，最新版本的EDID還可以在CRT、LCD以及將來的顯示幕型別中使用，這是因為EDID提供了幾乎所有顯示引數的通用描述，

??一個HDMI設備的EDID通常包含兩個模塊，第一個是EDID1.3 的資料模塊，第二個是CEA861B模塊，HDMI規范規定，EDID的第一個128Byte必須是符合EDID1.3的資料結構，第二個128Byte必須是符合EIA/CEA-861B 的CEAEDID時序擴展資料結構，
??下圖是EDID1.3 資料結構及其欄位詳細說明：

??下面是CEA-861B資料結構及各欄位詳細說明：

??EDID是HDMI介面的一個重要組成部分，HDMI介面的發送端和接收端，通過EDID來協商雙方傳輸的各項引數，比如，HDMI介面的發送端通過讀取接收端的EDID資料，來判斷接收端顯示幕的掃描方式（是1080P，1080i，還是480P，等）、顯示幕的資訊、顯示幕可接收的信號的范圍、顯示幕的接收端是否為HDMI設備，等等，

??HDMI以其優異的性能被廣泛使用在高清影像傳輸中， HDMI雙方以什么方式傳輸影像，依賴于接收端EDID資料結構的內容，EDID資料決定了接收端顯示設備的屬性，發送端靠從接收設備讀來的EDID判斷監視器的屬性，決定用什么方式傳輸影像，如果EDID設定不正確，系統就有可能不能正確識別HDMI設備，不能以高清格式傳輸影像，因此，EDID的設定至關重要，本文詳細分析了EDID各欄位的含義，正確設定EDID可以實作HDMI設備之間高清影像的傳輸，

傳輸流程

HDMI TMDS傳輸的資料型別有三種（加上Hsync與Vsync就算4種）：

• Preamble（控制資訊），主要用于控制接下來傳輸的資料是Data Island或者Video Data
• Data Island（資料包），各種型別的包資訊，包括音頻資料包，影像資訊包等
• Video Data （視頻資訊），視頻像素資料，HDMI可以傳輸RGB與YUV兩種格式的像素資料
• 還有Hsync與Vsync

HDMI的資料傳輸有TMDS0，TMDS1，TMDS2三個通道，每個通道的傳輸流程都是一樣的：

如果是8bit的資料進入TMDS編碼器，得到抗干擾性強的10bit TMDS信號，然后再進行串行化輸出；在接收端收到串行的HDMI信號后，進行信號復原，得到10bit的TMDS信號，最后用TMDS解碼器解碼得到原來的8bit資料，

總體傳輸流程如下：

• 如果傳輸的是Video Data，并且格式為RGB，那么會占用三個通道的所有24bit輸入，Channel0[7:0]用于傳輸B，Channel1[7:0]用于傳輸G，Channel2[7:0]用于傳輸R，
• 如果傳輸的是Data Island，則占用三個通道共10bit輸入，Channel0[3:2]用于傳輸Data Island Header（包頭），Channel1[0:3]與Channel2[0:3]用于傳輸Data Island Content（包內資料），
• 如果傳輸的是Preamble，則占用1，2兩個通道共4bit輸入，Channel1[1:0]與Channel2[1:0]分別為CTL0,CTL1,CTL2,CTL3，用于判斷接下來輸入的是Video Data或者Data Island
  
  對于Hsync與VSync，會占用Channel0通道的兩個bit輸入，Channel0[0]為Hsync，Channel0[1]為Vsync

熱插拔HotPlug

HotPlug即熱拔插，當接上介面時就可以判定設備是否存在，以進行后續作業，

HDMI source device（HDMI HPD）會監測sink device的Hotplug埠，如果Hotplug為High，則證明設備可以作業，然后去讀取DCC，如果為low，則證明設備已斷開，

HDMI sink device應該通過把Hotplug拉低，來通知source device EDID已經被改變，那么source device在Hotplug被拉高后，就會重新來讀取新的EDID，拉低這段時間應該多于100ms，

HDMI規定，HDMI 的5v引腳通電時，可以通過DCC去讀取EDID，即需要保證Hotplug為high，有些Hotplug是直接接到5V上的（如下），

Hotplug接法：（HDMI HPD(Hotplug detect ?)檢測sink的Hotplug端）

上面用5V引腳進行供電，并接上Hotplug，這樣做就能保證每次source device接上sink device時，都可以去讀取到EDID，但是這樣做有一個缺點，當5V電源斷開時，會有5v的電壓回灌給HDMI HPD與Hotplug，5V電壓會沖擊Hotplug，一旦Hotplug引腳無法承受5V電壓的回灌，會被打穿，

下面有個較好的Hotplug接法：

上面用的是額外的GPIO引腳加上三極管控制HDMI HPD為0還是1，如果HDMI0_HPD_CTL輸出0，那么三極管斷開，HDMI0_HPD偵測到High，如果HDMI0_HPD_CTL輸出1，那么三極管打通，HDMI0_HPD偵測到low，