HDMI技术深度解析：工作原理与应用

HDMI技术深度解析：工作原理与应用

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CSDN

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https://blog.csdn.net/xiujiti6871/article/details/145582757

HDMI（High Definition Multimedia Interface）是一种高清多媒体接口，能够同时传输音频和视频信号。它通过三对差分信号线和一对差分时钟线实现数据传输，具有高清数字内容保护功能。本文将深入解析HDMI的工作原理、结构框图以及在瑞芯微芯片中的应用。

HDMI是什么？

HDMI全称为High Definition Multimedia Interface，即高清多媒体接口，是一个纯数字的音视频传输接口。通过一根线同时发送音视频数据。

HDMI为什么出现？

家庭影院系统的连接复杂繁琐。分量视频线（一般由红、绿、蓝三根RCA线组成）负责传输视频信号，而音频信号则需要通过模拟线（每个声道一根RCA线）来传输。HDMI的初衷是作为一种单根线材的解决方案，旨在简化家庭影院系统的连接。它不仅能够同时传输视频和音频信号，还具备高清数字内容保护（HDCP）功能，防止用户私自复制内容。

HDMI的核心本质

HDMI的核心是三对差分信号线和一对差分时钟线。每个TMDS时钟周期传输10位数据，三个通道分别传输不同的数据。

HDMI结构框图

HDMI相关术语

• TMDS（Transition Minimized Differential Signaling）：最小化传输差分信号，用来传输HDMI信号。
• CEC（Consumer Electronics Control）：实现遥控器功能。
• DDC（Display Data Channel）：实现屏幕分辨率自适应，通过DDC获取不同屏幕的参数信息，本质是IIC。
• HPD：实现热插拔。
• HEAC（HDMI Ethernet and Audio Return Channel）：以太网和音频返回，需要额外的PHY支持。

最常用的是TypeA口，包含三队TMDS（正、屏蔽、负）。

TMDS传输原理

电平特性

TMDS使用2根差分线传输信号，信号0和1由两个引脚的电压差决定：

• 当+为高电平，-为低电平时表示1
• 当+为低电平，-为高电平时表示0

通道传输数据定义

每个TMDS时钟周期，每个通道有8位原始数据，通过编码后得到10位：

• D[7:0]：8位实际图像数据
• D[1:0]：通道0的这2位是HSYNC和VSYNC信号，通道1和通道2的这两位是CTL0~CTL3这4个控制信号
• D[3:0]：额外的一些辅助数据，比如音频数据

通道传输分量定义

• 通道0：传输图像的蓝色分量、HS和VS信号
• 通道1：传输图像的绿色分量、CTL0和CTL1信号
• 通道2：传输图像的红色分量、CTL2和CTL3信号
• 时钟通道：图像的像素时钟

HDMI传输的三个阶段

同一个通道不同Period，每个TMDS时钟周期传输10位数据：

• Video Data Period：视频数据传输阶段，传输实际的图像数据，8位数据编码并串行化为10位
• Data Island Period：音频和额外数据传输阶段，4位数据编码并串行化为10位
• Control Period：控制信号传输阶段，当不传输音视频信号和控制信号的时候，都处于这个阶段，2位数据编码并串行化为10位

Control Period指示下一个是Video Data的时候，那么就开始图像数据传输，在正进入Video Data之前，有一个Guard Band阶段，经过TMDS编码后每个通道都有一个10位的数据。

Control Period指示下一阶段为Data Island Period，那么接下来就是Data Island Period的数据传输，这个阶段以Guard Band开始，最后一个以Trailing Guard Band结束。

EDID

HDMI热插拔屏幕初始化的时候主控会通过DDC接口，也就是IIC接口读取屏幕的EDID信息。EDID信息包含了显示器特性、特点、分辨率、厂商、序列号、显示器的时序信息等。

RK356X-VOP

瑞芯微的中高端芯片都有一个叫做VOP的外设，VOP是一个链接frame buffer和显示设备的接口。RK3568支持MIPI、LVDS、eDP、HDMI等显示接口，这里就需要VOP来管理这些显示接口。

HDMI硬件原理图

RK3568的HDMI相关引脚是3.3V电压，而HDMI端口部分是5V电压，注意电平转换。