高清晰度多媒体接口HDMI

石鑫华视觉

HDMI接口概述

        高清晰度多媒体接口（英语：High Definition Multimedia Interface，简称HDMI）是一种全数字化图像和声音传送接口，可以传送无压缩的音频信号及视频信号。HDMI可用于机顶盒、DVD播放机、个人电脑、电视游乐器、综合扩大机、数字音响与电视机。HDMI可以同时传送音频和影音信号，由于音频和视频信号采用同一条电缆，大大简化了系统的安装。
        HDMI是被设计来取代较旧的模拟影音传送接口如SCART或RCA等端子的。它支持各类电视与电脑图像格式，包括SDTV、HDTV视频画面，再加上多声道数字音频。在传送时，各种视频数据将被HDMI收发芯片以“Transition Minimized Differential Signaling”（TMDS）技术编码成数据分组。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分辨率（1600x1200）；后来在HDMI 1.3规格中扩增为340Mpx/sec，以符合未来可能的需求。
        HDMI也支持非压缩的8声道数字音频传送（采样率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，又追加了超高数据量的非压缩音频流如Dolby TrueHD与DTS-HD的支持。
        标准的Type A HDMI接头有19个脚位，另有一种支持更高分辨率的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，容许其传送扩张的视频通道以应付未来的高画质需求，如WQSXGA（3200x2048）。
        Type A HDMI可向下兼容于现今多数显示屏与显卡所使用的Single-link DVI-D或DVI-I接口（但不支持DVI-A），这表示采用DVI-D接口的信号来源可以通过转换线驱动HDMI屏幕，但是此种转换方案并不支持音频传送与遥控机能。此外，如无HDCP认证的DVI屏幕也将不能收看从HDMI所输出带有HDCP加密保护的视频数据。（所有HDMI屏幕皆支持HDCP，但大多数DVI接口的显示屏不支持HDCP。）Type B HDMI接头也将向下兼容于Dual-link DVI接口。
         HDMI组织的发起者包括各大消费电子产品制造商，如日立制作所、松下电器、Quasar、飞利浦、新力、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。此外，HDMI也受到各主要电影制作公司如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制造商，以及多家有线电视系统业者的支持。

HDMI(高清晰度多媒体接口)
登录/注册后可看大图 HDMI正式商标
类型	数字图像/声音连接头
产品历史
设计者	HDMI组织
设计年代	2002年12月
制造年代	2003年至今
规格
热插拔	yes
外接	yes
声音频号	PCM,DVD-Audio,Super Audio CD,Dolby TrueHD,DTS Master Audio
图像信号	480,576,720,or 1080 (progressive or interlaced video).
	数据带宽	10.2 Gbps at 340 Mhz
缆线	5 meters max.
脚位数量	19
脚位配置
登录/注册后可看大图 Type A (Receptacle) HDMI
引脚1	TMDS Data2+
引脚2	TMDS Data2 Shield
引脚3	TMDS Data2–
引脚4	TMDS Data1+
引脚5	TMDS Data1 Shield
引脚6	TMDS Data1–
引脚7	TMDS Data0+
引脚8	TMDS Data0 Shield
引脚9	TMDS Data0–
引脚10	TMDS Clock+
引脚11	TMDS Clock Shield
引脚12	TMDS Clock–
引脚13	CEC
引脚14	Reserved (N.C. on device)
引脚15	SCL
引脚16	SDA
引脚17	DDC/CEC Ground
引脚18	+5 V Power
引脚19	Hot Plug Detect

HDMI规格HDMI接头

                               
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HDMI Type A 接头

                               
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HDMI接头传输线

HDMI的规格书中规定了四种HDMI接头, 分别是:

• HDMI A Type
  

应用于HDMI1.0版本，总共有19pin, 规格为4.45 mm × 13.9 mm，为最常见的HDMI接头规格, 相对等于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1600x1200(TMDS 162.0 MHz) 。

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
  

应用于HDMI1.0版本，规格为4.45 mm × 21.2 mm，总共有29pin, 可传输HDMI A type两倍的TMDS数据量, 相对等于DVI Dual-Link传输, 用于传输高分辨率(WQXGA 2560x1600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。)此类接头未应用在任何产品中。

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
  

应用于HDMI1.3版本，总共有19pin, 可以说是缩小版的HDMI A type, 规格为2.42 mm × 10.42 mm，但脚位定义有所改变。 主要是用在便携式设备上, 例如DV、数码相机、便携式多媒体播放机等。 现在已有SONY HDR-DR5E DV利用此规格接头作为图像输出接口。(俗称为MINI HDMI)

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
  

应用于HDMI1.4版本，总共有19pin, 规格为2.8 mm × 6.4 mm，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的分辨率支持及最快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通道

• 传送音频，视频，以及各种辅助数据
• 信号编码方式：遵循DVI 1.0规格。Single-link (Type A HDMI) or dual-link (Type B HDMI).
• 视频像素带宽：从25 MHz到340 MHz (Type A, HDMI 1.3) 或至 680 MHz (Type B). 带宽低于25MHz的视频信号如NTSC 480i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分辨率画面传送以及WQSXGA分辨率 。
• 像素编码方式：RGB 4:4:4, YCbCr 4:4:4 (8-16 bits per component); YCbCr 4:2:2 (12 bits per component)
• 音频采样率：32 kHz, 44.1 kHz, 48 kHz, 88.2 kHz, 96 kHz, 176.4 kHz, 192 kHz.
• 音频声道数量：最大8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通道

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

CEC通道（必须预留线路但可以不必实现）

• CEC全文为Consumer Electronics Control
• 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
• 为单芯线双向串行总线
• 在HDMI 1.0协定中制订，在1.2a版中更新
  

防拷机制

• 强制支持HDCP规格1.10版
  

HDMI版本演化HDMI 1.1
2004年5月提出

• 支持DVD音频
  

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以上显示屏支持低电压讯源
  

HDMI 1.2a
2005年12月提出

• 完全确立CEC通道的功能，指令集，以及兼容性测试程序
  

HDMI 1.3
2006年6月22日提出

• 扩增single-link模式的带宽至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色彩标准
• 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录影机
• Sony PlayStation 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屏幕. (1080p支持新的xvYCC色彩标准, 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 图像量化范围
• 增加CEC指令关于时间及声音控制
• 同时Released认证的测试规格文件
  

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
HDMI 1.3c
2008年7月25日提出

• 和 1.3b、1.3b1 一样是为 1.3a 制订的测试标准
• 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)
• 亦有部份修改与 repeater 和 CEC 相关
  

HDMI 1.4
2009年5月28日提出

• 新增HDMI以百兆以太网通道，允许基于互联网的HDMI设备和其它HDMI设备共享互联网接入，无需另接一条以太网线。
• 新增音频回授通道，让高清电视通过HDMI线把音频直接传送到A/V功放接收机上。
• 定义通用3D格式和分辨率。实现家庭3D系统输入输出部分的标准化，最高支持两条1080p分辨率的视频流。
• 最高支持4K × 2K (3840×2160p@24 Hz/25 Hz/30 Hz 或 4096×2160p@24 Hz)
• 拓展支持色彩空间，专为数码相机设计的色彩空间，包括sYCC601、Adobe RGB、AdobeYCC601，可在连接数码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。
• 支持汽车连接系统，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，也为汽车制造商在车内传送高清内容提供了一套切实可行的解决方案。
  

HDMI 1.4a
2010年3月4日提出

• 新增Top-and-Bottom（上下）格式
• 新增两套应用于广播系统中的强制性3D画面传输格式标准
  
  
  
  • 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标准
• HDMI 1.4a标准要求
• 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线缆长度限制问题

        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准的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电脑的连接。
        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 "标准缆线" 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 的线材去制作。
        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，另外也有报告指出24AWG规格的缆线表现较28AWG好。另外也有人使用光纤或两条CAT-5网络缆线来取代标准HDMI铜线。某些厂商也制造HDMI信号增强器以因应用户的需求。
        现有单一一颗 HDMI equalizer IC, 可让24AWG HDMI cable 最大使用长度变成50米。 如果有提供足够且干净的电源, 还可再串接。
HDMI版本对比

        注意某些类型HDMI数据线可选支持HDMI版本特定的的子技术规范。如 Deep Color和 xvYCC为可选支持技术。

HDMI 版本	1.0–1.2a	1.3	1.4
最大signal视频带宽(MHz)	165	340	340
最大TMDS带宽(Gbit/s)	4.95	10.2	10.2
最大视频带宽 (Gbit/s)	3.96	8.16	8.16
最大音频带宽 (Mbit/s)	36.86	36.86	36.86
最大色深 (bit/px)	24	48	48
24-bit/px HDMI单通道最大分辨率	1920×1200p 60 Hz	2560×1600p 75 Hz	4096×2160p 24 Hz
30-bit/px HDMI单通道最大分辨率	不适用	2560×1600p 60 Hz	3840×2160p 30 Hz
36-bit/px HDMI单通道最大分辨率	不适用	1920×1200p 75 Hz	3840×2160p 25 Hz
48-bit/px HDMI单通道最大分辨率	不适用	1920×1200p 60 Hz	3840×2160p 24 Hz

HDMI 版本	1.0	1.1	1.2 1.2a	1.3	1.3a 1.3b 1.3b1 1.3c	1.4
sRGB	是	是	是	是	是	是
YCbCr	是	是	是	是	是	是
8 声道 LPCM, 192 kHz, 24 bit 音频传输	是	是	是	是	是	是
Blu-ray Disc 视频音频全分辨率支持	是	是	是	是	是	是
消费电子控制(CEC)	是	是	是	是	是	是
DVD-Audio 支持	否	是	是	是	是	是
Super Audio CD (DSD) 支持	否	否	是	是	是	是
Deep Color色深技术	否	否	否	是	是	是
xvYCC	否	否	否	是	是	是
自动声画同步	否	否	否	是	是	是
Dolby TrueHD 音频	否	否	否	是	是	是
DTS-HD Master Audio 音频	否	否	否	是	是	是
CEC命令行表更新	否	否	否	否	是	是
以太网络通道	否	否	否	否	否	是
音频回传通道	否	否	否	否	否	是
HDMI 3D功能	否	否	否	否	否	是
4K×2K分辨率支持	否	否	否	否	否	是

HDMI的版权

       HDMI是HDMI Licensing, LLC的登录商标。使用HDMI规格需缴付版权费。版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的标记可打0.05美元折扣，如果该产品含有HDCP保护协议可再打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端口的电视一同捆绑销售也只征收0.15美元。
HDMI接口工业相机

        在工业机器视觉领域，目前国内外也有一些厂商推出直接使用HDMI接口直接显示的工业相机，胜于替代早前的VGA、DVI接口。不过这类接口的相机相对比较少，可能是由于HDMI接口需要版权，又或者是HDMI接口的显示器还没有完全普及。不过可以预计的是随着接口的更新与统一，使用这类接口的直显工业相机也会越来越多。