HDMI

mingstarlu · 发表于 2011-3-27 21:46:34

本帖最后由 n805 于 2015-12-19 19:42 编辑

说起显示设备，很多人都会在第一时间想起电视机和电脑显示器这些在生活中随处可见
的设备。的确，随着人类社会的不断进步，各种显示设备已经在人类社会中发挥了巨大的作
用，无论是在工业生产的第一线，还是在家庭休闲娱乐的时刻，人们都希望能看到清晰、流
畅的影像。而对于显示设备来说，要想显示出丰富多彩的高分辨率画面，除了高质量的信号
源，还需要一个高性能的信号传输、接收装置，也就是我们常说的信号接口。打个比方，我
们可以把影像信号看成装满了货物的汽车，那么传输影像信号的装置就是让汽车行驶的公路
（信号接口的带宽就如同公路的通行能力）。人们为了提高影像的清晰度，不停的在增加公
路上行驶的汽车数量（以装载更多的数据量），而要保证汽车不会发生拥堵，将公路升级改
造为通行量更大、更宽的高速公路，就是一个必不可少的手段。
在过去的相当一段时间内，以 CRT 为代表的模拟显示设备占据了整个显示设备中的绝大
多数。由于生产工艺的限制，CRT 显示设备的尺寸普遍较小，分辨率也不是特别高。同时从
信号的数据量来看，也不是特别巨大，因此兼容性强、而成本低廉的各种模拟接口得到了广
泛应用，比如很多人都熟悉的 AV 接口、S 端子、色差端子和 VGA 接口。
进入 21 世纪后，随着液晶电视、等离子电视等大尺寸数字化平板显示设备的普及，以
及高清电视格式（720p/1080i/1080p）的确定，传统模拟接口的带宽已经已经不能满足海量
数据流传输的需要，也不符合数字化的潮流。因此，传输速度更快的全数字化接口势必会成
为传统模拟接口的终结者。
除了数据传输能力的限制，另一个影响到模拟接口继续使用的因素来自好莱坞的影视出
版商们。由于模拟接口不具备任何防盗版能力，因此盗版影片、电视剧的横行给他们造成了
巨大的经济损失。根据美国影协的统计，仅 2005 年，因为盗版问题好莱坞的几个主要电影
制片厂就损失了近 61 亿美元。如果算上电视剧等方面，这个数字会更加惊人，因此，具有
版权保护功能的数字接口也得到了好莱坞方面的热烈欢迎。  当然，数字接口只是一个比较笼统的称谓，只要是传输“0”和“1”数字信号的接口，
都可以看成是数字接口。比如常见的 USB 接口，就是一种纯正的数字接口，但是很显然，现
在并没有多少设备在用 USB 接口作为视频信号传输的方式。所以，打造出适合影像传输的专
用型数字化接口就显得非常重要。
随着电视的分辨率逐步提升，高清电视越来越普及，HDMI 接口主要就是用于传输高质
量、无损耗的数字音视频信号到高清电视。概述
2002 年的 4月，日立、松下、飞利浦、Silicon Image、索尼、汤姆逊、东芝共 7 家公
司共同组建了 HDMI 高清多媒体接口接口组织 HDMI Founders（HDMI 论坛），开始着手制定一
种符合高清时代标准的全新数字化视频/音频接口技术。经过半年多时间的准备工作，HDMI
founders在2002年12月9日正式发布了高清晰数字多媒体接口（High-definition Digital
Multimedia Interface）HDMI 1.0 标准颁布，标志着HDMI
技术正式进入历史舞台。HDMI 在针脚上和 DVI兼容，只
是采用了不同的封装。与 DVI 相比，HDMI 可以传输数字
音频信号，并增加了对 HDCP 的支持，同时提供了更好的
DDC 可选功能。HDMI 支持5Gbps 的数据传输率，最远可
传输 15 米，足以应付一个 1080p 的视频和一个 8 声道的音频信号。而因为一个 1080p 的视
频和一个 8 声道的音频信号需求少于 4GB/s，因此 HDMI 还有很大余量。这允许它可以用一
个电缆分别连接 DVD 播放器，接收器和 PRR。此外 HDMI 支持 EDID、DDC2B，因此具有 HDMI
的设备具有“即插即用”的特点，信号源和显示设备之间会自动进行“协商”，自动选择最
合适的视频/音频格式。
美国 FCC 规定 2005 年 7 月 1 日起，所有数字电视周边产品都必须内建 HDMI 或 DVI，
目前 HDMI 标准 V1.4 已经发布。
HDMI 接口可以提供高达 5Gbps 的数据传输带宽，可以传送无压缩的音频信号及高分辨
率视频信号。同时无需在信号传送前进行数/模或者模/数转换，可以保证最高质量的影音信
                                 号传送。HDMI 在针脚上和 DVI 兼容，只是采用了
                                 不同的封装。与 DVI 相比，HDMI 可以传输数字音
                                 频信号，并增加了对 HDCP 的支持，同时提供了
                                 更好的 DDC可选功能。HDMI 支持 5Gbps 的数据传


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mingstarlu · 发表于 2011-3-27 21:48:00

输率，最远可传输 15 米，足以应付一个 1080p

的视频和一个 8 声道的音频信号。而因为一个 1080p 的视频和一个 8 声道的音频信号需求少

于 4GB/s，因此 HDMI 还有很大余量。这允许它可以用一个电缆分别连接 DVD 播放器，接收

器和 PRR。此外 HDMI 支持 EDID，DDC2B，因此具有 HDMI 的设备具有“即插即用”的特点，

信号源和显示设备之间会自动进行“协商”，自动选择最合适的视频/音频格式。应用 HDMI

的好处是：只需要一条 HDMI 线，便可以同时传送影音信号，而不像现在需要多条线材来连

接；同时，由于无需进行数/模或者模/数转换，能取得更高的音频和视频传输质量。对消费者而言，HDMI 技术不仅能提供清晰的画质，而且由于音频/视频采用同一电缆，大大简化了

家庭影院系统的安装。ilicon Image合作开发完成，基于 Silicon image 的 TMDS 技术传输

数据，能向下兼容 DVI(Digital Visual Interface)。

HDMI 技术的推出，并不是这些厂家一时兴起的冲动行为，相反，在 HDMI 技术推出的背

后，还有这更多的深层次原因。

1999 年 4 月份，为了满足数字化时代高质量图形影像的要求，DDWG(Digital Display

Working Group)数字显示工作组以美国 Silicon Image 公司的专利技术为蓝本，推出了一种

名为 DVI(Digital Visual Interface)的接口，旨在统一新时代数字显示接口标准。这一技

术并且得到了 IT 业内以Intel、DELL、HP、IBM、微软等个大企业的广泛支持。经过 3 年多

的推广，DVI技术在计算机显示输出领域得到了迅速运用，但是伴随着数字高清影音技术的

发展，DVI 接口也开始逐渐暴露出种种问题，甚至在一定程度上成为数字影像技术进步的瓶

颈。

2.8.2 优点

DVI 接口虽然是一种全数字化的传输技术，但是在开发之初，其最初目标就是要实现高

清晰、无损压缩的数字信号传输。由于没有考虑到 IT 产品和 AV 产品融合的趋势，DVI 标准

过分偏重于对计算机显示设备的支持而忽略了对数字平板电视等 AV 设备的支持。同时，对

于一直关注盗版问题的好莱坞出版商们，DVI 接口也没有提供他们所关心的版权防盗功能。

因此从最后的结果来看，DVI 接口虽然成功的实现了无损高清传输这一目标，但是过于专一

的定位也在相当程度上造成了整体性能的落后。下面我们看看 DVI 接口存在的主要问题：

* DVI 接口考虑的对象是 PC，对于平板电视的兼容能力一般。

* DVI 接口对影像版权保护缺乏支持。

* DVI 接口只支持计算机领域的 RGB 数字信号，而对数字化的色差信号无法支持。

* DVI 接口只支持 8bit 的RGB 信号传输，不能让广色域的显示终端发挥最佳性能。
* DVI 接口出于兼容性考虑，预留了不少引脚以支持模拟设备，造成接口体积较大，效

率很低。

* DVI 接口只能传输图像信号，对于数字音频信号的支持完全没有考虑。

由于以上种种缺陷，DVI 接口已经不能更好的满足整个行业的发展需要。因此，无论是 IT

厂商，平板电视制造商，还是好莱坞的众多出版商，都迫切需要一种更好的能满足未来高清

视频行业发展的接口技术，也正是基于这些原因，才促使了 HDMI 标准的诞生。

在 HDMI 标准制定之初，并没有抛弃 DVI 标准中相对成熟且较易实现的部分技术标准。

mingstarlu · 发表于 2011-3-27 21:49:51

整个传输原理依然是基于 Silicon Image 公司的TMDS 编码技术。而对于 DVI 接口存在的各

种缺陷，HDMI 进行了大幅提升，主要体现在以下方面：

* 更好的抗干扰性能，能实现最长 20 米的无增益传输。

* 针对大尺寸数字平板电视分辨率进行优化，兼容性好。

* 支持EDID（注 1）和 DDC2B（注 2）标准，设备间可以智能选择最佳匹配的连接方式。

* 拥有强大的版权保护机制（HDCP），有效防止盗版现象。

* 支持24bit 色深处理，（RGB、YCbCr4-4-4、YCbCr4-2-2）。

* 接口体积小，各种设备都能轻松安装。

* 一根线缆实现数字音频、视频信号同步传输，有效降低使用成本和繁杂程度。

* 完全兼容 DVI 接口标准，用户不用担心新旧系统不匹配。

* 支持热插拔技术。

  注 1：EDID（Extended Display Identification DATA，即扩展显示识别数据），最初是

为PC显示器设置的优化显示格式而设计的规范，存储在显示器中专用的容量为1Kb的EEROM

存储器中。而 HDMI 接口，则遵从并且扩展了此规范。HDMI 接口在数字电视中的 EDID 数据

结构，与 PC 显示器的最大区别是编程数据可以是 128Byte 的倍数，它不仅规定数字电视显

示的格式，也规定数字视频信号和数字音频信号。

  注 2：DDC2B 是主机与显示设备准双向通讯的协议标准，主要基于 I2C 通讯协议。只有主

机向显示设备发出需求信号，并得到显示器的响应后，显示设备才会像主机送出 EDID 资料。

  上述仅仅罗列了 HDMI技术相对于 DVI 技术的主要优势，而随着 HDMI 标准本身的发展，其

从最初的 1.0 版本也进化出了 1.2 版本和 1.3 等后续版本，不仅性能更加强大，兼容性也更

加出色。因此，HDMI 正在成为高清时代普及率最

高、用途最广泛的数字接口。在现在任何一台平

板电视上，HDMI 接口都成了标准化的配置。  技术详解

如同最顶级的发动机是 F1 赛车驰骋赛场的保障一样，HDMI 标准之所以拥有强大的数据

传输能力，和它的传输原理是分不开的，下面我们就看看 HDMI 标准的传输原理是什么。

HDMI标准继续沿用了和DVI相同的，由Silicon Image公司发明的TMDS(Time Minimized

Differential Signal)最小化传输差分信号传输技术。TMDS 是一种微分信号机制，采用的

是差分传动方式。这不仅是 DVI 技术的基础，也是 HDMI 技术的基础原理。
TMDS 差分传动技术是一种利用 2 个引脚间电压差来传送信号的技术。传输数据的数值

（“0”或者“1”）由两脚间电压正负极性和大小决定。

每一个标准的 HDMI连接，都包含了 3 个用于传输数据的 TMDS 传输通道，还有 1 个独立

的 TMDS 时钟通道，以保证传输时所需的统一时序。在一个时钟周期内，每个 TMDS通道都能

传送 10bit的数据流。而这 10bit数据，可以由若干种不同的编码格式构成。

一般来说，HDMI 传输的编码格式中要包含视频数据（HDMI1.3 版本前每个像素采用

24bit）、控制数据和数据包（数据包中包含音频数据和附加信息数据，例如纠错码等）。TMDS

每个通道在传输时要包含一个 2bit的控制数据、8bit 的视频数据或者 4bit 的数据包即可。

在 HDMI 信息传输过程中，可以分为三个阶段：视频数据传输周期、控制传输周期和数据岛

传输周期，分别对应上述的三种数据类型。

2.8.4 带宽和 TMDS 的关系

在 HDMI标准中所规定的带宽，在 1.0 版本就设定为最高 4.96Gbps。那么这一数值是怎

么的来的呢？和 TMDS 又有什么关系呢？看右面的公式：

这是一个适用于所有串口传输接口带宽计算的公

式。在所有的数字电路中，都有一个负责提供基本频率的元器件——晶振，它就像是一个精

确的闹钟一样，电路中所有的元器件都按照它的节奏统一行动。比方说，某一运算电路的晶

振频率是 100Hz,就是说这一电路在一秒钟内可以进行 100 次运算过程。由此可见，晶振的

工作频率越高，每秒所能处理的运算次数就会越多，数据的处理能力也就会越强大。而 HDMI

标准中，这个原理同样适用。

HDMI 电路中的时钟频率，在最初制定时范围从 25MHz-165MHz 之间，也就是说一个 TMDS

通道每秒最多能传输 165MHz×10bit=1.65Gbit 的数据，3 个 TMDS 通道一秒就可以传输

1.65×3=4.95Gbit 的数据，再加上控制数据，用标准方法表示就是 4.96Gbps 的带宽。而如

果用像素点来表示，那就是一秒可以传输显示 1.65G 个像素点（一个完整的像素点信息由

mingstarlu · 发表于 2011-3-27 21:53:19

R/G/B 三原色信息构成）所需要的数据量。

在数字音频方面，HDMI灵活的支持符合IEC60985 L-PCM标准的32kHz、44.1kHz和48kHz、

16bit 量化的立体声数字音频信号和 IEC 61937 标准的采样率为 192KHz，24bit 量化的单路

无压缩 PCM 数字音频信号，或者 8 路 96kHz 的声音数据流。此外，在家庭影院中常用的

DolbyDigital5.1和 DTS数字音频格式也能通过 HDMI 直接传输。

接口类型

按照电气结构和物理形状的区别，HDMI 接口可以分为 Type A 、Type B、 Type C 三种类型。每种类型的接口分别由用于设备端的插座和线材端的插头组成，使用 5V 低电压驱动，

阻抗都是 100 欧姆。这三种插头都可以提供可靠的 TMDS 连接，其中 A 型是标准的 19 针HDMI

接口，普及率最高；B 型接口尺寸稍大，但是有 29 个引脚，可以提供双 TMDS 传输通道，因

此支持更高的数据传输率和 Dual-Link DVI 连接。而 C 型接口和 A 型接口性能一致，但是体

积较小，更加适合紧凑型便携设备使用。

物理规格

A 型HDMI 插座成扁平的“D”型，上宽下窄，如左下图所示。接口外侧设有一圈厚度为

0.5 毫米的金属材质屏蔽层，防止来自外界的各种干扰信号。其中用于设备端的插座内径最

宽处 14 毫米，高 4.55 毫米。19 跟引脚在中心位置分两层排列。每根引脚的宽度为 0.45 毫

米，长度为 4.1 毫米。

A 型的插头外径是最宽处 13.9 毫米，高 4.45 毫米。内部的引脚呈环状排列。而 HDMI

标准规定这些尺寸的误差要控制在相当小的范围内（0.05毫米左右），以保证良好的接触性，

如右下图所示。





B 型HDMI 接口的物理结构相比于 A 型接口，基本形状并没有太大变化，都是“D”型。

但是其插座端最大宽度达到了 21.3毫米，比 A型的 14 毫米足足大了一圈。

C 型HDMI 接口设计目的就是为了紧凑型便携设备，因此 C 型插座的尺寸只有 10.5×2.5

毫米，而插头也只有 10.42×2.4 毫米。非常的小巧。
  这三种 HDMI 接口之间并没有做到完全的兼容，也就是说 A 型头不能通过转接设备连接到 B

型头，B 型头又不能转接成 C 型头，不过由于 A型头和 C 型头仅仅是物理尺寸上不一样，他

们之间是可以通过转换设备实现兼容的。

由于和 DVI采用了相同的 TMDS 传输机制，所以 HDMI 对

DVI 接口拥有非常强大的兼容性。目前市面上也有不少

HDMI-DVI 的转接头产品，对于没有 HDMI 的老设备而言非常

适用。而 HDMI-DVI 转接头在实质上就是两种接头间的物理

转换工具，只涉及到接口的形状、尺寸和引脚定义，在电路

部分没有任何的变化。而 HDMI 标准中也考虑到了和 DVI 设

备兼容的问题：只要 HDMI 设备检测到对方发送的信号中不包含 HDMI 标准中规定的特殊控制

                        数据（VSDB 信号，专门用于两个设备之间互相确认对方

                        身份），就会把对方认为 DVI 设备，并且把传输规格切换

                        到 DVI 格式，从而保证了良好的兼容性。



2.8.6 音频功能

在 HDMI 没有出现之前，数字音频信号的传输的主要依靠两种途径：采用标准 RCA 接口

的数字同轴电缆和 SPDIF 光纤传输。从传输的质量和特点上看，这两者各有千秋，但是都能

比较好的完成传输数字音频信号的目标。

同轴电缆都拥有比较完善的屏蔽层，中间的铜芯才是信号传输的通道

利用 75 欧姆同轴电缆传输数字音频信号是一种非常成熟且高质量的方式。这种接口标

准对设备端的硬件要求较低，但是在传输高频信号时，容易发生比较大的衰减，影响到最终

mingstarlu · 发表于 2011-3-27 21:54:16

音质。

相比于同轴传输，光纤对设备接收、发射端的同步时许要求非常严格，在技术上比同轴要难于实现，但是光纤技术在长距离传输方面的优势非常明显，不会出现同轴电缆长距离衰

减过大的问题，因此也得到了很多有距离限制以及新装修用户的青睐。

此外，无论是采用光纤传输，还是同轴电缆传输，都需要购买一根单独的连线，对于用

户来说，就意味着使用成本和复杂程度的增加。

HDMI 技术则综合了以上两者的优点：在物理层它没有采用对同步时序要求严格的光纤

连接，而是采用了成熟的电缆连接。其次，HDMI 理论上可以实现最高 20米的无损耗数字音

频信号传播，那些对距离有要求的用户也能较好接受。最后，视频线缆和音频线缆的结合有

效降低了用户的购买成本，也能让设备端实现瘦身，同时降低厂商的生产成本。

新一代 AV 功放中 HDMI 接口已经成了必配，而从 HDMI 对音频格式支持的种类来看，其

主要定位还是以家庭影院应用为主，PC 领域用 HDMI 输出音频信号还需要更多显卡和声卡厂

                              商的配合，所以在 AV 领域最主流的数字音频格式将

                              是 HDMI 紧盯的目标。在 HDMI 1.0 版本中，就加入

                              了对 Dolby Digital 5.1 和 DTS 这两种应用最广泛

                              的数字化多声道音频流的支持。同时随着数字电视

                              的普及，数字伴音功能也将在HDMI上得到广泛应用。

                              这也就意味着全球所有的 DVD、高清视频、数字电视

                              用户都会是 HDMI 标准的潜在用户。

2.8.7 对 DVI 的影响

HDMI 是基于 DVI（Digital Visual Interface）制定的，可以看作是 DVI 的强化与延伸，

两者可以兼容。HDMI 在保证高品质的情况下能够以数码形式传输未经压缩的高分辨率视频

和多声道音频数据。HDMI可以支持所有的ATSC HDTV标准，不仅能够满足目前最高画质1080p

的分辨率，还可以支持 DVD Audio 等最先进的数字音频格式，支持八声道 96kHz 或立体声

192kHz 数码音频传递，而且只用一条 HDMI 线连接，可以用于免除数码音频接线。与此同时

mingstarlu · 发表于 2011-3-27 21:55:20

HDMI 标准所具备的额外扩展空间，它允许应用在日后升级的音频或视频的格式中。与 DVI

相比 HDMI 接口的体积更小而且支持同时传输音频及视频信号。

HDMI 和 DVI 接口 HDMI 与现有同属数字接口的 DVI 相比，HDMI 最大的改变在于集成了

视频和音频传输，并且接口体积小，其灵活性和方便性较有优势，HDMI 接口只用一条线就

解决了两种输出，将大大简化设备的连线，让桌面更加整洁。

勋勋 · 发表于 2011-3-28 19:38:57

这个端子目前还不是很普及。

毛毛1973 · 发表于 2012-1-25 10:32:28

本帖最后由毛毛1973 于 2012-1-25 10:34 编辑

帮亲戚配的影驰GTX460显卡. 又买的Mini hdmi转HDMI高清线. 不知道质量如何？

xunxun · 发表于 2012-2-3 21:12:14

毛毛1973 发表于 2012-1-25 10:32 8 Q0 I. i" ?" c3 @8 J8 ^9 a9 U
帮亲戚配的影驰GTX460显卡. 又买的Mini hdmi转HDMI高清线. 不知道质量如何？

这显卡我表弟也有一块。体积比我的GSO大多了。记得还是双电源的。现在我我几乎很高玩PC游戏了。看高清电影倒是多点。A卡是首选

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