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    HDMI,高清多媒体接口(High-Definition Multimedia Interface),是一种全数字化视频和声音发送接口,可用于将未压缩的视频数据和压缩或未压缩的数字音频数据从HDMI兼容的源设备(如显示控制器)传输到兼容的计算机显示器,视频投影仪,数字电视或数字音频设备。HDMI是模拟视频标准的数字替代品,可以同时发送音频和视频信号,由于影、音信息均使用一根线材传输,简化了安装过程和难度。


    Sony BRAVIA KDL- 46X2500,图源:Letao

    简介


    图源:HDMI组织官网

    HDMI是被设计来取代较旧的模拟信号影音发送接口如SCART或RCA等端子的。它支持各类电视与计算机影像格式,包括SDTV、HDTV视频画面,再加上多声道数字音频。HDMI与去掉音频传输功能的UDI都继承DVI的核心技术“传输最小化差分信号”(TMDS),从本质上来说仍然是DVI的扩展。DVI、HDMI、UDI的视频内容都以即时、专线方式进行传输,这可以保证视频流量大时不会发生堵塞的现象。每个像素数据量为24位。信号的时序与VGA极为类似。画面是以逐行的方式被发送,并在每一行与每祯画面发送完毕后加入一个特定的空白时间(类似模拟扫描线),并没有将数据“Micro-Packet Architecture(微数据包架构)”化,也不会只更新前后两帧画面改变的部分。每张画面在该更新时都会被完整的重新发送。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帧画面,或者UXGA分辨率(1600x1200);后来在HDMI 1.3规格中扩增为340Mpx/秒,以符合未来可能的需求。

    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、索尼、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、环球,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。

    接口规格

    HDMI的规格书中规定5种HDMI接口,分别是:

    HDMI A Type


    图源:NewEgg

    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,相点对点于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1600×1200(TMDS 162.0 MHz)。

    HDMI B Type


    图源:Sohu

    应用于HDMI 1.0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,相点对点于DVI Dual-Link传输,用于传输高清晰度(WQXGA 2560×1600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。此类接口未应用在任何产品中。

    HDMI C Type


    图源:Ebay

    俗称mini-HDMI,应用于HDMI 1.3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、数字相机、便携式多媒体播放机等。由于大小所限,一些显卡会使用mini-HDMI,用家须使用转接头转成标准大小的Type A再连接显示器。

    HDMI D Type


    下方显卡上的接口为Micro HDMI

    应用于HDMI 1.4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。

    HDMI E Type


    图源:Ebay

    主要用于车载娱乐系统的音视频传输。由于车内环境的不稳定性,HDMI E Type在设计上具备抗震性、防潮、耐高强度、温差承受范围大等特性。在物理结构上,采用机械式锁定设计,能保证接触可靠性。该HDMI模式允许用户连接可逆USB-C与HDMI源设备(手机,平板电脑,笔记本电脑)连接器。


    五种接口示意,图源:Wiki

    版本演化

    HDMI设备的制造符合规范的各种版本,其中每个版本都给出了数字或字母,例如1.0,1.2或1.4b。规范的每个后续版本使用相同类型的电缆,但增加了可通过电缆传输的带宽或能力。列为具有HDMI版本的产品并不一定意味着它具有该版本的所有功能,因为某些HDMI功能是可选的,例如深色和xvYCC(其标记为索尼为“xvColor”)。自HDMI 1.4发布以来,HDMI Licensing LLC小组(负责监管HDMI标准)已禁止使用版本号来识别电缆。从2012年1月1日开始,非有线HDMI产品可能不再引用HDMI编号,必须说明产品实现了HDMI规范的哪些功能。

    HDMI 1.0

    第一版HDMI,2002年12月9日发布,是一种单线数字音频/视频连接器接口。链路架构基于DVI,使用完全相同的视频传输格式,但在视频流的消隐间隔期间发送音频和其他辅助数据。HDMI 1.0允许最大TMDS时钟为165  MHz(每个链路4.95 Gbit / s带宽),与DVI相同。它定义了两个名为A型和B型的连接器,引脚分别基于单链路DVI-D和双链路DVI-D连接器,但B型连接器从未用于任何商业产品。HDMI 1.0使用8b / 10b编码的视频传输,支持3.96 Gbit / s的视频带宽(1920×1080或1920×1200,60 Hz)和8声道LPCM / 192  kHz / 24位音频。HDMI 1.0仅允许特定的预定义视频格式,包括EIA / CEA-861-B中定义的所有格式以及HDMI规范本身中列出的一些其他格式。所有HDMI信号源/接收器还必须能够发送/接收本机单链路DVI视频,并完全符合DVI规范。


    DVI-HDMI转接头

    HDMI 1.1

    2004年5月提出,更新支持DVD-Audio标准的信号。

    HDMI 1.2

    2005年8月提出

    支持8声道1bit音频(SACD音频串流),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以上显示器支持低电压讯源。

    HDMI 1.2a

    2005年12月提出,完全确立CEC(消费电子控制)的功能,指令集,以及兼容性测试程序,支持HDMI联动操作。

    HDMI 1.3

    2006年6月22日提出,扩增单链模式的带宽至340 Mhz(数据发送速度10.2 Gbps);从24bit色深(1677万色)扩张支持至30-bit, 36-bit,与48-bit(RGB or YCbCr)色深(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规格都可以发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像机;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色彩深度);EPSON EMP-TW1000是第一个上市的HDMI 1.3的投影机(支持30-bit色彩深度)

    HDMI 1.3a

    2006年11月10日提出,主要针对HDMI C Type接头;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影像量化范围;增加CEC指令关于时间及声音控制;同时放出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测试规范),而HDMI规格依然是HDMI 1.3a。

    HDMI 1.3b1

    2007年8月1日提出,仅修正关于测试设备上C型连接器的固定器(夹具)的些许内容。

    HDMI 1.3c

    2008年7月25日提出,和1.3b,1.3b1一样是为1.3a标准制订的测试标准。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),亦有部分修改与中继器和CEC相关。

    HDMI对一些要求不高的3D也支持(理论上不支持,实际上有些还是可以的)。


    HDMI标准线缆

    HDMI 1.4 

    2009年5月28日提出,并于2009年第二季度后首次上市。新增HDMI百兆以太网通道(HEC),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;新增音频回传通道(ARC,Audio return channel),让高清电视可通过HDMI线把音频信号独立传送到A / V功放接收机,音响设备上输出;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的分辨率的视频流;最高支持4K×2K(3840×2160p @ 24 Hz / 25 Hz / 30 Hz或4096×2160p @ 24 Hz,帧数受制于带宽10.2Gbps);拓展支持色彩空间,包括sYCC601,Adobe RGB,Adobe YCC601,可在连接数字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一套切实可行的解决方案。

    HDMI 1.4定义了几种立体3D格式,包括现场替代(隔行扫描),帧封装(全分辨率上下格式),线路替代完整,并排一半,并排完整,2D +深度,2D +深度+图形+图形深度(WOWvx)。HDMI 1.4要求3D显示器以720p @ 50和1080p @ 24或720p @ 60和1080p @ 24实现帧打包3D格式。HDMI 1.3中定义的高速HDMI电缆适用于所有HDMI 1.4功能,但HDMI以太网通道除外,它需要HDMI 1.4中定义的带有以太网的新型高速HDMI电缆。

    HDMI 1.4a

    2010年3月4日提出,新增顶部和底部(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:并排水平(并行水平)、顶部和底部(上下);定义强制性广播,游戏,电影的3D标准。

    HDMI 1.4a标准要求:
    ·3D显示设备帧封装水平须达到的720p @ 50,1080p @ 24或720p @ 60,1080p @ 24
    ·并排水平需要达到1080i @ 50或1080i @ 60
    ·顶部和底部需达到的720p @ 50,1080p @ 24或720p @ 60,1080p @ 24

    HDMI 1.4b

    2011年10月11日提出,支持3D 1080p 120Hz。HDMI 1.4b是HDMI Licensing,LLC负责的标准的最后一个版本。所有未来版本的HDMI规范均由2011年10月25日创建的HDMI论坛制作。

    HDMI1.4可以说是使用最广泛的HDMI版本了,在里程碑式的3D电影《阿凡达》于2009年年底上映后,HDMI为3D也做了很多优化,后续的HDMI 1.4a、1.4b就是针对3D而提出的,但几年后,消费者对4K等高分辨率的热情超过了3D,所以还未完美支持真·4K影像(3840*2160,60帧)的HDMI 1.4已经成为瓶颈了。

    HDMI 2.0

    HDMI 2.0,被一些制造商称为HDMI UHD,于2013年9月4日发布。新增2160p@50 YCbCr 4:2:0、2160p@60 YCbCr 4:2:0(4K分辨率)。

    HDMI 2.0将最大带宽增加到18.0 Gbit / s,使用8b / 10b编码进行视频传输,就像之前的版本一样,最大视频带宽为14.4 Gbit / s。这使HDMI 2.0能够以60 Hz的频率传输4K视频,色彩深度为24 bit / px。HDMI 2.0的其他功能包括支持Rec。2020色彩空间,最多32个音频通道,高达1536 kHz的音频采样频率,同一屏幕上多个用户的双视频流,最多4组音频流,4:2:0色度子采样,25 fps 3D格式,支持21:9长宽比,动态自动声画同步,HE-AAC和DRA音频标准,改进的3D功能和额外的CEC功能。线材兼容HDMI 1.4(没有定义新的数据线和接头),现有的二类数据线可以直接使用,HDMI Forum Inc同时指出,HDMI 2.0并不会取代HDMI 1.X,而是基于后者的增强,使用HDMI 2.X需要先保证HDMI 1.X的基础功能支持。

    HDMI 2.0a

    HDMI 2.0a于2015年4月8日发布,增加了对具有静态元数据的高动态范围(HDR)视频的支持。

    HDMI 2.0b

    HDMI 2.0b于2016年3月发布。HDMI 2.0b最初支持与CTA-861.3规范中规定的HDMI 2.0a相同的HDR10标准。2016年12月,在最近发布的CTA-861-G规范中,HDMI 2.0b增加了对HDR视频传输的支持,该规范将静态元数据信令扩展到包括混合日志伽玛(HLG)。

    HDMI 2.1


    图源:Techhive

    HDMI 2.1于2017年1月4日由HDMI论坛正式宣布,并于2017年11月28日发布。它增加了对更高分辨率和更高刷新率的支持,包括4K 120 Hz和8K 120 Hz。HDMI 2.1还引入了一种新的HDMI电缆类别,称为超高速(在开发过程中称为48G),它以这些格式所需的新的更高速度对电缆进行认证。超高速HDMI线缆向后兼容较旧的HDMI设备,较旧的线缆与新的HDMI 2.1设备兼容,但如果没有新线缆,则无法提供完整的48 Gbit / s带宽。HDMI 2.1根据飞利浦撰写的白皮书增加支持“动态元”。简而言之:“HDMI 2.0a涵盖HDR EOTF信令和静态元数据元数据的动态是HDMI 2.1所涵盖。”

    HDMI 2.1其他功能说明:
    ·支持的最大分辨率为10K,120Hz
    ·动态HDR,用于逐个场景甚至逐帧地指定HDR元数据
    ·显示流压缩(DSC)1.2用于高于8K的视频格式,具有4:2:0色度子采样
    ·4K,8K和10K的高帧率(HFR),增加了对120 Hz的高刷新率的支持
    ·增强型音频回传通道(eARC),适用于Dolby Atmos和DTS:X
    ·增强的刷新率功能:
    可变刷新率(VRR)可减少或消除滞后,卡顿和帧画面撕裂,从而在游戏中实现更流畅的运动
    电影和视频的快速媒体切换(QMS)消除了在显示内容之前可能导致空白屏幕的延迟
    快速帧传输(QFT)可减少延迟
    ·自动低延迟模式(ALLM)自动延迟设置为最低理想延迟
    输出18.0 Gbit / s(4K@60Hz 8 bpc RGB)更大带宽的视频格式时,如4K@ 60Hz 10 bpc(HDR)、4K@ 120Hz和8K@ 60Hz,可能需要新的“超高速”或“超高速带以太网”
    线缆。现有的HDMI线缆支持HDMI 2.1的其他新功能。
    ·向下兼容HDMI 2.0、HDMI 1.4

    HDMI规格小结

    [此处---规格表开始]
    [此处---规格表结束]
    [此处---规格表开始]
    [此处---规格表结束]
    [此处---规格表开始]
    [此处---规格表结束]

    授权与费用

    HDMI是HDMI Licensing, LLC的登录商标,而且HDMI规范不是开放标准;制造商需要获得HDMI LLC的许可才能在任何产品或组件中实施HDMI。获得HDMI LLC许可的公司称为HDMI采用者。虽然早期版本的HDMI规格可供公众下载,但只有采用者可以使用最新标准(HDMI 1.4 / 1.4a / 2 / 2.1)。使用HDMI规格需缴付著作权费。著作权费分为年会费和产品销售费。

    年会费:大容量(超过10,000个单位)HDMI采用者协议:每年10000美元(2006年7月以前年费为15,000美元)

    低容量(10,000个或更少)HDMI采用者协议:每年5000美元+每单位1美元/单位管理费

    产品销售费:每个使用HDMI的规格的产品收取0.15美元,如果产品上有HDMI的标记可享0.05美元折扣,如果该产品含有HDCP保护协议可再享有0.04美元折扣。(使用HDMI徽标需要进行合规性测试。采用者必须单独许可HDCP。)

    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。


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