HDMI接口全稱為High Definition Multimedia Interface，中文為高清晰度多媒體接口，是一種全數位化影像和聲音傳送接口，可以傳送無壓縮的音頻信號及視頻信號。HDMI最遠可傳輸15米。

引腳定義

HDMI有A,B,C,D,E五種引腳類型，目前市面中比較常見的就是Type A：

? 1-9 都是TMDS數據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消息，（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，令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。在HDMI的流程中，DDC通信幾乎是最先做的（前有Hot plug），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，從而得到各種信息，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Hot plug（熱拔插）引腳（用于監測HDMI設備有沒有存在，如果存在（Hot plug為high）那么可以通過DDC去讀EDID），HDMI有規定在HDMI 5v AC斷電時source device可以讀receiver device的EDID，也就是需要Hotplug為High。其中有兩種Hot plug相關的情況會導致HDMI被識別為DVI：

? Hot plug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有圖像無聲的問題。
? Hot plug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
? 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，但是拉低這個過程至少需要100ms，否則source
device有可能不會去讀取新的EDID，從而輸出DVI信號

傳輸流程

HDMI TMDS傳輸的數據類型有三種（加上Hsync與Vsync就算4種）：

Preamble（控制信息），主要用于控制接下來傳輸的數據是Data Island或者Video Data

Data Island（數據包），各種類型的包信息，包括音頻數據包，圖像信息包等

Video Data （視頻信息），視頻像素數據，HDMI可以傳輸RGB與YUV兩種格式的像素數據

還有Hsync與Vsync
HDMI的數據傳輸有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的數據進入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數據。

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（包內數據）。
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

傳輸周期

HDMI的TMDS數據傳輸可以分為三個傳輸周期：

Control Period期間會傳輸Hsync，Vsync，并且在該時期的最后階段會傳輸Preamble
Data Island Period期間會傳輸Data Island（數據包），也會有Hsync與Vsync
Video Data Period期間會傳輸Video Data（視頻像素數據）
某幀的總體周期如下：

三個傳輸周期的過渡如下：

左邊是Control Period，傳輸有Hsync，Vsync與Preamble
中間是Data Island Period，傳輸有Hsync，Vsync，以及兩個Packet Header與Packet（每32個clock 一個packet）；另外Data Island的兩端會用Guard Band保護并隔開Data Island的數據，因為這個階段傳輸的數據大多是非常重要的，比如其中就有圖像分辨率，決定后面的Video Data數據的顯示方式
右邊是Video Data Island，傳輸視頻像素數據，在該時期的開頭也有Guard Band

Data Island Packet結構

所有Data Island Packet都以32個時鐘脈沖為一個周期，也就是說每32 clk傳輸一個包。

以上圖為例，
包頭部是BCH block 4，由Channel0[2]傳輸，32clk表示有32bit，則為4byte，前三個byte為包頭，最后一byte為校驗碼
包體為BCH block 0,1,2,3，分別由Channel1，Channel2共8根線傳輸，共有24 byte與6 byte的校驗碼
Parity Bits校驗碼是用于檢驗HDMI Cable傳輸過程中是否發生了錯誤，如果該Packet在HDMI接收端校驗錯誤，如果只有一個bit的錯誤，那么可以修正，超過1bit的錯誤會被判別為無效Packet（由于HDMI是一直在發送數據因此無法重發錯誤Packet？）
所以說，在接收端，在解完包之后，需要取出各個BCH block的Parity bit，進行Calibration（校驗）

Packet類型各種各樣，詳細請看HDMI Spec

Audio Clock

Audio的采樣率有44100,48000，192000等，是各種各樣，在HDMI傳輸時，Audio是PCM級（無壓縮）傳輸，把PCM數據打散到各個包內，為了得到每個音頻幀的數據，也需要知道Audio的采樣率。HDMI中規定Audio的傳輸方式：

Audio采樣率fs重建依靠的主要參數為：

TMDS Clock

CTS

N

在發送設備這端，已知參數有采樣率fs，視頻時鐘Video Clock(TMDS clock)，以及預先設定好的參數N，求CTS:

在接收設備這端，TMDS clock通過硬件設備可以得到，N，與CTS通過Audio Packet傳輸過來，求fs:

在接收端為了保持fs的穩定與精確，需要進行鎖相，即用VCO（Voltage-controlled oscillator壓控振蕩器，通過電壓控制產生的頻率）產生合適的頻率，然后用PFD（Phase Frequency Detector）來鎖頻

首先，由于VCO有個最佳的工作區域如（200MHz~500MHz），那么為了保證VCO在最佳工作頻率內，我們可以從后倒推回來，先對輸出的fa128做乘法得到

由于fa128只有那么幾種（44.1k，48k等），所以比較容易得到S與S2

然后，為了更快進行頻率匹配，需要對近來的頻率fx（就是晶振時鐘fcrystal）或者fv（pixel clock）做除法，也對fvco做除法，令兩個趨向相等。對于細微的區別可以用D Code 進行修正

最后做PFD鎖相

第2,3步的反饋操作循環地進行，最后可以得出比較穩定的fvco

最終得到

HotPlug

HDMI (Pin 19)/DVI（Pin16）的功能是熱插拔檢測（HPD），這個信號將作為HDMI 源端（Source）是否發起EDID讀，是否開始發送TMDS信號的依據。HPD是從HDMI顯示器端（Sink）生成并輸出送往HDMI 源端（Source）的一個檢測信號。熱插拔檢測的作用是當顯示器等HDMI接口的顯示設備通過HDMI/DVI接口與HDMI 源端（Source）相連或斷開連接時，HDMI源端（Source）能夠通過HDMI/DVI的HPD引腳檢測出這一事件，并做出響應。下面以HDMI為例講述HPD的原理和實現方式。

顯示器通過HDMI連接HDMI源端設備，當HDMI 源端（Source）通過HDMI接口的HPD引腳檢測到顯示器與HDMI源端（Source）相連時（HPD從低電平到高電平），HDMI 源端（Source）認為已經有顯示設備連接，并通過HDMI接口中的顯示器數據通道DDC（DDC I2C總線）讀取顯示器EDID存儲器中存儲的EDID數據（擴展顯示器識別數據），如果檢測到顯示器的工作模式范圍與HDMI 源端（Source）的輸出設置相適應，則HDMI 源端（Source）就激活TMDS信號發送電路發送正常的HDMI信號給顯示設備。所以**Sink端的EDID是在HPD從低電平到高電平的轉換時被HDMI Source端讀取的。**如果需要強制刷新EDID， 可以發起一個HPD信號（拉低HPD,**拉低這段時間應該多于100ms;**再拉高HPD），讓HDMI source來讀取新的EDID內容。

顯示器斷開HDMI連接時，當HDMI 源端（Source）通過HPD引腳檢測到顯示器的HDMI接口與HDMI 源端（Source）斷開時，HDMI 源端（Source）就斷開TMDS信號發送電路，停止發送HDMI信號。

HDMI 源端（Source）對HPD信號的要求，當HDMI 源端（Source）檢測到HDMI/DVI接口上的HPD引腳電壓大于2V時，判斷為HDMI顯示設備(Sink)通過HDMI/DVI接口與HDMI源端（Source）連接：當檢測到HPD引腳電壓小于0.8V時，則判斷為HDMI顯示設備(Sink)通過HDMI/DVI接口與HDMI 源端（Source）之間的連接已經斷開。

HPD信號的實現一般是在HDMI的Sink端，通過一個1K歐姆的電阻上拉到HDMI +5V，同時，本地的主處理器可以通過一個GPIO來控制它，如下圖所示

當HDMI 源端（Source）通過HDMI接口與HDMI Sink端連接時，HDMI源端（Source）通過HDMI的第18腳（PWR_CON，PIN18，也就是 HDMI_5V）將＋5V電壓加到HDMISink端的DDC存儲器（EDID數據存儲器）向DDC存儲器供電，確保即使HDMI Sink端不開機，HDMI 源端（Source）也能通過HDMI接口讀取EDID數據。 HDMI 源端（Source）開機后產生 +5V并通過第18腳向HDMISink端(HDMI顯示器)供電，此時HDMISink端(HDMI顯示器)接收到5V電壓后通過內部電路使HDMI接口第19腳HPD轉變為高電平(1K歐姆電阻上拉)。此時HDMI源端（Source）通過第19 Pin接收到HPD高電平，判斷HDMI Sink端(HDMI顯示器)通過HDMI接口與HDMI 源端連接，于是通過HDMI接口的第15、16腳DDC通道（I2C）讀取顯示器中的EDID數據，并使HDMI 源端的TMDS信號發送電路開始工作。當HDMI顯示器與HDMI 源端之間的HDMI連接斷開時，HDMI 源端一側的HDP信號為低電平，那么HDMI源端的TMDS信號發送電路停止工作。

由于在判斷HDMI Sink端的HPD電路預留了一個控制端，如果HDMI Sink端的主處理器需要復位HDMI鏈接（包括重新HDCP握手認證），就可以拉低并再次拉高HPD來實現這個功能。

如前面介紹EDID時所述，HDMI規范規定，發送設備要檢測接收設備的第一個CEAEDID 擴展塊中是否包含HDMI VSDB，這個HDMIVSDB中是否包含IEEE 數據標識符0x000C03, 只有包含這個數據標識符的設備，才會被認為是HDMI設備，否則，被當作DVI設備處理。

一個HDMI設備的EDID 通常包含兩個模塊，第一個是EDID1.3的數據模塊，第二個是CEA 861B模塊，這個861B模塊中，一定要包含數據標示符 0x000C03。HDMI發送設備（Source）檢測到HPD 信號由低變高時，就會去讀取Sink端的EDID 數據，來確認接收裝置是否出現變化，并確定是工作在HDMI模式還是DVI模式。

HDMI Sink

例如像TV這種就是HDMI的接收端，那么HDMI接收端需要做些什么東西。

HDMI可以接收到的有三個通道的TMDS Data，TMDS Clock，可以設置Hotplug，還有DCC傳輸用的I2C引腳。上面已經講了TMDS Data，與設置Hotplug，接下來分析TMDS Clock。

TMDS Clock 就是Pixel Clock，即一個像素點所用的時鐘頻率。TMDS Clock通過clk 引腳傳輸到接收端，但是接收端并不清楚發送端發過來的TMDS Clock 頻率為多少，因此需要通過Phy（PHY是模擬數字轉換部分，不同于ADC，PHY是不知道采樣頻率的，需要自己鎖頻、鎖相，偵測確切的輸入頻率）來進行鎖相得到。但是由于HDMI頻寬太寬（480P@60Hz為25.2MHz，1080P@60Hz為162MHz，甚至還有高達340MHz的），一般VCO（壓控振蕩器，通過電壓控制產生的頻率）無法覆蓋這么大的范圍，因此需要分頻帶來設置Phy：

先偵測輸入頻率落在哪個頻帶，然后根據不同頻帶做不同設置。

用TV產生的晶振來數count，數得count后就知道TDMS Clock了

或者用1024個TMDS Clock來數晶振個數

由于視頻信號從RGB個8bit通過TMDS編碼后變成了10bit，然后又串行化，所以實際用于接收TMDS Data所用的時鐘應該為：

另外ReceiveClock也可以不用直接采用上面的乘法，而是采用TMDSClock為參考、硬件鎖相的方法來得到。

得到ReceiveClock后就可以去設置頻率PLL，然后對三個通道進行采樣得到TMDS Data。

Timming Detect

在Sink端還有需要進行Timming Detect，因為如果設備可以支持（如chroma），HDMI可以自由更換Timming，而當Timming更換了之后，Sink需要重新設定Phy。因此，通過偵測頻率的改變來檢測是否更換了Timing是必要的。一般會有一個中斷服務（或循環）線程來偵測頻率的改變，一旦頻率改變后，該進程會通知重新設定Phy，保證HDMI的正確運行

HDMI版權內容保護之HDCP

HDCP通過DDC傳輸

HDCP主要用于版權視頻的保護，舉例來說，如果有一臺藍光DVD播放機可以播放blueray DVD，并且該DVD已經獲得HDCP授權，你現在想把該DVD影像輸出到某臺TV，但是該TV沒有獲得HDCP授權，那么該TV可能就沒法播放影像，或者播放質量下降，如出現雪花，圖像從1080p變為480p，或者沒有聲音，都有可能。
HDCP是靠兩個設備的交互進行HDCP授權認證的，認證流程如下

Transmitter會發送一個key An（64bit）與Aksv（key selection vector 40bit）
給Receiver

Receiver接收到An后，也會發送一個Bkvs以及REPEATER（表明B設備是否為Repeater設備）給Transmitter

Transmitter開始HDCP認證碼算法:
要理解算法，首先我們需要知道ksv是用來干嘛的

1. 在每個HDMI設備內部，都會保存40組64bit的key，key[40]2. 40bit的kvs，每一個bit都是一個索引，當kvs的某一位n為1時，會把key[n]取出來，3. 把所有的key[n]相加，得到km，

Receiver也會做HDCP認證碼算法這個步驟得到km’

Transmitter與Receiver都會用km\km’去做hdcpBlkCipher，得到一個值R0與R0’

100ms后Receiver把R0’發送到Transmitter與R0做比較，相等則認為認證完畢。當然km = km’才能保證R0 = R0’。

此后的每一幀，Transmitter與Receiver都會運行一次hdcpBlockCipher，不過參數為上次生成的Ks與M，生成的新參數為Ks,M,T

在第128幀的時候，另R = T

在間隔第一次通信的2s后，再次進行認證

后續都采用7,8,9這三個步驟進行迭代認證

此外HDMI自1.1后還支持一個更快速與頻繁的認證方式，就是上方設備通信圖的下半部分

1. 在每第16的倍數幀，用T與當前幀的Channel0的0像素做異或得到Pj2. Channel0的0像素到達Sink后，也與Sink的T‘做異或得到P'j3. Sink把P'j發送到Source，與Pj做比較，相同則通過認證

了解HDCP對于處理HDMI的異常現象很有幫助，比如說如果時而出現雪花，有可能是信號不好導致Channel0的0像素出錯，從而第二階段的認證有時會不成功…

HDMI Sink總流程

提取與分割10bit的TMDS串行數據

10bit的數據，通過不同線路進來的，判斷是哪種類型的：DE，Data Island，RGB，Hs，Vs，Ctrl

TMDS解碼

HDCP解碼，同時Hs，Vs，DE做delay

RGB與DE，Hs，Vs…

BCH解碼得到Packet，錯誤驗證

Packet含義解析

如果是信息，則存到內存

如果是Audio Data，生成采樣頻率

Audio輸出

總結

以上是生活随笔為你收集整理的HDMI简介的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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