一、引言
最近做的项目有涉及到HDMI，故来整理一下
HDMI（High-Definition Multiface Interface）是Hitachi, Panasonic, Philips, SiliconImage, Sony, Thomson, Toshiba几家公司共同发布的一款音视频传输协议，主要用于DVD, 机顶盒等音视频source到TV，显示器等sink设备的传输。传输基于的是TMDS(Transition Minimized Differential Signaling)协议。此外，使用TMDS也是DVI标准的主要特点 。
(ps：杭州linux嵌入式方面的新人，目前从事android开发，欢迎相关方面的同学，希望能交个朋友)
二、HDMI硬件接口及相关协议
硬件结构
上图是HDMI block结构图，可以看出HDMI用于audiovisual source和sink之间的连接，HDMI cable由3组差分信号传输TMDS数据，1组差分信号传输clock。此外，HDMI还有一个DDC的通道连接到sink的EDID。CEC和HEAC都是HDMI的可选协议。
HDMI定义了五种类型的connector，上图是最常见的type A。
1-9是TMDS data传输用到的引脚，共有三组；
10-12是TMDS clock传输用到的引脚，共有一组，TMDS clock就是pixel clock；
13是CEC引脚，一种消费电子兼容的传输协议；
14是保留引脚；
15,16是DDC的引脚，DDC是基于I2C协议传输，故引脚为SCL和SDA；
17是接地；
18是+5V power；
19是HPD引脚，用于建立连接。为热插拔的实现而设计
TMDS（转换最小化差分信令）
过渡调制差分信号，也被称为最小化传输差分信号，是指通过异或及异或非等逻辑算法将原始信号数据转换成10位，前8为数据由原始信号经运算后获得，第9位指示运算的方式，第10位用来对应直流平衡（DC-balanced，就是指在编码过程中保证信道中直流偏移为零，电平转化实现不同逻辑接口间的匹配），转换后的数据以差分传动方式传送。这种算法使得被传输信号过渡过程的上冲和下冲减小，传输的数据趋于直流平衡，使信号对传输线的电磁干扰减少，提高信号传输的速度和可靠性
一个HDMI包括三个TMDS数据通道和一个TMDS时钟通道
每一个TMDS时钟周期内，TMDS数据通道上会发送一个10位的字符信息。
每个TMDS时钟周期内，编码器将2位的控制数据、4位的报数据或者8位的视频数据采取不同的编码方式编码成10位数据。
CEC（消费电子控制）
CEC（Consumer Electronics Control）是一套完整的单总线协议，电子设备可以借着CEC信号让使用可控制HDMI接口上所连接的装置，比如单键播放（One Touth Play）,系统待机（System Standby），可以实现由单一遥控器控制所有HDMI连接的装置。最多可以控制15个设备。允许HDMI设备在没有用户干扰情况下互相命令控制。
DDC（显示数据通道）
可以将显示器的物理数据(EDID)直接传输给主机
目前的EDID版本定义的结构如下：
1、供应商/产品标识块——起始的18字节表明了显示器的制造商和产品信息，包括***和生产日期。
2、EDID结构版本以及修订号——随后的2字节用于识别EDID数据结构的版本号和修订号。
3、显示器的基本参数/特性——接下来的5字节用于特性，比如显示器接收的是模拟还是数字信号、同步的类型、水平和垂直的最大尺寸、伽玛传输特性、电源管理功能、色彩空间、默认的视频定时。
4、色彩特性——随后的10字节定义了显示器所使用的RGB色彩空间转换技术。
5、确定的频率——随后的3字节定义了显示器支持的VESA确定的视频分辨率/刷新率。每比特代表一个确定的频率，就像640×480/60。如果有的话，那么这3个字节的最后部分定义了厂商的保留频率。
6、确定的标准频率——随后的16字节定义了显示器支持的8个额外的视频分辨率。这些分辨率必须遵循VESA定义的标准频率。
7、详细的频率描述——之后的72字节被分为4个18字节块，用于详细描述额外的视频分辨率，以支持自定义的视频刷新率/分辨率。第1块用于描述显示器的首选频率。频率数据的结构既可以是VESA的GTF——一般程序时间也可以是CVT——协同视频时间标准。
8、扩展的旗标——EDID1.3以及更高的版本允许额外的128字节数据块来描述增加的功能。这个字节表明了额外的可用扩展块的数目。这些扩展块被定义为几种不同的结构，包括DI-EXT——显示信息扩展、VTB-EXT——视频时间块扩展以及LS-EXT——本地字符串扩展。
9、 CEA—861扩展——最常用的EDID扩展是CEA—861，用于支持消费级设备中HDMI的先进功能。CEA—861扩展数据的一般结构见表3。CEA—861允许可变数量的18字节详细频率描述。例如，对于1080i的视频频率细节，这在消费级产品中很常见但电脑中却很少用到，就可以进行通讯了。CEA—861还指定了一个可变长度的“CEA数据块收集器”来描述一些参数，比如显示器色度、先进的音频功能包括环绕声格式、音频采样率甚至是扬声器的配置和布局。CEA—861扩展的意义在于，它解决了以前运作的不同之处，把消费级显示器设备与基于电脑的商业视音频系统结合起来，使设备之间的EDID信息能够进行正确的传送。
ARC（音频回传通道）
HEC（HDMI以太网通道）
HDMI 1.4版数据线将增加一条数据通道，支持高速双向通讯。支持该功能的互连设备能够通过百兆以太网发送和接收数据，可满足任何基于IP的应用。
HDMI以太网通道将允许基于互联网的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。新功能还将提供一个连接平台，允许HDMI设备之间共享内容。
HDMI以太网络通道技术在单一HDMI缆线中集成视频、音频与数据流，兼具HDMI连接的一流信号品质与便利性，与家用娱乐网络的强大与弹性功能。HDMI以太网络通道在HDMI连接中加入专用的数据通道，提供高达100 Mb/sec的双向高速网络功能。
三、HDMI上层协议
HDMI接口
HDMI的英文全称是“High Definition Multimedia”，中文的意思是高清晰度多媒体接口。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。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，由于无线进行数/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。
HDCP协议
HDCP 是High-bandwidth Digital Content Protection的缩写，中文可称作“HDCP数字内容保护”。HDCP技术是由好莱坞与半导体界巨人Intel合作发开，它可以实际运用在显卡、 DVD播放机等传输端，以及显示器、电视机、投影机的接收端之间。是高清电影、电视节目的重要反盗版技术，不支持HDCP协议的显示器无法正常播放有版权 的高清节目。
DVD之后的高清电影节目采用了HDCP和AACS反盗版技术，蓝光和HD DVD都使用了这种反盗版技术，高清电视（HDTV）也会使用。使用了HDCP和AACS反盗版技术后电影节目只能在支持HDCP的设备上正常播放，否则 只能看到黑屏显示或者低画质显示（清晰度大约只有正常的四分之一），也就便失去了高清的价值。其中AACS是加密技术，同时被用在HD DVD和蓝光光盘当中，保护光盘中的视频内容无法正常复制出来在其它地方播放。
而HDCP协议是用来防止视频内容在传输的过程被完整的复制下来。这种技术并不是让数字讯号无法被不合法的录制下来，而是将数字讯号进行加密，让不合法 的录制方法，无法达到原有的高分辨率画质。例如蓝光影碟机在播放高清碟片时无法同时录下清晰的节目，在计算机上播放碟片时无法清晰的录制显示器上的节目。 HDCP从始到终都保护视频信号，也就是说整套播放系统中每一个环节都必须支持HDCP协议，如果显示器不支持HDCP协议，那么就无法正常播放高清节 目，只能看到黑屏或者低画质的节目。要支持HDCP协议，必须使用DVI、HDMI等数字视频接口，传统的VGA等模拟信号接口无法支持HDCP协议。当 使用VGA等模拟信号接口时，画面就会下降成为低画质，或者提示无法播放，从而失去高清的意义，防止了盗版。需要说明的是，HDMI接口内嵌了HDCP协 议，带有HDMI接口的显示器都支持HDCP协议。但是并不是带DVI接口的液晶显示器都支持HDCP协议，必须经过带有相应硬件芯片，通过认证的显示器 才行。
四、HDMI的基本传输原理
一般情况下，HDMI连接由一对信号源和接受器组成， 有时候一个系统中也可以包含多个HDMI输入或者输出设备。每个HDMI信号输入接口都可以依据标准接收连接器的信息，同样信号输出接口也会携带所有的信 号信息。HDMI数据线和接收器包括三个不同的TMDS数据信息通道和一个时钟通道，这些通道支持视频、音频数据和附加信息，视频、音频数据和附加信息通 过三个通道传送到接收器上，而视频的像素时钟则通过TMDS时钟通道传送，接收器接受这个频率参数之后，再还原另外三个数据信息通道传递过来的信息。
HDMI 输入的源编码格式包括视频像素数据、控制数据和数据包。其中数据包中包含有音频数据和辅助信息数据，同时HDMI为了获得声音数据和控制数据的高可靠性， 数据包中还包括一个BCH错误纠正码。HDMI的数据信息的处理可以有多种不同的方式，但最终都是在每一个TMDS通道中包含2位的控制数据、8位的视频 数据和4位的数据包。HDMI的数据传输过程可以分成三个部分：视频数据传输期、岛屿数据传输期和控制数据传输期。
视 频数据传输期，HDMI数据线上传送视频像素信号，视频信号经过编码，生成3路（即3个TMDS数据信息通道，每路8位）共24位的视频数据流，输入到 HDMI发射器中。24位像素的视频信号通过TMDS通道传输，将每通道8位的信号编码转换为10位，在每个10位像素时钟周期传送一个最小化的信号序 列，视频信号被调制为TMDS数据信号传送出去，最后到接受器中接收。
岛屿数据 传输期，TMDS通道上将出现音频数据和辅助数据，这些数据每4位被一组，构成一个上面提到的4位数据包，数据包和视频数据一样，被调制为10位一组的的 TMDS信号后发出。视频数据传输期和岛屿数据传输期均开始于一个Guard Band保护频带，Guard Band由2个特殊的字符组成，这样设计的目的在于在明确限定控制数据传输期之后的跳转是视频数据传输期。
岛屿数据和控制数据的传输是在视频数据传输的消隐期，这意味着在传输音频数据和其他辅助数据的时候，并不会占据视频数据传输的带宽，并且也不要一个单独的通道来传输音频数据和其他辅助数据，这也就是为什么一根HDMI数据线可以同时传输视频信号和音频信号的原因。
HDMI的高音视频带宽
HDMI 的数据信息的处理可以有多种不同的方式，也就是说HMDI支持多种方式的视频编码，通过对3个TMDS数据信息通道的合理分配，既可以传输RGB数字色度 分量的4：4：4信号，也可以传输YCbCr数字色差分量的4：2：2信号，最高可满足24位视频信号的传输需要。
HDMI 每个TMDS通道视频像素流的速率一般在25MHz～165MHz之间，HDMI1.3规范已经将这一上限提升到了225MHz，当视频格式的速率低于 25MHz时，将使用像素重复法来传输，即视频流中的像素被重复使用。以每个TMDS通道最高165MHz的频率计算，3个TMDS通道传输R/G/B或 者Y/Cb/Cr格式编码的24位像素视频数据，最高带宽可以达到4.95Gbps，实际视频信号传输带宽接近4Gbps，而现在最高规格的高清视频格式 1080p所需的带宽仅仅为2.2Gbps，因此HDMI拥有的充足带宽不仅可以满足现在高清视频的需要，在今后相当长一段时间内都可以提供对更高清晰度 视频格式的支持。
除了高的视频信号带宽之外，HDMI还在协议中加入了对音频信号传输的支持，形成了业界首个单线缆多媒体接口协议。HDMI的音频信号不占用额外的通道， 而是采用和其他辅助信息一起组成数据包，利用3个TMDS通道在视频信号传输的消隐期，以岛屿数据的形式传送。即使在传输1080p（60Hz）的视频信 号的时候，还可以提供最高8路，每路采样频率192kHz的高质量音频信号，相比之下，CD音频制式44.1kHz的两声道信号，以及最新的 DVD－Audio音频格式96kHz的6声道信号，就相形见绌了。