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HDMI的前世今生 HDMI线材探秘

日期: 2014-12-25
浏览次数: 232

 

      就算不是影音发烧友,很多人也脱离不了HDMI线的影响。家里买部新的平面电视,很可能已经都是4K解析度了,因为4K电视价格一路下滑,与2K高画质电视距离越来越小,消费者当然会选择新科技产品。如果再买部可观看网路电视的机上盒,或可播放下载节目的高画质播放盒,甚至是携带型的高画质MP4播放器,都少不了HDMI线连接。从电脑街一条百来元,到音响店一条上万元,这些HDMI线究竟有甚麽区别?
  影像传输介面的演进

  最早类比的影像端子称为Composite Video,以黄色RCA接头代表影像,除了RF外,这是最古老的输出入介面;後来才发展出S-Video(彩度与亮度分离)、Component(色差端子,把影像中的明度、彩度、同步脉冲分解开来各自传送)、D-Terminal、VGA、DVI等其他介面。无论如何,这些端子都是影像和声音分开的。

  1970年代欧洲诞生了一种21 pin的SCART介面,将影像和声音全部整合在一起,影像和左右声道都是Bi-directional双工的,也包含RGB及S-Video的讯号,它能够自动对应宽萤幕,开启家用消费电子产品自动化运用的先锋。SCART到目前为止,都能够支持高画质影音讯号,其功能在卫星接收器上发挥的淋漓尽致。欧规的DVB卫星接收器,在当地都必定使用SCART接头,为了应付Pay TV付费电视节目,这时候SCART的数据汇流排除了联结付费电视的解码器之外,还兼具控制碟型天线的位置,连带可以操作集波器的极性,达到接收来自不同卫星的节目。SCART的控制技术发展经验,造就了控制通道的技术概念,後来IEEE 1394及HDMI的CEC控制通道的设计就受到它的启发。

   黄色的RCA接头是常见的Composite Video端子;黑色者是可分离彩度与亮度的S-Video端子;有红蓝绿三色的是Component色差端子。
  IEEE 1394被苹果称为FireWire,由于Sony在苹果未将FireWire作为统一品牌之前,就注册以i.Link作为商标,最初Sony的DV使用这种介面,因此也称为DV端子。
  IEEE 1394的传输效率相当优异,控制通道的指令也很完备,只要是日本高画质卫星的玩家,一定很熟悉i.Link的控制方式。在电脑网路的运用上,IEEE 1394也有一种功能称为IP over IEEE 1394,这种互联配置方式,即使没有Hub的情况下,透过IEEE 1394汇流排,也可以组成一个区域网路进行对外网路连线。不过2007年微软公司宣布,IEEE 1394汇流排上的IP网路,不再提供支持在Windows所有的更新版本,也就是说IEEE 1394面临末代命运。
  同时蓝光机攻城掠地,i.Link的速度不再符合精确又高速的工作效率,所以日本数位广播逐渐放弃这个介面。电脑方面,IEEE 1394必须付费授权,现在也被拥有高速化技术的USB 3.0取代了。2005年日本松下曾推出令人惊叹的VIERA Link技术,学习SCART单线数据汇流排的方式传输AV.Link的讯号,使用单一遥控器就可以操作周边的机器,促使HDMI 1.2a修订版本公布了CEC功能,松下後来也改以HDMI作为系统连动控制的技术。

欧洲在1970年代推出的SCART接头,能支持高解析影音讯号,其控制技术的发展经验启发了IEEE 1394与HDMI的设计。

1999年以美国Silicon Image的专利技术为蓝本所推出的DVI端子,当时旨在统一新时代的数位显示介面标准。

 


 

 

      苹果公司叫IEEE 1394,SONY称之为i.LINK,现在已逐渐淡出市场。

  HDMI的诞生

  2002年4月,Hitachi、Panasonic、Philips、Silicon Image、Sony、Thomson、Toshiba等七家公司共同组建了HDMI高画质多媒体介面组织,开始着手制定一种符合高画质时代标准的全新数位化视讯、音讯介面技术,同年12月9日正式发布了HDMI 1.0版标准,为HDMI(High-Definition Multimedia Interface,高清晰度多媒体介面)正式拉开序幕。

  其实早在1999年,为了满足数位时代高品质图形影像的要求,DDWG数据显示工作组以美国Silicon Image公司的专利技术为蓝本,推出了一种名为DVI的介面,旨在统一新时代数位显示介面标准。此一技术得到IT产业Intel、DELL、HP、IBM等多个大企业支持。

  但伴随着数位高清影音的发展,DVI介面逐渐暴露出种种问题,甚至成为进步的瓶颈。DVI介面存在的主要问题有︰
  DVI介面考虑的对象是PC,对于平板电视的兼容能力一般。
  DVI介面缺乏对影像版权保护的支持。
  DVI介面只支持8 bit的RGB信号传输,不能让广色域的显示终端发挥最佳性能。
  DVI介面出于兼容性考虑,预留了不少接脚以支持类比设备,造成介面体积较大。
  DVI介面只能传输图像讯号,完全没有考虑对于数位声音讯号的支持。

 

  

2002年12月正式发布HDMI介面

由于以上种种缺陷,DVI接口已经不能更好地满足整个行业的发展需要。因此,无论是IT厂商、平面电视制造商,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画质视讯产业发展的介面技术,HDMI标准于焉诞生。由于HDMI可同时传输影像和声音讯号,对于建构家庭剧院、消费电子类产品而言,大大减少了缆线的数量,便利实用。经过了数十年的发展和演进,HDMI介面目前已经被广泛应用在平面电视、数位相机/摄影机、高画质多媒体播放机、投影机、PC、手机、平板电脑、车用电子设备等非常多的领域,成为消费电子设备中不可缺少的影音介面。

  HDMI介面的种类
  HDMI共有五种介面,实际上运用的仅为其中四种,分别是:

  HDMI A Type
  总共有19 pin,是影音器材最常见的HDMI接头规格,相当于DVI Single-Link传输。A type的插头内部接脚呈环状排列,标准规定外观尺寸的误差要控制在相当小的范围内(0.05mm),以保证良好的接触性。

  HDMI B Type

  总共有29 pin,可传输A type两倍的TMDS资料量,相当于DVI Dual-Link传输,用于传输高解析度图形(WQXGA 2,560×1,600以上)。但因为传输TMDS时工作频率必须提高至270 MHz以上,而在HDMI 1.3的IC出现之前,大部分设备只能稳定在165 MHz以下工作,所以此类介面未应用在任何产品中。

  HDMI C Type

  称为Mini HDMI,总共有19 pin,可以说是缩小版的HDMI A type,但脚位定义有所改变,主要是用在携带型装置上,例如DV、数位相机、携带型多媒体播放器等。

  HDMI D Type

  也称为Micro HDMI,共有19 pin,脚位定义有所改变,介面比Mini HDMI缩小约50%,可为相机、手机等携带式装置带来最高支持1080p的解析度及最高支持5GB的传输速度。

  HDMI E Type

  共有19 pin,多用于汽车产业,1.4版本才首次于市场出现。E型接头设计对环境的要求特别严格,接头互相连接时要注意耐震、防潮、温差变化、噪音干扰等,因为车上的环境不如住家安定,所以在HDMI的各类型接头中这是唯一有interlocking互锁的结构。

  HDMI版本

  HDMI最早的介面规范HDMI 1.0于2002年12月公布,1.1版本于2004年公布,1.2版本于2005年公布,1.3版本于2006年公布,1.4版本于2009年公布,最新的2.0版本于2013年公布。每一次版本更新都是为了扩大应用范围,增加功能,提高速率的实现。

  1.0版 → 研发、试用阶段
  1.1版 → 只有影像(1080p)
  1.2 → 影像(1080p)+立体声
  1.3 → 影像(1080p)+支持7.1声道
  1.4 → 基本与1.3版相同,再增加乙太网路通道、音讯回传通道、3D over HDMI、支持4K解析度、扩大对色阶的支持,与Micro HDMI连接器

  那些HDMI标准的发起者组织在推广HDMI标准的时候,并不是本着救世济人的原则,单纯的推广一种领先的技术,其背後还有着更深层次的商业原因。这就要从HDMI晶片的主要供应商Silicon Image说起。前面说过HDMI标准是由Hitachi、Panasonic、Philips、Silicon Image、SONY、Thomson、Toshiba等七家公司共同制定,而这七家公司中,掌握了HDMI标准最核心技术的便是美国Silicon Image,它不仅掌握着HDMI核心的TMDS(transition minimized differential signaling,最小化传输差分讯号)技术,也是全世界最大的HDMI主控晶片供应商,因此,HDMI标准的普及程度就和Silicon Image之间产生了直接的利益关系。

 

     不同尺寸的HDMI接头适用于不同的设备
  HDMI是要收费的!
  为了更好地推广HDMI标准,以Silicon Image为首,又成立了一个专门的全资子公司HDMI Licensing, LLC。这个公司专门负责HDMI标准的更新、向设备商的推广,和对各种搭载了HDMI产品的认证和测试工作。当初制定HDMI标准的其余六家公司,也成了HDMI Licensing公司的创建者,但是占据的份额相对较小。

  天下没有免费的午餐,HDMI Licensing公司支付相应的费用。而费用的构成也比较多,主要有以下几种收费项目。

  一、每种使用HDMI的设备需要缴纳每年一万美元的权利金,如果要加入HDCP(High-bandwidthDigital Content Protection,高频宽数位内容保护)功能,还需支付额外的一万美元。对于HDCP功能,几乎很少有厂家会选择放弃,不然他们的产品将缺乏基本的竞争力。

  二、为了保证装有HDMI介面的设备之间的相容性,厂商们还需参加Authorized Testing Center举办的HDMI ATC相容性测试,包括影像设备、接收器、转发设备、线材等每一种都单独收费。

  三、每部用于商业化的器材,还需要单独缴纳15美分的权利金和4美分的HDCP权利金。如果使用HDMI的logo,每件器材还需再缴纳5美分。

  上面这三项收费,还仅仅是HDMI Licensing收入的一部分,另外一部分收入则来自于贩卖HDMI主控晶片。目前世界上能提供HDMI主控晶片的厂家除了Silicon Image,还有安捷伦等厂商。数位显示技术中,目前世界上有三大主流技术,TMDS为Silicon Image所开发、LVDS隶属National Semiconductor独有专利,以及日本Sony研发的GVIF技术,各有所长。令人不解的是Sony有不错的技术,为何会联合Silicon Image共同推展HDMI的TMDS技术呢?商业竞争的策略,巧妙之处尽在不言中
     
 

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