硬件接口协议之“HDMI接口介绍”

本文主要介绍HDMI接口的类型、引脚定义、线缆、各版本特性对比等。


2002年的4月,日立、松下、飞利浦、SiliconImage、索尼、汤姆逊、东芝共7家公司成立了HDMI组织开始制定新的专用于数字视频/音频传输标准。2002年12月,高清晰数字多媒体接口(High-definition Digital Multimedia Interface)HDMI1.0标准颁布,到目前已经更新到2.1版本,主要变化在于近一步加大带宽,以便传输更高分辨率和色深。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。HDMI2.1版支持最大10分辨率,其中8K分辨率刷新率60Hz,4K分辨率刷新率120Hz,支持动态HDR以及适应性刷新率技术,带宽达到了惊人的48Gbps,同时HDMI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。

HDMI在引脚上和DVI兼容,只是采用了不同的封装。


1、接口类型

HDMI的接口分成A、B、C、D、E五种类型。

  • HDMI Type A

Type A是标准接口,是最常见的,一般平板电脑、高清电视、投影仪等视频设备都提供这种尺寸的接口。Type A有19针,尺寸为13.9×4.45mm,现在能看到的设备99%都是该类型HDMI接口。

  • HDMI Type B

Type B非常罕见,传输带宽几乎比A类大了一倍,在家庭应用中是过于“强悍”,现在只应用于一些专业场合。有29针,宽度达到21毫米,可传输HDMI Type A两倍的TMDS资料量,相当于DVI Dual-Link传输,用于传输高分辨率(WQXGA 2560X1600以上)。

  • HDMI Type C

Type C是为小型设备而生的,其尺寸为10.42×2.4mm,比Type A小了将近1/3,应用范围很小。总共有19Pin,可以说是缩小版的HDMI Type A(Mini HDMI),但管脚定义有所改变。主要是用在便携式装置上,如DV、数码相机、便携式多媒体播放机等。

  • HDMI Type D

Type D是最新的接口类型,尺寸进一步减小,采用了双排针脚设计,尺寸近似于Mini USB接口,更适用于便携和车载设备。俗称Micro HDMI是定义为HDMI 1.4版本的,保持HDMI标准的19Pin,尺寸为6.4×2.8mm,比Mini HDMI (10.42×2.4mm)小很多,主要应用在一些小型的移动设备上,如手机、MP4、平板等等。

  • HDMI Type E

Type E是汽车电子专用接口类型,信号定义和Type A一样,也是19pin。



2、引脚定义



Type  A/E

Type  B

Type  C

Type  D

1

TMDS Data2+

TMDS Data2+

TMDS Data2 Shield

Hot Plug Detect/HEAC-

2

TMDS Data2 Shield

TMDS Data2 Shield

TMDS Data2+

Utility/HEAC+

3

TMDS Data2–

TMDS Data2–

TMDS Data2–

TMDS Data2+

4

TMDS Data1+

TMDS Data1+

TMDS Data1 Shield

TMDS Data2 Shield

5

TMDS Data1 Shield

TMDS Data1 Shield

TMDS Data1+

TMDS Data2-

6

TMDS Data1–

TMDS Data1–

TMDS Data1–

TMDS Data1+

7

TMDS Data0+

TMDS Data0+

TMDS Data0 Shield

TMDS Data1 Shield

8

TMDS Data0 Shield

TMDS Data0 Shield

TMDS Data0+

TMDS Data1-

9

TMDS Data0–

TMDS Data0–

TMDS Data0–

TMDS Data0+

10

TMDS Clock+

TMDS Clock+

TMDS Clock Shield

TMDS Data0 Shield

11

TMDS Clock Shield

TMDS Clock Shield

TMDS Clock+

TMDS Data0-

12

TMDS Clock–

TMDS Clock–

TMDS Clock–

TMDS Clock+

13

CEC

TMDS Data5+

DDC/CEC/HEAC Ground

TMDS Clock Shield

14

Utility/HEAC+

TMDS Data5 Shield

CEC

TMDS Clock-

15

SCL

TMDS Data5-

SCL

CEC

16

SDA

TMDS Data4+

SDA

DDC/CEC/HEAC Ground

17

DDC/CEC/HEAC Ground

TMDS Data4 Shield

Utility/HEAC+

SCL

18

+5V Power

TMDS Data4-

+5V Power

SDA

19

Hot Plug Detect/HEAC-

TMDS Data3+

Hot Plug Detect/HEAC-

+5V Power

20


TMDS Data3 Shield



21


TMDS Data3-



22


CEC



23


Reserved (N.C.)



24


Reserved (N.C.)



25


SCL



26


SDA



27


DDC/CEC Ground



28


+5V Power



29


Hot Plug Detect




上述DDC(SDA、SCL)、CEC、HPD等辅助信号的逻辑电平均为5V,实际使用中一般需要进行电平转换。



DDC信号符合I2C协议V2.1标准。




当多个负载的HPD引脚通过1K电阻上拉到5V Power之后并联时,为了能可靠区分负载的接入(能有效的检测到HPD的高电平),需要源端下拉HPD。



HDMI使用TMDS差分电平,差分信号上拉电压为3.3V,端口阻抗为50Ω,单端信号摆幅为400~600mV,标称500mV,差分摆幅为800~1200mV,实际差分电压摆幅可以在150~1200mV之间,而且偏置电压由sink端提供。详细可参见之前的文章《逻辑电平之常见差分逻辑电平(4)》。



3、线缆

线缆种类及对应的接口如下表所示:



4、HDMI版本

HDMI从2002年发展到现在,经历了如下一些版本,各个版本具有各自的特性,详细对比如下表所示:



版本

1.0–1.2a

1.3–1.3a

1.4–1.4b

2.0–2.0b

2.1

发布日期

2002年12月(1.0)

2004年5月(1.1)

2005年8月(1.2)

2005年12月(1.2a)

2006年6月(1.3)

2006年11月(1.3a)

2009年6月(1.4)

2010年3月(1.4a)

2011年10月(1.4b)

2013年9月(2.0)

2015年4月(2.0a)

2016年3月(2.0b)

2017年11月

信号规格

传输带宽

4.95Gbit/s

10.2Gbit/s

10.2Gbit/s

18.0Gbit/s

48.0Gbit/s

最大传输数据速率

3.96Gbit/s

8.16Gbit/s

8.16Gbit/s

14.4Gbit/s

42.6Gbit/s

TMDS Clock

165MHz

340MHz

340MHz

600MHz

1200MHz

TMDS channel

3

3

3

3

4

编码方式

8b/10b

8b/10b

8b/10b

8b/10b

16b/18b

压缩(可选)

-

-

-

-

DSC 1.2

音频规格

最大沟道的采样率

192kHz

192kHz

192kHz

192kHz

192kHz

总采样率

-

-

768kHz

1536kHz

1536kHz

样本大小

16–24bits

16–24bits

16–24bits

16–24bits

16–24bits

最大音频沟道

8

8

8

32

32