当高清爱上HDMI——HDMI接口技术解析
技术空间
就在DVI尚未完全取代VGA等模拟信号接口时，一种名为HDMI的接口又拉开了接班的序幕，而且随着PC与家电的日益融合，这种新型接口的曝光率越来越高。到底HDMI是何方神圣？它有什么秘密武器？DVI真的要被淘汰吗？
随着全球高清晰度电视节目的陆续开播和数字显示设备的慢慢普及，如何保证图像传输的质量，如何有效地保护显示内容成为了业界关注的焦点，而数字音/视频接口在这里扮演了重要的角色。在HDMI出现以前，DVI作为唯一可用的接口技术在数字家电领域先行一步，但不支持音频传输这个“硬伤”让它在与HDMI的“数字接口争霸战”中很快败下阵来，DVI退出家电市场已成为业内的共识。
与此同时，尽管现阶段PC系统对HDMI的需求并不高，但随着PureVideo和AVIVO等高清视频加速技术的陆续发布，人们对显卡的要求已不仅仅局限于3D性能的提升了，高清视频应用的表现将是显卡今后发展的主要方向。在数字家庭大潮的推动下，HDMI大举“入侵”PC也是早晚的事情。
当然，我们在享受技术进步所带来的欢乐的同时，也不能忘记它的“剥削”。据悉，如果使用HDMI技术，设备制造商要支付3项费用：15000美元的年费，3000～7000美元的测试费和每台0.04美元的版税费。此外，HDMI接口需要29根全屏蔽线，光一根连接电缆的造价就达到100元人民币。这么昂贵的连接方式当然不利于数字内容产业的发展。从维护自身利益的角度出发，我们希望有关部门和产业界能够研制出自主的数字接口标准，并采取一定措施来规范测试实验室的认证和评定制度。
DVI真的日薄西山了？
HDMI的英文全称是“High-Definition Multimedia Interface”，即“高清晰多媒体接口”。看到这里，有些朋友不禁要怀疑：难道现行的DVI（Digital Visual Interface，数字视频接口）就不能满足高清晰视频发展的需要？DVI是DDWG（Digital Display Working Group，数字显示工作组）于1999年4月提出的，最初目的是为了解决PC与显示器之间的无压缩数据传输问题，但凭借着出色的视频传输能力，它也被众多数字影音设备所使用。
单条DVI连接通道的最大传输带宽就可以达到4.95Gbps，除去辅助编码等信息后，实际可用带宽为3.96Gbps。要知道，目前最高规格的高清视频制式1080P也仅需2.2Gbps的带宽，单通道DVI来对付它已是绰绰有余，更何况采用双通道DVI接口后，最大传输带宽还可再翻一番！由此可见，DVI还没有达到日薄西山的程度，但HDMI有信心取而代之，自然是瞄准了DVI的一些致命缺陷。
HDMI为何能取代DVI？
DVI设计的最初目的是用于计算机显示器，它并没有过多地考虑数字影音发展的需求，当它“下嫁”到数字影音设备时，一些先天缺陷也随着使用过程逐渐显露出来，而HDMI拥有的秘密武器，就是要弥补DVI的这些先天不足。
小知识：HDMI组织是由日立、松下、飞利浦、SONY、汤姆逊、东芝和Silicon Image等7家公司共同发起。该组织于2002年12月发布了HDMI 1.0技术规范，并于2005年8月将它升级至最新版本HDMI 1.2。
1.HDMI能同时传输视频和音频信号
在数字影音环境中，视频与音频是连成一体的，由于DVI无法传输音频信号，因此音频信号必须以模拟方式进行传输，这样音频输出的保真度必然受到影响。DVD Audio所具有的高精度数字音频效果在模拟传输中打了折扣，Hi-Fi族早就无法容忍了。在视频已实现高清数字化传输的今天，音频信号不能再特立独行了！如果只需一条连线就能同时完成视频和音频信号的传输，那该有多棒啊！HDMI就能做到这一点，它在传输1080P视频信号的同时，还能以192kHz的采样频率传送8声道的音频信号，而这一切只在一条连线中即可完成！据统计，一条HDMI连线可以取代10～20条模拟传输线。
2.HDMI必须经过严格的兼容测试
为了对传统的模拟信号提供支持，DVI付出了一些代价，最直接的后果就是规范比较混乱，既有仅支持模拟信号的DVI-A，又有兼容数字和模拟信号的DVI-I，同时还有纯数字的 DVI-D。此外，由于没有成熟的强制兼容性测试机制，不同DVI设备间的适应性较差，这不但降低了设备的易用性，还影响了消费者的信心，一般的用户如果买到接口规范不同的产品，有可能导致二者根本无法协同使用。
为了避免出现类似DVI产品的混乱状况，HDMI工作组制定了严格的兼容测试规格（Compliance Test Specification，简称CTS），所有采用HDMI接口的产品必须通过规格认证后才能打上HDMI的标志，这样就保证了各类HDMI产品可以顺利地连接使用，不会给用户带来不便。相比之下，DVI虽然也有认证机制，但并非强制参加，各厂商的态度也不积极，导致DVI兼容性问题层出不穷，直到现在也没有得到根本性的好转。
小知识：目前HDMI工作组建立了两家认证测试中心（Authorized Testing Centers，ATC），一家测试中心设于日本松下公司，另一家测试中心则设在Silicon Image公司。制造商在产品设计完毕后，会预先将样机提交给ATC测试中心，测试内容包括 HDMI发送器、接收器以及传输连线，某些影音接收产品只要测试HDMI信号接收即可。
3.HDMI接口小巧，标准连线长度限制增加至25米
在传输距离方面 ，DVI接口协议中没有明确的规定，但当DVI连接线的长度超过5米后，如果不采取额外的措施进行补救，画质就会出现下降的情况。如果只是针对计算机环境，5米左右的连线距离已经足够，但在数字影音环境中，有时我们需要将房间的计算机连接到客厅的影音设备上，连线长度有可能要达到十几米甚至二十来米，DVI接口在这些应用中显得捉襟见肘。而标准HDMI不但将连线长度限制增加至25米，而且A型接口规范采用的是19针接口，它的尺寸也远远小于DVI接口，这些小型接口可以使连线更加方便地穿过电缆导管和墙壁，使家庭影院系统的组建变得更加简便。
小知识：在业界的积极努力下，DVI通过一些方法也可延长传输距离并保证信号质量。一种方法就是采用Monster Cable公司的DVI连线，传输距离可延长至20米，但这种连线必须使用上好的材料；另一种方法是使用光纤DVI连线，最大长度可达到100米，但这种光纤连线结构较为复杂，在转接头位置都需要光/电转换器，价格相当昂贵。
HDMI是如何工作的？
1.HDMI的灵魂——TMDS
HDMI源于DVI接口技术，它们都以Silicon Image公司的TMDS信号传输技术为核心。TMDS的英文全称是“Transition Minimized Differential Signal”，即“最小变换差分信号”，它是通过异或及异或非等逻辑算法，把原始信号转换成10位，其中前8位数据由原始信号经过运算后取得，第9位指示了运算方式，第10位用来对应直流平衡。这种算法能使传输的数据趋于直流平衡，减少了对传输线的电磁干扰，传输的可靠性得到显著增强，从而有利于传输速度的提升。HDMI正是凭借3组TMDS通道以最高165MHz的频率，传送以R、G、B或Y、Cb、Cr格式编码的24位像素视频数据，最高带宽可达4.95Gbps，实际视频信号传输带宽接近4Gbps（4.95×8/10）。
2.HDMI的信号传输过程
HDMI是业界首个支持在单连线上传输不经压缩的全数字高清晰度视频、多声道音频和智能格式与控制命令的数字接口。那么这些类型的数据是如何只在一条HDMI连线上就完成的呢？说来还要归功于HDMI对信号传输过程的巧妙划分。
HDMI的信号传输过程包括3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。视频像素信号在视频数据传输期传送，通过对视频信号进行编码，生成3路共24位的视频数据流，HDMI发送器再将它调制成TMDS信号传送出去；岛屿数据传输期则传送音频数据和辅助信息帧，有效数据被分为每4位一组，构成一个数据包后被调制为10位一组的TMDS信号发出；任意两个数据周期之间是控制数据传输期，这个期间传送的6位数据分别为HSYNC（行同步）、VSYNC（场同步）、CTL0、CTL1、CTL2、CTL3，其中后四位数据组成文件头，用来判断接下来的数据是视频类型还是岛屿类型。
小知识：什么是“岛屿”数据？仔细观察HDMI的数据传输示意图，我们不难发现，这些数据就像孤零零的小岛，各自漂浮在数据的“汪洋”之中。
令人称道的是，岛屿数据和控制数据还是在视频数据的消隐期传送，所以它们并不占用视频数据的带宽，这种解决方式使得HDMI在传输1080P视频信号的同时还能以192kHz的采样率传送8声道的音频信号，HDMI的能力足以适应未来数年数字影音发展的需要。
HDMI的现状和发展趋势
自从兴起影音数字化的那天起，影音内容提供商就备受盗版的困扰，如果没有有效的版权保护措施，影音内容提供商就会对HDMI袖手旁观，我们也无法享受技术进步带来的快感。幸运的是，HDCP（High-bandwidth Digital Content Protection，高带宽数字内容保护技术）的应用可以给影音内容提供有效的版权保护。虽然HDMI接口规范并没有强制搭配HDCP系统，但DVD拷贝管制协会、美国通信委员会、欧洲信息通信技术与消费性电子产业等组织，均对HDCP作了硬性规定，这些举措为HDMI的发展扫除了版权上的障碍。
到2005年底，全球在HDMI组织注册的规范采纳者超过250家，而采用HDMI接口的设备出货量已从2004年的500万台上升到了2005年的1740万台，预计到2007年有望达到1.25亿台。由于在规格上全面领先DVI，最新设计生产的影音设备都已经改用了HDMI接口。在即将到来的数字家电时代，PC与家电的结合将更加紧密，这为HDMI在PC上大展拳脚提供了千载难逢的机会。目前HDMI规范已经确定B型接口（29针）专供PC使用，它与目前普遍使用的A型接口（19针）相比，形状和电气性能基本上没变化，仅体积稍微大一点。
速度更快、可靠性更佳、便携性更强，永远是人们对高科技产品孜孜以求的目标。随着支持HDMI的设备逐渐增多，它的普及速度会越来越快，HDMI取代DVI的步伐将势不可挡！