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HDMI技術(shù)詞匯解析(引自新電子科技雜志)
作者:陳乃塘
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研讀技術(shù)規(guī)格的第一步首先是要將該規(guī)范涉及的專業(yè)詞匯搞懂,以免造成研讀過程中不必要的認(rèn)知誤解。而利益團(tuán)體制定的技術(shù)規(guī)格多少有點(diǎn)貿(mào)易障礙的味道在里面,版本變化速度又難以捉摸。古人說“入山看山勢(shì)”,真是很有智慧的觀點(diǎn)。本文就從基本的技術(shù)詞匯著手,為技術(shù)人員更好地掌握HDMI知識(shí)作好鋪墊。
HDMI連接線必須傳送四對(duì)差動(dòng)信號(hào)才能構(gòu)成TMDS數(shù)據(jù)信號(hào)與時(shí)鐘信號(hào),為主要傳輸干道(圖1)。VESA DDC信道也通過HDMI接口來傳送。源端設(shè)備(Source)與目標(biāo)端設(shè)備(Sink)之間則用它來交換配置與狀態(tài)信息。對(duì)任何接口來說,選擇一條品質(zhì)好的連接線都是相當(dāng)必要的。
本文保持了一些詞匯的原文而不作中文翻譯,目的是為了減少失真。
◆ BCH:是Bose、Chauduri、Hocquenghem三家發(fā)展公司的簡(jiǎn)稱,這里代表的是HDMI使用錯(cuò)誤修正的技巧。可以參考R. T. Chien,“Cyclic decoding procedures for Bose-Chauduri-Hocquenghem codes” IEEE Trans. Inform. Theory,IT-10,pp357~363,1964。
◆ 壓縮音頻(Compressed Audio):泛指在HDMI接口上傳送的壓縮音頻數(shù)據(jù),如MP3、WMA、AAC等,甚至原音重現(xiàn)的線性脈沖代碼調(diào)制(L-PCM)立體聲或?qū)<蚁矏鄣囊粋€(gè)位音頻(One Bit Audio)。
◆ Downstream:指音/視頻數(shù)據(jù)流動(dòng)的方向,以流向顯示器(Sink端)為下行方向,對(duì)USB接口而言則指流向外圍設(shè)備。
◆ DVD-Audio:當(dāng)初與SACD(Super Audio CD)均是CD的下一代音樂光盤規(guī)范。“DVD Specifications for Read-Only Disc”,“Part 4:Audio Specifications”。遺憾的是,在市面上要購(gòu)得這種音樂光盤似乎相當(dāng)不容易,圖2為DVD Audio player的產(chǎn)品范例。
◆ HDMI Source:泛指一切具有HDMI接口的輸出設(shè)備(圖3)。
◆ HDMI Sink:泛指一切具有HDMI接口的輸入設(shè)備。
◆ HDMI Repeater:同時(shí)具有一個(gè)或多個(gè)HDMI輸入與一個(gè)或多個(gè)HDMI輸出的設(shè)備,同時(shí)兼具了HDMI Source與HDMI Sink的功能,如AV擴(kuò)大機(jī)等。
◆ Multi-Channel:指音頻的多聲道,俗稱聲音環(huán)繞,如家庭劇院DVD片常用的Dolby Digital AC-3就是六聲道(圖4)。為了迎接Blu-Ray及HD DVD下一代影音/光盤的到來,業(yè)界已提出了7.1聲道的概念,www.dolby.com可提供更多信息。
◆ One Bit Audio:Delta-Sigma調(diào)制的比特流,SACD就是采用該技術(shù)的代表產(chǎn)品。SACD是Sony提出的以DVD為存儲(chǔ)媒體的下一代音樂存儲(chǔ)規(guī)格,其最大特色在于摒棄傳統(tǒng)CD采用的PCM而改用Delta-Sigma調(diào)制方式,它隸屬于PWM(Pulse Width Modulation)。PWM不同于PCM采樣以信號(hào)振幅大小為主,而是改為記錄當(dāng)前數(shù)據(jù)數(shù)值大于或小于前一個(gè)數(shù)據(jù),技術(shù)相當(dāng)復(fù)雜。Philips推出的Bitstream也屬此類技術(shù)。Sony將其改良的Delta-Sigma調(diào)制技術(shù)命名為DSD(Direct Stream Digital)(圖5)。
One Bit Audio Consortium有一份規(guī)范可供參考:Specifications for 1-bit-coding Data File,Version 1.0,September 2002。
◆ CEC Root Device:是一個(gè)物理層地址0.0.0.0,沒有HDMI輸出的設(shè)備,通常為顯示器終端。
◆ Super Audio CD:簡(jiǎn)稱SACD。“Super Audio CD System Description”清楚地描述了光盤數(shù)據(jù)格式,參考www.licensing.philips.com。www.super-audiocd.com可找到不少硬件或音樂軟件的信息。
◆ Video Format:視頻格式,這是視頻的精華所在,每種格式的定義包含了視頻格式的時(shí)序、畫面比例(Aspect Ratio)及色度空間(Colorimetry Space)。Colorimetry這個(gè)單詞在光技術(shù)辭典或大英百科全書中的解釋是“比色法”或“測(cè)色法”,是測(cè)定可見光譜區(qū)電磁輻射波長(zhǎng)和強(qiáng)度的方法。這種方法廣泛用于吸光物質(zhì)的鑒定及其濃度的測(cè)定,成立于1913年的CIE定義了一份“CIE Colorimetry Specifications”測(cè)色數(shù)據(jù)規(guī)范。
◆ Video Format Timing:隨著視頻格式的相對(duì)波形變化,畫面的比例關(guān)系也會(huì)有所影響,如720×480p@4:3及720×480p@16:9。
◆ YCBCR:說到這個(gè)專業(yè)名詞,就必須先來探討色彩空間(Color Space)的基本涵義。簡(jiǎn)單地說,色彩空間就是為了表現(xiàn)顏色而將數(shù)字組合的方法,最終目的是忠實(shí)再現(xiàn)色彩,尤其是數(shù)字方式的呈現(xiàn)。無論是數(shù)字顯示還是數(shù)字印刷,這都是不可或缺的。常見的色彩模式有RGB、YCbCr、CMYK等。就RGB色彩空間來說,有sRGB(standard RGB)及AdobeRGB兩種。其中sRGB是IEC國(guó)際電氣標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)所制定的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格,同時(shí)也是Windows中預(yù)設(shè)的色彩空間,一般顯示器、打印機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等均以此為基準(zhǔn),以減少各個(gè)設(shè)備間的色彩調(diào)整。而AdobeRGB,顧名思義是Adobe System公司提倡的色彩空間定義,其色彩再現(xiàn)的領(lǐng)域更為寬廣,無論是印刷或色彩校正都高度適合,因此適用于出版領(lǐng)域內(nèi)嚴(yán)格的需求(圖6)。
此外,涉及音/視頻的縮寫字也不少,無論是組織還是特定名詞都有加以理清的必要,這里就HDMI規(guī)格中比較值得探討的項(xiàng)目按步解讀:
◆ ANSI(American National Standards Institute):美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì),成立于1918年,官方網(wǎng)站www.ansi.org。SCSI接口的規(guī)范最早就是由ANSI所規(guī)范。
◆ AVI(Auxiliary Video Information):InfoFrame架構(gòu)是在EIA/CEA-861B下定義為從源端設(shè)備到顯示設(shè)備傳輸輔助數(shù)據(jù)。
◆ CEA(Consumer Electronics Association):消費(fèi)電子公會(huì),也是全美最大消費(fèi)性產(chǎn)品大展CES的主辦單位,官方網(wǎng)站:www.ce.org。
◆ CEC(Consumer Electronics Control):HDMI接口的一條信號(hào)線,用于連接HDMI裝置的控制。
◆ DDC(Display Data Channel):由VESA組織所規(guī)范,為了達(dá)成PnP的理想,讓顯示器將制造商、型號(hào)、分辨率等固有數(shù)據(jù)告知計(jì)算機(jī)端。從電氣角度來看,采用了接地-時(shí)鐘-數(shù)據(jù)的三線式串行通信,并規(guī)定送出的數(shù)據(jù)格式是EDID(Extended Display Information Data)。
◆ DDWG(Digital Display Working Group):成立于1999年4月,是制定DVI規(guī)范的組織,DVI的Logo也是該組織的商標(biāo)(圖7)。官方網(wǎng)站:www.ddwg.org。
◆ DTD(Detailed Timing Descriptor):是一個(gè)表格型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。EIA/CEA-861B需要DTD。
◆ EDID(Extended Display Identification Data):延伸顯示辨識(shí)數(shù)據(jù)。目前市面上有通過USB接口讀取EDID信息的工具(圖8)。
◆ EIA(Electronic Industries Alliance):總部設(shè)在美國(guó)維吉尼亞州阿靈頓市,擁有4,300家企業(yè)成員的高科技行業(yè)協(xié)會(huì)組織——美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì),也是ANSI公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)關(guān)之一,從事產(chǎn)業(yè)界各種調(diào)查或規(guī)格制定,例如眾所周知的RS-232接口以及EIA/TIA-568B的以太網(wǎng)絡(luò)用對(duì)絞線。官方網(wǎng)站:www.eia.org。
◆ HDCP(High-bandwidth Digital Content Protection):是英特爾公司開發(fā)一種規(guī)格,主要是為數(shù)字內(nèi)容通過DVI/HDMI接口時(shí)提供保護(hù)。簡(jiǎn)單地說,可將它看成一種防止數(shù)字影像信號(hào)被盜錄的加密方式。“High-bandwidth Digital Content Protection、Revision 1.1”(2003年6月9日),由Digital Content Protection LLC所管理。傳送端HDCP與接收端HDCP會(huì)進(jìn)行認(rèn)證(Authentication),否則雙方不能正常運(yùn)作。也就是說,設(shè)備之間必須HDCP相對(duì)應(yīng)才能正常工作(圖9)。
◆ IEC(International Electrotechnical Commission):國(guó)際電子、電機(jī)委員會(huì)創(chuàng)立于1906年,是負(fù)責(zé)審核采納電子、電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織,與ISO是互補(bǔ)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織。官方網(wǎng)址:www.iec.ch。
◆ IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers):電機(jī)電子工程師協(xié)會(huì),這可以說是世界上電子電機(jī)領(lǐng)域最大的學(xué)會(huì),在全球150個(gè)國(guó)家中共計(jì)有超過38萬的會(huì)員。在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中,以網(wǎng)絡(luò)為對(duì)象的802系列表現(xiàn)最為出色,而1394也出自于IEEE。官方網(wǎng)址:www.ieee.org/portal/site。
◆ ITU(International Telecommunications Union):電訊發(fā)展研討會(huì)或稱國(guó)際電訊聯(lián)盟,本部設(shè)于瑞士日內(nèi)瓦,由多個(gè)國(guó)家、地區(qū)的政府及商業(yè)機(jī)構(gòu)組成,共同合作發(fā)展環(huán)球電訊網(wǎng)絡(luò)及服務(wù)。ITU成立于1865年,并在1947年成為聯(lián)合國(guó)下屬的通信管理組織,專門處理跨政府間的通信規(guī)則建立、協(xié)調(diào)及管理,并制定通信協(xié)議。官方網(wǎng)站:www.itu.int。目前我們所使用的通信設(shè)施如電話、手機(jī)、傳真、E-mail甚至是收音機(jī)或電視等,幾乎都是ITU衍生出來的產(chǎn)物。旗下有三大部門:
ITU-R ITU Radiocommuni cation Sector(ITU無線通信部門);ITU-T ITU Telecommunication Standardization Sector(ITU電氣 通信標(biāo)準(zhǔn)化部門);ITU-D ITU Telecommunication Development Sector(ITU電氣通信開發(fā)部門)。
◆ L-PCM(Linear Pulse-Code Modulation):DVD-Video聲音格式常用的有LPCM、Dolby Digital及DTS,其中LPCM通常是16Bits、48kHz立體聲信號(hào),與Dolby Digital同屬于DVD標(biāo)準(zhǔn)音頻規(guī)格(圖10)。
◆ SMPTE(Society of Motion Picture & Television Engineers):電影電視工程師協(xié)會(huì),官方網(wǎng)站:www.smpte.org。
◆ TMDS(Transition Minimized Differential Signaling):是DVI/HDMI傳送數(shù)字信號(hào)的傳輸方式,由Silicon Image公司根據(jù)PanelLink標(biāo)準(zhǔn)化的規(guī)格。TMDS最大的特征是通過一個(gè)連結(jié)(Link),即四個(gè)通道(Channel)將RGB與時(shí)鐘信號(hào)傳送出去。一個(gè)連結(jié)表示1280×1024(85Hz)的分辨率,兩個(gè)連結(jié)就可以表示1600×1200的分辨率。
◆ VESA(Video Electronics Standards Association):官方網(wǎng)站:www.vesa.org,圖13給出了測(cè)試眼圖范例。
總之,HDMI雖然只是一個(gè)傳輸Audio、Video的輸出/入接口,但對(duì)于音/視頻的各種相關(guān)技術(shù)如色彩學(xué)、視頻格式(RGB、YCBCR 4:4:4、YCBCR 4:2:2等)、壓縮方式等,都必須有充分的認(rèn)知才能將HDMI運(yùn)用得精彩。