【IT168 技术详解】在前不久2005年国际消费电子展（CES 2005），采用高分辨率多媒体界面（High-Definition Multimedia Interface；HDMI）的消费性电子产品琳琅满目。从新产品的数量来判断，HDMI已成为市场的焦点。有消息称今年SONY公司将重点放在HDMI产品上，在展会上展示了超过六款新型的DVD与A/V接收器，强调HDMI及HDMI-enabled功能，而产品价格从2000美元的高档型号到150美元的低价格型号一应俱全，反映HDMI技术已成为市场的主流趋势。

    自从全面数字HDMI影音界面的规格在两年前定版，HDMI已经获得所有主要的消费性电子产品制造商采用。想想看在2003年，HDMI消费性电子产品的销售量只有25万台，但在2004年便成长至600万台以上。市场分析师认为应用HDMI的趋势将持续快速成长，并预期配备HDMI的产品的销售量在2007年将增加至1亿2500万台。根据IDC与Silicon Image的估计，在2005年年底，全球将会有超过1500万台HDMI功能的数字电视，并在2007年年底增长到将近5000万台。

HDMI标准，附加价值多

    HDMI于2002年引进市场作为影音界面的标准，此技术具有充足的频宽，能在单一线缆中以压缩或未压缩的格式，容纳未经压缩的高画质视频与多轨音频，而且有足够的空间以应付未来的需求。透过HDMI，未压缩的影音内容可以从来源装置（如DVD播放机或数字电视盒）传送至高分辨率电视（HDTV）或是高分辨率相容（HD-compatible）的装置播放。HDMI是消费性电子产品的首个、也是目前唯一的全面数字化界面，能透过单一线缆来传输未压缩的高画质视频与未压缩的多轨音频。

HDMI加速家庭剧院数字化的脚步（点击放大）

    只要一条HDMI线缆，就可以取代10至12条的模拟传输线缆（视乎系统的设定而言），能有效解决家庭娱乐系统背后线缆杂乱纠结的问题。HDMI可搭配高频宽数字内容保护（High-bandwidth Digital Content Protection； HDCP），以防止具有著作权的影音内容遭到未经授权的复制。

HDMI缘何越发受宠？

    HDMI变得如此受欢迎的真正原因为何？答案是：这个标准具备多种用途，能成功解决许多困扰消费性电子产业的问题。HDMI标准采用了Silicon Image所发展的TMDS® （Transition Minimized Differential Signaling）技术，因此对消费性电子产品价值链的每一份子而言，HDMI标准提供了理想的解决方案，所带来的结果是整齐美观的线缆与接头组装，一般的消费者也觉得容易使用。让我们探讨HDMI的优点：

数字电视市场潜力无限（点击放大）

 高频宽数字内容传输

    业界的专家认为，如果要HDTV等装置显示时，维持高画质的视频，最好的方式便是从来源装置传输未压缩的影音数据流。但若要传输未压缩的影音数据，则需要相当高的连接频宽（每秒数十亿位元）。IEEE 1394等界面标准只能传输压缩影音数据，因此可能会降低画面品质。相较之下，只要一条HDMI连接，就能以每秒165Mpixels的速度传输高达24位元的使用者数据，让整个频宽可以高达将近4GB，不仅可以满足目前高画质电视的1080p分辨率，还能支持DVD Audio等非常先进的数字音频格式，以192kHz取样频率传输高达8轨的24位元音频。这一切只要一条HDMI线缆便可达成，而且远远超越DVD Audio最高只有6轨且取样频率为96kHz的规格。HDMI标准所具备的额外空间可以应用在日后升级的音频格式中。

 支持高频宽数字内容保护

    影音内容的持有者与制作者如好莱坞的电影公司等，长期以来对影音内容数字化忧心忡忡，认为一旦把影音内容数字化，就更容易遭到未经授权的复制与销售。事实上，不论是数字格式或是模拟格式，如何保护影音内容的著作权不受侵害，是电影与音乐业者获利与生存的首要问题。以1970年代早期为例，当时第一台录像机问世，引起了娱乐界的反感，大厂纷纷认为录放机可以让用户录下电视节目，侵犯了著作权。

    娱乐内容的制作者一直认为消费者每日录下节目会影响到他们的生存，所以不论是什么数字界面，只要能高频宽且高品质的影音内容，从DVD播放机或数字电视盒等来源装置传输出去，便需要有健全的保护影音内容机制，才能获得业界接受。

    HDMI为何对好莱坞特别具有吸引力，原因在于其内嵌式的内容保护机制，也就是所谓的HDCP。HDCP的设计专门是为了保护在高频宽界面上的影音内容。目前共有两种数字界面采用HDCP保护标准，其中一个是HDMI，另一个是DVI（Digital Visual Interface）。DVI可说是HDMI的前身（DVI并不支持音频部分），而HDMI能与DVI回溯相容。

HDCP：数字内容争议的解决之道

    HDCP（High-bandwidth Digital Content Protection，高频宽数字内容保护），并非HDMI标准必备的功能，不过目前市场上所有HDMI产品均具有HDCP功能。HDMI与HDCP是两个完全独立的标准，其所有权分属两组个别的机构。HDMI工作小组（HDMI Working Group）由七家公司组成：日立、飞利浦、松下、Silicon Image、SONY、Thomson和东芝。这些公司合作开发HDMI规格，目前的版本是1.1。HDMI规格可透过网络下载取得。HDMI Licensing LLC负责管理HDMI的授权以及HDMI规定的相容性测试。

HDCP连接图

    HDCP标准则是由Digital Content Protection LLC所开发，使用HDCP均需要事先获得此机构的授权。根据HDCP 1.1的规格文件，HDCP健全的内容保护能力来自三个独立但同等重要的系统要件。

1.确认通讯协定（authentication protocol）透过此协定，HDCP传送器可确认某个HDCP接收器是否已经过授权来接收HDCP所保护的内容。

2.当获得确认后，HDCP加密所保护的内容会利用在第一步认证过程中所建立的共享密钥从HDCP传送器传送至HDCP接收器，以防止任何窃听装置来盗取HDCP所保护的内容。

3.最后，如果HDCP装置（不论是传送器或是接收器）的合法性遭受破坏，引致HDCP内容可以未经授权使用时，还是有内置的更新功能能加以防止。此功能让HDCP传送器能辨识受到破解的装置，并防止受HDCP保护的内容传输至该装置。

HDMI在来源装置应用上持续演进

    随着数字电视销售量大幅度增长，预计从2004年的1950台增长至2007年的7700台，而采用一个或以上HDMI输入的数字电视比率的增长速度将更加快速。对消费者而言，若要享有数字电视的高分辨率的画质，家里DVD播放机或数字电视盒等来源装置将需要适当的传输格式，如480p或是更高分辨率，才能发挥数字电视的长处。另外，还有内容保护的问题。即使是目前一般的模拟电视，内容保护也是业界所必需解决的一个问题。举例而言，每个录像机都要装有Macrovision以防止未经授权的复制。在大多数事先录制的录影带影音讯号中，也都内嵌了Macrovision记号。现在，随着数字电视时代的来临，影音内容的产生采用数字格式，唯有采用数字界面才能达到非常好的的画面品质。重点是：如何能解决全面数字化界面中内容保护的问题？

    答案再一次是搭配了HDCP的HDMI。此标准已被证明是最接近理想的数字界面，其优异的功能可以透过单一的通讯协定一次解决高分辨率和内容保护的问题。

    DVD拷贝管制协会（CCA）规定，所有播放CSS保护内容且画质高于480p/576p的DVD播放机，均必须具备HDMI-HDCP或是DVI-HDCP输出端子。此规定可说是HDMI应用的重大里程碑。CCA是个受好莱坞电影公司支持的技术团体，所拥有的拷贝防护技术均应用在目前市场上所有一般画质的DVD光盘上。此拷贝防护技术名为“Content Scrambling System”，简称为CSS，可防止受著作权保护的DVD内容遭到未经受权的复制。目前市场上，HDMI正快速应用在来源装置上。CCA的规定将更加强化HDMI在市场的地位。

    除了CCA之外，美国的FCC也规定在2005年7月1日后销售的所有“具备数字有线功能”电视，均必须具有HDMI-HDCP或DVI-HDCP输入端子。最后，在全球各地纷纷宣布采用HDMI的机构中，代表欧洲资讯通讯技术和消费性电子产业的组织EICTA，于2005年1月19日在布鲁塞尔宣布，任何贴有“HD Ready”标签的显示装置，均必须透过HDMI或DVI数字界面接收高分辨率内容的传输，而且其HDMI或DVI输入端子必须要支持HDCP。

HDMI可将线缆纠缠减少10倍

    使用HDMI最吸引人的地方在于只需要一条线缆和适合消费性电子产品的接头，便可传输所有高频宽、未压缩影音的内容。通过HDMI的超高频宽，一条HDMI线缆就可以完整容纳未压缩的高画质视频和多轨音频，因此可减少整个家庭剧院系统所需要的线缆数量。

采用HDMI产品后，线缆数量明显减少（点击放大）

HDMI基于TMDS通讯协定

    HDMI标准定义了来源装置至显示装置（电视、投影机等）之间影音传输的规格。HDMI连接可传输高品质多轨的音频数据，以及所有标准或高分辨率的消费性电子产品视频格式。在内容保护上，则有HDCP技术可以应用。HDMI也可双向传输装置的控制和状况咨询。在HDMI标准的规格中，对界面有完整的描述，以便执行完整的数据传输、解决方案的相互连接或界面连接的任何部分。

    通过HDMI内的设定和执行，与HDMI相容的装置可与另一个和HDMI相容的装置互通。对于所需的来源装置、终端装置、转发器和线缆的机械、电子、行为和通讯协定的需求条件，HDMI均有说明。

    HDMI系统的架构定义包含了来源装置和终端装置，其中任何一个装置都可能具有一个或以上的HDMI输入或输出端子，且每个HDMI输入端子都必须遵守HDMI终端装置的规则，每个HDMI输出端子必须遵守HDMI来源装置的原则。

HDMI的来源装置、终端装置连接示意图（点击放大）

    如上图所示，HDMI线缆和接头可传输四对差序的TMDS数据和时钟通道。这些数据通道可用来传输影音内容和附属数据。此外，HDMI还包含VESA  DDC数据通道，可用在单一来源装置和终端装置之间的设定和状态咨询交换。若再配合上选择性的CEC通讯协定，便能针对家庭剧院中各个影音产品，提供高层度的控制功能。

HDMI标准背后的技术

    前三对的TMDS数据通道负责传输影音内容和附属数据，而TMDS时钟通道则传输影像的像素时钟，而接收器也可利用影像的像素时钟，在复原前三对TMDS通道的数据时作为频率参考。在三对TMDS数据通道中，视频数据是以24位元像素传输，而TMDS编码转换器会将每条通道的8位像素转为10位元直流平衡且传输最小化的数据次序，然后以每像素时钟10位元的速率传输。

    视频的像素速率范围可由25MHz至165MHz不等。速率低于25HMz的视频格式，可使用像素重复的机制来传输。视频像素编码的格式可采用RGB、YCBCR4：4：4或是YCBCR 4：2：2，不论是何种格式，传输速率均可高达每像素24位元。

    为了让音频和附属数据传输达到所需的高度可靠性，HDMI使用了封包的结构。除了采用BCH错误更正码来保护数据之外，还使用特别的错误避免编码，能在TMDS连接上产生10位元的确认字元。

    基本的音频功能包含了单一的IEC 60958音频流，取样频率为32kHz、44.1kHz或48kHz，足以容纳标准的线性脉冲编码修正的立体声数据流。也可以选择让HDMI以高达192KHz取样频率来传输单一的立体声数据流，或以96KHz取样频率来传输2到4个立体声数据流。HDMI也可以192KHz的取样频率，传输经IEC 61937压缩的音频数据流（例如环绕音效）。

    来源装置使用DDC来读取终端装置的E-EDID（Enhanced Extended Display Identification Data），以确认终端装置的设定和功能。