HDMI 1.3 標(biāo)準(zhǔn)支持 TMDS341A 的 12 位色深

3:1 HDMI 開(kāi)關(guān) TMDS341A 與 HDMI1.3 標(biāo)準(zhǔn)的兼容性經(jīng)常遭到質(zhì)疑，因?yàn)樵O(shè)計(jì)該器件的初衷是為了支持 1.2 版本的標(biāo)準(zhǔn)，因此在發(fā)布 HDMI 1.3 標(biāo)準(zhǔn)大概兩個(gè)月以前，就宣布投入了生產(chǎn)。為了消除所有的疑慮，本應(yīng)用報(bào)告解釋了 TMDS341A 符合 HDMI 1.3 標(biāo)準(zhǔn)的原因。

我們回顧了與視頻數(shù)據(jù)處理相關(guān)的 HDMI 系統(tǒng)功能原理，并對(duì)該器件中應(yīng)用新標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了確認(rèn)。器件最高帶寬和 HDMI 1.3 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的支持視頻格式所要求信令速率之間的對(duì)比，作為本應(yīng)用報(bào)告得出的結(jié)論。

圖 1 顯示了一個(gè) HDMI 系統(tǒng)，其由一個(gè) HDMI 源、一個(gè)數(shù)據(jù)鏈路以及一個(gè) HDMI目標(biāo)端設(shè)備 (sink) 組成。整個(gè)信號(hào)鏈（從源端設(shè)備到目標(biāo)端設(shè)備）由三個(gè)數(shù)據(jù)通道和一個(gè)時(shí)鐘通道組成。每一條數(shù)據(jù)通道承載“紅”、“綠”或“藍(lán)”基本顏色組成之一的視頻數(shù)據(jù)，以及相應(yīng)控制和輔助數(shù)據(jù)，例如：音頻采樣或分組報(bào)頭 (packet header) 等。

圖 1 HDMI 系統(tǒng)概述

視頻數(shù)據(jù)以一種 8 位并行格式進(jìn)入發(fā)送器輸入端，隨后被一個(gè) 8b/10b 編碼器編碼成一種 10 位的并行格式。編碼功能也被應(yīng)用于 4 位音頻/輔助和 2 位控制數(shù)據(jù)。每一類型的輸入數(shù)據(jù)均被轉(zhuǎn)換為 10 位的并行格式。下列串行器將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行 10 位數(shù)據(jù)包，以備在轉(zhuǎn)換最小化差分信號(hào) (TMDS™) 數(shù)據(jù)鏈路上進(jìn)行傳輸。

在數(shù)據(jù)鏈路上，一個(gè) 10 位信息包在一個(gè) TMDS 時(shí)鐘周期內(nèi)完成傳輸，從而保持一個(gè) 10:1 的 TMDS 時(shí)鐘信令速率比。

HDMI 目標(biāo)端設(shè)備將源端設(shè)備的數(shù)據(jù)處理步驟逆轉(zhuǎn)，并且將來(lái)自 TMDS 通道的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換回原始的并行格式。在數(shù)據(jù)鏈路至源端設(shè)備的接口上，要求另外一個(gè)處理步驟，即數(shù)據(jù)恢復(fù)。這也就是在這個(gè)地方中繼器芯片（例如：TMDS341A）得到了廣泛采用。

數(shù)據(jù)恢復(fù)

由于存在數(shù)據(jù)鏈路線纜的插損（主要是在高頻率條件下時(shí)），TMDS341A 的輸入級(jí)由四個(gè)具有高通特性的高速放大器組成。這種均衡功能 (EQ) 對(duì)高頻線纜損耗進(jìn)行補(bǔ)償，從而均衡整個(gè)頻率響應(yīng)。圖 2 中的左圖顯示了 HDMI 線纜和低成本銅線纜詳盡的損耗曲線圖。

注釋：類別 1 和類別 2 與 HDMI1.3 中描述的低、高頻率線纜連接不同，且不代表 EIA/TIA 568B 描述的 UTP 線纜連接等級(jí)。

圖 2 詳盡的線纜損耗曲線圖

HDMI 標(biāo)準(zhǔn)同樣規(guī)定了參考均衡器的增益響應(yīng)，具有內(nèi)部均衡功能的所有類型的中繼器 IC 應(yīng)盡量達(dá)到該標(biāo)準(zhǔn)。圖 2 中的右圖將 TMDS341A 的 EQ 響應(yīng)同該參考均衡器中的一種響應(yīng)進(jìn)行了對(duì)比。同參考均衡器相比，TMDS341A 提供了高得多的增益，并遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出 HDMI 1.3 標(biāo)準(zhǔn)。

色深和顯示格式

確定一個(gè)中繼器的數(shù)據(jù)信令速率與 HDMI 1.3 的兼容性 (DSR)需要具有色深和顯示格式的知識(shí)。表 1 中的該標(biāo)準(zhǔn)級(jí)數(shù)提及了改進(jìn)兼容性測(cè)試和添加 CEC 實(shí)施音頻支持，以及特定線纜新的測(cè)試要求，但是只提及了一點(diǎn)點(diǎn)可用色深，而關(guān)于顯示格式只字未提。

表 1標(biāo)準(zhǔn)級(jí)數(shù)（從 HDMI 1.0 到 1.3）

相反，較少人了解圖 3 中的圖表，其非常清楚地表明了支持的色深和顯示格式。根據(jù)這些圖表，在 HDMI 1.0 中，24 位已經(jīng)被規(guī)定為強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)色深，而更高的色深（30 位、36 位和 48 位）被添加到 HDMI 1.3，僅作為可選深色模式。盡管如此，該標(biāo)準(zhǔn)仍然規(guī)定，如果一種新型系統(tǒng)設(shè)計(jì)想要支持一個(gè)或者更多的可選深色模式，那么其必須至少要支持 36 位模式和 24 位模式。

圖 3 色深和顯示器格式的 HDMI 級(jí)數(shù)

就顯示格式而言，標(biāo)準(zhǔn) 1280 x 720 像素 HDTV 格式 HD720 以及更高的 1920 x 1080 像素 HD1080 格式，均在 1.0 及 1.0 以后的版本中得到支持。但是，改進(jìn)的 WQXGA（即 2560 x 1440 像素）仍然沒(méi)有被列入 HDMI 的支持視頻格式中。

圖 4 為 1920 x 1080 顯示器的像素分配情況。這些數(shù)字僅描述了有源視頻區(qū)域，而要求對(duì)一個(gè)整幀進(jìn)行掃描的總像素?cái)?shù)會(huì)稍微有些高。這是由于存在水平方向連續(xù)線掃描和垂直方向連續(xù)幀掃描之間要求的回程時(shí)間間隔。回程是 CRT-TV 領(lǐng)域的一個(gè)術(shù)語(yǔ)，其電子束在完成每次線和幀掃描后必須轉(zhuǎn)回至起始位置。LCD 無(wú)須將電子束轉(zhuǎn)向，因此它們沒(méi)有這種硬件限制。但是，它們的確存在掃描緩沖存儲(chǔ)器的內(nèi)存帶寬限制，更不用說(shuō)對(duì)于圖像調(diào)整計(jì)算和噪聲降低的限制了。

圖 4 1920 x 1080 顯示格式的像素分配

回程時(shí)間間隔（也稱為垂直和水平電子束消隱）在有源視頻區(qū)域之上或旁邊以一種附加的虛擬像素的格式呈現(xiàn)。消隱也是 CRT-TV 領(lǐng)域的一個(gè)術(shù)語(yǔ)，其電子束轉(zhuǎn)回起始位置時(shí)會(huì)被消隱。但是在 LCD 上，在回程時(shí)間間隔的時(shí)間段內(nèi)，視頻區(qū)域的像素會(huì)保持其色彩信息，同時(shí)控制和音頻數(shù)據(jù)通過(guò) TMDS 通道進(jìn)行傳輸。由于回程間隔會(huì)導(dǎo)致速率的降低，在這一速率上，LCD可以接收新的視頻數(shù)據(jù)幀，所以在計(jì)算所需的信號(hào)發(fā)射率時(shí)，虛擬像素也應(yīng)該被考慮進(jìn)去。

數(shù)據(jù)信令速率 (DSR)

在確定 DSR 的時(shí)候，我們必須區(qū)分出逐行掃描和隔行掃描。

逐行掃描（即 1080p）就是按順序?qū)γ恳粠乃行羞M(jìn)行掃描。而隔行掃描（即 1080i）僅僅是對(duì)第一掃描場(chǎng)內(nèi)的奇數(shù)行和第二掃描場(chǎng)內(nèi)的偶數(shù)行進(jìn)行掃描。對(duì)于隔行掃描而言，兩個(gè)隔行掃描場(chǎng)組成一個(gè)全幀。

在典型的 60Hz 幀/掃描速率時(shí)，逐行掃描在每一秒內(nèi)能完成 60 幀的掃描，而隔行掃描每秒只能完成 30 幀的掃描。

除了顯示和掃描格式外，色深也會(huì)對(duì)信令速率產(chǎn)生影響。對(duì)于一個(gè)給定的顯示和掃描格式而言，掃描每一像素所需的時(shí)間是固定的。對(duì)于高于 24 位/像素的色深而言，在相同的時(shí)間幀內(nèi)，需要傳輸更多的數(shù)據(jù)位，因此這就要求增加數(shù)據(jù)速率和 TMDS 時(shí)鐘。深色模式（n 位/像素）與標(biāo)準(zhǔn)色彩模式（24 位/像素）的比率給出了 TMDS 時(shí)鐘的增量。表 2 列出不同色深，及其相應(yīng)的放大系數(shù)。

表 2 色深與 TMDS 時(shí)鐘的對(duì)應(yīng)關(guān)系

當(dāng)要確定某個(gè)信令速率的時(shí)候，就需要對(duì)整個(gè) HDMI 鏈路的信令速率（3 個(gè) TMDS通道等于 1 像素）和每一個(gè) TMDS 通道的信令速率（每一色彩分量或亞像素）進(jìn)行區(qū)分。

請(qǐng)記住，8b/10b 編碼器會(huì)將“位/色彩分量”的數(shù)量增加 1.25 (10/8)。然后位于發(fā)送器輸入端的 24 位/像素的標(biāo)準(zhǔn)色深將轉(zhuǎn)換成 HDMI 鏈路上的 30 位/像素，或者每個(gè) TMDS 通道上的 10 位/亞像素。

方程式 1 將所有的變量考慮進(jìn)去，計(jì)算出數(shù)據(jù)信令速率，該問(wèn)題在前面部分已做了討論：

DSR = Y · X · f · 10 · M                                               (1)

其中：

X=線的總數(shù)量/幀

Y=總數(shù)量或像素/線

f=幀速率（單位：幀/秒）

10=24 位標(biāo)準(zhǔn)色深編碼位數(shù)/亞像素

M=深色模式的放大系數(shù)（見(jiàn)表 2）

將方程式 1 應(yīng)用于視頻格式 1080i 和 1080p 中，計(jì)算得出表 3 所列出的各種不同色深情況下的信令速率 和 TMDS 時(shí)鐘頻率。

表 3 DSR 和時(shí)鐘頻率與色深的對(duì)應(yīng)關(guān)系

討論：

無(wú)論 TMDS341A 是否與 HDMI1.3 相兼容，這一標(biāo)準(zhǔn)都是其數(shù)據(jù)信令速率，這一速率運(yùn)行可達(dá)到 2.25Gbps。表 3 說(shuō)明 TMDS341A 支持 48 位色深的 1080i 格式，并且支持速率為 60fps 時(shí)高達(dá) 36 位的 1080p 格式。