HDMI1.4基礎(chǔ)技術(shù)及測(cè)試需求

　　1 引言

　　從入門(mén)高清消費(fèi)電子級(jí)產(chǎn)品到高端家庭影院系統(tǒng)，包括電視，機(jī)頂盒，DVD 播放機(jī)和A/V接收器，HDMI(High-DefiniTIon Multimedia InteRFace)接口快速地在消費(fèi)者中普及，圖1為HDMI應(yīng)用實(shí)例。HDMI是一個(gè)非常成功的標(biāo)準(zhǔn)，超過(guò)850個(gè)設(shè)備制造商采用HDMI標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)計(jì) 2010年會(huì)有10億臺(tái)DHMI設(shè)備投放市場(chǎng)。最新版本的HDMI標(biāo)準(zhǔn)是HDMI1.4，是2009年6月通過(guò)的。本文重點(diǎn)是介紹HDMI1.4基礎(chǔ)技術(shù)及測(cè)試需求。

　　圖1 HDMI應(yīng)用實(shí)例

　　HDMI1.4協(xié)議規(guī)定，HDMI連接器通過(guò)一線對(duì)(即為HEAC+和HEAC-)融合了以太網(wǎng)通道和音頻回傳通道，使得一根雙絞線可以只攜帶以太網(wǎng)、語(yǔ)音或兩者同時(shí)攜帶。很早在HDMI兼容測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)充2(HDMI Compliance Test Specification，Supplement 2)中，就已經(jīng)定義了以太網(wǎng)和音頻回傳通道的測(cè)試，即HEAC(HDMI Ethernet and Audio Return Channel)。本文著重介紹HDMI1.4第八章節(jié)有關(guān)網(wǎng)絡(luò)測(cè)試的內(nèi)容。

　　HDMI以太網(wǎng)通道(HEC)是把以太網(wǎng)集成在HDMI里，避免使用單獨(dú)的線纜和連接器，減少了制造商成本，簡(jiǎn)化了用戶家庭網(wǎng)絡(luò)。HDMI1.4規(guī)定，HEC采用802.3以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，特別是參照100Base-TX標(biāo)準(zhǔn)，表1列舉了HDMI和802.3的幾點(diǎn)不同之處。

　　表1 以太網(wǎng)和HDMI HEC的差別

　　除了物理層的區(qū)別以外，在以太網(wǎng)的方式使用通道之前，HEC需要一個(gè)初始化過(guò)程，這個(gè)初始化過(guò)程叫做能力發(fā)現(xiàn)和控制(CDC，Cpability Discovery and Control)HEC設(shè)備必須通過(guò)符合協(xié)議規(guī)范的測(cè)試，本文主要介紹HDMI-HEC技術(shù)和測(cè)試需求。

　　2 HDMI-HEC基礎(chǔ)技術(shù)

　　2.1 解決環(huán)路問(wèn)題

　　為了解決網(wǎng)絡(luò)環(huán)路問(wèn)題，HDMI1.4借鑒了最小生成樹(shù)協(xié)議STP(Spanning Tee Protocol)來(lái)解決此問(wèn)題。最小生成樹(shù)簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，形成?shù)狀拓?fù)?，因此從網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)到另外任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)都只有一條途徑。圖2為最簡(jiǎn)單的 HEC網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成一個(gè)最基本的最小生成樹(shù)。

　　圖2 最基本的最小生成樹(shù)

　　如果網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)a成為根節(jié)點(diǎn)，就需要去使能節(jié)點(diǎn)b和節(jié)點(diǎn)c之間的鏈路，消除潛在的網(wǎng)絡(luò)環(huán)路。網(wǎng)絡(luò)之間的節(jié)點(diǎn)通信是用STP協(xié)議，或RSTP協(xié)議(Rpid Sanning Tee Potocol)。IEEE802.1w定義了RSTP協(xié)議，它是對(duì)原有STP的一個(gè)改進(jìn)，減少了聚斂時(shí)間，STP的聚斂時(shí)間是30~0s，STP的聚斂時(shí)間只有6s。RSTP節(jié)點(diǎn)之間的通信是使3橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元BPDU(Uses Bridge Protocol Data Units)，當(dāng)某條鏈路出現(xiàn)故障，RSTP可以把一條去使能的鏈路轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)發(fā)模式，使整網(wǎng)的各節(jié)點(diǎn)可達(dá)。如圖3所示，如果節(jié)點(diǎn)a和節(jié)點(diǎn)c之間的鏈路出現(xiàn)故障，將使能節(jié)點(diǎn)b和節(jié)點(diǎn)c之間的鏈路。

　　圖3 最小生成樹(shù)發(fā)現(xiàn)過(guò)程

　　HDMI1.4測(cè)試規(guī)范要求HDMI設(shè)備可以在HEC上正確轉(zhuǎn)發(fā)BPDU幀，用RSTP協(xié)議取消網(wǎng)絡(luò)環(huán)路。

　　2.2 隊(duì)列控制 (Queue Control)

　　希望HEC網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備可以區(qū)分流量的優(yōu)先級(jí)，對(duì)時(shí)間敏感的應(yīng)用流量，例如在線游戲，視頻，VoIP應(yīng)該比文件下載的流量的優(yōu)先級(jí)高。在HEC網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)使用VALN(Virtual Lcal Aea Ntwork)區(qū)分流量?jī)?yōu)先級(jí)。圖4和圖5說(shuō)明了這個(gè)過(guò)程。

　　圖4 插入了VLAN TAG的以太網(wǎng)幀

　　圖5 VLAN TAG的結(jié)構(gòu)

　　HEC規(guī)范規(guī)定在網(wǎng)絡(luò)里至少支持4個(gè)隊(duì)列。我們需要測(cè)試用VLAN TAG區(qū)分不同流量的優(yōu)先級(jí)，并確保HEC設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞時(shí)，不丟失高優(yōu)先級(jí)的流量。進(jìn)一步的測(cè)試還需要驗(yàn)證VLAN TAG值通過(guò)HEC網(wǎng)絡(luò)是不變化的。

　　2.3 流行的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

　　HEC之所以重要和流行，是因?yàn)樗诩彝ゾW(wǎng)絡(luò)中具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。第一是被機(jī)頂盒生產(chǎn)廠商、游戲提供商和集中多媒體的PC提供商所推動(dòng)，可以在這些設(shè)備上提供互聯(lián)網(wǎng)終端。第二是被電視生產(chǎn)廠商推動(dòng)，他們?cè)诓粩鄬で笮碌墓δ?。一個(gè)明顯的機(jī)會(huì)是在電視范圍內(nèi)增加全面的網(wǎng)絡(luò)功能，提供全面的網(wǎng)絡(luò)能力，例如統(tǒng)一即插即用 UPnP(Universal Plug and Play)、數(shù)字生活網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟DLNA(Digital Living Network Alliance)和LiquidHD。

　　UPnP是一套完整的協(xié)議，使家庭網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備可以無(wú)縫相互連接。UPnP協(xié)議包括6個(gè)重要功能：尋址、發(fā)現(xiàn)、描述、控制、事件觸發(fā)和展示。

　　DLNA即在家庭內(nèi)外建立一個(gè)集中管理個(gè)人電腦(PC)、家電(CE)和移動(dòng)電子設(shè)備的互操作性網(wǎng)絡(luò)，創(chuàng)造一個(gè)能夠共享和發(fā)展全新數(shù)字媒體和內(nèi)容服務(wù)的無(wú)縫環(huán)境。DLNA標(biāo)準(zhǔn)定義了四種主要的產(chǎn)品類(lèi)型，即Digital Media Server(DMS)，Digital Media Player(DMP)，Digital MediaController(DMC)和Digital Media Printer(DMPr)。

　　LiquidHD這項(xiàng)新型個(gè)人娛樂(lè)技術(shù)可將電視、消費(fèi)電子設(shè)備、個(gè)人電腦、便攜媒體設(shè)備以及家庭影院快速、簡(jiǎn)便地連接成一個(gè)無(wú)縫網(wǎng)絡(luò)，讓身處網(wǎng)絡(luò)中的消費(fèi)者能在家里任何一臺(tái)采用LiquidHD技術(shù)的顯示器上盡享任何一個(gè)來(lái)源設(shè)備上的數(shù)字內(nèi)容。目前，消費(fèi)者只能在電視上觀看多媒體內(nèi)容，數(shù)碼攝像機(jī)、機(jī)頂盒、DVD/藍(lán)光光盤(pán)(Blu-ray Disc?)播放器或游戲機(jī)與電視直接相連。有了LiquidHD技術(shù)，消費(fèi)者能夠在家里隨心所欲地觀看，他們可以先暫?？蛷d電視上正在播放的電影、電視節(jié)目或視頻游戲，然后按一下遙控器按鈕，就可以在另一臺(tái)電視或筆記本電腦上接著觀看。LiquidHD可以使用各種物理介質(zhì)，其中包括 HDMI，Ethernet，同軸電纜和輸電線。

　　3 IXIA HDMI測(cè)試解決方案

　　HDMI協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)是由技術(shù)創(chuàng)始廠家(Sony，Phillips，Silicon Image，Panasonic，Hitachi，Thomson and Toshiba)研發(fā)出來(lái)的，這些創(chuàng)始廠家建立了授權(quán)測(cè)試中心ATC(Authorized TesTIng Centers)，生產(chǎn)廠家必須通過(guò)認(rèn)證測(cè)試才能使用HDMI標(biāo)志。全世界有7個(gè)授權(quán)測(cè)試中心ATC，它們分別分布在Sony(日本)，Panasonic(日本)，Phillips(印度和法國(guó))，Silicon Image(中國(guó)(2個(gè)ATC)和美國(guó))。

　　生產(chǎn)廠家必須按照測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)CTS(Compliance Test Specification)進(jìn)行測(cè)試，然后提交到ATC做協(xié)議一致性測(cè)試。IXIA與Sony公司合作，制定了CTS標(biāo)準(zhǔn)，在CTS中IxN2X是測(cè)試以太網(wǎng)通道(HEC)的惟一測(cè)試設(shè)備。IxN2X執(zhí)行測(cè)試?yán)齺?lái)驗(yàn)證CTS，測(cè)試場(chǎng)景如下：

　　(1)Packet Filtering/Forwarding。

　　(2)Forwarding of BPDU。

　　(3)RSTP Functionality。

　　(4)Queue Control。

　　(5)Unchanged Priority Tag Value。

　　IxN2X測(cè)試環(huán)境配置如圖6所示。

　　圖6 IxN2X測(cè)試環(huán)境配置

　　IxN2X提供轉(zhuǎn)換器(見(jiàn)圖7)一端是HDMI接口，一端是以太網(wǎng)接口。HDMI的初始過(guò)程可以通過(guò)外置的CEC/CDC控制器或借助可選的EEPROM實(shí)現(xiàn)，SPDIF同時(shí)使能音頻回傳通道(與HDMI信號(hào)的方向相反)。

　　圖7 IxN2X HDMI轉(zhuǎn)換器

　　以包過(guò)濾和轉(zhuǎn)發(fā)測(cè)試為例，介紹HDMI CTS測(cè)試過(guò)程，測(cè)試配置和測(cè)試流程可參考圖8所示。測(cè)試步驟如下：

　　圖8 包過(guò)濾和轉(zhuǎn)發(fā)測(cè)試

　　●連接和配置測(cè)試端口。

　　●以很高的流量速率，從所有端口同時(shí)發(fā)送1s流量，向過(guò)濾數(shù)據(jù)庫(kù)注冊(cè)源MAC地址;

　　●以100，000frames/s的速率從所有端口發(fā)送10×106個(gè)64字節(jié)長(zhǎng)度的包。Port1向Port2發(fā)包;Port2向Port3發(fā)包;Port3向Port1發(fā)包。

　　●在所有測(cè)試端口統(tǒng)計(jì)接收的包數(shù)。

　　●在測(cè)試端口1，按以下規(guī)則驗(yàn)證。其中，criteria #1 = 100 assuming 10×10-6packet error rate;criteria #2 =2。

　　——在port3上接收的包數(shù)-從port3上發(fā)送的報(bào)數(shù)≤criteria #1。

　　——在Port2上接收的包數(shù)≤criteria #2。

　　——在Port1上接收的包數(shù)≤criteria #2。

　　●如果DUT的端口數(shù)>3個(gè)，可以輪流使用3個(gè)測(cè)試端口測(cè)試。

　　●如果所有測(cè)試都通過(guò)，則此測(cè)試成功。

　　4 結(jié)束語(yǔ)

　　對(duì)于家庭網(wǎng)絡(luò)，HEC是新興的發(fā)展方向，具有很大的發(fā)展?jié)摿ΑＴ贖DMI1.4 CTS(Compliance Test Specification)中，IXIA IxN2X作為惟一被推薦的測(cè)試儀表，可用于HDMI以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的測(cè)試。