HDMI的TMDS信號(hào)是什么？HDMI帶寬和TMDS的關(guān)系分析

HDMI傳輸原理和DVI相同，由Silicon Image公司發(fā)明的TMDS(Time Minimized Differential Signal)最小化傳輸差分信號(hào)傳輸技術(shù)。TMDS是一種微分信號(hào)機(jī)制，采用的是差分傳動(dòng)方式。這不僅是DVI技術(shù)的基礎(chǔ)，也是HDMI技術(shù)的基礎(chǔ)原理。

一、TMDS原理

TMDS差分傳動(dòng)技術(shù)是一種利用2個(gè)引腳間電壓差來(lái)傳送信號(hào)的技術(shù)。傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)值（"0"或者"1"）由兩腳間電壓正負(fù)極性和大小決定。即，采用2根線(xiàn)來(lái)傳輸信號(hào)，一根線(xiàn)上傳輸原來(lái)的信號(hào)，另一根線(xiàn)上傳輸與原來(lái)信號(hào)相反的信號(hào)。這樣接收端就可以通過(guò)讓一根線(xiàn)上的信號(hào)減去另一根線(xiàn)上的信號(hào)的方式來(lái)屏蔽電磁干擾，從而得到正確的信號(hào)。

每一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的HDMI連接，都包含了3個(gè)用于傳輸數(shù)據(jù)的TMDS傳輸通道，還有1個(gè)獨(dú)立的TMDS時(shí)鐘通道，以保證傳輸時(shí)所需的統(tǒng)一時(shí)序。在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，每個(gè)TMDS通道都能傳送10bit的數(shù)據(jù)流。而這10bit數(shù)據(jù)，可以由若干種不同的編碼格式構(gòu)成。 另外，還有一個(gè)顯示數(shù)據(jù)通道（DDC），是用于讀取表示接收端顯示器的清晰度等顯示能力的擴(kuò)展顯示標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)(EDID)的信號(hào)線(xiàn)。搭載HDCP（High-bandwidth Digital Content Protection，高帶寬數(shù)字內(nèi)容保護(hù)技術(shù)）的發(fā)送、接收設(shè)備之間也利用DDC線(xiàn)進(jìn)行密碼鍵的認(rèn)證。

一個(gè)HDMI包括3個(gè)TMDS數(shù)據(jù)通道和1個(gè)TMDS時(shí)鐘通道。

每個(gè)數(shù)據(jù)通道都通過(guò)編碼算法（異或、異或非等），將8位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成10位數(shù)據(jù)，前8位數(shù)據(jù)由原始信號(hào)經(jīng)運(yùn)算后獲得，第9位指示運(yùn)算的方式，第10位用來(lái)對(duì)應(yīng)直流平衡。通過(guò)這種算法，會(huì)使得數(shù)據(jù)的傳輸和恢復(fù)更加可靠。

1.傳輸最小化

第一步：將8位并行RED數(shù)據(jù)發(fā)送到TMDS Tx。 第二步：并/串轉(zhuǎn)換. 第三步：進(jìn)行最小化傳輸處理，加上第9位，即編碼過(guò)程。第9位數(shù)據(jù)稱(chēng)為編碼位。

2.直流平衡（DC-balanced）

直流平衡：在編碼過(guò)程中，保證信道的直流偏移為零。方法是在原來(lái)的第9位數(shù)據(jù)后面加上1位，使得TMDS發(fā)送的"0"、"1"數(shù)量保持基本一致。這樣，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)趨于直流平衡，使信號(hào)對(duì)傳輸線(xiàn)的電磁干擾減少，提高信號(hào)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

3.差分信號(hào)

利用兩引腳間電壓差來(lái)傳送信號(hào)。

二、HDMI與分辨率

PCLK：像素時(shí)鐘
以1920x1080p/60hz為例：1920*1080*60=124.4MHz
以1280x720p/60hz為例：1280*720*60=55.3MHz

帶寬：1s內(nèi)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量（bit）

4K頻率需要的帶寬：選最常用的3840x2160分辨率，色深的話(huà)常用的是8位，RGB三色就是24bit，我們的目標(biāo)是60Hz刷新率(60fps)

→→→ 3840*2160*24bit*60fps=11.94Gbps

HDMI1.4像素時(shí)鐘高達(dá)340MHz，即最大帶寬是：
→→→ 340MHz*10bit（10bit編碼）*3（3個(gè)數(shù)據(jù)通道）=10.2Gbps

但是由于HDMI采用的是8bit/10bit編碼方式，實(shí)際效率是理論值的80%，所以10.2Gbps能傳輸?shù)淖畲笠曨l帶寬是10.2*0.8=8.1Gbps

HDMI帶寬和TMDS的關(guān)系

而在HDMI標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的帶寬，在1.0版本就設(shè)定為最高4.96Gbps。那么這一數(shù)值是怎么得來(lái)的呢？和TMDS又有什么關(guān)系呢？我們看下面的公式：

這是一個(gè)適用于所有串口傳輸接口帶寬計(jì)算的公式。在所有的數(shù)字電路中，都有一個(gè)負(fù)責(zé)提供基本頻率的元器件——晶振，它就像是一個(gè)精確的鬧鐘一樣，電路中所有的元器件都按照它的節(jié)奏統(tǒng)一行動(dòng)。比方說(shuō)，某一運(yùn)算電路的晶振頻率是100Hz,就是說(shuō)這一電路在一秒鐘內(nèi)可以進(jìn)行100次運(yùn)算過(guò)程。由此可見(jiàn)，晶振的工作頻率越高，每秒所能處理的運(yùn)算次數(shù)就會(huì)越多，數(shù)據(jù)的處理能力也就會(huì)越強(qiáng)大。而HDMI標(biāo)準(zhǔn)中，這個(gè)原理同樣適用。

HDMI電路中的時(shí)鐘頻率，在最初制定時(shí)范圍從25MHz-165MHz之間，也就是說(shuō)一個(gè)TMDS通道每秒最多能傳輸165MHz×10bit=1.65Gbit的數(shù)據(jù)，3個(gè)TMDS通道一秒就可以傳輸1.65×3=4.95Gbit的數(shù)據(jù)，再加上控制數(shù)據(jù)，用標(biāo)準(zhǔn)方法表示就是4.96Gbps的帶寬。而如果用像素點(diǎn)來(lái)表示，那就是一秒可以傳輸顯示1.65G個(gè)像素點(diǎn)（一個(gè)完整的像素點(diǎn)信息由R/G/B三原色信息構(gòu)成）所需要的數(shù)據(jù)量。 在數(shù)字音頻方面，HDMI靈活的支持符合IEC60985 L-PCM標(biāo)準(zhǔn)的32kHz、44.1kHz和48kHz、16bit量化的立體聲數(shù)字音頻信號(hào)和IEC 61937標(biāo)準(zhǔn)的采樣率為192KHz，24bit量化的單路無(wú)壓縮PCM數(shù)字音頻信號(hào)，或者8路96kHz的聲音數(shù)據(jù)流。此外，在家庭影院中常用的DolbyDigital5.1和DTS數(shù)字音頻格式也能通過(guò)HDMI直接傳輸。 ?

編輯：黃飛
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