发布日期:2015/6/24
发布单位:iST宜特
智能型手机与平面电视正快速升级至超高分辨率(UHD)显示规格,高解析多媒体影音(HDMI)规格与行动高画质链结(MHL)规格更已成为全球消费性家电及行动装置标准传输接口。
MHL联盟主要针对消费性行动装置手机/平板至大屏幕显示,因此2013年8月公布MHL3.0规范,希望以一条MHL达到影音传输大跃进。最新规格包含4K UHD、高速数据传输、音频,同时可供电10瓦(W),另支持多屏幕同时输出与触控屏幕。
在MHL3.0公布的隔月,HDMI2.0规格也跟着发布。HDMI2.0一举提升传输带宽至18Gbit/s以支持4K超高分辨率;在音频方面,也有重大提升–支持高达32声道、自动同步音频视讯,以及可透过单一摇控器控制多款HDMI装置的消费性电子产品控制技术(Consumer Electronics Control, CEC)扩充功能。
HDMI1.4b规范要点
- TMDS Electrical :
- Maximum Clock Rate 340MHz
- Maximum Total Throughput 10.2Gbit/s(3.4G/Channel)
- Protocol Test include:
- Character Synchronize Test.
- All Video Packet should be test.
- Pixel Coding:
- RGB 4:4:4, YCbCr 4:4:4 (8-16 bits per component);YCbCr 4:2:2 (12bits Per Component)
- Video Timing:
- Deep Color Timing.
- 3D Video Timing(Top-bottom, side by side, frame sequential 1920P at 120Hz)
- 4K2K Timing Support 4096×2160/30Hz
- Audio Coding:
- High-bitrate Audio(HBR)Sampling up to 768kHz
- Maximum Audio Channel 8 Channel
- One Bit Audio.
- HDCP Version.
- Support HDCP 1.x
- TMDS Electrical :
HDMI2.0规范要点
- TMDS Electrical:
- Maximum Clock Rate 600MHz
- Maximum Total Throughput 18Gbit/s(6G/Channel)
- Protocol Test include:
- Source Sink TMDS Protocol Scrambling Test.
- Sink Character Error Detection Tests(CED)
- Pixel Coding:
- Support 4:2:0 Chroma Subsampling.
- 4:2:0 Deep Color.
- Video Timing:
- 2160p 24-bit Color Depth, Deep Color, 3D
- Non-2160p 24-bit Color Depth, Non-2160p 24bit Color Depth
- Maximum Resolution at 24bit/px, 4096×2160/60Hz
- Audio Coding:
- HBR Audio Sampling up to 1536KHz
- Maximum Audio Channel 32 Channel
- HDCP Version:
- v 1.Support HDCP 2.2 and 1.x
- SCDC A8/A9 Support Test:
- Character Error Detect Support Behavior Test.
- Status and Control Data Channel(SCDC)Behavior Test.
- TMDS Electrical:
HDMI1.4b支援4K2K时序
有些人认为4K2K是在HDMI2.0才规范出来,实际上1.4b的时代就已经定义4K2K的应用,但是受限于最高频率,1.4b的4K2K只能应用在Film Mode 24Hz/25Hz/30Hz上,并不是常用的60Hz。
然而,因为电视芯片在影格率(Frame Rate),也就是视讯格式每秒钟播放的静态画面数量,补偿上都有一定的水平(如MEMC技术导入),转换至60Hz甚至120Hz亦有不错的表现,所以早期就能看到4K电视的踪影,甚至到今天4K的内容依旧还是以24Hz/25Hz/30Hz为主。
特别须要注意的是,由于CEA-861D尚未定义出4K的时序,HDMI把4K的VIC Code自定义为H01/H02/H03/H04(表1)。
HDMI_VIC Description Pixel
Frequency
(MHz)Hactive Hblank Hfront Hsync Hback 0X00 Reserved - - - - - 0X01 4K x 2
29.97, 30Hz297.000
296.7033840 560 176 88 296 0X02 4K x 2K
29.97, 25Hz297.000 3840 1440 1056 88 296 0X03 4K x 2K
23.98, 24Hz297.000
296.7033840 1660 1276 88 296 0X04 4K x 2K
24Hz (SMPTE)297.000 4096 1404 1020 88 296 0X05..0XFF Reserved - - - - - - 表1 HDMI对4K VIC Code自定义义
最大频率速度(Maximum Clock Rate)
HDMI1.4b最大支持频率为340MHz,在物理层(PHY)上的频率可以到达3.4GHz。因此,在视讯格式(Video Format)上只要不超过340MHz的时序,基本上都可以传输HDMI1.4b的4k2k/30Hz、频率速度为148.75MHz×2=297.5MHz,远小于340MHz。但是,若产品需要同时支持高彩(Deep Color)时,将会产生问题。
当4K遇上高彩时,频率必须测到12bit,也就是297.5MHz×12/8=446.25MHz,已经远大于340MHz。所以,在1.4b时代,4K与高彩技术是不能同时存在的,测试及产品定义时务必小心以免误判。
HDMI2.0最大支持频率是600MHz,在数据信道(Data Lane)上的频率可以到达6GHz。主要就是希望能支持4K2K/60Hz的时序,其实际频率为297.5MHz×2=595MHz。
因此4K2K/30Hz的高彩便可以在HDMI2.0上实现,但是4K2K/60Hz同样在高彩上不能并存,理由跟先前讨论的一样,频率为595MHz×12/8=892.5MHz已超过上限许多,其余时序的应用组合只要能反推Color Rate就可了解是否可行。
4:2:0色彩格式
HDMI2.0另外一项比较新的规格,为导入420的色彩格式(Color Format)。在420的格式下,影像会被压缩为原来的1/4。所以,如果在4K/60Hz的时序下,频率速度仅为595MHz/4=148.75MHz,与一般的FHD 1,920×1,080/60Hz频率速度一致,而4K2K/30Hz下,仅有297.5MHz/4=74.375MHz。这项应用在广播上十分需要,才不会因为播放4K内容而过度占据带宽。
高带宽数字内容保护(HDCP)支持
时域反射计(TDR)阻抗的量测
图1 HDMI 1.4b TDR量测范例
HDMI2.0对应于HDMI1.4b阻抗量测则作了以下的修改。
- 测试时待测装置(DUT)必须是Turn On的状态。
- 新定义了Zdiff_Term的区间,是指集成电路(IC)内部终端电阻并上后所量测到的阻抗。
- 原先由连接器至IC Pad之间的阻抗定义为Zdiff_Through。
- Zdiff_Term的容许范围为90~110奥姆(Ω);Zdiff_Through的容许范围为85~115奥姆(250pS内允许75~125奥姆)。
- 来源端装置(Source)与目标端装置(Sink)都须要量测。
HDMI2.0早在2013年9月就已发表,然而相关细项及认证的规范,并未一次全部公布,因此依据惯例,在认定上仍采取较为宽松的态度,因此,厂商毋须全部功能都做到,才能宣称支持HDMI2.0的功能。
音频/视讯/充电一次满足 MHL称霸行动装置传输接口
2010年开始,包括Silicon Image、诺基亚(Nokia)、索尼(SONY)、东芝(Toshiba)与三星(Samsung)等五家公司共组MHL联盟,目的在提供一个能够同时满足音频、视讯、数据输出,并同时为行动装置充电的解决方案,让所有需求透过一条线,即可完全解决。目前全球采用MHL规格的装置,已出货超过六亿五千万件,这也使得MHL成为行动装置输出视讯的技术标准。
MHL2.2规范要点
MHL 3.0规范要点
Contact | MHL |
---|---|
Number | Name |
1 | N/C |
2 | CD_SENSE- |
3 | N/C |
4 | N/C |
5 | TMDS_GND |
6 | N/C |
7 | MHL+ |
8 | MHL_Shield |
9 | MHL- |
10 | N/C |
Contact | MHL |
---|---|
Number | Name |
11 | TMDS_GND |
12 | N/C |
13 | N/C |
14 | N/C |
15 | CD_PULLUP |
16 | N/C |
17 | VBUS_CBUS_GND |
18 | VBUS |
19 | CBUS |
Shell | Shield |
b.标准HDMI Type A的接头(表3)
Type A pin | Signal Name | Wire | Type A pin |
---|---|---|---|
1 | TMDS Data2+ | A | 1 |
2 | TMDS Data2 Shield | B | 2 |
3 | TMDS Data2- | A | 3 |
4 | TMDS Data1+ | A | 4 |
5 | TMDS Data1 Shield | B | 5 |
6 | TMDS Data1- | A | 6 |
7 | TMDS Data0+ | A | 7 |
8 | TMDS Data0 Shield | B | 8 |
9 | TMDS Data0- | A | 9 |
10 | TMDS Clock+ | A | 10 |
11 | TMDS Clock Shield | B | 11 |
12 | TMDS Clock - | A | 12 |
13 | CEC | C | 13 |
14 | Utility | C | 14 |
15 | SCL | C | 15 |
16 | SDA | C | 16 |
17 | DDC/CEC Ground | D | 17 |
18 | +5V power | 5V | 18 |
19 | Hot Plug Detect | C | 19 |
表3 HDMI Type A接头
MHL连接至HDMI Type A之应用注意事项
首先,热插入侦测(HPD)接脚是被CBUS取代,因此CBUS除了有沟通功能外,还必须携带HPD的功能。再者,CD Sense的信号线(Cable)中内建了一个3.3K的电阻,对应另一端是接在CD Pullup。因此当MHL-Type A的信号线,插入HDMI/MHL 接收装置时,同时会看到原来SCL上Pull-high的电阻,可利用这种特性做电压检测(Voltage Detection),来决定MHL、HDMI、无信号(No Cable)三种状态。
此外,Vbus为原来HDMI+5伏特的接脚,在MHL连接至HDMI Type A应用上,则变更为5伏特供电的功能;在MHL2的规范下必须能提供900毫安的电流;而在MHL3的规范下甚至可以到2安培,接收端的设计除了注意电流方向之外还要依据MHL的规范提供对应的电流。
AV Link数据信道的基本特性
MHL1与MHL2的CBUS
MHL3 e-CBUS
MHL3的e-CBUS有单端跟差分(Differential Mode)两种模式。前者速度可达75MHz,后者更可高达150MHz,然而差分在应用开发的进度上似乎慢许多。
MHL3的架构跟MHL1/2差异很大,基本上Clock已经不再迭加在数据上,而是在e-CBUS上传输。因此MHL3的e-CBUS的频率速度可以高达75MHz,AV Link的Clock则依据速率乘上不同的N值达成,如1.5G的N值为20(75MHz 20=1.5GHz);6GHz的N值为80(75MHz 80=6GHz)。
此外,MHL3的e-CBUS定义了Forward Data与Backward Data两种型态,前者是指来源端传输给接收端的数据,由来源端驱动;后者是指接收端传输给来源端,由来源端驱动,此两种型态信号的层级不同并各自独立,因此在e-CBUS上可以看到迭加的现象。如果测量点是在TP2则可以看到如图3的波型。
图3 Forward Data与Backward Data信号迭加示意图
此篇同步刊登于新通讯组件杂志 6月号172期《 技术前瞻 》
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