摘要 介绍HDMI的连接结构、信号编码及内容保护等技术；提供一种基于Atmel公司的AT76C114和SiliconImage公司的SiI9030的回放系统HDMI发送器解决方案。
关键词 回放系统 高清多媒体接口(HDMI) 最小变化差分编码(TMDS) 宽带数字内容保护(HDCP)
引 言
现在市场上大多回放系统都采用独立的音/视频接口，如音频采用RCA端子、同轴端子等；视频采用S端子、色差端子、DVI接口等。这些接口体积大(如DVI，不适合应用在便携设备上)，且接口独立、接线太多。另外．传统的接口很多是模拟的，如RCA、S端子，它们都难以让现在的数码产品的优势体现出来。
高清多媒体接口HDMI在各方面都展现了它独特的优势：体积小，带宽高；不仅能够传输从SDTV到HDTV分辨率的非压缩数字视频图像，而且能够同时传输2～8通道数字音频，接口友好；能够通过显示数据通道(DDC)读取接收设备的E-EDID结构，自动确定发送给接收端所支持的音／视频格式；采用了HDCP宽带数字内容保护机制，防止非法设备的偷听。这些都满足了消费者对数字产品的新需求，因此HDMI接口在各种数码产品上的廊用越来越广泛。
1 回放系统
回放系统，主要是把从外部存储卡(SD、MMC等)读到的或通过有线(USB等)、无线(无线网卡等)传输方式接收到的音／视频信息，解码后通过一定的音／视频接口传输给视听设备(如TV等)，对数码照片、数码摄像等音／视频进行回放。
从图1可见。音／视频接口是回放系统中不可或缺的部分。传统的视频接口主要采用S端子、色差端子；音频接几主要采用RCA端子、同轴端子。这些传统的接口在数字技术发展迅速的情况下，已不再适应高品质、无压缩的数字视频和多通道的数字音频的传输。新型的HDMI接口就是为了满足消费者更高的要求而兴起的。
2 HDMI接口
2．1 HDMI简介
HDMI是继DVI(数字视频接口)之后的一种新接口。它不仅支持从SDTV到HDTV的无压缩数字视频传输，而且还支持2～8通道的数字音频传输；同时配备许多其他辅助功能，如HDCP(宽带数字内容保护)、智能连接配置等。
HDMI有很多优点：
◇体积小，更适合便携设备；
◇能够在单一线缆上同时传输音／视频，接口更加友好；
◇带宽高，能够传输上到l080 p的高清视频和上到8通道的音频，且支持RGB和YCbCr两种像素编码格式，可提供更高的颜色深度；
◇采用最小变化差分编码TMDS，提供强壮的传输机制和可靠的数据恢复能力；
◇提供智能连接功能，使设备能够自动发现对方，并且自动识别目标设备所需的分辨率和数据格式；
◇具备HDCP加密功能，能够防止非法设备的偷听；
◇兼容性好，能够完全兼容DVI。
HDMI连接结构如图2所示。
HDMI接口有3个独立的通信通道：TMDS、DDC、CEC。其中，TMDS通道用来传输音／视频数据以及辅助数据；DDC用来在自动配置中源端读取接收端的E-EDID数据结构；CEC是一个可选通道，用来支持一些高级用户功能，如红外遥控等。
2.2 HDMI信号编码
HDMI有3种工作模式：控制周期、视频数据周期和数据岛周期。控制周期用来传输引导信息；视频数据周期用来发送有效视频行的像素；数据岛周期用来传输音频采样数据包和辅助数据包。一个带有视频信息的行周期上数据的周期分配情况如图3所示。
在3个周期，TMDS通道上采用不同的编码：控制周期，每通道2位有效信息，只有4种编码组合；数据岛周期，每通道4位有效信息，16种编码组合，因此编码比较简单，查表可得；视频数据周期相对复杂一些，采用TMDS编码。TMDS编码是一种将8位字符变换为lO位字符的一种特殊的编码方式。首先，将8位字符，在最低位不变情况下，对剩下7位与前一个编码数据对应的7位通过“异或”(XOR)或者“异或非”(XNOR)最小变化编码(编码前后变化最少)为9位的字符(第9位标志采用了哪种变换方式，O表示XNOR，l表示XOR)。然后，根据已经传输的数据O和l的个数以及当前将传输数据的0和1个数，决定是否对第一步所产生的9位信息中的8个数据位作反转操作(如果已经传输了更多l，而且当前数据的l比O多，那么反转)，变换成10位的直流平衡码(第10位标志是否作了反转，1表示作了反转，O表示没有反转)。最后，编码后的数据经过串行化之后在TMDS通道上以差分形式串行发送出去。
2.3 HDMI支持的音／视频格式
①视频。HDMI能够支持RGB4：4：4、YCbCr4：4：4、YCbCr4：2：2三种像素编码格式。传输视频时，必须遵从一定的视频格式所规定的视频行的像素数、场的行数(有效数和总数)和两个同步信号的位置、极性、持续时间等。HDMI支持的基本视频格式时序有640×480 p@59．94／60 Hz、1280×720 p@59．94／60 Hz、1 920×1 080 i@59．94／60 Hz、720×480 p@59．94／60 Hz、720(1440)×480 i@59．94，60 Hz、1 280×720 p@50 Hz、1 920×1 080 i@50 Hz、720×576 p@50 Hz、720(1440)×576 i@50 Hz。
②音频。HDMI采用“包”结构在数据岛周期发送音频数据，包结构采用IEC60958或者IEC61937封装形式。HDMI至少支持IEC60958结构的两通道L-PCM，采样频率可以是32 kHz、44．1 kHz、48 kHz，采样深度为16位或者更多；允许以IEC60958或者IEC61937任何一种包格式发送L-PCM或者编码的音频数据，采样频率为44．1 kHz、48 kHz、88．2 kHz、96 kHz、176，4 kHz或者192 kHz。音频采样包有两种布局(Layout)：第1种布局在每个子包都发送通道l和通道2的音频数据，只支持2通道的音频；第2种布局在子包[O～3]上分别发送通道[1，2]到通道[7，8]的音频数据，支持4～8通道的音频。
2．4 HDCP内容保护
HDMI采用HDCP主要有3个重要用途：
首先，HDCP可用来验证接收设备是否被授权接收加密内容。源端首先通过DDC通道和接收端交换设备密钥，验证接收设备，并生成一个共用密钥，相当于建立起加密通道。其次，传输过程中，HDCP在源端加密，在接收端解密，防止加密内容在传输过程中泄漏。源端(或接收端)分别利用公用密钥在加密器中产生24位的伪随机数据流(通过“异或”)加密(或解密)输入的24位数据，如图4所示。
还有，HDCP能够识别和“吊销”未经授权的设备，以防止非法密钥的大量发布。HDCP有一个更新功能：数字内容保护机构LLC把被妥协设备的密钥选择向量(KSV)放到“吊销列表”，并通过系统更新消息(SRM)发送给后续的源设备。因为源端在验证过程中要检测该列表，所以后续的源设备就能够自动阻止已经被“吊销”的接收设备。
3 回放系统HDMI发送器的实现
回放系统采用Atmel公司的多媒体处理专用芯片AT76C114作为信号源，HDMI接口控制器采用Silicon Image公司的Sii9030。