Интерфейс HDMI
В 2002 году крупнейшие производители бытовой электроники, такие как Hitachi, Philips, Sony, Toshiba и др., предложили новый интерфейс High-Definition Multimedia Interface (HDMI). Он стал первым полностью цифровым интерфейсом для передачи несжатых потоков аудио и видео, при этом он обратно совместим с DVI, который передаёт цифровой поток видео.
Интерфейс HDMI постоянно развивался. Сегодня насчитывается уже несколько версий с разными номерами. Первая версия HDMI 1.0 появилась ещё в 2002 году. Самая последняя HDMI 1.3 была утверждена в июне 2006. Каждая версия использует одни и те же аппаратные спецификации и кабель, но отличается увеличенной пропускной способностью и типами информации, которые можно передавать через HDMI. Например, HDMI 1.0 поддерживает максимальную скорость 4,9 Гбит/с, а HDMI 1.3 — уже 10,2 Гбит/с.
Ниже приведена краткая информация о версиях HDMI.
HDMI 1.0 — 12/2002
Один кабель для передачи цифровых потоков аудио/видео с максимальной пропускной способностью 4,9 Гбит/с. Поддерживает поток видео до 165 мегапикселей в секунду (1080p @ 60 Гц или UXGA) и 8-канальный звук 192 кГц/24 бита.
HDMI 1.1 — 5/2004
Добавлена поддержка защиты контента DVD Audio.
HDMI 1.2 — 8/2005
Добавлена поддержка Super Audio CD;
разъём HDMI Type A для подключения ПК в качестве источника;
источники ПК могут использовать «родной» режим цветов RGB, сохраняется опция режима цветов YCbCr;
поддержка источников с низким напряжением.
HDMI 1.3 — 6/2006
Пропускная способность соединения аудио/видео была увеличена до 10,2 Гбит/с;
улучшенная поддержка цветов, включая глубину 30, 36 и 48 бит (RGB или YCbCr);
добавлена поддержка цветовых стандартов xvYCC;
добавлена поддержка автоматической синхронизации звука;
добавлена поддержка потоков Dolby TrueHD и DTS-HD (форматы, используемые в дисках HD DVD и Blu-ray) для декодирования внешними ресиверами;
был утверждён новый мини-разъём для таких устройств, как видеокамеры.
HDMI 1.3b — 3/2007
Управление бытовой электроникой.
HDMI 1.4 — 5/2009
Добавлена поддержка разрешения 4K х 2К (3840×2160 при 24/25/30 Гц и 4096×2160 при 24 Гц).
Реализована возможность создания Fast Ethernet -соединения (100 Мбит/с) (HDMI Ethernet Channel, HEC ).
Реализована технология реверсивного звукового канала (ARC).
Разработан новый интерфейсный разъём для миниатюрных устройств — micro-HDMI (Type D).
Поддержка 3D-изображения.
HDMI 1.4a — 3/2010
Улучшена поддержка 3D-изображения
HDMI 1.4b — 10/2011
Поддержка видео 1080p на 120 Гц.
Увеличена пропускная способность интерфейса по одному проводу до 15 Гбит/с.
HDMI 2.0- 9/2013
Добавлена поддержка разрешения 4K (3840×2160) при 50/60 Гц
Добавлена поддержка до 32 каналов аудио
Звуковая частота увеличена до 1536кГц для самого высокого качества звука
Добавлена поддержка дисплеев с соотношением сторон 21:9
Добавлена динамическая синхронизация видео и аудио потоков
Ниже приведена таблица основных улучшений версии 1.3 по сравнению с 1.2.
| Функция | HDMI 1.2 | HDMI 1.3 |
| Максимальная пропускная способность | 4,95 Гбит/с | 10,2 Гбит/с |
| Максимальная полоса частот | 165 МГц | 340 МГц |
| Максимальное разрешение | 1920×1080 прогрессивное (1080p) | 2560×1440 прогрессивное (1440p) |
| Максимальная глубина цвета | 24 бита | 48 бит |
| Максимальное число цветов | 16,7 млн. | 281 трлн. |
| Поддержка DTS и Dolby Digital 5.1 | Да | Да |
| Поддержка Dolby TrueHD и DTS-HD | Нет | Да |
| Максимальная частота сэмплирования звука (2 канала) | 192 кГц | 768 кГц |
| Максимальная частота сэмплирования звука (от 3 до 8 каналов) | 96 кГц (4 потока макс.) | 192 кГц (8 потоков макс.) |
Ниже приведена схема интерфейса HDMI.
Контакт 1 — TMDS Data2+
Контакт 2 — TMDS Data2 Shield
Контакт 3 — TMDS Data2-
Контакт 4 — TMDS Data1+
Контакт 5 — TMDS Data1 Shield
Контакт 6 — TMDS Data1-
Контакт 7 — TMDS Data0+
Контакт 8 — TMDS Data0 Shield
Контакт 9 — TMDS Data0-
Контакт 10 — TMDS Clock+
Контакт 11 — TMDS Clock Shield
Контакт 12 — TMDS Clock-
Контакт 13 — CEC
Контакт 14 -Reserved (N.C. on device)
Контакт 15 — SCL
Контакт 16 — SDA
Контакт 17 — DDC/CEC Ground
Контакт 18 — +5 V Power
Контакт 19 — Hot Plug Detect
Легенда.
TMDS (Transition-Minimized Differential Signaling). Технология высокоскоростной передачи цифровых потоков, используемая в интерфейсах HDMI и DVI. Использует три канала, передающие потоки аудио/видео и дополнительных данных, с пропускной способностью до 3,4 Гбит/с на канал.
CEC (Consumer Electronics Control). Позволяет передавать команды и управляющие сигналы между участниками связи. Функции CEC встраиваются по желанию производителя. Если все участники связи будут поддерживать HDMI CEC, то вы сможете, например, посылать команды с пульта ДУ всей подключённой технике. Среди команд есть включение/выключение, воспроизведение, переход в режим ожидания, запись и другие.
SCL (Serial Data Clock). Отвечает за синхронизацию передачи данных.
SDA (Serial Data Access). Передаёт данные.
DDC (Display Data Channel). Позволяет передавать спецификации дисплея, такие, как название производителя, номер модели, поддерживаемые форматы и разрешения и т.д.
Поддержка форматов
Сегодня поддерживаются все основные форматы видео, включая PAL, NTSC, ATSC и другие. Разрешение видео возможно до 1440p или 2560×1440 в прогрессивном формате (у Blu-ray и HD-DVD оно составляет, максимум, 1080p). Поддерживается глубина цвета до 48 бит (более 280 трлн. цветов) с частотой обновления до 120 Гц.
Поддерживаемые форматы звука включают.
Сжатый звук. Dolby Digital, DTS и т.д.
Многоканальный звук. SACD, DVD Audio.
Несжатый звук (PCM). До 8 каналов с частотой дискретизации до 192 кГц при 24 битах.
Сжатый звук без потери качества. Недавно добавлена поддержка Dolby TrueHD и DTS-HD Master Audio.
Защита контента (HDCP)
Для интерфейса HDMI была лицензирована встроенная схема защиты цифрового контента High-Bandwidth Digital Content Protection (HDCP), которая была создана компанией Intel и некоторыми другими для борьбы с пиратством. Технология HDCP должна присутствовать на HD-ресиверах или плеерах/видеомагнитофонах DVD/HD-DVD/Blu-ray, которые используют HDMI.
Ресиверы HDMI
Если вы следите за развитием «домашних кинотеатров», то наверняка знаете, что сегодня ресивер аудио/видео-потоков должен обладать поддержкой HDMI. Современные ресиверы, как правило, обладают входами и выходами HDMI и поддерживают следующие функции.
Многоканальный звук и видео. HDMI-ресивер позволяет подключить одним HDMI-кабелем источник потоков аудио/видео (плеер HD-дисков или приёмник кабельного HDTV) к своему входу, а вторым HDMI-кабелем — HDTV-телевизор к своему выходу. В результате ресивер будет передавать цифровой сигнал видео с плеера HD-дисков/приставки кабельного HDTV на HDTV-телевизор, а многоканальный звук пропускать через усилитель и подавать на подключённую акустику. Если аудио/видео-ресивер не поддерживает HDMI, то вам придётся использовать отдельный кабель (цифровой оптический или коаксиальный) для передачи звука с плеера/приставки на вход ресивера. Разницы в качестве между HDMI и отдельным цифровым кабелем для передачи звука нет, но зачем терпеть в системе ещё один кабель?
В принципе, преимущества подобной конфигурации, когда вы используете плеер с выходом HDMI, не слишком велики. Но по мере добавления HDMI-компонентов преимущества становятся более весомыми. А именно.
Коммутация HDMI. Большинство HDMI-ресиверов оснащены двумя или тремя входами HDMI, что позволяет подключать к ним несколько источников HDMI-аудио/видео. А HDTV-дисплей соединяется с HDMI-ресивером всего одним кабелем. Вы можете переключать на ресивере источник видео, что намного удобнее, чем перетыкать HDMI-кабели сзади телевизора или на HD-источнике. Эта функция будет становиться всё важнее по мере появления в вашем доме техники с поддержкой HDMI.
Аналогово-цифровое преобразование видео и деинтерлейсинг. Ранние версии HDMI-ресиверов сохраняли цифровые и аналоговые сигналы в том виде, в каком они поступили, что требовало не только цифрового, но и аналогового подключения HDTV-телевизора к ресиверу. Но многие современные HDMI-ресиверы научились преобразовывать входящие аналоговые аудио/видео-сигналы (скажем, через композитный вход или S-Video) в цифровой вид, что позволило передавать на телевизор любые потоки через единственный кабель HDMI. Кроме аналогово-цифрового преобразования, многие ресиверы выполняют ещё и деинтерлейсинг видео (с 480i на 480p). Тоже весьма полезная функция, поскольку многие старые HDTV-телевизоры не поддерживают сигналы 480i через вход HDMI. Некоторые современные ресиверы могут преобразовывать сигналы 480i в форматы 720p, 1080i или 1080p, что помогает улучшить качество картинки со старых источников видео на новых HDTV-телевизорах.
Совместимость HD-DVD/Blu-Ray
Очень важной особенностью интерфейса HDMI является то, что плееры HD-DVD и Blu-ray будут передавать картинку в полном разрешении 1080p только через выход HDMI. Подобный шаг является результатом усилий индустрии по защите от пиратства. В отличие от других аудио/видео-интерфейсов, HDMI для передачи в полном разрешении требует обязательной защиты HDCP. Если вы будете использовать любой другой интерфейс, например, компонентное видео, то сигнал видео будет искусственно ухудшен до качества DVD или даже ещё хуже.
Увеличенная пропускная способность интерфейса HDMI 1.3 как нельзя кстати пригодится новым технологиям, которые используются HD-DVD/Blu-ray. Сюда можно отнести увеличенную глубину цвета, которая позволит выводить до 69 млрд. оттенков (глубина 30-36 бит). HDMI 1.2 может передавать картинку только с 16,7 млн. оттенков (глубина 24 бита). Кроме того, HDMI 1.3 поддерживает звуковые форматы следующего поколения Dolby TrueHD и DTS HD Master Audio, которые используют сжатие без потерь с количеством каналов до восьми (96 кГц, 24 бита, до 18 Мбит/с). Все ресиверы без поддержки HDMI 1.3 смогут воспроизвести фильм со «старыми» форматами звука DTS и Dolby Digital.
Все новые возможности рано или поздно улучшат наслаждение домашним кинотеатром, но есть область, в которой ситуация с HDMI пока ещё не очень понятна. Мы имеем в виду запись видео. Данные проходят через HDMI в несжатом виде, и основная функция HDCP заключается в защите несжатых данных от копирования. Поэтому записать информацию через HDMI пока не получится. Посмотрим, как эта проблема решится в будущем.
Заключение
В сфере домашних кинотеатров наступило время перемен. Уже началась война форматов видео 1080p между стандартами HD-DVD и Blu-Ray, а также и появилась путаница в умах потребителей, касающаяся нового интерфейса для цифровой передачи потоков аудио и видео HDMI. Тем более, что спецификация HDMI продолжает развиваться.
Выход новой версии HDMI 1.3 заставляет о многом подумать. И, возможно, внимательнее отнестись к закупке аудио/видео-оборудования. HDMI-ресиверы появились на рынке совсем недавно, но за несколько лет они существенно продвинулись по своим возможностям. HDMI 1.3 является важным шагом вперёд по сравнению с HDMI 1.2, поэтому, при возможности, всегда покупайте оборудование с поддержкой именно версии 1.3. Тем более, что диски HD-DVD и Blu-Ray будут использовать улучшенные возможности HDMI 1.3. Впрочем, ресиверы с поддержкой HDMI 1.3 могут не появиться на рынке до середины 2007 года. Да и кто знает, по каким ценам они будут продаваться. С другой стороны, многие любопытные функции HDMI, например, коммутация HDMI и преобразование видео, уже доступны на сегодняшних HDMI-ресиверах.
HDTV-телевизоры тоже перейдут на стандарт HDMI 1.3, причём, как ожидается, уже в моделях начала 2007 года. Новые телевизоры должны использовать такие преимущества HDMI 1.3, как улучшенную глубину цвета, а также решить многие «проблемы молодости» HDMI (проблемы с синхронизацией звука, поддержка Consumer Electronics Control и т.д.). Итог будет таков. Перед покупкой тщательно проверяйте возможности каждого компонента. Постарайтесь сравнить их с текущими требованиями, а также, возможно, и с будущими.
Источник
Интерфейс HDMI
На сегодняшний день существует множество форматов видео, в том числе и видео высокого разрешения, такие как 4K Ultra HD, 8K Ultra HD. С увеличением разрешения растут и требования к способам передачи сигнала.
Все существующие интерфейсы отличаются друг от друга тремя основными параметрами: типом передаваемого сигнала (аналоговый или цифровой), максимальным поддерживаемым разрешением и пропускной способностью.
Цифровой сигнал доходит до выводящего устройства без особых искажений, что позволяет получать качественную картинку без помех. К тому же любая современная видеокарта выдаёт изначально только цифровой сигнал, и его преобразование в аналоговый — а на мониторе снова в цифровой — ведёт к значительной потере качества.
Интерфейсы передачи видеосигнала
SCART (фр. Syndicat des Constructeurs d’Appareils, Radiorecepteurs et Televiseurs – Объединение производителей радиоприемников и телевизоров) – европейский стандарт для подключения мультимедийных устройств, таких как телевизор, видеомагнитофон, DVD-проигрыватель. Другие названия: Peritel, евроразъём, Euro-AV.
Основное достоинство SCART – унификация. Через один и тот же разъем может передаваться видео (причем в нескольких разных форматах – CVBS, S-Video, RGB), моно- и стереозвук, управляющие цифровые и аналоговые сигналы.
С помощью SCART можно подключить практически любое устройство. Более того, если кабель полностью соответствует стандарту («полный» кабель), то, например, при включении воспроизведения на видеомагнитофоне телевизор автоматически переключится на соответствующий вход.
На этом достоинства SCART заканчиваются и начинаются недостатки. Главный из них – невысокое качество. Дело в том, что ширина спектра видеосигнала стандартного разрешения может составлять до 6,5 МГц. Для передачи такого сигнала без искажений нужна согласованная линия с определенным волновым сопротивлением. Даже если использовать в качестве проводников качественный ВЧ коаксиальный кабель, хорошего сигнала через SCART добиться практически невозможно из-за свойств непосредственно самого разъема.
VGA (англ. Video Graphics Array) — компонентный видеоинтерфейс, используемый в мониторах и видеоадаптерах. Выпущен IBM в 1987 году для компьютеров PS/2 Model 50 и более старших. Видеоадаптер VGA, в отличие от предыдущих видеоадаптеров IBM (MDA, CGA, EGA), использует аналоговый сигнал для передачи цветовой информации. Переход на аналоговый сигнал был обусловлен необходимостью сокращения числа проводов в кабеле. Также аналоговый сигнал давал возможность использовать VGA-мониторы с последующими видеоадаптерами, которые могут выводить большее количество цветов. Термин VGA также используется для обозначения 15-контактного разъёма VGA для передачи аналоговых видеосигналов при различных разрешениях. Кабель VGA можно использовать для передачи видео с различным разрешением, от 640×350px @70 Hz (24 MHz ширина спектра) до 1280×1024px (SXGA) @85 Hz (160 MHz ширина спектра) и 2048×1536px (QXGA) @85 Hz (388 MHz ширина спектра). Стандартов качества сигнала для каждого разрешения нет, поэтому для передачи видео без искажения лучше использовать короткие коаксиальные провода.
Digital Visual Interface, сокр. DVI (с англ. — «цифровой видеоинтерфейс») — стандарт на интерфейс, предназначенный для передачи видеоизображения на цифровые устройства отображения, такие как жидкокристаллические мониторы, телевизоры и проекторы.
Использует технологию высокоскоростной передачи цифровых потоков TMDS (Transition Minimized Differential Signaling — дифференциальная передача сигналов с минимизацией перепадов уровней) — три канала, передающие потоки видео и дополнительных данных с пропускной способностью до 3,4 Гбит/с на канал.
Максимальная длина кабеля не указана в спецификации DVI, потому что она зависит от количества передаваемой информации. Кабель длиной 10,5 м можно использовать для передачи изображения с разрешением до 1920 × 1200 точек. По кабелю длиной 15 метров получится передать в нормальном качестве изображение с разрешением 1280 × 1024 точек. Для усиления сигнала при передаче по кабелю большой длины применяются специальные устройства. При их использовании длина кабеля может быть увеличена до 61 м (в случае использования усилителя с собственным источником питания).
Single link (одинарный режим) DVI использует четыре витых пары проводов (красный, зелёный, синий и тактовый сигнал), обеспечивающих возможность передавать 24 бита на пиксель. С ним может быть достигнуто максимальное возможное разрешение 1920 × 1200 (60 Гц) или 1920 × 1080 (75 Гц).
Dual link (двойной режим) DVI удваивает пропускную способность и позволяет получать разрешения экрана 2048 × 1536, 2560 × 1080, 2560 × 1600. Поэтому для самых крупных ЖК-мониторов с большим разрешением (с экраном более 30 дюймов) нужна видеокарта с двухканальным выходом DVI-D Dual-Link. Если у монитора максимальное разрешение экрана 1280 × 1024, то подключать его кабелем dual link не имеет смысла, поскольку он предназначен для мониторов с бо́льшим разрешением.
На сегодняшний день два самых распространенных интерфейса – HDMI и DVI.
Подробнее об HDMI
High Definition Multimedia Interface (HDMI) — интерфейс для мультимедиа высокой чёткости, позволяющий передавать цифровые видеоданные высокого разрешения и многоканальные цифровые аудиосигналы с защитой от копирования (англ. High Bandwidth Digital Copy Protection, HDCP).
Разъём HDMI обеспечивает цифровое DVI-соединение нескольких устройств с помощью соответствующих кабелей. Основное различие между HDMI и DVI в том, что разъём HDMI меньше по размеру, а также поддерживает передачу многоканальных цифровых аудиосигналов. Является заменой аналоговых стандартов подключения, таких как SCART, VGA, YPbPr, RCA, S-Video.
Версия 1.0 имеет максимальную пропускную способность интерфейса по одному проводу 4,9 Гбит/с, поддержка видео до 165 МПикс/сек (1080p @ 60 Гц или UXGA) и 8-канального звука (192 кГц/24 бит). Интерфейс постоянно улучшается и новейшая версия 2.1 позволяет передавать видео разрешением до 10K при 120 Гц, пропускная способность увеличена до 48 Гбит/с.
Основной недостаток – малая длина кабеля, стандартный вариант не превышает 10 м. Возможно увеличение длины до 20-35 м с использованием усилителей.
Типовая видеосистема с HDMI: 
Разъем HDMI
Стандартный HDMI-шнур, как правило, включает в себя 4 витые пары (каждая с импедансом в 100 Ом, собственным экраном и дренажным проводником), которые передают данные и сигналы синхронизации. Неэкранированная витая пара — протокол DDC для передачи служебных данных между видеоадаптером и ТВ/монитором. Отдельные провода служат для питания и сигналов управления, а для опциональных фишек вроде ARC и Ethernet-канала HEC (HDMI Ethernet Channel, 100 Мбит/с) могут использоваться дополнительные линии.
Для упаковки и перевозки AV-посылок, т.е. для кодирования и передачи информации здесь используется протокол дифференциальных сигналов с минимизированными переходами TMDS.
Протокол TMDS
На рисунке изображена линия связи TMDS: 
Дифференциальный (или балансный, симметричный) способ передачи, когда по каждому проводнику витой пары проходит один и тот же прямой и инвертированный сигнал, обеспечивает эффективную защиту данных от синфазных помех.
На передающей стороне интерфейса HDMI находится передатчик TMDS, в котором производится преобразование 8 бит RGB-сигнала в 10 бит и формирование последовательного потока данных в каждом из каналов. На приемной стороне, наоборот, происходит полное восстановление потоков по каналам RGB, а также сигнала Clock.
Архитектура TMDS-интерфейса: 
Входной сигнал CLK представляет собой сигнал пиксельной частоты (Pixel Clock) и он определяет частоту формирования сигналов R/G/B на входе трансмиттера. Умножитель частоты умножает частоту CLK в 10 раз. Полученный тактовый сигнал (10CLK) используется для тактирования сдвиговых регистров, а также передается по дифференциальным линиям CX+/-.
Тут был описан классический вариант интерфейса TMDS. Однако в спецификации TMDS упоминается и другой вариант кодирования данных, который очень часто используется для передачи данных именно на LCD-панель. Этот второй вариант кодирования подразумевает, что сигналы HSYNC и VSYNC должны передаваться по другим отдельным линиям в виде TTL-сигналов, т.е. эти сигналы не подмешиваются в дифференциальный поток данных синего цвета. Дифференциальные линии, в данном случае, используются, исключительно, для передачи 8-разрядных данных, т.е. для передачи цвета и при этом 8-разрядный цветовой код преобразуется в избыточный 10-разрядный последовательный код.
В HDMI используется технология HDCP («протокол защиты широкополосных цифровых данных»),которая защищает контент от копирования, т.е. пиратства.
Протокол HDCP
Принцип действия HDCP состоит в том, что устройства, соединенные кабелем HDMI, устанавливают между собой связь и обмениваются криптоключами для дешифровки сигналов. В начале работы по каналу DDC происходит процедура аутентификации между передатчиком и приемником сигнала. Передатчик и приемник имеют по 40 56-битных секретных ключей, причем ключи уникальны для каждого экземпляра устройства, а также уникальный идентификатор KSV (Key Selection Vector). В процессе установления связи между устройствами вычисляется текущий общий ключ и определяются параметры шифрования. Параметры меняются для каждого кадра видео.
В соответствии с требованиями протокола HDCP передатчик должен иметь память скомпрометированных устройств, в которую заносятся KSV. Объем памяти 5 кб, что позволяет сохранять сведения примерно о 1000 устройств. Скомпрометированным считается устройство, выполняющее действия, нарушающие лицензионные соглашения. База с KSV таких устройств будет записаться на Blu-ray диски, и их воспроизведение на скомпрометированных устройствах будет невозможным.
Если используется защита HDCP, невозможно сохранение расшифрованных данных, расшифрованный сигнал на цифровые выходы не выдается, а на аналоговые выходы обычно не выдается сигнал с высоким разрешением (это не оговорено в стандарте), использование повторителей возможно только с контролем прав доступа устройств, через которые проходит цифровой поток.
Это означает, что в случае подключения к системе какого-либо записывающего устройства, плеер откажется передавать ему информацию. Причем в число жертв попадают и владельцы телевизоров с HDMI, не поддерживающим технологию HDCP. Такие устройства защищенный контент не только не записывают, но даже и не читают.
Кадр HDMI: 
Интерфейс HDMI поддерживает двухканальный PCM (48 кГц) IEC60958, сжатый аудиосигнал IEC61937 (Dolby Digital, DTS), а также такие перспективные форматы, как Dolby TrueHD и DTS-HD. Возможна передача 8-канального цифрового звука с частотой 192 кГц без сжатия. Звуковой сигнал «зашивается» в кадровые и строчные интервалы гашения в виде пакетов данных, которые передаются вместе с видео.
Источник
