HDMI 设计要点
美商晶像消費性電子產品部門產品行銷總監Stevan Eidson 美商晶像應用工程師Peter Hii
HDMI Licensing LLC目前授權兩家HDMI授權測試中心(ATC)，其中一家位於日本大阪，由Matsushita Electric Industries經營，另一家則位於美國加州Sunnyvale，由晶像公司(Silicon Image, Inc.)主持。HDMI Licensing LLC可能在日後授權其他ATC。 之前曾經提過，HDMI技術採用廠商在四類產品(來源裝置、終端裝置、複送器與纜線)當中，所開發的第一台HDMI產品，必須送往HDMI ATC接受認證。只要某類別中的第一台產品通過ATC相容性認證，技術採用廠商即可對未來產品進行內部的相容性自我測試，也可以繼續將產品提交ATC認證。 技術採用廠商在提交產品進行測試時，必須一併送出產品、操作指南與操作產品所需的其他所有設備。例如，許多STB產品要求廣播品質的來源訊號才能正常運作。HDMI ATC並未配備有線電視或衛星電視訊號源設備，因此STB製造商必須提供能讓產品之HDMI輸出端正常運作的訊號來源。
提交的來源或複送器DUT必須能夠中止HDCP加密以進行測試，此外還必須隨測試產品附上兩份表格。HDMI申請表包括所有的申請人聯絡資訊和產品資訊。製造商可以在HDMI申請表中，列出相同系列的多
項產品。必須要與提交測試的產品使用相同的HDMI軟硬體(終端裝置則還需要相同的EDID)，才能列為系列產品，。第二份表格為性能聲明表(CDF)。CDF詳細描述產品的HDMI性能以及所有應測試相容性的功能。這是ATC技師決定DUT測試項目的指南。
每家ATC都獨立經營，並自行設定價格與商業款。因此，與各間ATC交涉的過程可能會稍微不同。
在下列兩節當中，我們將探討ATC認證失敗最常見的設計問題，以及如何避免這些失敗的一些良好設計作法。本節主要針對來源裝置設計，下一節則針對終端裝置設計。
◎讀取EDID
儘管來源裝置對EDID的要求與EDID的讀取規定相當簡單，但它也在提交ATC認證的產品中，最主要的失敗項目之一。來源裝置必須能讀取最大32K位元組的資料。來源裝置的設計必須能讀取EDID 1.3結構以及其後的CEA 時序延伸(Timing Extension)。來源設計也必須能使用E-DDC指定的60h區段暫存器，讀取更大且帶有延伸圖(Extension Map)的EDID 1.3結構。
HDMI介面具有熱插偵測(HPD)訊號。終端裝置需要將HPD訊號拉低以提示E-EDID結構變化。當HPD 訊號拉低時，來源裝置就必須讀取EDID。設計來源裝置的EDID讀取方式時，請考慮到來源裝置應當
感測到HPD上100ms或以上的拉低訊號，其必須讀取EDID以了解終端裝置是否出現變化。
◎DDC/CEC電容與電壓寻中国最美七仙女
DDC實體連接為根據I2C匯流排所設計的資料(SDA)與時脈(SCL)匯流排。I2C相容性是DDC相容性的
重要一環，而DDC又是HDMI相容性的關鍵。在典型的設計中，通常以電阻器或比較罕見的電流來源被動拉高I2C匯流排。HDMI的最大電容性負載設於800 pF，能在HDMI指定的最大時脈100kHz，於I2C 匯流排達到可接受的上升時間。800 pF的最大電容性負載分別配置於來源裝置(50 pF)、纜線(700 pF)與終端裝置(50 pF)之間。因此來源裝置與終端裝置都必須將DDC電容控制在50 pF以下，才能通過相容性測試。
圖1：I2C匯流排模型。HDMI要求來源裝置與終端裝置的裝置與電容都必須在50 pF以下
HDMI消費性電子產品控制(CEC)線在裝置之間，傳輸播放、錄製與待命這類高階指令。HDMI將CEC電容設定限度為100pF。設計DDC匯流排與CEC線時，必須將電容保持在最小。應避免使用任何以高寄生電容直接連接至DDC總綫或CEC訊號線的裝置。
為了與I2C完全相容，HDMI指定DDC線必須提供5.0V±10%的高電壓。設計師應確定讓DDC高電壓介於4.5 V與5.5 V之間，以通過HDMI的相容性測試。對於無CEC功能的產品。最佳作法是絕對不將裝置
連接至CEC訊號。所有其他作法都可能劣化與其他裝置之間的CEC通訊。對於支援CEC的裝置而言，在設計CEC驅動器與支援電路時，必須特別小心符合指定的訊號上升與下降時序限度，避免過度漏電流的出現－即使是在DUT處於關機或從AC電源拔除插的狀態下。
這也是終端裝置設計上常見的失敗，設計師應更加留意DDC/CEC的電容和電壓需求。
◎視訊格式時序
DUT支援且在CEA-861B描述的所有HDMI視訊格式，都必須相容以達到更大的互通性。設計來源裝置時，來源的每個水平與垂直時序參數都必須正確。HDMI將視訊資料期間(Video Data Period)定義為水平線上的有效視訊時間(active video time)。在表1列出的所有視訊參數皆需接受HDMI相容性測試。
表1：HDMI規格相容性需量測的CEA-861B視訊格式時序參數
參數單位說明
像素時脈速率 MHz 總像素速率
水平時序參數
總像素像素水平同步有效邊之間的總像素數目
有效像素像素每線的視訊資料期間的像素數目
視訊至水平同步期間時脈從有效視訊結束到水平同步開始的時間
水平同步長度時脈水平同步訊號有效的時間
水平同步極性 + 或–視訊資料期間一個像素前的水平同步訊號極性。
垂直時序參數
總行數行垂直同步有效邊之間的像素數目除以水平總像素
有效行行垂直同步有效邊之間的視訊資料期間數量
垂直同步至視訊期間行垂直同步有效邊與下一視訊資料期間之間的水平同步數量
垂直同步長度行垂直同步有效的像素數目除以水平總像素
垂直同步極性 + 或–視訊資料期間一個像素前的垂直同步訊號極性。气炮
在提交產品進行相容性測試前，需測試所有CEA-861B格式參數以確定格式與規格相容。
◎AVI與Audio InfoFrame
輔助視訊資訊(AVI) InfoFrame自來源裝置，將有關目前視訊格式的資訊傳輸至終端裝置。同樣的，Audio InfoFrame則傳輸有關當前音訊格式的資料。InfoFrame是在CEA-861B中定義的結構，並由HDMI 採用於Data Island Packet中傳輸。
幾乎所有HDMI來源裝置都需要在每兩個video field間，至少傳輸一個AVI InfoFrame。即使是相容規格不要求使用AVI的罕見情況下，還是強烈建議仍傳輸AVI，因為有些終端裝置在無法從來源裝置接收到AVI時，性能會出現問題。
AVI InfoFrame必須傳輸有關長寬比例、有效格式資訊、overscan和underscan與度的資訊。由於應用此資訊，自動調整適當顯示的HDMI電視之數量不斷增加，來源裝置設計師必須小心正確地設定這些欄位。
若來源必須傳輸音訊，那麼必須在每兩個video field之間至少傳輸一個正確的Audio InfoFrame。雖然Audio InfoFrame包含有關音訊編碼類型、取樣大小與樣本頻率這類資料，但HDMI還是以IEC 60958與IEC 61937的串流標傳輸此資訊。因此這些Audio InfoFrame的欄位應該設定為“參照串流標”。Audio InfoFrame中的所有其他欄位應包含正確資料。HDMI 相容性測試會檢查所有資料組合是否正確，而來源裝置設計師應確認欄位組合正確。
終端裝置設計作法
來源裝置出現的許多常見失敗也能在終端裝置的設計上發現。以下將探討提交HDMI ATC的設計中，最常見的終端裝置失敗。
美商晶像消費性電子產品部門產品行銷總監Stevan Eidson
美商晶像應用工程師Peter Hii
HDMI Licensing LLC目前授權兩家HDMI授權測試中心(ATC)，其中一家位於日本大阪，由Matsushita Electric Industries經營，另一家則位於美國加州Sunnyvale，由晶像公司(Silicon Image, Inc.)主持。HDMI Licensing LLC可能在日後授權其他ATC。周小青
之前曾經提過，HDMI技術採用廠商在四類產品(來源裝置、終端裝置、複送器與纜線)當中，所開發的第一台HDMI產品，必須送往HDMI ATC接受認證。只要某類別中的第一台產品通過ATC相容性認證，技術採用廠商即可對未來產品進行內部的相容性自我測試，也可以繼續將產品提交ATC認證。
技術採用廠商在提交產品進行測試時，必須一併送出產品、操作指南與操作產品所需的其他所有設備。例如，許多STB產品要求廣播品質的來源訊號才能正常運作。HDMI ATC並未配備有線電視或衛星電視訊號源設備，因此STB製造商必須提供能讓產品之HDMI輸出端正常運作的訊號來源。
提交的來源或複送器DUT必須能夠中止HDCP加密以進行測試，此外還必須隨測試產品附上兩份表格。HDMI申請表包括所有的申請人聯絡資訊和產品資訊。製造商可以在HDMI申請表中，列出相同系列的多項產品。必須要與提交測試的產品使用相同的HDMI軟硬體(終端裝置則還需要相同的EDID)，才能列為系列產品，。第二份表格為性能聲明表(CDF)。CDF詳細描述產品的HDMI性能以及所有應測試相容性的功能。這是ATC技師決定DUT測試項目的指南。
每家ATC都獨立經營，並自行設定價格與商業款。因此，與各間ATC交涉的過程可能會稍微不同。
來源設計作法
在下列兩節當中，我們將探討ATC認證失敗最常見的設計問題，以及如何避免這些失敗的一些良好設計作法。本節主要針對來源裝置設計，下一節則針對終端裝置設計。
◎讀取EDID
儘管來源裝置對EDID的要求與EDID的讀取規定相當簡單，但它也在提交ATC認證的產品中，最主要的失敗項目之一。來源裝置必須能讀取最大32K位元組的資料。來源裝置的設計必須能讀取EDID 1.3結構以及其後的CEA 時序延伸(Timing Extension)。來源設計也必須能使用E-DDC指定的60h區段暫存器，讀取更大且帶有延伸圖(Extension Map)的EDID 1.3結構。
HDMI介面具有熱插偵測(HPD)訊號。終端裝置需要將HPD訊號拉低以提示E-EDID結構變化。當HPD 訊號拉低時，來源裝置就必須讀取EDID。設計來源裝置的EDID讀取方式時，請考慮到來源裝置應當感測到HPD上100ms或以上的拉低訊號，其必須讀取EDID以了解終端裝置是否出現變化。
◎DDC/CEC電容與電壓
DDC實體連接為根據I2C匯流排所設計的資料(SDA)與時脈(SCL)匯流排。I2C相容性是DDC相容性的重要一環，而DDC又是HDMI相容性的關鍵。在典型的設計中，通常以電阻器或比較罕見的電流來源被動拉高I2C匯流排。HDMI的最大電容性負載設於800 pF，能在HDMI指定的最大時脈100kHz，於I2C 匯流排達到可接受的上升時間。800 pF的最大電容性負載分別配置於來源裝置(50 pF)、纜線(700 pF)與終端裝置(50 pF)之間。因此來源裝置與終端裝置都必須將DDC電容控制在50 pF以下，才能通過相容性測試。
圖1：I2C匯流排模型。HDMI要求來源裝置與終端裝置的裝置與電容都必須在50 pF以下
HDMI消費性電子產品控制(CEC)線在裝置之間，傳輸播放、錄製與待命這類高階指令。HDMI將CEC電容設定限度為100pF。設計DDC匯流排與CEC線時，必須將電容保持在最小。應避免使用任何以高寄生電容直接連接至DDC總綫或CEC訊號線的裝置。
為了與I2C完全相容，HDMI指定DDC線必須提供5.0V±10%的高電壓。設計師應確定讓DDC高電壓介於4.5 V與5.5 V之間，以通過HDMI的相容性測試。對於無CEC功能的產品。最佳作法是絕對不將裝置連接至CEC訊號。所有其他作法都可能劣化與其他裝置之間的CEC通訊。對於支援CEC的裝置而言，在設計CEC驅動器與支援電路時，必須特別小心符合指定的訊號上升與下降時序限度，避免過度漏電流的出現－即使是在DUT處於關機或從AC電源拔除插的狀態下。
创新社会管理体制
這也是終端裝置設計上常見的失敗，設計師應更加留意DDC/CEC的電容和電壓需求。
◎視訊格式時序
DUT支援且在CEA-861B描述的所有HDMI視訊格式，都必須相容以達到更大的互通性。設計來源裝置時，來源的每個水平與垂直時序參數都必須正確。HDMI將視訊資料期間(Video Data Period)定義為水平線上的有效視訊時間(active video time)。在表1列出的所有視訊參數皆需接受HDMI相容性測試。
表1：HDMI規格相容性需量測的CEA-861B視訊格式時序參數
參數單位說明
中国建设监理协会像素時脈速率 MHz 總像素速率
水平時序參數
總像素像素水平同步有效邊之間的總像素數目
有效像素像素每線的視訊資料期間的像素數目
視訊至水平同步期間時脈從有效視訊結束到水平同步開始的時間
水平同步長度時脈水平同步訊號有效的時間
水平同步極性 + 或–視訊資料期間一個像素前的水平同步訊號極性。
垂直時序參數
總行數行垂直同步有效邊之間的像素數目除以水平總像素
七夕之国有效行行垂直同步有效邊之間的視訊資料期間數量
垂直同步至視訊期間行垂直同步有效邊與下一視訊資料期間之間的水平同步數量
垂直同步長度行垂直同步有效的像素數目除以水平總像素
垂直同步極性 + 或–視訊資料期間一個像素前的垂直同步訊號極性。
在提交產品進行相容性測試前，需測試所有CEA-861B格式參數以確定格式與規格相容。
◎AVI與Audio InfoFrame
輔助視訊資訊(AVI) InfoFrame自來源裝置，將有關目前視訊格式的資訊傳輸至終端裝置。同樣的，Audio InfoFrame則傳輸有關當前音訊格式的資料。InfoFrame是在CEA-861B中定義的結構，並由HDMI 採用於Data Island Packet中傳輸。
幾乎所有HDMI來源裝置都需要在每兩個video field間，至少傳輸一個AVI InfoFrame。即使是相容規格不要求使用AVI的罕見情況下，還是強烈建議仍傳輸AVI，因為有些終端裝置在無法從來源裝置接收到AVI時，性能會出現問題。
AVI InfoFrame必須傳輸有關長寬比例、有效格式資訊、overscan和underscan與度的資訊。由於應用此資訊，自動調整適當顯示的HDMI電視之數量不斷增加，來源裝置設計師必須小心正確地設定這些欄位。
若來源必須傳輸音訊，那麼必須在每兩個video field之間至少傳輸一個正確的Audio InfoFrame。雖然Audio InfoFrame包含有關音訊編碼類型、取樣大小與樣本頻率這類資料，但HDMI還是以IEC 60958與IEC 61937的串流標傳輸此資訊。因此這些Audio InfoFrame的欄位應該設定為“參照串流標”。Aud
io InfoFrame中的所有其他欄位應包含正確資料。HDMI 相容性測試會檢查所有資料組合是否正確，而來源裝置設計師應確認欄位組合正確。
終端裝置設計作法
來源裝置出現的許多常見失敗也能在終端裝置的設計上發現。以下將探討提交HDMI ATC的設計中，最常見的終端裝置失敗。
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