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HDMI接口在嵌入式视频监控系统中的应用

廖梦云 赵利?? 2009年08月28日 ?? 收藏0

  引言

  传统的模拟视频接口有复合视频信号(CVBS、A/V),S端子(Y/C、S-Video),模拟分量视频信号(Y、U、V或Y、R-Y、B- Y)和通用 D-SUB( 9芯)端口等。随着人们对图像显示质量要求的不断提升,在视频监控方面用模拟接口来传输和显示监控的视频已经不能满足人们的要求。以高清数字电视为代表的数字视频设备的应用越来越普遍,模拟视频接口标准更加无法适应在带宽、内容保护、音频支持等方面的发展需求,这就使得数字视频接口标准更能适应市场的需求。HDMI(High-Definition Multimedia Interface)是数字视频接口中的一种接口标准,由于其具有单一线缆上能同时传输音视频、带宽高和 HDCP加密等优点,所以此接口在多媒体数字产品中得到了广泛的应用[1]。在嵌入式视频监控系统中加入 HDMI接口,可在带 HDMI接收端的监控终端清楚地看到监控场景,进而扩展了视频监控的应用场所。

  1. HDMI技术及其基本传输原理

  1.1 HDMI技术简介

  HDMI是首个支持在单线缆上传输,不经过压缩的全数字高清晰度、多声道音频和智能格式与控制命令数据的数字接口,由 Silicon Image倡导,联合索尼、东芝等八家著名的消费类电子制造商联合成立的工作组共同开发的。HDMI最早的接口规范是 2002年 12月公布的HDMI 1.0,目前的最高版本是2006年6月发布的HDMI 1.3。HDMI通过一条HDMI缆线可以提供所有的音视频源与音视频终端之间的连接,实现视频源和显示终端的双向通信,在保持高品质的情况下能够以数码形式传输未经压缩的高分辨力视频和多声道音频数据,还可搭配宽带数字内容保护HDCP(High-band with Digital Content Protection)。新发布的HDMI

  1.3[2]支持的带宽更高,还增加了 Deep Color技术,支持 xvYCC色彩标准、唇型同步、新型无损音频格式 Dolby TrueHD和 DTS-HD Master Audio等。

  1.2 HDMI基本传输原理

  HDMI系统结构由 HDMI源(发送端)和 HDMI宿(接收端)组成,其传输结构图如图 1所示,HDMI传输线包括三个不同的 TMDS数据信息通道和一个时钟通道,这些通道用来传输音视频数据及附加信息,音视频数据和附加信息通过三个不同的 TMDS通道传送到接收端上,而视频的像素时钟则通过 TMDS时钟通道传送,接收端接受这个频率参数之后,再还原另外三个数据信息通道传递过来的信息。DDC通道用来在发送端和接收端之间进行配置以及状态信息交换。可选的CEC通道用来提供用户环境中各种不同的音视频产品之间的高层控制功能,例如自动设定的细节、单键播放或是遥控。

传输结构图

  TMDS(Transition Minimized Differential Signaling)信号传输技术 [3]。最小化传输差分信号 TMDS是指通过异或及异或非等逻辑算法将原始信号数据转换成 10位,前 8位数据由原始信号经运算后获得,第9位指示运算的方式,第10位用来对应直流平衡(DC-balanced) ,转换后的数据以差分传动方式传送。这种算法可使被传输信号过渡过程的上冲和下冲减小,传输的数据趋于直流平衡,使信号对传输线的电磁干扰减少,提高信号传输的速度和可靠性。

  音视频信号传输。HDMI输入的源编码格式包括视频像素数据、控制数据和数据包。在每一个 TMDS通道中,HDMI数据包含 2位的控制数据、8位的视频数据和 4位的数据包,其传输过程可以分成三个部分:视频数据传输期、岛屿数据传输期和控制数据传输期。岛屿数据和控制数据的传输是在视频数据传输的消隐期,即在传输音频数据和其他辅助数据的时候,并不会占据视频数据传输的带宽,并且也不需要一个单独的通道来传输音频数据和其他辅助数据。

  为了保护数字多媒体视频版权,HDMI采用了HDCP(High Band-width Digital ContentProtection)技术,其本质是数字信号加密和解密技术。HDMI数据经由授权认证协定、数据加密解密和自我更新三部分组成的保护系统传输后,可拒绝非法接收设备的连接,从而阻止了非法设备的扩散。

  2. HDMI源接口电路设计

  2. 1源接口芯片的特性

  目前 HDMI源接口芯片(发射端)很多,比较常用的有基于硅解决方案 Silicon Image的 Sil90xx系列和 Analogix的 ANX90xx系列。本设计采用 Analogix公司的 ANX9030作为HDMI源接口芯片。ANX9030的内部功能结构 [4]如图 2所示。

ANX9030的内部功能结构

图2 ANX9030 内部功能结构图


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