ay: block;">目前,高清多媒體接口(HDMI)已經(jīng)成為任一臺(tái)高清電視(
HDTV)和眾多的為HDTV提供內(nèi)容的多媒體源設(shè)備之間的標(biāo)準(zhǔn)接口。隨著新系統(tǒng)中采用HDMI 1.3標(biāo)準(zhǔn),利用更豐富的高分辨率視頻數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)更明快清晰的圖像成為可能。HDMI規(guī)范包括用于生動(dòng)逼真的彩色的深彩色增強(qiáng)功能,還有許多其他方面的改進(jìn),包括更好的唇同步,支持無(wú)損的HD音頻格式,“xvYCC”擴(kuò)展色域,以及一個(gè)新興的小型連接器。
深彩色系統(tǒng)將提供更逼真生動(dòng)的電視體驗(yàn),支持10-、12-、16比特的色深(RGB或YCbCr),能夠提供更生動(dòng)的彩色圖像,消除了目前高對(duì)比度顯示的帶狀干擾。深彩色通過(guò)提供更好的最暗黑和最亮白之間的灰影(shades of grey),改進(jìn)了增強(qiáng)型對(duì)比度顯示的質(zhì)量,從而產(chǎn)生更平滑的彩色圖像。
新規(guī)范還支持“xvYCC”彩色標(biāo)準(zhǔn),從而大大擴(kuò)展了目前的HDTV標(biāo)準(zhǔn)中的色域,導(dǎo)致更精準(zhǔn)的彩色再現(xiàn),并能顯示人眼睛可以看到的任何色彩。附表中概括了HDMI 1.3標(biāo)準(zhǔn)中包括的各種現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)功能的具體描述。
在如HD-DVD和藍(lán)光播放機(jī)這些新型的高清設(shè)備中,將會(huì)采用這些先進(jìn)的彩色性能,不過(guò)這還要依賴于內(nèi)容提供商要再盤上提供深彩色的內(nèi)容。在最新的游戲平臺(tái),例如索尼的PlayStation 3(圖1)中,也采用了深彩色性能。這使得游戲平臺(tái)能夠提供更生動(dòng)的游戲體驗(yàn)。
為了更好地支持源設(shè)備和HDTV間的更高數(shù)據(jù)率,電纜也必須能夠處理更高帶寬的信號(hào)。HDMI 1.3規(guī)范定義了兩種新型的電纜,賣方可以根據(jù)系統(tǒng)差異化需要確定電纜類型:
1.標(biāo)準(zhǔn)電纜(1類),該類電纜的支持速度高達(dá)75MHz,該速率對(duì)應(yīng)的分辨率是720p和1080i；
2. 高速電纜(2類),該類電纜支持的速率高達(dá)340MHz,對(duì)應(yīng)的是1080p,深彩色和高刷新率。
盡管目前的絕大多數(shù)電纜只能作為標(biāo)準(zhǔn)電纜,但是,其中許多(特別是3米或者更短的電纜)可以通過(guò)高速電纜的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。能夠使電纜具有更高質(zhì)量余度和將高達(dá)340MHz的高速信號(hào)傳輸更長(zhǎng)距離的最關(guān)鍵因素是在HDMI接收機(jī)芯片中集成一片均衡電路。在HDMI接口時(shí)鐘速度很高時(shí),該電路大大補(bǔ)償了信號(hào)的衰減損耗。
系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
為了實(shí)現(xiàn)HDMI 1.3規(guī)范中的深彩色功能,設(shè)計(jì)時(shí)必須特別注意兩個(gè)關(guān)鍵的性能領(lǐng)域:即高數(shù)據(jù)率和更大的色深。數(shù)據(jù)率更高的原因是在每幀中必須傳送更多的色彩數(shù)據(jù)。于是,在HDMI 1.3標(biāo)準(zhǔn)中,最大的單路帶寬高達(dá)340MHz,該帶寬的匯聚數(shù)據(jù)傳輸速率可高達(dá)。該帶寬允許顯示器支持更高的幀率(例如120Hz)的視頻,且每幀中可具有更多的色彩數(shù)據(jù)。
圖1:滿足HDMI 1.3 規(guī)范的系統(tǒng)(如游戲平臺(tái)、HD-DVD或藍(lán)光DVD播放機(jī))可以直接連接到采用數(shù)據(jù)鏈路的顯示系統(tǒng),數(shù)據(jù)率可以達(dá)到340 MHz。
支持HDMI 1.3的設(shè)備的發(fā)射和接收電路必須具有更寬的內(nèi)部數(shù)據(jù)通道,使之能夠處理高達(dá)16比特的色深,而目前的深彩色器件通常只能支持12比特的色深。任何實(shí)現(xiàn)深彩色功能的ASIC必須增加芯片數(shù)據(jù)通道寬度,擴(kuò)充幀緩沖容量,并增加內(nèi)部的邏輯速率,以便在相同的幀時(shí)間內(nèi)處理更多的數(shù)據(jù)。
雖然按照目前壓縮標(biāo)準(zhǔn)(如MPEG2、MPEG4、、AVC等)進(jìn)行編碼的內(nèi)容的每個(gè)像素內(nèi)容都是8比特色彩,到源電路中的視頻處理可以將8比特字?jǐn)U展到10比特或更高,使得處理過(guò)程中色彩可以保持更高的精度。處理可以改變色界,利用8比特以上的精度來(lái)精確地代表信號(hào)。甚至是在只有8比特色板的DVD播放機(jī)、機(jī)頂盒和HDTV中,利用視頻處理增強(qiáng)的深彩色功能,也能明顯地改善視頻質(zhì)量。但是,最激動(dòng)人心的應(yīng)用是那些內(nèi)容由本地創(chuàng)建并用8比特以上的色深著色的應(yīng)用。
處理具有4:4:4色彩空間(主要目標(biāo))的30-、36-、48比特像素的能力分別對(duì)應(yīng)于10-、12-、16比特的單色分量,這能夠提供優(yōu)異的圖像。更高精度的10-、12比特的色深對(duì)于任何源或進(jìn)行視頻處理并擴(kuò)展初始的8比特?cái)?shù)據(jù)字的處理器都是有用的。對(duì)于一些顯示器內(nèi)部的視頻處理也是如此。許多顯示器中的處理器擴(kuò)展比特?cái)?shù),以透明支持8比特的分量信號(hào),并實(shí)現(xiàn)使條形噪聲最小的其他處理。
連接源和接收設(shè)備
HDMI以智能的方式連接任何源于接收設(shè)備——即接收設(shè)備的EDID ROM芯片報(bào)告它能支持的所有
音視頻格式,包括色深格式。這樣,用戶就能始終欣賞到由HDMI連接的所有設(shè)備自動(dòng)優(yōu)化到彼此支持的最佳質(zhì)量模式的音視頻體驗(yàn)。
在得知接收端的實(shí)際能力后,源設(shè)備對(duì)自身進(jìn)行配置,以傳輸接收端可以支持的具有合適的視頻定時(shí)和色彩格式的數(shù)據(jù)流。當(dāng)具有深色彩的源與只能支持8比特的色深及非深色彩的接收端對(duì)接時(shí),源設(shè)備必須發(fā)送用8比特色深編碼的視頻。而當(dāng)不支持深彩色格式的源接到支持深彩色的接收端時(shí),源設(shè)備將尋找接收端所報(bào)告的所能支持的其他色深模式(如8比特模式),然后輸出彼此兼容的視頻信號(hào)。
深彩色的實(shí)現(xiàn)并不直接影響HDMI的物理層或8b～10b TMDS編碼層。為了發(fā)送超過(guò)8比特的附加像素?cái)?shù)據(jù),HDMI接口的時(shí)鐘率必須增加,以便在相同的幀周期中封包更多的橡素?cái)?shù)據(jù)。對(duì)于12比特的色深(每視頻幀中的像素?cái)?shù)據(jù)是8比特色深的1.5倍),需要將72比特(包括兩個(gè)36比特像素的數(shù)據(jù))的信息封包到三個(gè)8比特像素幀中(8比特用紅色,8比特綠色,8比特藍(lán)色=24比特/幀*3幀=72比特),則TMD時(shí)鐘將提高1.5倍以上。
要構(gòu)建一個(gè)能夠提供和顯示深彩色內(nèi)容的系統(tǒng),在源和接收設(shè)備中需要采用速度比原來(lái)高50%以上的HDMI發(fā)射器和接收器,來(lái)處理深彩色所需的高數(shù)據(jù)率。Silicon Image公司的VastLane SiI9134 HDMI 1.3發(fā)射器(圖2)和SiI9125 HDMI 1.3接收器(圖3)具有功能后向兼容能力(但由于總線接口更大而并非印腳兼容),故可以替代以前的HDMI 1.2產(chǎn)品。發(fā)射端(源)的主要變化是要求位于它與提供內(nèi)容的系統(tǒng)控制器之間的SiI9134提供更寬的數(shù)據(jù)通道。
圖2:當(dāng)在像SiI9134發(fā)射器這類源端電路上集成HDMI 1.3時(shí),需要一個(gè)連接到負(fù)責(zé)視頻解碼的系統(tǒng)控制器的寬帶數(shù)據(jù)接口(36比特) 。
圖3:HDMI 接口的接收端,例如SiI9125,處理兩個(gè)高速HDMI 1.3數(shù)據(jù)鏈路,對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行重譯并將其重新調(diào)整到36比特并行數(shù)據(jù)字的格式,然后送到顯示系統(tǒng)。
與以前的發(fā)射端產(chǎn)品相似,像SiI9134這類為HDMI 1.3設(shè)計(jì)的芯片包含一個(gè)高速數(shù)據(jù)加密引擎,以保護(hù)采用高帶寬數(shù)字內(nèi)容保護(hù)(HDCP)加密標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容。HDCP允許被保護(hù)的內(nèi)容通過(guò)HDMI鏈路安全發(fā)送。由于音頻數(shù)據(jù)被嵌入TMD數(shù)據(jù)流中,故音視頻數(shù)據(jù)同時(shí)被HDCP加密。
當(dāng)系統(tǒng)控制器提供無(wú)壓縮的并行視頻數(shù)據(jù)到HDMI發(fā)射芯片時(shí),發(fā)射器在加密數(shù)據(jù)和最終作為HDMI信號(hào)發(fā)送之前將完成從并行信號(hào)到TMD串聯(lián)信號(hào)和色彩空間的變換。提供上述無(wú)壓縮的音視頻數(shù)據(jù)的系統(tǒng)控制器通常是一片源設(shè)備(像HD-DVD/藍(lán)光播放機(jī),機(jī)頂盒或游戲平臺(tái))專用的ASIC。正是在這片芯片中實(shí)現(xiàn)了滿足深彩色需求的增強(qiáng)功能。
在一個(gè)典型的子系統(tǒng)中,包括壓縮解碼器,從盤片上讀取的合成數(shù)據(jù)流中分離出音頻數(shù)據(jù)流或合成碼流到機(jī)頂盒中所需的處理邏輯,以及幀緩沖控制邏輯。通常,幀緩沖器是ASIC的關(guān)鍵,因?yàn)橥ㄓ肈RAM可以被用來(lái)保存數(shù)據(jù)。對(duì)于HDMI 1.3,為了保存色彩質(zhì)量更高的內(nèi)容的深彩色圖像,幀緩沖容量必須大于HDMI 1.2系統(tǒng)中的容量。
和以前的HDMI接收芯片類似,HDMI 1.3接收芯片中包含一個(gè)HDCP編碼引擎,來(lái)對(duì)保護(hù)的內(nèi)容進(jìn)行解碼。例如,每個(gè)SiI9125用全集成的唯一HDCP密鑰進(jìn)行編程,以提供對(duì)保護(hù)內(nèi)容的無(wú)縫訪問(wèn),同時(shí)降低系統(tǒng)提供商的制造復(fù)雜度和成本。接收芯片捕獲高速串行數(shù)據(jù)流,解密比特流,并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換回適當(dāng)?shù)牟⑿懈袷?如用于深色彩的36比特,或標(biāo)準(zhǔn)色彩的24比特),然后送到顯示器中。
對(duì)于HD顯示器子系統(tǒng)基本沒(méi)有什么變化,除了更寬的數(shù)據(jù)通道來(lái)支持深彩色之外。這一塊的電路改進(jìn)比較簡(jiǎn)單,只需增加很少甚至無(wú)需增加成本。于是,對(duì)于處理深彩色數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō),設(shè)計(jì)師無(wú)需升級(jí)高清顯示/接收機(jī),特別是現(xiàn)在的許多高清顯示器已經(jīng)能夠處理比先前的HDMI 1.2更豐富的彩色了。這些微小的改變將使得系統(tǒng)具有HDMI 1.3強(qiáng)大的深彩色功能,進(jìn)而使得系統(tǒng)提供商能夠提供生動(dòng)逼真的消費(fèi)者電視體驗(yàn)。
表:HDMI 1.3中的顯示增強(qiáng)功能。
作者:Michael Schumacher
技術(shù)營(yíng)銷經(jīng)理
Anjum Tanveer
高級(jí)產(chǎn)品營(yíng)銷經(jīng)理
Silicon Image 公司
