使HDMI系統(tǒng)適用于深色應(yīng)用
深色系統(tǒng)能夠提供10位、12位和16位的色深(RGB或YCbCr),從而為大家?guī)?lái)更為鮮艷的色彩和更為逼真的電視體驗(yàn),解決了當(dāng)今高對(duì)比顯示技術(shù)常見(jiàn)的帶狀干擾(banding artifacts)問(wèn)題。 深色技術(shù)能夠在最暗的黑色值和最亮的白色值之間提供更多灰色陰影,從而提高了對(duì)比度增加后的顯示質(zhì)量,在屏幕上呈現(xiàn)出更為流暢的色彩圖像。
新版本還增加了對(duì)“xvYCC”色彩標(biāo)準(zhǔn)的支持,從而極大地?cái)U(kuò)展了現(xiàn)有高清電視的色譜,在屏幕上實(shí)現(xiàn)肉眼能夠分辨出的所有色彩,且呈現(xiàn)更為精準(zhǔn)。( 本文的附表列出HDMI 1.3版本的改進(jìn)。)
這種先進(jìn)的色彩顯示技術(shù)將被應(yīng)用于新型高清設(shè)備中,如高清DVD與Blu-ray 播放器等,但是否將“深色”內(nèi)容應(yīng)用于磁盤(pán)中將取決于內(nèi)容提供商。深色技術(shù)還被應(yīng)用于最新的游戲機(jī)產(chǎn)品之中,如索尼PlayStation 3(圖1),為游戲機(jī)玩家?guī)?lái)更為生動(dòng)的游戲體驗(yàn)。
圖1. 運(yùn)用HDMI 1.3版本的系統(tǒng),如游戲機(jī)、高清DVD或Blu-ray DVD播放器,可使用數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)340MHz的數(shù)據(jù)鏈接直接與顯示子系統(tǒng)相連。
為了完全實(shí)現(xiàn)源設(shè)備和高清電視之間的高數(shù)據(jù)傳輸速率,系統(tǒng)所用電纜必須能夠處理更強(qiáng)的帶寬信號(hào)。HDMI 1.3版本定義了兩種新型電纜,廠商根據(jù)不同的系統(tǒng)進(jìn)行選擇:
• 標(biāo)準(zhǔn)電纜(也稱(chēng)為1類(lèi)電纜):這種電纜支持的最高數(shù)據(jù)速率可達(dá)75 MHz,對(duì)應(yīng)于720p和1080i分辨率。
• 高速電纜(也稱(chēng)為2類(lèi)電纜):這種電纜支持的數(shù)據(jù)速率可達(dá)340 MHz,對(duì)應(yīng)于1080p分辨率、深色與高刷新率。
雖然現(xiàn)有的電纜大部分被測(cè)定為標(biāo)準(zhǔn)電纜,但其中的許多產(chǎn)品(尤其是3米或3米以下長(zhǎng)度的電纜)都能夠通過(guò)高速電纜測(cè)試。這種電纜只需對(duì)其特性進(jìn)行重新設(shè)定即可通過(guò)高速電纜測(cè)試。集成在HDMI接收器芯片上的片上平衡電路是使電纜獲得極限性能或更大長(zhǎng)度以支持最高可達(dá)340MHz的高數(shù)據(jù)速率的關(guān)鍵因素。當(dāng)HDMI接口在高速率下被阻斷的時(shí)候,這種平衡電路能夠在為信號(hào)衰減提供顯著補(bǔ)償。
系統(tǒng)實(shí)施事宜
為實(shí)施HDMI1.3版本的“深色”技術(shù),設(shè)計(jì)者應(yīng)注意兩個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域的問(wèn)題:更高的數(shù)據(jù)速率與更高色深度。在深色技術(shù)中,每一個(gè)幀必須傳遞更多的色彩數(shù)據(jù),因此數(shù)據(jù)速率更高。在HDMI 1.3標(biāo)準(zhǔn)下,最大單鏈接帶寬已增加到340 MHz,使合計(jì)數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到10.2 Gbits/秒。大帶寬允許顯示技術(shù)支持視頻以更高的幀速率傳輸(如120Hz),且每視頻幀能傳遞更多色彩數(shù)據(jù)。
HDMI 1.3設(shè)備的接收與發(fā)送電路必須配備更寬的內(nèi)部數(shù)據(jù)通道,以適應(yīng)最高可達(dá)每分量(component)16位的色深(12位是現(xiàn)有深色設(shè)備支持的最常用色深)。任何實(shí)施了深色技術(shù)的ASIC都必須增加芯片上數(shù)據(jù)通道的寬度,擴(kuò)大幀緩沖,并增加邏輯電路內(nèi)部速度以便在相同的幀時(shí)間內(nèi)處理更多數(shù)據(jù)。
使用現(xiàn)有壓縮標(biāo)準(zhǔn)(如MPEG2、MPEG4、H.264、AVC等)編碼的內(nèi)容為每像素分量8位色彩,但源電路的視頻處理仍可將8位字?jǐn)U展為10位或更高,以高度的位數(shù)確保處理過(guò)程中的色彩精準(zhǔn)度。處理過(guò)程可能會(huì)改變色彩界限,采用8以上的位數(shù)以精確再現(xiàn)信號(hào)。即使對(duì)于具有8位色彩調(diào)色盤(pán)的DVD播放器、機(jī)頂盒或高清電視,在視頻處理中運(yùn)用深色技術(shù),仍可使其畫(huà)質(zhì)獲得明顯提高。最令人驚喜的是,這項(xiàng)新標(biāo)準(zhǔn)可以實(shí)現(xiàn)在本地創(chuàng)建、并且使用8位以上色深對(duì)內(nèi)容完成進(jìn)處理。
處理30位、36位和48位像素的能力,即在4:4:4色空間(原始對(duì)象)中意味著每色彩分量10位、 12位和16位,能夠提供優(yōu)質(zhì)畫(huà)面。高精度10位與12位色深可被任何源設(shè)備或處理器用于視頻處理并擴(kuò)展原有的8位數(shù)據(jù),同樣,某些顯示器也可將其用于內(nèi)部視頻處理。一些顯示器中的嵌入處理器可擴(kuò)展所需比特位,以實(shí)現(xiàn)對(duì)8位/分量的透明支持,并實(shí)施附加處理,以最小化帶狀干擾。
連接源設(shè)備與接收器
任何源設(shè)備與接收器之間的HDMI連接都具有智能化的特點(diǎn),即接收器的EDID ROM芯片將顯示所支持的全部音頻和視頻格式,包括色深模式。這種方式可以使用戶(hù)享受到經(jīng)過(guò)自動(dòng)優(yōu)化、達(dá)到最佳質(zhì)量模式的音頻與視頻體驗(yàn),所有連接在一起的HDMI設(shè)備都能夠?qū)@種功能提供相互支持。
在讀取接收器的容量之后,源設(shè)備將進(jìn)行自我設(shè)置,使用接收器支持的恰當(dāng)?shù)囊曨l時(shí)序和色深格式發(fā)送數(shù)據(jù)流。如果與接收器相連的具有深色功能的源接口只支持8位色深而不支持深色功能,那么源設(shè)備必須發(fā)送被編碼為8位色深的視頻。如果源設(shè)備不支持連接至深色接收器的色深接口,那么此源設(shè)備須尋找另外一種接收器能夠支持的色深模式(如8位模式),再輸出合適的兼容視頻信號(hào)。
深色的實(shí)施不會(huì)對(duì)HDMI的物理層或8位至10位TMDS編碼層產(chǎn)生直接影響。要傳輸8位以上的附加像素?cái)?shù)據(jù),必須增加HDMI接口的時(shí)鐘速率,以在相同的幀時(shí)間內(nèi)容納附加像素。在12位色深(每視頻幀像素?cái)?shù)據(jù)是8位色深的1.5倍)的情況下,72位色深(包含兩個(gè)36位像素?cái)?shù)據(jù))被容納進(jìn)三個(gè)8位像素幀(8位紅、8位綠、8位藍(lán)=24位/幀 * 3幀=72位),TMDS時(shí)鐘以1.5倍以上的速率運(yùn)行。
為創(chuàng)建能夠提供并顯示深色內(nèi)容的系統(tǒng),源設(shè)備與接收器子系統(tǒng)需要能夠支持50%以上增速的HDMI發(fā)射器與接收器芯片,以處理深色帶來(lái)的更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。Silicon Image公司的VastLane SiI9134 HDMI 1.3發(fā)射器(圖2)以及SiI9125 HDMI 1.3接收器(圖3)均可反向兼容此前的HDMI 1.2產(chǎn)品(由于總線(xiàn)接口較大,因此不可插腳兼容)。SiI9134在其自身和提供內(nèi)容的系統(tǒng)控制器之間需要更寬的數(shù)據(jù)通路,這是發(fā)射端(源)的主要變化。
圖2. 當(dāng)在SiI9134等源端電路上集成HDMI 1.3版本邏輯時(shí),發(fā)射器需要連接到系統(tǒng)控制器更寬的數(shù)據(jù)接口(36位),用于對(duì)視頻內(nèi)容進(jìn)行解碼。
圖3. HDMI接口(如SiI9125)的接收選項(xiàng),處理兩個(gè)高速HDMI 1.3數(shù)據(jù)鏈接,對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行解碼并將數(shù)據(jù)重新格式化為傳輸?shù)斤@示子系統(tǒng)的36位并行數(shù)據(jù)字。
與上一代發(fā)射器產(chǎn)品類(lèi)似, SiI9134等為HDMI 1.3設(shè)計(jì)的芯片必須配備高速數(shù)據(jù)加密引擎,以使用名為高帶寬數(shù)字內(nèi)容保護(hù)(HDCP)的加密標(biāo)準(zhǔn)為內(nèi)容提供保護(hù)。HDCP能夠確保內(nèi)容通過(guò)HDMI鏈接安全傳輸。由于音頻數(shù)據(jù)被嵌入在TMDS流中,因此HDCP加密能夠同時(shí)保護(hù)音頻與視頻數(shù)據(jù)。
當(dāng)系統(tǒng)控制器為HDMI發(fā)射器芯片提供未經(jīng)壓縮的并行視頻數(shù)據(jù)時(shí),發(fā)射器將在加密數(shù)據(jù)之前對(duì)并行視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行TMDS串行轉(zhuǎn)換和色空間轉(zhuǎn)換,再將其作為兼容HDMI信號(hào)發(fā)射出去。提供未經(jīng)壓縮的音頻與視頻數(shù)據(jù)的系統(tǒng)控制器通常為融入源設(shè)備的ASIC設(shè)計(jì),如高清DVD/Blu-ray播放器、機(jī)頂盒或游戲機(jī)等。這種電路必須進(jìn)行改進(jìn)以滿(mǎn)足深色技術(shù)的要求。
典型子系統(tǒng)的控制器包括壓縮解碼器、將音頻數(shù)據(jù)流由組合數(shù)據(jù)流中分離出來(lái)的運(yùn)算邏輯 (組合數(shù)據(jù)流由磁盤(pán)中讀取,或被匯入機(jī)頂盒),以及幀緩沖控制邏輯。在通常情況下,常用的DRAM可被用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù),因此幀緩沖可位于ASIC外部。HDMI 1.3版本的幀緩沖通常要大于HDMI1.2系統(tǒng)的幀緩沖,以存儲(chǔ)深色圖像的色彩內(nèi)容。
與上一代HDMI接收器芯片類(lèi)似,HDMI 1.3版本接收器解決方案包括一部HDCP解密引擎,用于對(duì)被保護(hù)內(nèi)容進(jìn)行正確解碼。舉例來(lái)說(shuō),每一部SiI9125都使用完全集成的獨(dú)特HDCP密鑰編程,以提供對(duì)保護(hù)內(nèi)容的便捷訪(fǎng)問(wèn),同時(shí)減少系統(tǒng)廠商的制造復(fù)雜度和制造成本。接收器芯片捕捉高速串行數(shù)據(jù)流,對(duì)比特流進(jìn)行解碼并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為適當(dāng)?shù)牟⑿懈袷剑ㄈ缬糜谏畹?6位,或用于標(biāo)準(zhǔn)色彩的24位)并傳輸?shù)斤@示子系統(tǒng)中。
除因支持深色而需要更寬的數(shù)據(jù)通道外,高清顯示子系統(tǒng)基本上沒(méi)有改變。實(shí)現(xiàn)這一變動(dòng)只需對(duì)現(xiàn)有電路進(jìn)行簡(jiǎn)單改進(jìn),因此系統(tǒng)電子成本幾乎沒(méi)有增加。這樣,設(shè)計(jì)者就無(wú)需費(fèi)力更新高清顯示器/接收器以處理深色數(shù)據(jù),尤其是許多高清顯示子系統(tǒng)已經(jīng)具有處理比HDMI 1.2版本更豐富的色彩的能力。這些微小的設(shè)計(jì)變動(dòng)將使系統(tǒng)具備強(qiáng)大的HDMI 1.3版本深色功能,提供栩栩如生的鮮明色彩,使用戶(hù)享受到逼真的電視體驗(yàn)。
Michael Schumacher,技術(shù)營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理
Anjum Tanveer,產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)高級(jí)經(jīng)理
Silicon Image公司,加利福尼亞州森尼維耳市(Sunnyvale)
HDMI 版本表
|
1.3版本 |
|
1.1版本 |
1.0版本 |
發(fā)布日期 |
2006年6月 |
2005年12月 |
2004年5月 |
2002年12月 |
視頻帶寬 |
340 MHz (10 Gbps) 1080p,刷新率最高為120Hz |
165 MHz (5 Gbps) 1080p,刷新率60Hz |
165 MHz (5 Gbps) 1080p,刷新率60Hz |
165 MHz (5 Gbps) 1080p,刷新率60Hz |
色深 |
24,30,36,48 位 |
24 位 |
24 位 |
24 位 |
色彩空間 |
xvYCC,RGB,YCbCr |
RGB,YCbCr |
RGB, YCbCr |
RGB, YCbCr |
音頻 |
杜比 True HD,DTS-HD,SACD,DVD音頻,PCM,杜比數(shù)字,DTS |
SACD,DVD音頻,PCM,杜比數(shù)字,DTS |
DVD音頻,PCM,杜比數(shù)字,DTS |
PCM,杜比數(shù)字,DTS |
控制 |
CEC |
CEC |
CEC |
CEC |
連接器 |
迷你HDMI,A型 |
A型 |
A型 |
A型 |
說(shuō)明: 所有新版本均向后兼容先前版本。