HDMI和DVI的HDCP握手問題分析及其解決方案精粹

隨著越來越多的1080p顯示器、8通道192KHz音響系統(tǒng)和高清晰A/V源的步入市場，消費(fèi)者正一致轉(zhuǎn)向采用HDMI和DVI非壓縮數(shù)字A/V接口。為什么？因?yàn)樵谠S多情況下，這些接口是獲得受保護(hù)內(nèi)容并沿著長長的信號(hào)鏈維持原始圖像品質(zhì)的唯一手段。

但是，這種轉(zhuǎn)變尚面臨一些限制。 HDMI和 DVI與一種高清晰內(nèi)容保護(hù)( HDCP)系統(tǒng)共生于一體，有時(shí)侯它會(huì)讓經(jīng)授權(quán)消費(fèi)者什么都看不到，面對的屏幕是空白、閃爍的視頻或雪花點(diǎn)，當(dāng)出現(xiàn)這種缺陷的時(shí)候，消費(fèi)者就變成了“HDCP握手問題”的受害者。

在本文中，我們將回顧圍繞這個(gè)難題的關(guān)鍵問題，并向你介紹一些規(guī)則和工具，它們有助于解決HDMI和DVI設(shè)計(jì)過程中面臨的問題。

基礎(chǔ)知識(shí)

HDMI和DVI兩者都是HDCP接口。在通往演示設(shè)備的路徑上，當(dāng)數(shù)據(jù)在HDCP發(fā)送器和HDCP接收器之間傳輸時(shí)，HDCP接口保護(hù)高價(jià)值的內(nèi)容。HDCP涉及超越本文范圍的法律問題，所以，在你的設(shè)計(jì)最終定型之前，你應(yīng)該咨詢你們公司的法律部。對于這個(gè)問題的討論，我們把紛繁復(fù)雜的所有法律要求歸結(jié)為三個(gè)基本規(guī)則：

1. 當(dāng)被告知要這么做的時(shí)候，HDCP接口加密高價(jià)值的內(nèi)容。在藍(lán)光和HD DVD播放機(jī)中，不論內(nèi)容圖像約束標(biāo)記(ICT標(biāo)記)是否為真，內(nèi)容都是被加密的。一旦完成加密，該內(nèi)容就被稱為“HDCP內(nèi)容”。

2. HDCP內(nèi)容在抵達(dá)演示設(shè)備之前，必須處于加密狀態(tài)。在HDCP授權(quán)協(xié)議的Exhibit C中概要說明了唯一的例外。Exhibit C放松了該規(guī)則對音頻、臨時(shí)緩沖、轉(zhuǎn)發(fā)器解密/二次解密及演示設(shè)備處理，如縮放等情況的要求。目前的HDCP授權(quán)協(xié)議假設(shè)采用有線的點(diǎn)對點(diǎn)的路由，所以，對于現(xiàn)在需要基于LAN或無線接口的聯(lián)網(wǎng)A/V產(chǎn)品，如數(shù)字放大的揚(yáng)聲器和視頻墻等等來說，要等待DCP LLC推出新的協(xié)議，才容許采用了諸如AES-128和AES-256這樣的加密方法的HDCP內(nèi)容在“專用接口”上傳輸。

3. HDCP接口容許未經(jīng)保護(hù)的非HDCP內(nèi)容不經(jīng)加密地通過。

尋找問題所在

最近，通過對現(xiàn)有產(chǎn)品的調(diào)查顯示，大多數(shù)HDCP問題都有簡單的成因，但是，解決這樣的問題并不總是輕而易舉的。如果你不具備檢測根本成因所需要的專用工具的話，HDCP握手問題將非常令人困惑。假設(shè)你擁有合適的工具，下面羅列了一些要回避的問題以及要遵循的指南：

HDCP發(fā)送器問題——將對一切內(nèi)容進(jìn)行加密，而不論其是高價(jià)值的HDCP內(nèi)容，還是未經(jīng)保護(hù)的內(nèi)容。這些源端設(shè)備在非HDCP接收器上不會(huì)顯示任何信息，即使被播放的材料是一份未經(jīng)保護(hù)的家庭制作的DVD。

1. 忽視接收端電源周期(從開機(jī)到關(guān)機(jī)構(gòu)成一個(gè)電源周期)、熱插拔或重新連接的源端產(chǎn)品。

這些源端產(chǎn)品通常需要消費(fèi)者去斷開并重新連接一跟電纜或電源周期設(shè)備以觸發(fā)二次授權(quán)。有時(shí)侯，一切都不能工作。當(dāng)把源端連接到轉(zhuǎn)發(fā)器的時(shí)候，熱插拔變得更為重要，因?yàn)榻邮斩说乃械南滦袛?shù)據(jù)流變化都必須被告知源端的上行數(shù)據(jù)流。要確保你的產(chǎn)品能夠檢測所有重要的HDCP接收設(shè)備的狀態(tài)及電纜連接的變化。此外，即使持續(xù)時(shí)間只有最小的100ms，也要確保你的產(chǎn)品能夠檢測所有的熱插拔，并讓你的源端及時(shí)對熱插拔作出響應(yīng)。當(dāng)檢測到熱插拔的時(shí)候，要立即中斷現(xiàn)有的顯示數(shù)據(jù)通道(DDC)任務(wù)并啟動(dòng)一次新的HDCP握手。

2. 數(shù)據(jù)傳輸太快可能導(dǎo)致閃爍的視頻。

當(dāng)你的HDMI發(fā)送器驅(qū)動(dòng)一個(gè)HDMI接收器的時(shí)候，要在改變信號(hào)時(shí)序的前后分別對所傳輸?shù)囊粢曨l數(shù)據(jù)進(jìn)行“MUTE(禁止發(fā)送)”和“UN-MUTE(容許發(fā)送)”處理。在你解除MUTE之前，要容許HDMI接收器有時(shí)間檢測MUTE并處理時(shí)序的變化。DVI源端必須停止傳輸并在信號(hào)時(shí)序穩(wěn)定且接收器已經(jīng)有時(shí)間恢復(fù)之后才進(jìn)行二次授權(quán)。在大多數(shù)接收端中的HDCp電路需要穩(wěn)定的時(shí)序以完全地發(fā)揮作用。

3. 確信你的HDMI HDCP發(fā)送器能夠檢測和驅(qū)動(dòng)一個(gè)DVI HDCP接收器。

要注意在Bcaps寄存器中的HDMI性能并在必要時(shí)把HDMI發(fā)送器切換到DVI模式。此外，當(dāng)你讀取接收端的EDID時(shí)，要尋找HDMI供應(yīng)商的專用數(shù)據(jù)模塊(VSPD)。如果你無法找到，要把你的HDMI發(fā)送器切換到DVI模式。

4. 要支持轉(zhuǎn)發(fā)器。

越來越多的消費(fèi)者在他們的源端和演示產(chǎn)品之間插入A/V 接收器(AVR)。不幸的是，并不是所有的源端產(chǎn)品都支持轉(zhuǎn)發(fā)器；對于那些不支持轉(zhuǎn)發(fā)器的產(chǎn)品，如果插入轉(zhuǎn)發(fā)器的話，就可能造成系統(tǒng)停止工作。在這種情況下，人們常常會(huì)怪罪于無辜的轉(zhuǎn)發(fā)器制造商。

5. 不要把HDCP內(nèi)容傳輸?shù)椒荋DCP或無效的HDCP接收器。

在第一種情況下，你的消費(fèi)者可能看到的是一片雪花點(diǎn)；在第二種情況下，你將損壞HDCP更新系統(tǒng)的性能。

6. 不要傳輸未經(jīng)解密的HDCP內(nèi)容。

這會(huì)導(dǎo)致內(nèi)容被盜，并引發(fā)潛在的法律問題。

HDCP接收器問題

1. 如果你的接收端配備一臺(tái)HDMI HDCP接收器，要確保它能夠與DVI HDCP 發(fā)送器互操作。

2. 不要認(rèn)為所有的HDMI發(fā)送器都支持HDCP。要確保你的接收端能夠配合不支持HDCP的HDMI發(fā)送器的工作。

3. 要確保你的HDCP Ri寄存器支持長時(shí)間和短時(shí)間的讀取操作。大多數(shù)源端都做長時(shí)間的讀取操作，但是，你的接收端可能會(huì)遇到一種性能經(jīng)調(diào)整的源端，因此，需要用短的時(shí)間來讀取你的HDCP Ri寄存器。

HDCP轉(zhuǎn)發(fā)器問題

轉(zhuǎn)發(fā)器可能是最難以設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，這是因?yàn)槟壳半y以找到一種完全符合HDCP要求的轉(zhuǎn)發(fā)器。符合要求的轉(zhuǎn)發(fā)器是存在的，但是，我們通常所找到的轉(zhuǎn)發(fā)器的符合性參差不齊，范圍跨越“危險(xiǎn)”到“近乎完美”。

存在最嚴(yán)重問題的轉(zhuǎn)發(fā)器就是忘記對HDCP內(nèi)容進(jìn)行二次加密。其它的轉(zhuǎn)發(fā)器則是忘記把熱插拔信息告知上游設(shè)備，這種行為可能導(dǎo)致信號(hào)的損失，特別是當(dāng)在各種輸入之間切換的時(shí)候。

因?yàn)樵炊嗽O(shè)備不需要支持轉(zhuǎn)發(fā)器，所以，目前市場上的大多數(shù)轉(zhuǎn)發(fā)器都故意地把他們的轉(zhuǎn)發(fā)器位錯(cuò)誤和偽裝設(shè)置為非輸出演示設(shè)備。那些宣稱它們就是這樣設(shè)置的轉(zhuǎn)發(fā)器，有時(shí)卻忘記把所有下游的BKSV傳遞給上游的設(shè)備，所以，它們不能核對系統(tǒng)的可更新性消息(SRM)。此外，當(dāng)條件有保證時(shí)，它們有時(shí)還忘記顯示MAX_DEVS_EXCEEDED 或MAX_CASCADE_EXCEEDED，結(jié)果是再次危及了系統(tǒng)的HDCP可更新性。

要設(shè)計(jì)一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器設(shè)置位為“真”的符合要求的轉(zhuǎn)發(fā)器，就要確保你的設(shè)計(jì)是符合要求并且是魯棒的。為此，你必須進(jìn)行嚴(yán)格的測試。下面是要注意的一些其它問題： 1. 對于存在多種格式切換的源端和熱插拔生成的接收端的情況，要確保你的轉(zhuǎn)發(fā)器工作正常。

2. 不要向“隱性”接收器傳輸HDCP內(nèi)容；所有下游BKSV都應(yīng)該是對上游設(shè)備透明的。

3. 不要向單獨(dú)工作的非HDCP(或無效HDCP)接收器或與一個(gè)HDCP接收器并聯(lián)的分支器傳輸HDCP內(nèi)容。

4. 不要對來自非HDCP源的非HDCP內(nèi)容進(jìn)行加密。

5. 對于每一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器設(shè)置，都要重復(fù)一次電源打開和關(guān)閉的周期，并確信你的系統(tǒng)得到恢復(fù)。

6. 在你的轉(zhuǎn)發(fā)器從一個(gè)源端切換到另外一個(gè)源端(所用的時(shí)間不同)并返回之后，要確信HDCP得到了恢復(fù)。

7. 要確信你的轉(zhuǎn)發(fā)器檢測到所有的熱插拔動(dòng)作把它告知上游的設(shè)備，即使該熱插拔信號(hào)僅僅持續(xù)了幾百毫秒。

8. 當(dāng)接收未加密和二次發(fā)送的HDCP內(nèi)容時(shí)，要確信二次發(fā)送的HDCP內(nèi)容被二次加密。如果HDCP內(nèi)容在另外一個(gè)接口上二次傳輸，要確保根據(jù)上述“基礎(chǔ)知識(shí)”一節(jié)中的規(guī)則2用同樣魯棒的加密方法對二次傳輸進(jìn)行保護(hù)。例如，如果你要解密、擴(kuò)展、壓縮并通過一條LAN把受保護(hù)的內(nèi)容發(fā)送到一臺(tái)顯示設(shè)備，那么，該內(nèi)容要在這個(gè)過程的每一個(gè)步驟都加密。

9. 當(dāng)利用從下游EDID提取的數(shù)據(jù)來構(gòu)建一個(gè)時(shí)序列表時(shí)，要確信你的列表足夠大。近來在CEA-861標(biāo)準(zhǔn)中的變化使接收端設(shè)備能夠支持861標(biāo)準(zhǔn)中列出的所有時(shí)序。

通用的測試指南

當(dāng)測試HDCP時(shí)，要首先測試最高的像素率格式(即1080p60)。要確信在格式變化和熱插拔之后恢復(fù)HDCP。永遠(yuǎn)要記?。悍闲?compliance)不等于互操作性(interoperability)。正如我們在轉(zhuǎn)發(fā)器的情況下所看到的那樣，符合性對互操作性有負(fù)作用。

我們所面臨的挑戰(zhàn)

從歷史的角度看，大多HDCP握手問題都可以被追溯到缺失的基礎(chǔ)架構(gòu)。對于任何新技術(shù)來說，經(jīng)同等檢查的測試設(shè)備和認(rèn)證程序都是至關(guān)重要的。不幸的是，在HDCP的情形下，這些都來得太遲。因此，目前現(xiàn)場中的大多數(shù)產(chǎn)品都是不符合HDCP要求并存在互操作性問題。

將來的發(fā)展方向

Quantum Data與其它業(yè)界公司一道努力以解決這個(gè)問題，其目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)符合性以及具備互操作能力的符合HDCP要求的設(shè)備。

去年，DCP發(fā)布了一個(gè)補(bǔ)充文件及符合性測試標(biāo)準(zhǔn)。HDCP符合性目前依賴于自我控制，所以，只會(huì)提供信息，而不會(huì)頒發(fā)證書。DCP已經(jīng)建立了一個(gè)測試實(shí)驗(yàn)室，在那里可以獲得HDCP許可證并利用一套真實(shí)的產(chǎn)品來測試互操作性。

本文小結(jié)

松下公司已經(jīng)開發(fā)了HDMI授權(quán)測試中心進(jìn)行HDCP符合性測試所需要的一套工具。

Quantum Data用兩種不同的解決方案跟進(jìn)，包括把HDCP診斷和符合性測試功能移植帶現(xiàn)有的視頻測試儀器上，從而幫助設(shè)計(jì)工程師阻止不符合HDCP要求的設(shè)計(jì)進(jìn)入市場，并創(chuàng)新工具以幫助安裝公司隔離已經(jīng)在現(xiàn)場的老產(chǎn)品所帶來的問題。

研究人員已經(jīng)利用Quantum Data和松下公司的工具來對現(xiàn)有的產(chǎn)品進(jìn)行大范圍的調(diào)查，他們的調(diào)查結(jié)果有助于建立本文中所討論的最佳設(shè)計(jì)實(shí)踐的列表。研究人員還發(fā)現(xiàn)并校正了測試設(shè)備及HDCP符合性測試標(biāo)準(zhǔn)中存在的弱點(diǎn)。

整個(gè)行業(yè)的協(xié)作僅僅是開端，將來的設(shè)計(jì)都要遵循符合性及互操作性的要求。到那個(gè)時(shí)候，了解各種問題并懂得如何解決這些問題才會(huì)取得最佳的實(shí)效。