HDMI1.4基礎(chǔ)技術(shù)及測試解決方案

1 引言

　　從入門高清消費電子級產(chǎn)品到高端家庭影院系統(tǒng)，包括電視，機(jī)頂盒，DVD 播放機(jī)和A/V接收器，HDMI(High-DefiniTIon Multimedia InteRFace)接口快速地在消費者中普及，圖1為HDMI應(yīng)用實例。HDMI是一個非常成功的標(biāo)準(zhǔn)，超過850個設(shè)備制造商采用HDMI標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)計 2010年會有10億臺DHMI設(shè)備投放市場。最新版本的HDMI標(biāo)準(zhǔn)是HDMI1.4，是2009年6月通過的。本文重點是介紹HDMI1.4基礎(chǔ)技術(shù)及測試需求。

　　

 

　　圖1 HDMI應(yīng)用實例

　　HDMI1.4協(xié)議規(guī)定，HDMI連接器通過一線對(即為HEAC+和HEAC-)融合了以太網(wǎng)通道和音頻回傳通道，使得一根雙絞線可以只攜帶以太網(wǎng)、語音或兩者同時攜帶。很早在HDMI兼容測試標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)充2(HDMI Compliance Test Specification，Supplement 2)中，就已經(jīng)定義了以太網(wǎng)和音頻回傳通道的測試，即HEAC(HDMI Ethernet and Audio Return Channel)。本文著重介紹HDMI1.4第八章節(jié)有關(guān)網(wǎng)絡(luò)測試的內(nèi)容。

　　HDMI以太網(wǎng)通道(HEC)是把以太網(wǎng)集成在HDMI里，避免使用單獨的線纜和連接器，減少了制造商成本，簡化了用戶家庭網(wǎng)絡(luò)。HDMI1.4規(guī)定，HEC采用802.3以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，特別是參照100Base-TX標(biāo)準(zhǔn)，表1列舉了HDMI和802.3的幾點不同之處。

　　

 

　　表1 以太網(wǎng)和HDMI HEC的差別

　　除了物理層的區(qū)別以外，在以太網(wǎng)的方式使用通道之前，HEC需要一個初始化過程，這個初始化過程叫做能力發(fā)現(xiàn)和控制(CDC，Cpability Discovery and Control)HEC設(shè)備必須通過符合協(xié)議規(guī)范的測試，本文主要介紹HDMI-HEC技術(shù)和測試需求。

　　2 HDMI-HEC基礎(chǔ)技術(shù)

　　2.1 解決環(huán)路問題

　　為了解決網(wǎng)絡(luò)環(huán)路問題，HDMI1.4借鑒了最小生成樹協(xié)議STP(Spanning Tee Protocol)來解決此問題。最小生成樹簡化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，形成樹狀拓?fù)?，因此從網(wǎng)絡(luò)中的一個節(jié)點到另外任何一個節(jié)點都只有一條途徑。圖2為最簡單的 HEC網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成一個最基本的最小生成樹。

　　

 

　　圖2 最基本的最小生成樹

　　如果網(wǎng)絡(luò)節(jié)點a成為根節(jié)點，就需要去使能節(jié)點b和節(jié)點c之間的鏈路，消除潛在的網(wǎng)絡(luò)環(huán)路。網(wǎng)絡(luò)之間的節(jié)點通信是用STP協(xié)議，或RSTP協(xié)議(Rpid Sanning Tee Potocol)。IEEE802.1w定義了RSTP協(xié)議，它是對原有STP的一個改進(jìn)，減少了聚斂時間，STP的聚斂時間是30~0s，STP的聚斂時間只有6s。RSTP節(jié)點之間的通信是使3橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元BPDU(Uses Bridge Protocol Data Units)，當(dāng)某條鏈路出現(xiàn)故障，RSTP可以把一條去使能的鏈路轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)發(fā)模式，使整網(wǎng)的各節(jié)點可達(dá)。如圖3所示，如果節(jié)點a和節(jié)點c之間的鏈路出現(xiàn)故障，將使能節(jié)點b和節(jié)點c之間的鏈路。

　　

 

　　圖3 最小生成樹發(fā)現(xiàn)過程

　　HDMI1.4測試規(guī)范要求HDMI設(shè)備可以在HEC上正確轉(zhuǎn)發(fā)BPDU幀，用RSTP協(xié)議取消網(wǎng)絡(luò)環(huán)路。

　　2.2 隊列控制 (Queue Control)

　　希望HEC網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備可以區(qū)分流量的優(yōu)先級，對時間敏感的應(yīng)用流量，例如在線游戲，視頻，VoIP應(yīng)該比文件下載的流量的優(yōu)先級高。在HEC網(wǎng)絡(luò)，通過使用VALN(Virtual Lcal Aea Ntwork)區(qū)分流量優(yōu)先級。圖4和圖5說明了這個過程。

　　

 

　　圖4 插入了VLAN TAG的以太網(wǎng)幀[!--empirenews.page--]

 

　　圖5 VLAN TAG的結(jié)構(gòu)

　　HEC規(guī)范規(guī)定在網(wǎng)絡(luò)里至少支持4個隊列。我們需要測試用VLAN TAG區(qū)分不同流量的優(yōu)先級，并確保HEC設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞時，不丟失高優(yōu)先級的流量。進(jìn)一步的測試還需要驗證VLAN TAG值通過HEC網(wǎng)絡(luò)是不變化的。

　　2.3 流行的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

　　HEC之所以重要和流行，是因為它在家庭網(wǎng)絡(luò)中具有競爭優(yōu)勢。第一是被機(jī)頂盒生產(chǎn)廠商、游戲提供商和集中多媒體的PC提供商所推動，可以在這些設(shè)備上提供互聯(lián)網(wǎng)終端。第二是被電視生產(chǎn)廠商推動，他們在不斷尋求新的功能。一個明顯的機(jī)會是在電視范圍內(nèi)增加全面的網(wǎng)絡(luò)功能，提供全面的網(wǎng)絡(luò)能力，例如統(tǒng)一即插即用 UPnP(Universal Plug and Play)、數(shù)字生活網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟DLNA(Digital Living Network Alliance)和LiquidHD。

　　UPnP是一套完整的協(xié)議，使家庭網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備可以無縫相互連接。UPnP協(xié)議包括6個重要功能：尋址、發(fā)現(xiàn)、描述、控制、事件觸發(fā)和展示。

　　DLNA即在家庭內(nèi)外建立一個集中管理個人電腦(PC)、家電(CE)和移動電子設(shè)備的互操作性網(wǎng)絡(luò)，創(chuàng)造一個能夠共享和發(fā)展全新數(shù)字媒體和內(nèi)容服務(wù)的無縫環(huán)境。DLNA標(biāo)準(zhǔn)定義了四種主要的產(chǎn)品類型，即Digital Media Server(DMS)，Digital Media Player(DMP)，Digital MediaController(DMC)和Digital Media Printer(DMPr)。

　　LiquidHD這項新型個人娛樂技術(shù)可將電視、消費電子設(shè)備、個人電腦、便攜媒體設(shè)備以及家庭影院快速、簡便地連接成一個無縫網(wǎng)絡(luò)，讓身處網(wǎng)絡(luò)中的消費者能在家里任何一臺采用LiquidHD技術(shù)的顯示器上盡享任何一個來源設(shè)備上的數(shù)字內(nèi)容。目前，消費者只能在電視上觀看多媒體內(nèi)容，數(shù)碼攝像機(jī)、機(jī)頂盒、DVD/藍(lán)光光盤(Blu-ray Disc?)播放器或游戲機(jī)與電視直接相連。有了LiquidHD技術(shù)，消費者能夠在家里隨心所欲地觀看，他們可以先暫?？蛷d電視上正在播放的電影、電視節(jié)目或視頻游戲，然后按一下遙控器按鈕，就可以在另一臺電視或筆記本電腦上接著觀看。LiquidHD可以使用各種物理介質(zhì)，其中包括 HDMI，Ethernet，同軸電纜和輸電線。

　　3 IXIA HDMI測試解決方案

　　HDMI協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)是由技術(shù)創(chuàng)始廠家(Sony，Phillips，Silicon Image，Panasonic，Hitachi，Thomson and Toshiba)研發(fā)出來的，這些創(chuàng)始廠家建立了授權(quán)測試中心ATC(Authorized TesTIng Centers)，生產(chǎn)廠家必須通過認(rèn)證測試才能使用HDMI標(biāo)志。全世界有7個授權(quán)測試中心ATC，它們分別分布在Sony(日本)，Panasonic(日本)，Phillips(印度和法國)，Silicon Image(中國(2個ATC)和美國)。

　　生產(chǎn)廠家必須按照測試標(biāo)準(zhǔn)CTS(Compliance Test Specification)進(jìn)行測試，然后提交到ATC做協(xié)議一致性測試。IXIA與Sony公司合作，制定了CTS標(biāo)準(zhǔn)，在CTS中IxN2X是測試以太網(wǎng)通道(HEC)的惟一測試設(shè)備。IxN2X執(zhí)行測試?yán)齺眚炞CCTS，測試場景如下：

　　(1)Packet Filtering/Forwarding。

　　(2)Forwarding of BPDU。

　　(3)RSTP Functionality。

　　(4)Queue Control。

　　(5)Unchanged Priority Tag Value。

　　IxN2X測試環(huán)境配置如圖6所示。

　　

 

　　圖6 IxN2X測試環(huán)境配置[!--empirenews.page--]
IxN2X提供轉(zhuǎn)換器(見圖7)一端是HDMI接口，一端是以太網(wǎng)接口。HDMI的初始過程可以通過外置的CEC/CDC控制器或借助可選的EEPROM實現(xiàn)，SPDIF同時使能音頻回傳通道(與HDMI信號的方向相反)。

　　

 

　　圖7 IxN2X HDMI轉(zhuǎn)換器

　　以包過濾和轉(zhuǎn)發(fā)測試為例，介紹HDMI CTS測試過程，測試配置和測試流程可參考圖8所示。測試步驟如下：

　　

 

　　圖8 包過濾和轉(zhuǎn)發(fā)測試

　　●連接和配置測試端口。

　　●以很高的流量速率，從所有端口同時發(fā)送1s流量，向過濾數(shù)據(jù)庫注冊源MAC地址;

　　●以100，000frames/s的速率從所有端口發(fā)送10×106個64字節(jié)長度的包。Port1向Port2發(fā)包;Port2向Port3發(fā)包;Port3向Port1發(fā)包。

　　●在所有測試端口統(tǒng)計接收的包數(shù)。

　　●在測試端口1，按以下規(guī)則驗證。其中，criteria #1 = 100 assuming 10×10-6packet error rate;criteria #2 =2。

　　——在port3上接收的包數(shù)-從port3上發(fā)送的報數(shù)≤criteria #1。

　　——在Port2上接收的包數(shù)≤criteria #2。

　　——在Port1上接收的包數(shù)≤criteria #2。

　　●如果DUT的端口數(shù)>3個，可以輪流使用3個測試端口測試。

　　●如果所有測試都通過，則此測試成功。

　　4 結(jié)束語

　　對于家庭網(wǎng)絡(luò)，HEC是新興的發(fā)展方向，具有很大的發(fā)展?jié)摿?。在HDMI1.4 CTS(Compliance Test Specification)中，IXIA IxN2X作為惟一被推薦的測試儀表，可用于HDMI以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的測試。