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HDMI丰富的系统性能适用于深彩色应用

上网日期: 2007年10月26日 ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:高清接口? 多媒体? 色深? HDMI?

目前,高清多媒体接口(HDMI)已经成为任一台高清电视(HDTV)和众多的为HDTV提供内容的多媒体源设备之间的标准接口。随着新系统中采用HDMI 1.3标准,利用更丰富的高分辨率视频数据来实现更明快清晰的图像成为可能。HDMI规范包括用于生动逼真的彩色的深彩色增强功能,还有许多其他方面的改进,包括更好的唇同步,支持无损的HD音频格式,“xvYCC”扩展色域,以及一个新兴的小型连接器。

深彩色系统将提供更逼真生动的电视体验,支持10-、12-、16比特的色深(RGB或YCbCr),能够提供更生动的彩色图像,消除了目前高对比度显示的带状干扰。深彩色通过提供更好的最暗黑和最亮白之间的灰影(shades of grey),改进了增强型对比度显示的质量,从而产生更平滑的彩色图像。

新规范还支持“xvYCC”彩色标准,从而大大扩展了目前的HDTV标准中的色域,导致更精准的彩色再现,并能显示人眼睛可以看到的任何色彩。附表中概括了HDMI 1.3标准中包括的各种现实增强功能的具体描述。

在如HD-DVD和蓝光播放机这些新型的高清设备中,将会采用这些先进的彩色性能,不过这还要依赖于内容提供商要再盘上提供深彩色的内容。在最新的游戏平台,例如索尼的PlayStation 3(图1)中,也采用了深彩色性能。这使得游戏平台能够提供更生动的游戏体验。

为了更好地支持源设备和HDTV间的更高数据率,电缆也必须能够处理更高带宽的信号。HDMI 1.3规范定义了两种新型的电缆,卖方可以根据系统差异化需要确定电缆类型:

1.标准电缆(1类),该类电缆的支持速度高达75MHz,该速率对应的分辨率是720p和1080i;

2. 高速电缆(2类),该类电缆支持的速率高达340MHz,对应的是1080p,深彩色和高刷新率。

尽管目前的绝大多数电缆只能作为标准电缆,但是,其中许多(特别是3米或者更短的电缆)可以通过高速电缆的测试标准。能够使电缆具有更高质量余度和将高达340MHz的高速信号传输更长距离的最关键因素是在HDMI接收机芯片中集成一片均衡电路。在HDMI接口时钟速度很高时,该电路大大补偿了信号的衰减损耗。

系统实现

为了实现HDMI 1.3规范中的深彩色功能,设计时必须特别注意两个关键的性能领域:即高数据率和更大的色深。数据率更高的原因是在每帧中必须传送更多的色彩数据。于是,在HDMI 1.3标准中,最大的单路带宽高达340MHz,该带宽的汇聚数据传输速率可高达10.2Gb/s。该带宽允许显示器支持更高的帧率(例如120Hz)的视频,且每帧中可具有更多的色彩数据。

图1:满足HDMI 1.3 规范的系统(如游戏平台、HD-DVD或蓝光DVD播放机)可以直接连接到采用数据链路的显示系统,数据率可以达到340 MHz。
图1:满足HDMI 1.3 规范的系统(如游戏平台、HD-DVD或蓝光DVD播放机)可以直接连接到采用数据链路的显示系统,数据率可以达到340 MHz。

支持HDMI 1.3的设备的发射和接收电路必须具有更宽的内部数据通道,使之能够处理高达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。任何实现深彩色功能的ASIC必须增加芯片数据通道宽度,扩充帧缓冲容量,并增加内部的逻辑速率,以便在相同的帧时间内处理更多的数据。

虽然按照目前压缩标准(如MPEG2、MPEG4、H.26?、AVC等)进行编码的内容的每个像素内容都是8比特色彩,到源电路中的视频处理可以将8比特字扩展到10比特或更高,使得处理过程中色彩可以保持更高的精度。处理可以改变色界,利用8比特以上的精度来精确地代表信号。甚至是在只有8比特色板的DVD播放机、机顶盒和HDTV中,利用视频处理增强的深彩色功能,也能明显地改善视频质量。但是,最激动人心的应用是那些内容由本地创建并用8比特以上的色深着色的应用。

处理具有4:4:4色彩空间(主要目标)的30-、36-、48比特像素的能力分别对应于10-、12-、16比特的单色分量,这能够提供优异的图像。更高精度的10-、12比特的色深对于任何源或进行视频处理并扩展初始的8比特数据字的处理器都是有用的。对于一些显示器内部的视频处理也是如此。许多显示器中的处理器扩展比特数,以透明支持8比特的分量信号,并实现使条形噪声最小的其他处理。

连接源和接收设备

HDMI以智能的方式连接任何源于接收设备——即接收设备的EDID ROM芯片报告它能支持的所有

音视频格式,包括色深格式。这样,用户就能始终欣赏到由HDMI连接的所有设备自动优化到彼此支持的最佳质量模式的音视频体验。

在得知接收端的实际能力后,源设备对自身进行配置,以传输接收端可以支持的具有合适的视频定时和色彩格式的数据流。当具有深色彩的源与只能支持8比特的色深及非深色彩的接收端对接时,源设备必须发送用8比特色深编码的视频。而当不支持深彩色格式的源接到支持深彩色的接收端时,源设备将寻找接收端所报告的所能支持的其他色深模式(如8比特模式),然后输出彼此兼容的视频信号。

深彩色的实现并不直接影响HDMI的物理层或8b~10b T_MDS编码层。为了发送超过8比特的附加像素数据,HDMI接口的时钟率必须增加,以便在相同的帧周期中封包更多的橡素数据。对于12比特的色深(每视频帧中的像素数据是8比特色深的1.5倍),需要将72比特(包括两个36比特像素的数据)的信息封包到三个8比特像素帧中(8比特用红色,8比特绿色,8比特蓝色=24比特/帧*3帧=72比特),则T_MD时钟将提高1.5倍以上。

要构建一个能够提供和显示深彩色内容的系统,在源和接收设备中需要采用速度比原来高50%以上的HDMI发射器和接收器,来处理深彩色所需的高数据率。Silicon Image公司的VastLane SiI9134 HDMI 1.3发射器(图2)和SiI9125 HDMI 1.3接收器(图3)具有功能后向兼容能力(但由于总线接口更大而并非印脚兼容),故可以替代以前的HDMI 1.2产品。发射端(源)的主要变化是要求位于它与提供内容的系统控制器之间的SiI9134提供更宽的数据通道。

图2:当在像SiI9134发射器这类源端电路上集成HDMI 1.3时,需要一个连接到负责视频解码的系统控制器的宽带数据接口(36比特) 。
图2:当在像SiI9134发射器这类源端电路上集成HDMI 1.3时,需要一个连接到负责视频解码的系统控制器的宽带数据接口(36比特) 。

图3:HDMI 接口的接收端,例如SiI9125,处理两个高速HDMI 1.3数据链路,对数据流进行重译并将其重新调整到36比特并行数据字的格式,然后送到显示系统。
图3:HDMI 接口的接收端,例如SiI9125,处理两个高速HDMI 1.3数据链路,对数据流进行重译并将其重新调整到36比特并行数据字的格式,然后送到显示系统。

与以前的发射端产品相似,像SiI9134这类为HDMI 1.3设计的芯片包含一个高速数据加密引擎,以保护采用高带宽数字内容保护(HDCP)加密标准的内容。HDCP允许被保护的内容通过HDMI链路安全发送。由于音频数据被嵌入T_MD数据流中,故音视频数据同时被HDCP加密。

当系统控制器提供无压缩的并行视频数据到HDMI发射芯片时,发射器在加密数据和最终作为HDMI信号发送之前将完成从并行信号到T_MD串联信号和色彩空间的变换。提供上述无压缩的音视频数据的系统控制器通常是一片源设备(像HD-DVD/蓝光播放机,机顶盒或游戏平台)专用的ASIC。正是在这片芯片中实现了满足深彩色需求的增强功能。

在一个典型的子系统中,包括压缩解码器,从盘片上读取的合成数据流中分离出音频数据流或合成码流到机顶盒中所需的处理逻辑,以及帧缓冲控制逻辑。通常,帧缓冲器是ASIC的关键,因为通用DRAM可以被用来保存数据。对于HDMI 1.3,为了保存色彩质量更高的内容的深彩色图像,帧缓冲容量必须大于HDMI 1.2系统中的容量。

和以前的HDMI接收芯片类似,HDMI 1.3接收芯片中包含一个HDCP编码引擎,来对保护的内容进行解码。例如,每个SiI9125用全集成的唯一HDCP密钥进行编程,以提供对保护内容的无缝访问,同时降低系统提供商的制造复杂度和成本。接收芯片捕获高速串行数据流,解密比特流,并将数据转换回适当的并行格式(如用于深色彩的36比特,或标准色彩的24比特),然后送到显示器中。

对于HD显示器子系统基本没有什么变化,除了更宽的数据通道来支持深彩色之外。这一块的电路改进比较简单,只需增加很少甚至无需增加成本。于是,对于处理深彩色数据来说,设计师无需升级高清显示/接收机,特别是现在的许多高清显示器已经能够处理比先前的HDMI 1.2更丰富的彩色了。这些微小的改变将使得系统具有HDMI 1.3强大的深彩色功能,进而使得系统提供商能够提供生动逼真的消费者电视体验。

表:HDMI 1.3中的显示增强功能。
表:HDMI 1.3中的显示增强功能。

作者:Michael Schumacher

   技术营销经理

   Anjum Tanveer

   高级产品营销经理

   Silicon Image 公司






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