Wszystko co ważne o HDMI, DVI-D

W 1998 roku stworzono zespół o nazwie Digital Display Working Group (DDWG), który miał za zadanie opracowanie interfejsu służącego do cyfrowego przesyłu danych. Prace nad projektem wspierały firmy: Compaq, Fujitsu, Hewlett-Packard, IBM, Intel, NEC oraz Silicon Image. W wyniku prac grupy DDWG w roku 1999 stworzono standard DVI {Digital Visual Interface) projektowany do zastosowań w sprzęcie komputerowym i oparty na technologii Silicon Image.

Rok później opracowano technologię, która miała na celu zabezpieczenie sygnału przed kopiowaniem. Całość nazywała się HDCP (High-bandwidth Digital Content Protection). Standard HDMI jest również dziełem firmy Silicon Image, która w roku 2000 założyła grupę HDMI Working Group, w skład której weszły: Hitachi, Matsushita Electric, Philips, Sony, Thomson i Toshiba. HDMI od początku był projektowany jako standard przeznaczony dla sprzętu domowego.

HDMI (High Definition Multimedia Interface)

Transmisja danych w standardzie HDMI wykorzystuje tak samo jak w standardzie DVI technologię TMDS. TMDS jest standardem określającym transmisję danych do urządzenia wyświetlającego. Zaimplementowano tu algorytm kodujący 8 bitów danych na 10 bitowy znak o zminimalizowanej ilości zmian stanów. Sygnał jest optymalizowany ze względu na redukcję zakłóceń promieniowanych, co pozwala na szybką transmisję. Stosowane układy różnicowe umożliwiają przesyłanie sygnałów przez parę przewodów.

Układ transmisji zawiera:

• nadajnik TMDS, który koduje sygnały cyfrowe i wysyła je szeregowo jako ciąg sygnałów,
• łącze TMDS,
• odbiornik sygnałów TMDS.

Sygnały wideo, audio, synchronizacji i sygnały kontrolne CTL 0-3 są przesyłane w postaci szeregowej przez trzy pary przewodów oznaczone jako kanały 0-2. Dodatkowa para przewodów służy do przesyłania sygnału zegara o częstotliwości odpowiadającej częstotliwości nadawania pikseli sygnału wideo. W czasie każdego cyklu zegarowego każdy z trzech kanałów TMDS przesyła słowo 10-bitowe. Słowo to zawiera 8 bitów obrazu i 2 bity kontrolne lub 4 bity sygnału dodatkowego (np. sygnału audio) i 2 bity kontrolne.

Tryby pracy HDMI

Połączenie HDMI pracuje w trzech trybach: trybie danych wideo (Video Data Period), trybie danych dodatkowych (Data Island Period) i trybie kontroli {Control Period). W trybie wideo przesyłane są piksele obrazu. W trybie danych dodatkowych przesyłane są dane dodatkowe – fonii i inne dane. Tryb kontroli jest wykorzystywany wtedy, gdy nie są przesyłane dane wideo i dodatkowe. Tryb ten występuje pomiędzy każdym innym trybem przesyłania sygnałów.

W trybie wideo przesyłanych jest 8 bitów w jednym kanale (24 bity łącznie w trzech kanałach).W trybie danych dodatkowych przesyłane są 4 bity na kanał (12 bitów łącznie w trzech kanałach).
W trybie kontroli przesyłane są 2 bity na kanał (6 bitów łącznie w trzech kanałach). Bity kontrolne to sygnały synchronizacji H i V oraz sygnały CTL 0-3. Pod koniec każdego trybu kontroli przesłanie odpowiednich bitów CTL X wskazuje, czy następny tryb będzie trybem wideo czy trybem przesyłania danych dodatkowych.

Połączenie HDMT obsługuje w trybie wideo następujące formaty wideo (p- oznacza tryb bez przeplotu, i – oznacza tryb z przeplotem):

• 640x480p,            -częstotliwość odświeżania 60Hz
• 1280x720p,           -częstotliwość odświeżania 60Hz
• 1920x1080i,          -częstotliwość odświeżania 60Hz
• 720x480p,             -częstotliwość odświeżania 60Hz
• 720(1440)x480i,   -częstotliwość odświeżania 60Hz
• 1280x720p             -częstotliwość odświeżania 50Hz
• 1920x1080i,           -częstotliwość odświeżania 50Hz
• 720x576p,              -częstotliwość odświeżania 50Hz
• 720(1440)x576i,    -częstotliwość odświeżania 50Hz

Przesyłane piksele obrazu mogą być zakodowane jako formaty RGB, YCbCr 4:4:4 lub YCbCr 4:2:2. Połączenie HDMI może przesyłać od dwóch do 8 kanałów sygnałów cyfrowych audio o częstotliwości próbkowania 32kHz, 44.1kHz, 48kHz, 88.2kHz, 96kHz, 176.4kHz, 192kHz w formacie IEC 60958 lub IEC 61937.

Dodatkowo poprzez łącze HDMI można przesyłać sygnały DDC {Display Digital Channel), które służą do komunikacji pomiędzy wyświetlaczem a urządzeniem generującym sygnały grafiki i pozwalają na automatyczną konfigurację systemu i wyświetlenie dodatkowych informacji takich jak dane producenta, rozdzielczość itp. Dane DDC są przesyłane zgodnie z protokołem I2C o częstotliwości zegara 100kHz.

Możliwe jest także przesyłanie sygnału CEC (Consumer Electronic Control). Sygnał CEC jest zgodny z protokołem AV link i służy do przesyłania sygnałów kontrolnych pomiędzy urządzeniami audiowizualnymi,

Standard HDMI pozwala na stosowanie dwóch rodzajów połączeń TMDS:

• przesyłanie pojedynczego kanału TMDS – połączenie single-link oznaczane jako typ A;
• przesyłanie dwóch kanałów TMDS – połączenie dual-link oznaczane jako typ B.

HDMI jest standardem ciągle rozwijającym się. Pierwsza specyfikacja HDMI opublikowana była w 2002 roku. Najnowsza ma oznaczenie 1.3 i była opublikowana w drugiej połowie roku 2006. Kolejne wersje standardu zachowują kompatybilność wstecz. Wg najnowszej specyfikacji HDMI 1.3 obraz przesyłany jest z częstotliwością od 25MHz do 340MHz przy połączeniu typu A lub do 680MHz przy połączeniu typu B. Prędkość przesyłu danych w standardzie HDMI wynosi 5 Gb/s. Ogromną zaletą HDMI jest również możliwość stosowania długich przewodów. Standardowe kable mają do 15 m.

Złącza HDMI

Sygnał HDMI przekazywany jest poprzez system gniazd i wtyków HDMI różny od systemu stosowanego w standardzie DVI.

Istnieją dwa typy złącz:

• typ A z 19 wyprowadzeniami przeznaczony do pojedynczej transmisji z maksymalną częstotliwością przesyłania 340MHz;
• typ B z 29 wyprowadzeniami przeznaczony do transmisji podwójnej z maksymalną częstotliwością przesyłania 680MHz.

Urządzenia nadające wyposażone w złącza typu A mogą być podłączane do urządzeń odbierających wyposażonych w łącza typu B za pomocą kabla z wtyczką typu A na jednym końcu i wtyczką typu B na drugim końcu. Natomiast nie jest możliwe połączenie urządzenia nadającego wyposażonego w łącze typu B z urządzeniem odbierającym wyposażonym w złącze typu A.
Na rysunku 2 przedstawiono gniazda HDMI typu A i B a w tablicach 1 i 2 opis wyprowadzeń złączy HDMI typu A i B.

Złącza DVI

Złącza standardu DVI zostały zaprojektowane tak, aby możliwe było zastąpienie analogowych połączeń VGA. Dlatego też wprowadzono dwa typy złącz DVI: DVI-I (DVl-lntegra-ted) i DVI-D (DVI-Digital).

Złącze DVII

Złącze DV1-1 obsługuje połączenia z wyświetlaczami cyfrowymi i analogowymi. Zawiera 29 wyprowadzeń: 24 służą do przenoszenia pojedynczego lub podwójnego łącza TMDS, a 5 służy do połączenia analogowego (sygnały RGB, synchronizacji H i masa). Na rysunku 3 przedstawiono gniazdo DVI-I, a w tablicy 3 opis wyprowadzeń gniazda DVI-I

Złącze DVI-D

Złącze DVI-D obsługuje wyłącznie połączenia z wyświetlaczami cyfrowymi pojedynczym lub podwójnym łączem TMDS. Zawiera 12 lub 24 wyprowadzenia. Na rysunku 4 przedstawiono gniazdo DVI-D> w tablicy 4 opis wyprowadzeń gniazda DV1-D dla podwójnego łącza TMDS a w tablicy 5 opis wyprowadzeń gniazda DVI-D dla pojedynczego łącza TMDS.

DVI i HDMI

Różnice pomiędzy HDMI i DVI:

• HDMI obsługuje wyższe rozdzielczości niż DVI, włączając w to rozdzielczości, które nie mają jeszcze komercyjnego zastosowania (teoretycznie HDMI obsługuje dwa razy wyższą rozdzielczość niż obecnie dostępna w odbiornikach HDTV);
• DVI przesyła tylko sygnał wideo, sygnał audio wymaga osobnego połączenia, podczas gdy HDMI łączy zarówno sygnał wideo jak i audio; różnica ta wynika z faktu, że standard DVI był projektowany do zastosowań w komputerach i monitorach a standard HDMI jest tworzony do zastosowań w sprzęcie audiowizualnym;
• złącze HDMI jest o wiele mniejsze od DVI;

Jak już wspomniano standard HDMT jest kompatybilny ze standardem DVI. Tak więc odbiorniki HDMI mogą wyświetlić obraz ze źródła wyposażonego w interfejs DVI, a odbiorniki DVI mogą wyświetlić obraz ze źródła HDMI. Karta graficzna z gniazdem DVI może być źródłem sygnału dla monitora z wejściem HDMI, należy tylko zastosować odpowiednie złącze przejściowe. Stosowanie HDMI jest ściśle związane z technologią zabezpieczenia zawartości przesyłanych danych HDCP.

Zarówno standard DVI jak i HDMI może być stosowany do zabezpieczenia zawartości przesyłanych danych cyfrowych. Nadawcy telewizyjni i studia filmowe starają się chronić prawa autorskie i wymagają standardów, które zabezpieczają sygnał przed nieuprawnionym kopiowaniem.

Jak zabezpieczyć przesyłane dane cyfrowe?

W tym celu opracowano sposób kodowania danych HDCP (High Bandwidth Digital Content Protection), który zabezpiecza dane przesyłane pomiędzy nadajnikiem DVI / HDMI a odbiornikiem DVI / HDMI. System kodowania HDCP wymaga zastosowania specjalnych układów po stronie nadawczej i odbiorczej. Sygnały w nadajniku DVI / HDMI są kodowane wg specjalnego schematu, a ich rozkodowanie wymaga zastosowania zestawu kluczy rozkodowujących po stronie odbiorczej.

Każde urządzenie odtwarzające obraz wysokiej jakości HDTV musi posługiwać się technologią HDCP. W przypadku braku systemu zabezpieczenia i kodowania sygnału jakość sygnału jest znacznie gorsza. Filmy odtwarzane przez urządzenie HD-DVD bez zabezpieczenia HDCP mają znacznie gorszą jakość, a zatem stosowanie drogich urządzeń typu HD traci sens.

Aby odtwarzać na komputerze filmy wysokiej jakości HD, niezbędne jest posiadanie monitora zgodnego z HDCP, karty graficznej kompatybilnej z HDCP oraz odtwarzacza HD-DVD lub Blu-ray. Oczywiście wszystkie te urządzenia muszą być wyposażone w złącza DVI lub HDMI.

Opracowano na podstawie materiałów z miesięcznika Serwis Elektroniki.

Porównywarka cen sprzętu RTV