HDMI测试

HDMI ，即高清晰多媒体接口 (High-Definition Multimedia Interface) ，以极高频宽的基频信号传送高分辨率之数字影音信号。 HDMI 技术是从针对个人计算机数字传输的数字视频接口 (Digital Video Interface ， DVI ) 技术演化而来。事实上， HDMI 在电子特性上与 DVI 完全兼容，且仅需单一电缆就能连结 DVI 与 HDMI 两种不同接口的设备。
HDMI 是由 Silicon Image 联合日立、松下、飞利浦、索尼、汤姆逊 (Thomson) 和东芝组成的 HDMI 联盟共同开发而成的。它把高清晰度视频与多频道音频信号融合连接在单一数字接口上进行合成处理，并通过一根细小的低成本线缆传输。
与 DVI 技术相较， HDMI 具有非常显著的优势和特点：

　   .  支持更高质量 (10 位 /12 位 ) 数字视频信号的传送，以及数字音频 ( 包括 DVD-AUDIO) 的传输。最高支持 5GBps 的传输带宽，而 HDTV 仅需要 2.2GBps ，所以不仅支          持 HDTV 信号的无压缩传输，并支持八声道 96KHz 或单个声道的 192KHz 数字音频传送，而且还有很大的传输余量来满足日后更高标准的视频数字信号。

　　.  采用辅助分组数据传输技术实现与音频信号的整合，只用一根 HDMI 连接线就可完成高清晰度图像和数字伴音的传播，根本不用任何音频连接线，而且连接线 20 多米也            不会影响画质和音质。

　　.  数字声音也能支持双波段脉冲编码调制 (PCM) 、杜比数字和数据传输系统。

　　.  具有宽带数字内容保护 HDCP （ High Bandwidth Digital Content Protection ）功能。

在西方发达国家例如欧美地区，如果没有得力的版权保护措施，就不会有多少公司和大众会支持 HDMI 标准。例如，美国的内容分销商如 DIRECTV 、 EchoStar ，以及有线电视业者协会 Cable Labs ，都采用 HDCP 技术来保护其数字影音内容的传输。事实上， INTEL 在 2000 年 2 月就推出了宽带数字内容保护 HDCP ，所以 HDMI+HDCP 一方面解决了数字信号的传输问题，另一方面也使“非法”录制数字视频信号变得更加困难。

　　.  更小型化（ 15 毫米）的 19 芯接口。

　　.  友好的操作界面，并向后兼容 DVI 标准。

　　.  HDMI 支持 EDID 、 DDC2B ，因此具有 HDMI 的设备具有“即插即用”的特点。还能支持设备之间的双向通信，使数字电视能够智能选定显示出最佳的图像，即信号源和显          示设备之间会自动进行“协商”，自动选择最合适的音视频格式。

　　.  AV.link 功能可使用户只用一个遥控器就可控制全部音 / 视频设备的基本功能。也即在对所有的设备 (DVD 、各类机顶盒、各种数字电视机和投影机等 ) 进行初期设置之后，以后正常使用基本功能可以通过任一个设备的遥控器来完成，这就可把不经常用到的遥控器收起来。

　　所以说， HDMI 最适合应用于各种 PDP TV 、 LCD 投影机、 DLP 投影机等、以及各种数字电视、 DVD 、各类机顶盒和其它家用消费类 CE 数字电子产品中使用。

?  HDMI 市场分析

　　我们知道 DVI 数字视频接口较早面世，并对一些消费类电子 CE 产品市场产生了一些影响，但由于 HDMI 自身的技术特点和优势，以及各大消费电子厂商（包括索尼 (Sony)      飞利浦 (Philips) 和松下 (Matsushita) 等）的大力支持和推广，使得 HDMI 大有取代 DVI 之势。

　　In-Stat/MDR 预测数据表明， 2003 到 2008 年采用 DVI 的产品将以 34.3% 的速度迅速增长，而同期支持 HDMI 的产品的年增长率将以“爆炸性”的速度 462.3% 增长。

　　根据提供 HDMI 技术授权的 HDMI Licensing 公司的数据，截至 2005 年 10 月 14 日，全球已有 298 家设备制造商采纳 HDMI 标准， 主要是 美国、亚太区、中国、日本和欧洲的线缆 / 连接器、半导体器件、系统和测试设备供应商。 其中北美地区的设备制造商占总数量的 29% ，中国大陆和台湾地区分别占 11% 和 27% ，欧洲、日本和韩国分别占 7% 、 13% 和 8% ，其他地区占 5% 。

　　从终端产品看，目前全球已经有 5000 万个消费电子设备采用 HDMI 标准，除了 DVD 播放器、机顶盒、 A/V 接收器及音频 / 视频监视器， HDMI 接口还将应用于个人电脑、蓝光驱动器、游戏控制器和便携电子设备等。随着“数字家庭”概念和多媒体（ Media Center PC ）中心的逐渐普及、应用再到流行，上述数字将会进一步成指数增长。

　　许多不同的标准团体都在其标准中融入了 HDMI ，因而进一步推动了市场对 HDMI 的接受速度。

　　.  美国 FCC 规定 2005 年 7 月 1 日后在美国出售的所有的 “ 数字有线就绪 ”(digital cable-ready) 的 36 英寸及更大尺寸的电视机，以及 50% 的 25 至 35 英寸的电视机，都必须具有一个 HDMI-HDCP 或一个 DVI-HDCP 输入端子。同时，有线电视运营商提供的所有高清晰度机顶盒都必须有一个 HDMI 或 DVI 输出。

　　.  DVD 拷贝控制联盟 (DVD Copy Control Association) 也认定， HDMI 为以高于 480p/576p 的分辨率播放受 CSS 保护的内容的 DVD 播放机的一个数字输出标准。

　　.  美国线缆行业协会 Cable Labs 也要求，所有 Open Cable 高清晰度机顶盒都必须具备 HDMI-HDCP 或 DVI-HDCP 输出端口。 
      .  卫星运营商 DIRECTV 和 EchoStar 也要求所有高清晰度机顶盒支持 HDMI-HDCP 或 DVI-HDCP 。

      .  欧洲 HDTV 论坛建议在高分辨率集成接收解码器和高清晰度显示器中都提供与 HDCP 兼容的高分辨率数字接口，如 HDMI-HDCP 或 DVI-HDCP 。

    而且， HDMI 也得到了好莱坞影视制作室、有线电视运营商和卫星运营商也支持。美国电影协会（ MPAA ）目前仅批准了基于防拷贝保护技术 DTCP( 数字传输内容保护 ) 且经由 IEEE1394 接口的编码数据传输和 HDMI ，因此 HDMI 肯定会普及，尤其在美国等西方发达国家。美国联邦通信委员会 FCC 已经规定 2005 年 7 月后在美国生产、销售的家用消费类 CE 电子产品必须要有已经支持宽带数字内容保护 HDCP 的 HDMI 接口。此外， DVD 产业版权保护团体 (DVD CCA) 已经核准以具 HDCP 的 HDMI 作为 DVD 播放 CSS (Content Scramble System) 内容的方式。

　　所有这些都预示着 HDMI 的光明前景。就目前中国的市场来说，采用 HDMI 接口的消费电子设备制造商越来越多，其数量已从去年 (2005 年 ) 年初的 10 家迅速增加到截至 2005 年 10 月的 32 家，并还在迅速增长，如今康佳、长虹、创维、 TTE 、厦华和海信等家电大厂都已经成为 HDMI 的支持者。这也从侧面反映出，对于国内各种数字电视及其周边的家用消费类 CE 数字电视产品的制造商来说， HDMI 是成为进军欧美国数字电视相应市场的关键。

?  HDMI 结构

　　从功能上说， HDMI 接口由 4 部分功能单元组成：

　　.  源装置 （ Source ）： 配有一个或多个 HDMI 输出的设备。如 DVD 播放器、机顶盒，有线电视接收器，卫星电视接收器、数码摄像机及游戏机等。 
　　.  接收装置 （ Sink ）： 配有一个或多个 HDMI 输入的设备。如 LCD 电视， CRT 电视、等离子体电视、投影仪及多功能遥控器等。

　　.  中继器 （ Repeater ）： 同时配有一个或多个 HDMI 输出和输入的设备。如家庭影院接收器及媒体接收盒。

　　.  电缆（ Cable ）： 无需处理或更改 HDMI 信号即可将两个或多个 HDMI 设备相连的设备。如接插件和电缆。 
  
    从结构上，下图给出了 HDMI 接口的结构。简单来说 HDMI 接口既不同于并行总线接口，也不同于常见的串行总线。虽然表面上来看， HDMI 接口有些类似串行接口，但是和 SATA 及 PCI-Express 相比，有足够的证据表面 HDMI 是不同于串行接口的。

　　和 DVI 一样， HDMI 采用并行的 4 Lane 差分信号线，其中 3 个 Lane 是用来传输红、绿、蓝三色数据信号的，传输速率从 250M 到 1.65Gbs 。第 4 个 Lane 用来传送时钟，其时钟频率是数据速率的 1/10 。 数据和时钟的不一致性，使得其不同于常规的总线结构。事实上，由于时钟信号只是用来使 PLL 电路获得本地 Tx 时钟，或者使接收端恢复时钟， HDMI 接口并不关心时钟信号上的抖动大小。因此，带内噪声和时延对系统误码的影响是不用考虑的。

　　对于未来更高清晰度的传输，总线会增加到 7 个差分 lane 。其中 6 个用来传数据， 1 个用来传时钟。在这种配置下， 3 个数据 lane 总成一组传送奇数像素，另外 3 个数       据 lane 传送偶数像素。

?  HDMI 兼容测试标准

　　为了确保不同制造商所生产的产品具有互操作性，以便让 HDMI 能够吸引更多的消费者，也更容易使用，设备制造商在设计产品初期就应充分了解，并依照 HDMI 标准规格来设计产品。这是令产品兼容于其它 HDMI 规格产品的不二法门。

　　同时， HDMI 兼容性测试也为采用 HDMI 规格的业者提供了一个有效的管道，以确保他们所开发的产品能与市面上其它 HDMI 产品兼容。 HDMI CTS 包括 HDMI 兼容性测试的程序，以及建议使用的测试设备。 HDMI 授权测试中心 (Authorized Testing Center ， ATC) 以兼容性测试规格 (CTS) 中所指定的程序与设备来进行 HDMI 兼容性测试。（注：目前的 CTS 标准是 2005 年 8 月 22 日推出的 1.2 版本）

　　设备制造商亦可以 HDMI CTS 作为标准，自行设立 HDMI 测试实验室，并于产品送至 HDMI ATC 前进行初步测试。事实上，采用 HDMI 规格的设备制造商，若在下列四种类别中各有一项产品通过 ATC 测试，即可自行进行产品兼容性的测试。此四种 HDMI 类别分别为：源装置 (Source) 、接收装置 (Sink) 、中继器 (Repeater) 与电缆 (Cable) 。无论将产品送至 ATC 或是自行设立的测试实验室，每项产品都必须通过 HDMI CTS 中列出的完整测试程序，并且使用 HDMI CTS 中所列出的 设备或同等级设备 。

　　HDMI CTS 依不同的装置类别而设立不同的测试计划。装置上所有 HDMI 输入与输出都必须进行兼容性的测试。而在每项装置类别中，针对各种待测物 (DUT) 必须执行不同的二级类别测试。针对源装置 (Source) 与接收装置 (Sink) 需测试增强型扩充显示识别数据 (Enhanced Extended Display Identification Data ， E-EDID) 、电子特性、通讯协议、视频、音频与 DVI 兼容性测试。复送器 (Repeater) 测试则包括源装置与终端装置中的所有测试，以及重复输入输出端口和实体地址的测试。电缆 (Cable) 类别则测试其机械与电子兼容性。

?  安捷伦 HDMI 解决方案

　　针对日益重要的 HDMI 测试市场，安捷伦一方面不断完善自己的测试方案，另一方面也在不断从测试角度向 HDMI 组织提出建设性的改进建议，以使得兼容性测试规格 (CTS) 更具代表性和权威性。目前，安捷伦是可以提供适合于未来 HDMI 标准完整的测试解决方案的测试设备供应商之一。

　　目前，全球有五家 HDMI 授权测试认证中心 (ATC) ，分别设在 日本大阪 ( 隶属于日本松下 ) 、法国 Caen( 隶属于飞利浦 ) 、美国加州 ( 隶属于 Silicon Image) 、中国深圳 ( 隶属于 Silicon Image) 和上海 ( 隶属于 Silicon Image) 。安捷伦的测试方案已经在隶属于 Silicon Image 的 HDMI ATC 实验室（ San Jose ）安装使用，并在 2006 年 3 月 10 日，在日本松下 HDMI ATC 实验室完成了评估，并获得了好评。

　　1)误码 / 抖动容限测试平台： 主要 由安捷伦并行误码仪 ParBERT 81250A ，矢量信号源 E4438C 及 N5990A HDMI 一致性测试软件构成。

  该平台是完整的 HDMI 误码及抖动容限测试平台。随着速率的进一步增加，以及未来新的高速应用需求的提高，对线缆及接收机（ Sink ）进行误码和抖动容限测试将成为必须。

主要优点 :

.  多通道信号源和误码接收机，可以产生多路 TMDS 数据和时钟，满足目前４ Lane 需求。对将来的 7 Lane 需求也可以通过增加模块非常方便的扩充升级。 
.  时钟和数据抖动调制。 
.  对接收装置（ Sink ）进行一致性抖动容限测试，抖动产生能力可以达到1.5UI ＠ 10MHz 
.  自由灵活的配置，可达到每通道 7Gb/s 速率，用以验证将来的新标准 
.  最佳的信号质量，高达 7 Gb/s 速率，最小的固有抖动 
.  数据序列编辑器功能使得产生 HDMI 视频测试码型非常方便

图 1 安捷伦ＨＤＭＩ测试解决方案

2)高带宽示波器： 主要由 DSO80000B 系列示波器、 1130A 或 1160A 系列探头组成。其主要完成源装置（ Source ）发射信号质量的评估。根据 HDMI 测试要求，测试项目如下：

.　7-2 TMDS 摆幅 
.　7-4 TMDS 上升时间和下降时间 
.　7-5 TMDS 过冲 / 下冲 
.　7-6 TMDS 对间偏差（ Inter Pair Skew ） 
.　7-7 TMDS 对内偏差（ Intra-Pair Skew ） 
.　7-8 TMDS 时钟占空比 
.　7-9 TMDS 时钟抖动 
.　7-10 TMDS 数据眼图

主要优点 :

.  灵活的软件升级能力：安捷伦最新推出的 DSO80000B 系列示波器可以通过软件进行模拟带宽升级，利用这个优点，用户可以在需要测试高速率信号的时候方便快捷的用软件进行模拟带宽升级，从而可以将 4GHz 带宽的 DSO80404B 升级到具有 12GHz 带宽的 DSO81204B 。这不仅节省了时间，也保护了用户的先期投资。

　　由于 HDMI 单个 Lane 支持速率范围为（ 250Mbs~1.65Gbs ），因此，至少需要分析接收设备的带宽达到 3.5 GHz ( 这包括示波器和探头的总带宽 ) 。从时域上来看，大多数 HDMI 数据信号上升时间为 ~250ps ， 2GHz 带宽示波器就可以进行测试。而同时，考虑到 HDMI 最快上升时间指标是 75 ps ，这就必须需要 6GHz 带宽示波器才可以进行测试。

.  内存需求少：对于 HDMI 测试，安捷伦 DSO80000B 示波器只需要 1MB 内存即可进行测试，相比其他测试方案高达 16M 的内存需求，这无疑大大节约了测试成本。 
.  探头需求少：只需要 2 个差分探头就可以进行测试。

3)HDMI 测试夹具： 安捷伦近日宣布推出 N1020A 的测试探头 K12 和 K13 选项，该夹具提供的测量带宽大于 6GHz ，上升时间小于 100 ps ，支持 HDMI 审定测试中心的极限要求。该夹具与安捷伦的 Infiniium 示波器或 81250A 误码仪以及 HDMI 发射机一致性测试方案结合在一起使用，就可以测试波形参数（如由 HDMI 符合性测试规范保证的上升时间和数据眼图），或测试接收机的接收性能。 

图 2 ： Agilent 新的测试夹具（左）和老的源测试夹具（右）

　　该 HDMI 测试方案对于消费电子市场特别重要，迄今为止，任何一种夹具的带宽都不足以测量高清晰度信号的波形参数，而我们的新型夹具体将向 HDMI 审核测试中心提供他们需要的夹具极限带宽。

4) HDMI 自动测试软件： N5399A 一致性自动测试软件包有一些特点和优势：

.  符合 HDMI 标准规范要求，自动完成发射信号一致性测试各项指标； 
.  友好的用户界面； 
.  控制示波器进行配置及自动测试； 
.  提供 HDMI 关键测试算法； 
.  提示用户进行正确的连接； 
.  保存测试结果以便于进一步分析，并最终提供完整的测试报告； 
.  不需要额外的串行分析软件包选件； 
.  支持任意波发生器进行测试完整的 Sink 测试。

5)TDR 时域反射分析： 安捷伦 54754A 差分 TDR 模块是测试 HDMI 电缆和各种接插件的性能的最佳选择。

主要优点 :

.  独有的 TDR 校准功能：不仅可以提高测试精度、去除测试夹具引入误差，而且可以通过算法优化上升时间（最快达到 15ps ） 
.  更多的测试功能：提供 Excess Reactance 结果，提供等效电路分析的重要信息和数据 
.  符合 HDMI 标准规范要求，自动完成发射信号一致性测试各项指标； 
.  支持 S 参数测试，在获得时域信息的基础上，也可以获得频域的信息，是信号完整性分析的有力的工具

6)PLL/ 抖动分析： HDMI 的的发射机和接收机都是靠 PLL 电路来恢复数据时钟的，因此评价 PLL 的特性，成为了一项关键的测试内容。与采用示波器的其他测试数据抖动的手段相比，测试 PLL 电路的抖动特性要复杂的多。 E5052A 信号源分析仪及 E5001A 抖动分析软件，正是解决这个难题的最佳选择。

主要优点 :

.  只需一台仪器就能完成相位噪声、频率和功率测试 
.  简化复杂、费时的测量程序，有效地减少测试时间 
.  提供出色的相位噪声和瞬时测量，结合 E5001A 抖动分析软件，可以进行 飞秒量级的超低的抖动分析