HDMI線探秘（一）

2015/02/03發表，已被閱讀 258,910 次	分類：專題

文‧賴英智

就算不是影音發燒友，很多人也脫離不了HDMI線的影響。家裡買部新的平面電視，很可能已經都是4K解析度了，因為4K電視價格一路下滑，與2K高畫質電視距離越來越小，消費者當然會選擇新科技產品。如果再買部可觀看網路電視的機上盒，或可播放下載節目的高畫質播放盒，甚至是攜帶型的高畫質MP4播放器，都少不了HDMI線連接。從電腦街一條百來元，到音響店一條上萬元，這些HDMI線究竟有甚麼區別？

影像傳輸介面的演進

最早類比的影像端子稱為Composite Video，以黃色RCA接頭代表影像，除了RF外，這是最古老的輸出入介面；後來才發展出S-Video（彩度與亮度分離）、Component（色差端子，把影像中的明度、彩度、同步脈衝分解開來各自傳送）、D-Terminal、VGA、DVI等其他介面。無論如何，這些端子都是影像和聲音分開的。

1970年代歐洲誕生了一種21 pin的SCART介面，將影像和聲音全部整合在一起，影像和左右聲道都是Bi-directional雙工的，也包含RGB及S-Video的訊號，它能夠自動對應寬螢幕，開啟家用消費電子產品自動化運用的先鋒。SCART到目前為止，都能夠支持高畫質影音訊號，其功能在衛星接收器上發揮的淋漓盡致。歐規的DVB衛星接收器，在當地都必定使用SCART接頭，為了應付Pay TV付費電視節目，這時候SCART的數據匯流排除了聯結付費電視的解碼器之外，還兼具控制碟型天線的位置，連帶可以操作集波器的極性，達到接收來自不同衛星的節目。SCART的控制技術發展經驗，造就了控制通道的技術概念，後來IEEE 1394及HDMI的CEC控制通道的設計就受到它的啟發。

黃色的RCA接頭是常見的Composite Video端子；黑色者是可分離彩度與亮度的S-Video端子；有紅藍綠三色的是Component色差端子。

IEEE 1394被蘋果稱為FireWire，由於Sony在蘋果未將FireWire作為統一品牌之前，就註冊以i.Link作為商標，最初Sony的DV使用這種介面，因此也稱為DV端子。

IEEE 1394的傳輸效率相當優異，控制通道的指令也很完備，只要是日本高畫質衛星的玩家，一定很熟悉i.Link的控制方式。在電腦網路的運用上，IEEE 1394也有一種功能稱為IP over IEEE 1394，這種互聯配置方式，即使沒有Hub的情況下，透過IEEE 1394匯流排，也可以組成一個區域網路進行對外網路連線。不過2007年微軟公司宣布，IEEE 1394匯流排上的IP網路，不再提供支持在Windows所有的更新版本，也就是說IEEE 1394面臨末代命運。

同時藍光機攻城掠地，i.Link的速度不再符合精確又高速的工作效率，所以日本數位廣播逐漸放棄這個介面。電腦方面，IEEE 1394必須付費授權，現在也被擁有高速化技術的USB 3.0取代了。2005年日本松下曾推出令人驚嘆的VIERA Link技術，學習SCART單線數據匯流排的方式傳輸AV.Link的訊號，使用單一遙控器就可以操作週邊的機器，促使HDMI 1.2a修訂版本公布了CEC功能，松下後來也改以HDMI作為系統連動控制的技術。

歐洲在1970年代推出的SCART接頭，能支援高解析影音訊號，其控制技術的發展經驗啟發了IEEE 1394與HDMI的設計。

1999年以美國Silicon Image的專利技術為藍本所推出的DVI端子，當時旨在統一新時代的數位顯示介面標準。

蘋果公司叫IEEE 1394，SONY稱之為i.LINK，現在已逐漸淡出市場。

HDMI的誕生

2002年4月，Hitachi、Panasonic、Philips、Silicon Image、Sony、Thomson、Toshiba等七家公司共同組建了HDMI高畫質多媒體介面組織，開始著手制定一種符合高畫質時代標準的全新數位化視訊、音訊介面技術，同年12月9日正式發布了HDMI 1.0版標準，為HDMI（High-Definition Multimedia Interface，高清晰度多媒體介面）正式拉開序幕。

其實早在1999年，為了滿足數位時代高品質圖形影像的要求，DDWG數據顯示工作組以美國Silicon Image公司的專利技術為藍本，推出了一種名為DVI的介面，旨在統一新時代數位顯示介面標準。此一技術得到IT產業Intel、DELL、HP、IBM等多個大企業支持。但伴隨著數位高清影音的發展，DVI介面逐漸暴露出種種問題，甚至成為進步的瓶頸。DVI介面存在的主要問題有︰
DVI介面考慮的對象是PC，對於平板電視的兼容能力一般。
DVI介面缺乏對影像版權保護的支持。
DVI介面只支援8 bit的RGB信號傳輸，不能讓廣色域的顯示終端發揮最佳性能。
DVI介面出於兼容性考慮，預留了不少接腳以支援類比設備，造成介面體積較大。
DVI介面只能傳輸圖像訊號，完全沒有考慮對於數位聲音訊號的支援。

2002年12月正式發布HDMI介面。

由於以上種種缺陷，DVI接口已經不能更好地滿足整個行業的發展需要。因此，無論是IT廠商、平面電視製造商，還是好萊塢的眾多出版商，都迫切需要一種更好的能滿足未來高畫質視訊產業發展的介面技術，HDMI標準於焉誕生。由於HDMI可同時傳輸影像和聲音訊號，對於建構家庭劇院、消費電子類產品而言，大大減少了纜線的數量，便利實用。經過了數十年的發展和演進，HDMI介面目前已經被廣泛應用在平面電視、數位相機/攝影機、高畫質多媒體播放機、投影機、PC、手機、平板電腦、車用電子設備等非常多的領域，成為消費電子設備中不可缺少的影音介面。

HDMI介面的種類

HDMI共有五種介面，實際上運用的僅為其中四種，分別是：

HDMI A Type
總共有19 pin，是影音器材最常見的HDMI接頭規格，相當於DVI Single-Link傳輸。A type的插頭內部接腳呈環狀排列，標準規定外觀尺寸的誤差要控制在相當小的範圍內（0.05mm），以保證良好的接觸性。

HDMI B Type
總共有29 pin，可傳輸A type兩倍的TMDS資料量，相當於DVI Dual-Link傳輸，用於傳輸高解析度圖形（WQXGA 2560×1600以上）。但因為傳輸TMDS時工作頻率必須提高至270 MHz以上，而在HDMI 1.3的IC出現之前，大部分設備只能穩定在165 MHz以下工作，所以此類介面未應用在任何產品中。

HDMI C Type
稱為Mini HDMI，總共有19 pin，可以說是縮小版的HDMI A type，但腳位定義有所改變，主要是用在攜帶型裝置上，例如DV、數位相機、攜帶型多媒體播放器等。

HDMI D Type
也稱為Micro HDMI，共有19 pin，腳位定義有所改變，介面比Mini HDMI縮小約50%，可為相機、手機等攜帶式裝置帶來最高支援1080p的解析度及最高支持5GB的傳輸速度。

HDMI E Type
共有19 pin，多用於汽車產業，1.4版本才首次於市場出現。E型接頭設計對環境的要求特別嚴格，接頭互相連接時要注意耐震、防潮、溫差變化、噪音干擾等，因為車上的環境不如住家安定，所以在HDMI的各類型接頭中這是唯一有interlocking互鎖的結構。

HDMI版本

HDMI最早的介面規範HDMI 1.0於2002年12月公布，1.1版本於2004年公布，1.2版本於2005年公布，1.3版本於2006年公布，1.4版本於2009年公布，最新的2.0版本於2013年公布。每一次版本更新都是為了擴大應用範圍，增加功能，提高速率的實現。

1.0版 → 研發、試用階段
1.1版 → 只有影像（1080p）
1.2 → 影像（1080p）＋立體聲
1.3 → 影像（1080p）＋支持7.1聲道
1.4 → 基本與1.3版相同，再增加乙太網路通道、音訊回傳通道、3D over HDMI、支援4K解析度、擴大對色階的支援，與Micro HDMI連接器

那些HDMI標準的發起者組織在推廣HDMI標準的時候，並不是本著救世濟人的原則，單純的推廣一種領先的技術，其背後還有著更深層次的商業原因。這就要從HDMI晶片的主要供應商Silicon Image說起。前面說過HDMI標準是由Hitachi、Panasonic、Philips、Silicon Image、SONY、Thomson、Toshiba等七家公司共同制定，而這七家公司中，掌握了HDMI標準最核心技術的便是美國Silicon Image，它不僅掌握著HDMI核心的TMDS（transition minimized differential signaling，最小化傳輸差分訊號）技術，也是全世界最大的HDMI主控晶片供應商，因此，HDMI標準的普及程度就和Silicon Image之間產生了直接的利益關係。

不同尺寸的HDMI接頭適用於不同的設備。

HDMI是要收費的！

為了更好地推廣HDMI標準，以Silicon Image為首，又成立了一個專門的全資子公司HDMI Licensing, LLC。這個公司專門負責HDMI標準的更新、向設備商的推廣，和對各種搭載了HDMI產品的認證和測試工作。當初制定HDMI標準的其餘六家公司，也成了HDMI Licensing公司的創建者，但是佔據的份額相對較小。

天下沒有免費的午餐，HDMI Licensing公司支付相應的費用。而費用的構成也比較多，主要有以下幾種收費項目。

一、每種使用HDMI的設備需要繳納每年一萬美元的權利金，如果要加入HDCP（High-bandwidth Digital Content Protection，高頻寬數位內容保護）功能，還需支付額外的一萬美元。對於HDCP功能，幾乎很少有廠家會選擇放棄，不然他們的產品將缺乏基本的競爭力。

二、為了保證裝有HDMI介面的設備之間的相容性，廠商們還需參加Authorized Testing Center舉辦的HDMI ATC相容性測試，包括影像設備、接收器、轉發設備、線材等每一種都單獨收費。

三、每部用於商業化的器材，還需要單獨繳納15美分的權利金和4美分的HDCP權利金。如果使用HDMI的logo，每件器材還需再繳納5美分。

上面這三項收費，還僅僅是HDMI Licensing收入的一部分，另外一部分收入則來自於販賣HDMI主控晶片。目前世界上能提供HDMI主控晶片的廠家除了Silicon Image，還有安捷倫等廠商。數位顯示技術中，目前世界上有三大主流技術，TMDS為Silicon Image所開發、LVDS隸屬National Semiconductor獨有專利，以及日本Sony研發的GVIF技術，各有所長。令人不解的是Sony有不錯的技術，為何會聯合Silicon Image共同推展HDMI的TMDS技術呢？商業競爭的策略，巧妙之處盡在不言中。

Panasonic研發的Viera-Link技術，希望用簡單的方式操控影音設備，HDMI透過CEC技術也能實現同樣功能。

美國Silicon Image研發的TMDS技術可以說是HDMI的核心，因此他們成為市場爭奪戰中最大的受益者。


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