HDMI与HDCP技术分析及应用

信息科技中国科技信息２００７年第１１期ＣＨＩＮＡＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮＪｕＦＩ．２００７ＨＤＭＩ与ＨＤＣＰ技术分析及应用

周咸春梁维铭桂林电子科技大学电子工程学院５４－１００４

擒熏

分析ＨＤＭＩ的结构、信号编码以及高带宽内容保护（ＨＤＣＰ）等技术；给出ＨＤＭＩ在媒体播放器应用设计实例。

蓑键诵

高清多媒体接口ＨＤＭＩ；宽带数字内容保护ＨＤＣＰ；媒体播放器

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Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｂｏｕｔｓｉｇｎａｌｅｎｃｏｄｅｄａｎｄＨＤＣＰｏｆＨＤＭＩａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．ＡｎａｐｐｔｉｃａｔｉｏｎｉｎｍｅｄｉａｐｌａｙｅｒｄｅｓｉｇｎｏｆＨＤＭＩｉｓｇｉｖｅｎａｓｗｅｌｔ

１引言

近年来，在音像电子技术领域，液晶电视（ＬＣＤ—ＴＶ）、等离子电视（ＰＤＰ）技术发展迅速，逐步进入人们的日常生活。传统的音视频（ＡＶ）接口已经不能满足人们对于新一代音像技术在高清晰度、高保真度和数字化方面的要求。传统ＡＶ接口大多采用模拟接Ｐｌ，如同轴端子、Ｓ端子、ＹＵＶ色差端子、ＲＧＢ模拟色度视频接口等．模拟ＡＭ接口不仅传输速率低，容易产生信号损失，影响图像和声音质量，而且接口体积大，接线太多。于是人们设计了新一代ＡＶ接口——高清多媒体接口（ＨＤＭＩ）。

高清多媒体接口（ＨＤＭＩ）体积小、传输带宽高、仅用一根线缆就能同时传送视频和音频信号、支持数字内容保密等，在各种媒体播放系统和数码产品中得到越来越广泛应用。在进行数字音视频产品研发中，对信号接口的应用研究

也是非常重要的。本论文将分析ＨＤＭＩ的

结构、信号编码以及高带宽数字内容保

护（ＨＤＣＰ）等技术，并给出ＨＤＭＩ在

媒体播放器的应用实例。

２ＨＤＭＪ接口

２．１ＨＤＭＩ接口及特点

ＨＤＭＩ是由美国晶像（ＳｉｌｉＣＯｎ。

Ｉｍａｇｅ）公司联合日立、松下、飞利浦、

索尼、汤姆逊（Ｔｈｏｍｓｏｎ）和东芝７家

公司组成的ＨＤＭＩ联盟共同开发。ＨＤＭＩ

技术是从针对个人计算机的数字视频接口

（ＤｉｇｉｔａｌＶｉｄｅｏＩｎｔｅｒｆａｃｅ，ＤＶＩ）技术『

演化而来。ＨＤＭＩ采用非常高频宽的基频ｌ

信号传送高分辨率的数字影音信号。

ＨＤＭＩ采用ＴＭＤＳ（ＴｒａｎｓｉｔｉＯｎ

ＭｉｎｉｍｉｚｅＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＳｉｇｎａｌ）信号作Ｉ

为基本电气连接，其包含３路ＴＭＤＳ数据

通道（传输视频数据、音频及辅助控制‘

数据等）和１路ＴＭＤＳ时钟通道”］。通过

ＴＭＤＳ传输，点的传输速率可达ｌ０．』

２Ｇｂｐｓ，ＨＤＴＶ仅需要２．２Ｇｂｐｓ的传输带

宽，还有很大的传输余量，以满足日后

更高标准的视频数字信号。ＨＤＭｌ支持。

ＨＤＴＶ信号无压缩传输，并支持八声道

９６ＫＨｚ或单个声道的１９２ＫＨｚ数字音频传｝

送。

最简单的ＨＤＭＩ系统结构见图ｌ。

ＨＤＭＩ具有如下优势和特点：

支持更高质量（１０位／１２位）数

字视频信号传送以及数字音频的传输。

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

接线就可以完成高清图像和数字伴音的

传送。

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

（ＨｉｇｈＢａｎｄｗｉｄｔｈＤｉｇｉｔａｌＣｏｎｔｅｎｔ

Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ）功能，支持受保护数据的传

送，避免数字视频信号被非法盗用。

接口物理尺寸更小型化，仅１９个引

脚，宽２．１厘米，高１．５厘米。

向后兼容ＤＶＩ接口标准。

具有“即插即用”特点，支持显示

设备ＩＤ数据信息ＥＤＩＤ（ＥＸｔｅｎｄｅｄ

ＤｉｓｐｌａｙＩｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎＤａｔａ），能实现

设备之间的双向通信，信号源与显示器

之间自动协商，自动选择最合适的音视

频信号格式。

２．２ＨＤＭＩ信号编码技术

ＨＤＭＩ的信息传送分为三个阶段：视

频数据周期、数据岛周期和控制周期ｆｌＩ。

视频数据周期发送有效视频行的像素和视

频信息，数据岛周期传送音频和附加的

信息数据包；控制周期内则没有任何视

频数据、音频数据或者附加数据被传

送，它是用来传输文件头和场、行同步

控制信号。ＨＤＭＩ信息传送的三个阶段分

别采用不同的编码方法。

在数据岛周期，数据采用ＴＥＲＣ４

（ＴＭＤＳＥｒｒｏｒＲｅｄｕｃｔｉｏｎＣｏｄｉｎｇ）的数字声音也能支持双波段脉冲编码图１ＨＤＭＩ系统结构

１５０　万方数据

编码方式，将４位数据转换成１０位数据，打包后送到３个ＴＭＤＳ数据通道，每个像素时钟周期３路通道共传送１２ｂｉｔ数据包信息。

在控制周期中，每个通道传送２ｂｉｔ信息或者通过像素时钟传送一个最大６ｂｉｔ的编码信息。这个６ｂｉｔ的信息包括

ＨＳＹＮＣ、ＶＳＹＮＣ、ＣＴＬ０、ＣＴＬｌ、

ＣＴＬ２和ＣＴＬ３。在每个控制周期最后的阶段，通过ＣＴＬｘｂｉｔ指出下一个周期是视频数据周期还是数据岛周期。

比较复杂的是视频数据周期中的视频信号编码。在视频数据周期，视频数据采用的是ＴＭＤＳ编码。其编码需要两个过程：（１）将８位数据转换到９位，将位的转换最小化；（２）产生ｌ０位形成直流平衡化理想字符。

ＴＭＤＳ编码是将８位字符变换为１０位字符的一种编码方式。先将８位字符在最低位不变情况下，对剩下７位与前一个编码数据对应的７位通过“异或（ｘＯＲ）”或“异或非（ｘＮＯＲ）”来最小化编码（即编码前后变化最少）为９位字符，其

中第９位标志是采用了哪种变换方式，０

表示ＸＮＯＲ，１表示ｘＯＲ。然后根据已经传输的数据０和１的个数以及当前将传输数据的０和１个数来决定是否对第一步所产生的９位字符信息中的８个数据位做反转操作，若已经传输了更多１且当前数据的１比０多则反转，变成１０位直流平衡码，其中第ｌ０位是反转标志，ｌ表示进行了反转，０表示没有反转。编码后的数据经过串行化后在ＴＭＤＳ通道上以差分形式发送出去，实现了位最小变化信号的编码和传输。

２．３ＨＤＭｌ支持的音视频格式

ＨＤＭＩ可支持的数字视频和数字音频

表１ＨＤＭｌ支持的音视频格式

格式种类很多，见表１所列１２Ｊ。

２．４

ＨＤＣＰ内容保护技术

ＨＤＣＰ即高宽带数字内容保护，它是以保护商业娱乐内容的专利，对通过ＨＤＭＩ接口进行的商业娱乐数字视频内容进行加密和保护，并且由国际运动图像联盟（ＭＰＡ）实施保护从ＨＤＭＩ接口输出的任何拷贝行为。

ＨＤＣＰ主要包含三个基本内容：校验协议、像素加密和可更新性｜３Ｉ。

首先，发送器验证接收设备是否被授权接收加密数据，是通过校验协议来检验接收器接收数据信息的合法性。发送器和接收设备相互交换一个４０位的密钥选择矢量（ＫＳＶ），收发双方将获得的ＫＳＶ和自己的私有密钥进行各自独立的运算，运算的结果进行对比，若二值相等则发射端就能确定此接收器为ＨＤＣＰ适合接收者。

若通过前一阶段的合法性校验通过后，发送器与接收器在校验协议部分交互共享密钥，完成数据加密和解密过程，见图２。发送器的加密是通过对２４一ｂｉｔ原始象素数据和由ＨＤＣＰ加密器产生的２４一ｂｉｔ加密数据进行“异或”运算得到２４一ｂｉｔ加密象素数据。接收器端接收到加密象素数据后与接收器ＨＤＣＰ）／ｎ密器加密后的２４一ｂｉｔ加密数据再进行“异或”运算。由于接收器ＨＤＣＰ）Ｎ密器的结构和初始值与发送器ＨＤＣＰ加密器完全相同，

所以经过两次“异或”运算还原加密数

据。

当需要取消接收器的合法性时，通过ＨＤＣＰ的可更新性来完成。这一部分ＨＤＣＰ识别和取消未经授权或其ＫＳＶ已经被放“撤销列表”的设备。避免了由于合法ＨＤＣＰ接收器的私有设备密钥和ＫＶＳ

图２ＨＤＣＰ像素数据加密与解密

１５１

由于某种原因被泄露而造成有版权信息被非法盗用。

３

ＨＤＭＩ在媒体播放器的应用

ＨＤＭＩ凭借其自身技术特点和优势以

及在包括索尼、飞利浦和松下等大的消费电子厂商大力支持和推广下ＨＤＭＩ得到

广泛使用。ＨＤＭＩ最适合应用于各种ＰＤＰ

ＴＶ、ＬＣＤ投影机、ＤＬＰ投影机以及各种数字电视、ＤＶＤ媒体播放器和机顶盒等数字电子产品。

在媒体播放器上，ＨＤＭＩ设备需要作为发送器来设计。有部分ＩＣ设计公司已经推出了包含有ＨＤＭＩ内核的ＨＤＭＩ发送器控制芯片，并集成了ＨＤＣＰ控制器。例如ＳｉｌｉｃｏｎＩｍａｇｅ公司设计的Ｓｉｉ９０３０是遵从ＨＤＭＩ１．１和ＨＤＣＰｌ．１标准规范的ＨＤＭＩ发送器控制芯片，还有ＺＯＲＡＮ公司的ＺＲ３６７２１和ＳＵＮＰＬＵＳ公司的

ＳＰＨＥ６５００Ｐ的ＨＤＭＩ发送器控制芯片等。

下面以ＳＰＨＥ８２８１

Ａ媒体播放器整合

ＨＤＭＩ发送器控制芯片ＳＰＨＥ６５００Ｐ的设计

实例来分析。

ＳＰＨＥ８２８１Ａ是凌阳公司的一款功能

强大的音视频解码控制芯片，集成了伺

服控制器，多通道多格式电视编码器以及ＣＣＩＲ６５６视频标准的数字视频编码器和具有高品质ＡＣ３系统的音频ＡＤＣ模数转换器。同是凌阳公司的ＳＰＨＥ６５００ＰＨＤＭＩ发送器控制芯片兼容ＨＤＭＩ１．１和

ＨＤＣＰ

１．１协议，集成了满足ＨＤＭＩ

ｌ。１

芹ＥＩＨＤＣＰ１．１技术规范的ＨＤＣＰ］／【Ｉ密引擎和ＨＤＣＰ处理器。ＨＤＭＩ设计方案如图

３。

ＳＰＨＥ８２８ｌＡ向ＨＤＭＩ控制器提供：

遵循ＣＣＩＲ６５６视频标准的８位数字视

频以及ＳＰＤＩＦ或１２Ｓ音频输入信号；

图３

ＳＰＨＥ８２８１Ａ系统ＨＤＭＩ设计

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万方数据

誊警黪≥参譬骜ｊ≥ｉ－ｉ；。一。ｊｊ＿’。ｉ≯萎誉鬟囊ｏｉｊ｜｜：｜ｊ≯。ｉｉ：。

除和改正，那么几乎所有版本（通常为九个版本：英文版和八种本地化语言版本）都存在错误，也就是说全球用户都在用有错误的软件。而有些错误可通过升级、补丁、更新等方式解决，有些则要在下一版本中改进或改正。原版出错的代价和影响可想而知。

因此，在软件国际化过程中一定要正确设计软件架构，做到与其他语言（如中文、Ｅｌ文等双字节亚洲语言）的支持和兼容，力求英文原版的界面语言和符号正确，各种功能完善且能正常运行，并通过测试尽可能发现和消除更多的错误，减少因原版错误而导致本地化版本出错，减少给本地化过程带来的压力、困难和不利因素，从源头上保证本地化版软件的正确性和高品质。

２．２本地化及测试过程对本地化版软件质量的影响

本地化阶段的主要任务是：翻译（包括校对、编辑）和测试等。软件本地化翻译质量对软件质量的影响非常大，翻译准确、符合专业习惯，才能正确引导软件用户进行正确的操作、输入正确的数据和要求的参数、做出正确的选择，进而获得期望的运行结果；否则就会给出错误的提示，误导用户做出错误的选择、输入错误的数据和参数，进而产生运行异常、获得异常的结果，甚至因翻译错误而误导用户输入错误消息、进行错误的选择或操作，进而导致功能失效、软件崩溃、系统死机等严重错误。因此，只有提高软件本地化翻译的质量，才能从根本上提高本地化版软件的质量。

翻译工作应按照“信、达、雅”这三个原则严格执行。作为保证质量的标准之一，“信”应放在首位，即翻译首先要准确、如实地传达原文的涵义，这是最基本，也是最重要的一个标准。在“达”和“雅”方面，应做到通顺和行文优美的要求，并尽可能保持一致的风格。

有关影响软件本地化翻译质量的因素和提高本地化翻译质量的方法，请参阅笔者的另一篇文章《软件本地化翻译质量面面观》，此处不再赘述。

同样，还应通过本地化测试尽可能发现和消除更多的、本地化阶段产生的错误，进而提高本地化软件的质量。

２．３使用过程对本地化版软件质量的影响

随着软件开发的难度和复杂性的日益提高，软件质量问题受到普遍的重视。

所谓的软件质量通常可从五个方面进行衡

量，即软件产品的功能、可用性、可靠

性、性能和可支持性。因而要采用针对

这些方面而设计的软件测试解决方案，

以便帮助测试人员管理、控制应用开发

和测试中的风险，利用集成的自动化管

理环境进行需求管理、测试管理、缺陷

管理、功能测试和业务流程管理，从而

加快软件测试的流程，提高软件及本地

化版的质量。

除了国际化、本地化及对应的测试

等软件生产环节外，遍布全球数以百万

计的广大使用者可以说是最终、最实

际、最强大、最持久、最实时、最全

面、最细致的免费（实际上是倒付费）

测试者群体和体验者群体。他们会在常

年的使用过程中不断地对软件的上述衡量

因素进行测试和体验。

因此，如果能建立起实用、方便的

错误信息报告机制，全面收集使用者报

告的信息，充分利用他们提供的反馈，

不但可促进软件公司与使用者之间的互

动，还有利于对国际化软件和本地化软

件进行改进和提高。

３．总结

综上所述，软件开发的规模越来越

大，软件及本地化版软件的质量问题显

得越来越突出。软件及本地化版软件质

量控制不仅是测试问题，还涉及一整套

管理方法的实施。在软件开发与测试、

软件本地化及测试的所有阶段都应该引入

质量管理的观念和体系，建立完整的项目

管理方法，用一整套完善而周密的软件开

发、本地化及测试方案（即软件及本地化

版软件质量保证计划），说明软件开发、本

地化及测试思想，描述软件功能开发、本

地化及测试的指导性文件，具体详尽地阐

述软件开发、本地化及测试方法，建立及

时而全面的问题跟踪体系和数据库等等，

这样才能规避软件质量、性能、准确性及

操作等方面的风险，全面提高本地化版软

件的质量。

作者简介？ｊ『¨

郑国政（１９７０年出生），女（汉族）．籍贯

吉林省梅河口市．高级工程师．工学硕士学

位。毕业于东北大学：目前就职于软件公司

从事软件本地化工作六年．先后在各种专业

期刊上发表数篇论文、

１５３

罐遐上接第憾ｉ页

准确的视频同步时钟信号；

精确的３Ｖ和１．８Ｖ工作电压；

ＤＤＣ通道与ＨＤＭＩ连接设备通信，

正确读取连接设备的ＥＤＩＤ信息；

控制ＳＰＨＥ６５００Ｐ的１２Ｃ总线设置

ｓＰＨＥ６５００Ｐ各控制寄存器；

提供不同定时时间的定时器，实现

周期控制。

ＳＰＨＥ８２８ｌＡ通过１２Ｃ总线设置

ＳＰＨＥ６５００Ｐ的ＨＤＣＰ控制寄存器，驱动

数据显示通道ＤＤＣ（ｄｉｇｉｔａｌｄｉｓｐｌａｙ

ｃｈａｎｎｅｌ）控制器与接收器进行认证和加

密过程。认证通过后通过ＤＤＣ获取显示

设备的ＥＤＩＤ数据，系统软件设置

ＳＰＨＥ６５００Ｐ控制寄存器，设置最佳输出

的音视频格式。设置的参数包括：视频

像素时钟、同步信号极性、分辨率、音

频时钟再生参数、采样率等。最后，对

音视频数据加密，通过ＴＭＤＳ通道传送数

据给接收器（电视机等）。

４小结

ＨＤＭＩ为高清音视频传输提供了带宽

和通信保障，ＨＤＣＰ技术的应用为宽带视

频数据进行了加密，避免了数据被非法拷

贝，保护了知识产权。ＨＤＭＩ的许多优点

和优势，将使它被广泛地应用到各种宽带

视听消费产品中，必将带来一场接口技术

革命。

参篱鬟≮蘸÷÷ｊｊ？｜一｜ｉ辫豢毒嚣曩ｊａ薯二｜譬ｉＩ再，？

１］Ｈｉｔａｃｈｉ，Ｌｔｄ；ＭａｔｓｕｓｈｉｔａＥｌｅｃｔｒｉｃＩｎｄｕｓｔｒｉａｌ

Ｃｏ】．，Ｌｔｄ：ＰｈｉｌｉｐｓＣｏｎｓｕｍｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，

ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＢ．Ｖ；ＳｉｌｉｃｏｎＩｍａｇｅ，ｉｎｃ；Ｓｏｎｙ

Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ：ＴｈｏｍｓｏｎＩｎｃ．：ＴｏｓｈｉｂａＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ．

Ｈｉｇｈ——－－ＤｅｆｉｎｉｔｉｏｎＭｕｌｔｉｍｅｄｉａＩｎｔｅｒｆａｃｅＳｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ

Ｖｅｒｓｉｏｎ１．１『Ｓ１．２０Ｍａｙ，２００４．

［２］电子工程专辑．ＤＶＩ、ＨＤＭＩ的技术应用

『ＥＢ／ＯＬ］．（２００５－７）．ｈｔｔｐ：／／ｆｏｒｕｍ．ｅｅｔｃｈｉｒｌａ．ｃｏｒｎ／

｛５ＤｉｇｉｔａｌＣｏｎｔｅｎｔＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，ＬＬＣ．Ｈｉｇｈ－

ｂａｎｄｗｉｄｔｈＤｉｇｉｔａｌＣｏｎｔｅｎｔＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ

Ｂｅｖｉｓｉｏｎｌ．１ｌＳｌ．９Ｊｕｎｅ，２００５．

瞧满鬣囊？｜｜ｊ－ｊｊ曩ＩＩｌ、叠一｜薯Ｉ。≥薹≥曩警簿。

周威舂（１９７７一）．男．桂林电子科技大学电

子工程学院在读硕士研究生。研究方向为自

动测试与控制系统。

　万方数据

HDMI与HDCP技术分析及应用

作者：周咸春， 梁维铭， Zhou Xianchun， Liang Weiming

作者单位：桂林电子科技大学电子工程学院,541004

刊名：

中国科技信息

英文刊名：CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION

年，卷(期)：2007，""(11)

被引用次数：1次

参考文献(3条)

1.Hitachi Ltd.Matsushita Electric Industrial Col Ltd.Philips Consumer Electronics International B V .Silicon Image,Inc Sony Corporation Thomson Inc.Toshiba Corporation High-Definition Multimedia Interface Specification Version 1.1 2004

2.电子工程专辑.DVI、HDMI的技术应用 2005

3.Digital Content Protection LLC Highbandwidth Digital Content Protection System Revision1.1 2003

相似文献(1条)

1.期刊论文戴仕勇.Dai Shiyong音/视频信息回放系统的HDMI发送器解决方案-单片机与嵌入式系统应用2006,""(10)

介绍HDMI的连接结构、信号编码及内容保护等技术;提供一种基于Atmel公司的AT76C114和Silicon Image公司的SiI9030的回放系统HDMI发送器解决方案.

引证文献(1条)

1.王建平.范科峰.肖勇HDCP在Displayport上的应用及实现[期刊论文]-计算机系统应用 2009(4)

本文链接：https://www.sodocs.net/doc/cb2473605.html,/Periodical_zgkjxx200711081.aspx

授权使用：北京理工大学(北京理工大学)，授权号：557231e5-256d-4cf1-b264-9dc6010596b9

下载时间：2010年8月2日