ＳＤＩ－ＨＤＭＩ的技术实现
随着数字电视技术的日益发展和成熟应用，高清晰度（ＨｉｇｈＤｅｆｉｎｉｔｉｏｎ，ＨＤ）、标准清晰度（ＳｔａｎｄａｒｄＤｅｆｉｎｉｔｉｏｎ，ＳＤ）电视信号的摄制与传输在国内各电视台得到了广泛的应用。为保证制作和监看质量，大多数摄录编设备都采用ＳＤＩ接口进行电视信号的采集与监看。目前高清非线性编辑系统、高清摄像机、高清监视器、高清录像机等设备大都由国外厂家生产，价格昂贵。高清摄录编设备监看用的显示器选配的一块ＳＤ－ＳＤＩ卡需数千元，一块ＨＤ－ＳＤＩ卡达到几万元，价格昂贵且如需维修则费时费力。如何通过对ＳＤＩ转换为ＨＤＭＩ进行设计与开发，实现较低成本运用具有ＨＤＭＩ接口的ＬＣＤ作为高标清监视器用，满足需求并大大降低成本，对于电视技术人员来说研究显得日益重要。
１ＳＤＩ、ＨＤＭＩ概述
１．１串行数字接口
ＳＤＩ（ＳｅｒｉａｌＤｉｇｉｔａｌＩｎｔｅｒｆａｃｅ），又称串行数字接口，是把数据字节的各个比特以及相应的数据通过单一通道顺序传送的接口。由于串行数字信号的数据率很高，在传送前必须经过处理。它是用扰码的倒相不归零（ＮＲＺＩ）来代替早期的分组编码，其标准为ＳＭＰＴＥ－２５９Ｍ和ＥＢＵ－Ｔｅｃｈ－３２６７，包括了含数字音频在内的数字复合和数字分量信号。在传送前，对原始数
据流进行扰频，并变换为ＮＲＺＩ码确保在接收端可靠地恢复原始数据。这样在概念上可以将数字串行接口理解为一种基带信号调制。ＳＤＩ接口能通过２７０Ｍｂ／ｓ的串行数字分量信号，对于１６∶９格式图像，能传送３６０Ｍｂ／ｓ的信号。
ＳＤＩ接口不能直接传送压缩数字信号，数字录像机、硬盘等设备记录的压缩信号重放后，必须经解压并经ＳＤＩ接口输出才能进入ＳＤＩ系统。如果反复解压和压缩，必将引起图像质量下降和延时增加，为此各种不同格式的数字录像机和非线性编辑系统，规定了自己的用于直接传输压缩数字信号的接口。如索尼公司的串行数字数据接口ＳＤＤＩ（ＳｅｒｉａｌＤｉｇｉｔａｌＤａｔａＩｎｔｅｒｆａｃｅ），用于Ｂｅｔａｃａｍ－ＳＸ非线性编辑或数字新闻传输系统，通过这种接口，可以４倍速从磁带上载到磁盘；索尼公司的４倍速串行数字接口ＱＳＤＩ（ＱｕａｒｔｅｒＳｅｒｉａｌＤｉｇｉｔａｌＩｎｔｅｒｆａｃｅ），在ＤＶＣＡＭ录像机编辑系统中，通过该接口以４倍速从磁带上载到磁盘、从磁盘下载到磁带或在盘与盘之间进行数据拷贝；松下公司的压缩串行数字接口ＣＳＤＩ（ＣｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎＳｅｒｉａｌＤｉｇｉｔａｌＩｎｔｅｒｆａｃｅ），用于ＤＶＣＰＲＯ和Ｄｉｇｉｔａｌ－Ｓ数字录像机、非线性编辑系统中，由带基到盘基或盘基之间可以４倍速传输数据。以上三种接口互不兼容，但都与ＳＤＩ接口兼容。
１．２高清晰度多媒体接口
ＨＤＭＩ（Ｈｉｇｈ－ＤｅｆｉｎｉｔｉｏｎＭｕｌｔｉｍｅｄｉａＩｎｔｅｒｆａｃｅ），又称高清晰度多媒体接口，可以提供高达５Ｇｂｐｓ的数据传输带宽，是首个支持在单线缆上传输，不经过压缩
张勇浙江师范大学现代教育技术中心
摘要：对ＳＤＩ－ＨＤＭＩ进行设计与开发，通过对音视频信号的编码转换，实现低成本使用带ＨＤＭＩ接口的ＬＣＤ作为高清监视器使用。设计的实现可有效改变原使用ＣＲＴ高标清监视器使用昂贵的状况。
关键词：ＳＤＩＨＤＭＩ设计技术实现
图１设计流程图
的全数字高清晰度、多声道音频和智能格式与控制命令数据的数字接口。无需在信号传送前进行数／模或者模／数转换，可以保证最高质量的影音信号传送。
ＨＤＭＩ技术不仅能提供清晰的画质，而且由于音
频／视频采用同一电缆，大大简化了家庭影院系统的安装。２００２年４月，日立、松下、飞利浦、ＳｉｌｉｃｏｎＩｍａｇｅ、
索尼、汤姆逊、东芝共７家公司成立了ＨＤＭＩ组织，开始制定新的专用于数字视频／音频传输的标准。２００２年岁末，ＨＤＭＩ１．０标准颁布。ＨＤＭＩ已从刚发布时的１．０版发展到现今的１．３版。ＨＤＭＩ在针脚上和ＤＶＩ（ＤｉｇｉｔａｌＶｉｓｕａｌＩｎｔｅｒｆａｃｅ，数字视频接口）兼容，只是采用了不同的封装。与ＤＶＩ相比，ＨＤＭＩ可以传输数字音频信号，并增加了对ＨＤＣＰ（Ｈｉｇｈ－
ｂａｎｄｗｉｄｔｈＤｉｇｉｔａｌＣｏｎｔｅｎｔＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，高带宽数字内
容保护）的支持，同时提供了更好的ＤＤＣ（Ｄｉｓｐｌａｙ
ＤａｔａＣｈａｎｎｅｌ，显示数据通道）可选功能。ＨＤＭＩ支持５Ｇｂｐｓ的数据传输率，最远可传输１５米，足以应付一个１０８０ｐ的视频和一个８声道的音频信号。而因为一
个１０８０ｐ的视频和一个８声道的音频信号需求少于４Ｇｂｐｓ，因此ＨＤＭＩ还有很大余量。
这允许它可以用一根电缆分别连接ＤＶＤ播放器、
接收器。此外ＨＤＭＩ支持ＥＤＩＤ（ＥｘｔｅｎｄｅｄＤｉｓｐｌａｙＩｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎＤａｔａ，外部显示设备标识数据，指ＤＤＣ通讯中传输的显示设备数据）、ＤＤＣ２Ｂ（主机与显示设备准双向通讯），基于
Ｉ２Ｃ通讯协议，因此具有ＨＤＭＩ的设备有“
即插即用”的特点，信号源和显示设备之间会自动进行“协商”，自动选择最合适的视频／音频格式。
２技术设计
ＳＤＩ转换成ＨＤＭＩ方案技术设计上选用Ｎａｔｉｏｎａｌ
Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ公司生产的ＬＭＨ００３１和ＳｉｌｉｃｏｎＩｍａｇｅ公司生产的ＳＩＩ９０３０芯片负责转换的全程工作。
ＬＭＨ００３１负责输入ＳＤＩ信号的检测、
数据的串／并行转换与输出；ＳＩＩ９０３０负责并行转换后数据的处理（是否支持ＨＤＣＰ、是否有ＡＵＤＩＯ）并输出至监视器。技术设计流程如图１所示。
ＬＭＨ００３１是搭载音频和辅助数据ＦＩＦＯ的数字视频解串行器／解码器，ＬＭＨ００３１执行的功能包括：从串行数据进行的时钟／数据恢复、串并数据转换、ＳＭＰＴＥ标准数据解码、ＮＲＺＩ至ＮＲＺ（不归零）转换、
并行数据时钟生成、文字设计、ＣＲＣ和ＥＤＨ数据检测和处理、辅助数据提取和自动视频格式检测。
ＬＭＨ００３１独有的多功能输入／输出端口提供了对于
配置和控制寄存器中的存储数据和功能进行外部访问的功能。
ＳＩＩ９０３０芯片是支持ＨＤＭＩ、ＨＤＣＰ和ＤＶＩ的第二
代ＰａｎｅｌＬｉｎｋ传输器，有着丰富的视频输入接口，支持８／１０／１２－ｂｉｔＹＣｂＣｒ４∶２∶２（ＩＴＵ．６０１和６５６），１６／２０／２４－ｂｉｔＹＣｂＣｒ４∶２∶２的解码。还提供４路Ｉ２Ｓ的输入，支持３２～９６ｋ的音频采样频率。
３
技术实现
ＳＤＩ转换成ＨＤＭＩ技术实现框图如图２所示。３．１
串行信号解码
ＨＤ－ＳＤＩ传输速率高达１．４８５Ｇｂｐｓ，其频谱分布一般在４ＧＨｚ以上，所以在ＳＤＩ传输时必须使用高频衰减较少的特性阻抗７５Ω专用电缆。ＳＤＩ信号通过７５Ω电缆传送至解码器，主芯片ＬＭＨ００３１的解串过程按照ＳＭＰＴＥ２９９Ｍ／２５９Ｍ标准来进行。如解码ＳＭＰＴＥ２９２Ｍ、１．４８５Ｇｂｐｓ（或１．４８３Ｇｂｐｓ）串行视频数据到一个带同步时钟的２０ｂｉｔｓ的并行数据，也能够解串并且编码ＳＭＰＴＥ２５９Ｍ、２７０Ｍｂｐｓ、３６０Ｍｂｐｓ和ＳＭＰＴＥ３４４Ｍ（推荐使用）、５４０Ｍｂｐｓ串行视频数据到１０ｂｉｔｓ的并行数据。并行视频输出具有一个深度可变的ＦＩＦＯ，通过调节此ＦＩＦＯ，可以将输出数据延迟达４个并行数据时钟周期，如图３所示。
在按照ＡＮＳＩ／ＳＭＰＴＥ２９２Ｍ标准制定的串行视频
传输过程中，在视频流的辅助数据空间中，为了传输音频信号，ＳＭＰＴＥ２９９Ｍ则定义了音频的传
输格式。具体ＳＭＰＴＥ２９９Ｍ标准定义的是２４ｂｉｔｓ的ＡＥＳ数字音频数据和相关的控制信息，它只适合按照ＡＮＳＩ／
ＳＭＰＴＥ２９２Ｍ标准编码的视频流中。
在按照ＡＮＳＩ／ＳＭＰＴＥ２５９Ｍ标准制定的串行视频传输过程中，在视频流的辅助数据空间中，为了传输音频信号，ＳＭＰＴＥ２７２Ｍ则定义了音频的传输格式。具体ＳＭＰＴＥ２７２Ｍ标准定义的是２４ｂｉｔｓ的ＡＥＳ数字音频数据和相关的控制信息，它只适合按照ＡＮＳＩ／
ＳＭＰＴＥ２５９Ｍ标准编码的视频流中。３．２ＦＰＧＡ
ＦＰＧＡ（ＦｉｅｌｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ）即现场可编程门阵列，它是在ＰＡＬ、ＧＡＬ、ＥＰＬＤ等可编程器件
的基础上进一步发展的产物，是作为专用集成电路
（ＡＳＩＣ）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了
定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。ＦＰＧＡ的使用非常灵活，同一片ＦＰＧＡ通过不同的编程数据可以产生不同的电路功能。ＦＰＧＡ在通信、数据处理、网络、仪器、工业控制、军事和航空航天等众多领域得到了广泛应用。随着功耗和成本的进一步降低，ＦＰＧＡ还将进入更多的应用领域。
３．２．１视频部分
在ＦＰＧＡ中把由ＬＭＨ００３１解码出来的２０ｂｉｔｓ或
者１０ｂｉｔｓ的视频数据，在主时钟的上升沿按照一定的
对应关系传递给ＨＤＭＩ编码器。
ＦＰＧＡ选用一片ＡＬＴＥＲＡ的ＥＰ２Ｃ５Ｑ２０８，为了保
hdmi连接电视持时钟数据的同步关系，只是用主时钟的上升沿敲了一下数据，然后直接输出给ＳＩＩ９０３０了，在ＦＰＧＡ中没有对视频进行处理。
３．２．２辅助数据部分
由ＬＭＨ００３１解码出来的１０ｂｉｔｓ的辅助数据中，
包含有我们所需要的音频数据，数据包中ＤＩＤ表示辅助数据包的关键字，ＤＢＮ表示一个数据块中的数，ＤＣ表示一个数据包中数据的总个数，ＣＬＫ中能够得到音频的采样频率，ＡＥＳ１和ＡＥＳ２中包含有２４ｂｉｔｓ的音频数据，ＥＣＣ０－５是循环校验码，ＣＳ是冗余校验码。在
ＨＤ中提取出来的音频数据包具体如图４所示。
在ＳＤ中提取出来的音频数据包情况如图５所示，ＤＩＤ，ＤＢＮ，ＤＣ，ＣＳ的定义和ＨＤ一样，采样频率等信息从ＡＵＸ中得到。
３．２．３音频处理
在４∶２∶２串行数字分量流中，视频行消隐和场消
隐期间的信息是不需要的，因而不进行取样。这样音频数据以辅助数据形式插入到数字视频分量不要的
图３
ＳＤＩ串行信号解码
图２ＳＤＩ－ＨＤＭＩ原理框图
图４
ＳＭＰＴＥ２９９音频数据包（ＨＤ）
图５
ＳＭＰＴＥ２７２音频数据包（ＳＤ）、
扩展数据包（ＳＤ）两空隙之中。在ＬＭＨ００３１中，它会自动把每一个消隐间的辅助数据提取到它自身的ＦＩＦＯ当中。ＬＭＨ００３１提供给用户一个辅助数据时钟输入ＰＩＮ，这样用户可以按照所提供的时钟频率提取出ＦＩＦＯ中的１０ｂｉｔｓ辅助数据，音频处理过程具体如图６所示。
为了使音频数据时钟与视频时钟同步，用主时钟的一半（图６中ＦＩＦＯ＿Ｉｎｃｌｋ）去做ＬＭＨ００３１提取辅助数据的时钟，把辅助数据提取出来以后，不能够拿它直接输出给后面的ＳＩＩ９０３０，因为ＳＩＩ９０３０只是接受
Ｉ２Ｓ格式的数据。所以要把按照ＳＭＰＴＥ２９９和
ＳＭＰＴＥ２７２标准编码的格式提取出来的数据，转换成Ｉ２Ｓ的格式。
首先，把提取出来的数据，连接到ＦＰＧＡ中，因提
取出来的数据不全是音频数据，所以要对它进行再一次的提取，把用到的音频数据放到ＦＰＧＡ内部的一个
ＦＩＦＯ中（具体音频数据格式见ＳＭＰＴＥ２９９Ｍ（ＨＤ）标准和ＳＭＰＴＥ２７２Ｍ（ＳＤ）标准）。
把音频数据变换成并行的２４ｂｉｔｓ（ＨＤ）或者２０ｂｉｔｓ（ＳＤ）之后，要把它写入ＦＩＦＯ中。在ＦＰＧＡ的ＦＩＦＯ中，每提取出一包音频数据包，就相应的有一个
节拍的４８ｋ音频数据产生，所以ＦＩＦＯ写入的数据的时钟和ＦＩＦＯ读出的数据的时钟必须保持同频的关系，这样才能保证ＦＩＦＯ不会溢出也不会读空。在这里
ＦＩＦＯ＿ｃｌｋ＿ｉｎ在每提取出一包音频数据便会产生一个
有效的写ＦＩＦＯ时钟，而读ＦＩＦＯ的时钟，用从视频时钟分频得到的４８ｋ时钟，这样ＦＩＦＯ就完成了。
从ＦＩＦＯ读出音频数据以后，放到一个寄存器中，用ＯＳＬＫ从高到低一位位地把数据敲到ＳＤＯＵＴ上，这样就可实现音频数据包到Ｉ２Ｓ的转换。
３．３
ＨＤＭＩ信号编码部分
编码过程如图７所示。
ＨＤ、ＳＤ视频信号和Ｉ２Ｓ音频信号送入芯片
ＳＩＩ９０３０，ＳＩＩ９０３０对信号进行编码成ＨＤＭＩ信号后输
出至带有ＨＤＭＩ接口的显示器。
目前ＨＤＭＩ１．３的最高传输速率已达１０．２Ｇｂ／ｓ，因此ＨＤＭＩ布线时必须考虑布线问题，必须考虑线长、线宽设置和布局问题。首先需注意的是ＨＤＭＩ信号线里传输的是高速率信号，其信号线的一小段引线就可能导致电磁干扰问题。因此在印制板上，ＨＤＭＩ信号走线要尽可能短，同时为了保证ＨＤＭＩ信号的地线回路能尽可能短，与ＨＤＭＩ信号走线层邻近的层要保证地线的连续，最好是一整片的回路地。另外芯片
ＳＩＩ９０３０工作速度很高，所以对电源和地要求比较严
格。在进行印制板布局时，要尽量让ＨＤＭＩ处理芯片
靠近板边，以防止它与其它器件之间的干扰。
４结论
通过对ＳＤＩ转换为ＨＤＭＩ的技术设计，实现了用较低的价格、较低成本运用具有ＨＤＭＩ接口的ＬＣＤ作
（下转第５７页）
图６音频处理过程
图７ＨＤＭＩ信号编码
（上接第５４页）
为高标清监视器使用，改变了原有需购置昂贵的国外产品才能实现高清或标清的监看的状况，即购置具有标清或高清接口卡的昂贵的ＳＯＮＹ、ＪＶＣ等ＣＲＴ监视器。而现在价格低廉的ＬＣＤ显示器（电
视机）一般都具备ＨＤＭＩ接口，完全可实现大屏幕监看相关ＳＤＩ接口设备输出的高标清电视节目。
参考文献
１ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎａｔｉｏｎａｌ．ｃｏｍ／ｏｐｆ／ＣＬ／ＣＬＣ０３１Ａ．ｈｔｍｌ［ＥＢ／ＯＬ］２李宁．ＨＤ－ＳＤＩ信号的特征及检测方法的提案［Ｊ］．现代电视技术，２００４（８）
３黄庆敏，罗键．ＨＤＭＩ接口标准及应用设计［Ｊ］．电视技术，２００７（２）４刘震，陈易等．ＨＤＭＩ音视频接口原理［Ｊ］．现代电视技术，２００４（１１）５
苏建，林水生．基于ＦＰＧＡ的ＳＤＩ接口设计［Ｊ］．中国有线电视，２００５（２４）
６戴仕勇，马潮．ＨＤＭＩ音频传输技术及设计要领［Ｊ］．电视技术，２００７（８）!
被引入系统，并且部署到网络的边缘光节点。从而将光节点下同轴电缆上的带宽分配变化成图４的结构。
这种网络演进的实质上是通过在广电骨干传输网络引入ＩＰ技术将传统的固定连接的网络变化为交换结构的网络以增加服务内容和性能。增加服务的性能和内容意味着具有动态交换能力的设备将越来越
多的被推向网络的边缘，网络边缘的设备需要具有更高的处理功能，并且能够在ＶＯＤ、ＤＯＣＳＩＳ和ＳＤＶ服务间根据用户的需求进行切换，以共享带宽，提高系统带宽的利用率。
在这种新的网络结构中需要从总前端设备直到边缘ＱＡＭ设备全面支持ＩＰ传输的功能。面对这种网络发展的趋势，图５是基于ＩＰ骨干传输的有线电视前端系统。
从总前端支持ＩＰ输出的卫星接收机，支持ＩＰ输入输出的解扰器，支持ＭＰＥＧ２＆Ｈ．２６４同时输出的ＩＰ
编码器，多路ＩＰ统计复用的ＩＰ复用器，到分前端低
成本的高密度的ＩＰ编码复用器，高度集成的支持
ＶＯＤ、ＤＯＣＳＩＳ、ＳＤＶ的边缘ＱＡＭ。
总之，在数字电视快速发展的阶段，如果可以实现类似于ＶＯＤ形式的点播数字电视节目的方式，可以大大节省网络带宽，为其他的业务提供更多稳定的宽裕的网络资源。!
图
４
图５
"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
版权声明：本站内容均来自互联网，仅供演示用，请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系QQ:729038198，我们将在24小时内删除。
发表评论