傳統(tǒng)的模擬視頻接口有復(fù)合視頻信號(hào)(CVBS、A/V)，S 端子（Y/C、S-Video），模擬分量視頻信號(hào)(Y、U、V 或Y、R-Y、B-Y)和通用D-SUB( 9 芯)端口等。隨著人們對(duì)圖像顯示質(zhì)量要求的不斷提升，在視頻監(jiān)控方面用模擬接口來(lái)傳輸和顯示監(jiān)控的視頻已經(jīng)不能滿足人們的要求。以高清數(shù)字電視為代表的數(shù)字視頻設(shè)備的應(yīng)用越來(lái)越普遍，模擬視頻接口標(biāo)準(zhǔn)更加無(wú)法適應(yīng)在帶寬、內(nèi)容保護(hù)、音頻支持等方面的發(fā)展需求，這就使得數(shù)字視頻接口標(biāo)準(zhǔn)更能適應(yīng)市場(chǎng)的需求。HDMI（High－Definition Multimedia Interface）是數(shù)字視頻接口中的一種接口標(biāo)準(zhǔn)，由于其具有單一線纜上能同時(shí)傳輸音視頻、帶寬高和HDCP 加密等優(yōu)點(diǎn)，所以此接口在多媒體數(shù)字產(chǎn)品中得到了廣泛的應(yīng)用[1]。在嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)中加入HDMI 接口，可在帶HDMI 接收端的監(jiān)控終端清楚地看到監(jiān)控場(chǎng)景，進(jìn)而擴(kuò)展了視頻監(jiān)控的應(yīng)用場(chǎng)所。

1. HDMI 技術(shù)及其基本傳輸原理
1.1 HDMI 技術(shù)簡(jiǎn)介
    HDMI 是首個(gè)支持在單線纜上傳輸，不經(jīng)過(guò)壓縮的全數(shù)字高清晰度、多聲道音頻和智能格式與控制命令數(shù)據(jù)的數(shù)字接口，由Silicon Image 倡導(dǎo)，聯(lián)合索尼、東芝等八家著名的消費(fèi)類電子制造商聯(lián)合成立的工作組共同開發(fā)的。HDMI 最早的接口規(guī)范是2002 年12 月公布的HDMI 1.0，目前的最高版本是2006 年6 月發(fā)布的HDMI 1.3。HDMI 通過(guò)一條HDMI 纜線可以提供所有的音視頻源與音視頻終端之間的連接，實(shí)現(xiàn)視頻源和顯示終端的雙向通信，在保持高品質(zhì)的情況下能夠以數(shù)碼形式傳輸未經(jīng)壓縮的高分辨力視頻和多聲道音頻數(shù)據(jù)，還可搭配寬帶數(shù)字內(nèi)容保護(hù)HDCP（High-band with Digital Content Protection）。新發(fā)布的HDMI1.3[2]支持的帶寬更高，還增加了Deep Color 技術(shù)，支持xvYCC 色彩標(biāo)準(zhǔn)、唇型同步、新型無(wú)損音頻格式Dolby TrueHD 和DTS-HD Master Audio 等。

1.2 HDMI 基本傳輸原理
    HDMI 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由HDMI 源(發(fā)送端)和HDMI 宿(接收端)組成，其傳輸結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示，HDMI 傳輸線包括三個(gè)不同的TMDS 數(shù)據(jù)信息通道和一個(gè)時(shí)鐘通道，這些通道用來(lái)傳輸音視頻數(shù)據(jù)及附加信息，音視頻數(shù)據(jù)和附加信息通過(guò)三個(gè)不同的TMDS 通道傳送到接收端上，而視頻的像素時(shí)鐘則通過(guò)TMDS 時(shí)鐘通道傳送，接收端接受這個(gè)頻率參數(shù)之后，再還原另外三個(gè)數(shù)據(jù)信息通道傳遞過(guò)來(lái)的信息。DDC 通道用來(lái)在發(fā)送端和接收端之間進(jìn)行配置以及狀態(tài)信息交換?？蛇x的CEC 通道用來(lái)提供用戶環(huán)境中各種不同的音視頻產(chǎn)品之間的高層控制功能，例如自動(dòng)設(shè)定的細(xì)節(jié)、單鍵播放或是遙控。

[nextpage]    TMDS(Transition Minimized Differential Signaling)信號(hào)傳輸技術(shù)[3]。最小化傳輸差分信號(hào)TMDS 是指通過(guò)異或及異或非等邏輯算法將原始信號(hào)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成10 位，前8 位數(shù)據(jù)由原始信號(hào)經(jīng)運(yùn)算后獲得，第9 位指示運(yùn)算的方式，第10 位用來(lái)對(duì)應(yīng)直流平衡（DC-balanced）, 轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)以差分傳動(dòng)方式傳送。這種算法可使被傳輸信號(hào)過(guò)渡過(guò)程的上沖和下沖減小，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)趨于直流平衡，使信號(hào)對(duì)傳輸線的電磁干擾減少，提高信號(hào)傳輸?shù)乃俣群涂煽啃浴?

    音視頻信號(hào)傳輸。HDMI 輸入的源編碼格式包括視頻像素?cái)?shù)據(jù)、控制數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)包。在每一個(gè)TMDS 通道中，HDMI 數(shù)據(jù)包含2 位的控制數(shù)據(jù)、8 位的視頻數(shù)據(jù)和4 位的數(shù)據(jù)包，其傳輸過(guò)程可以分成三個(gè)部分：視頻數(shù)據(jù)傳輸期、島嶼數(shù)據(jù)傳輸期和控制數(shù)據(jù)傳輸期。島嶼數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)的傳輸是在視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)南[期，即在傳輸音頻數(shù)據(jù)和其他輔助數(shù)據(jù)的時(shí)候，并不會(huì)占據(jù)視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸挘⑶乙膊恍枰粋€(gè)單獨(dú)的通道來(lái)傳輸音頻數(shù)據(jù)和其他輔助數(shù)據(jù)。

    為了保護(hù)數(shù)字多媒體視頻版權(quán)，HDMI 采用了HDCP（High Band-width Digital Content Protection）技術(shù)，其本質(zhì)是數(shù)字信號(hào)加密和解密技術(shù)。HDMI 數(shù)據(jù)經(jīng)由授權(quán)認(rèn)證協(xié)定、數(shù)據(jù)加密解密和自我更新三部分組成的保護(hù)系統(tǒng)傳輸后，可拒絕非法接收設(shè)備的連接，從而阻止了非法設(shè)備的擴(kuò)散。

2.HDMI 源接口電路設(shè)計(jì)
2.1 源接口芯片的特性
    目前HDMI 源接口芯片(發(fā)射端)很多，比較常用的有基于硅解決方案Silicon Image的Sil90xx 系列和Analogix 的ANX90xx 系列。本設(shè)計(jì)采用Analogix 公司的ANX9030 作為HDMI 源接口芯片。ANX9030 的內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)[4]如圖2 所示。

                       圖2 ANX9030 內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)圖

    ANX9030 基于Wide Eye 信號(hào)恢復(fù)技術(shù)，能夠提供高性能的傳輸能力，其功能模塊主要有音視頻數(shù)據(jù)捕獲、I2C 從接口、像素格式處理和TMDS 發(fā)送等。其中視頻處理模塊最高可支持24 位，整個(gè)處理頻寬接近4Gb/s；音頻數(shù)據(jù)捕獲模塊支持8 通道共24 位高精度數(shù)字音頻輸出，提供I2S 和S/PDIF 標(biāo)準(zhǔn)輸出接口;像素格式處理模塊支持RGB 數(shù)字色度分量4:4:4格式與多種模式Y(jié)CbCr 數(shù)字色差分量4:2:2 之間的轉(zhuǎn)換，支持HDTV 和PC(最高支持1600×1200@85Hz)應(yīng)用。

2.2 接口電路設(shè)計(jì)
    ANX9030 的電源設(shè)計(jì)有嚴(yán)格的要求，兩對(duì)供電電壓3.3V 和1.8V 的誤差不能超過(guò)5%，否則對(duì)視頻信號(hào)產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾。EP9302 的外部電壓3.3V，內(nèi)部模塊的工作電壓1.8V，所以ANX9030 的電壓可由EP9302 的電壓直接提供，而不需要專門的IC 來(lái)提供。為減少噪聲耦合，ANX9030 的電源引腳需加上0.1μF 的去耦電容。此外，HDMI 接口支持熱插拔，因此需要ESD(靜電放電)二極管來(lái)保護(hù)電路，使其不被損壞。使用SEMTECH 公司推出的Rclamp0524 ESD保護(hù)二極管ESD 二極管能增加阻抗補(bǔ)償，減少TMDS 線上的阻抗誤差，從而保持TMDS 信號(hào)的穩(wěn)定傳輸。[nextpage]

    系統(tǒng)采用Cirruslogic 公司的EP9302 作為嵌入式音視頻處理器。EP9302[5]是一款高性能的ARM9 微處理器，其工作頻率200MHz，系統(tǒng)總線頻率100MHz，高度集成的結(jié)構(gòu)和先進(jìn)的性能設(shè)計(jì)適合各種嵌入式場(chǎng)合的應(yīng)用。EP9302 與ANX9030 的連接如圖3 所示。

    利用EP9302 的外圍集成接口可大大簡(jiǎn)化接口電路的設(shè)計(jì)。EP9302 與ANX9030 的連接包括控制部分、視頻部分和音頻部分等。控制部分用于EP9302 對(duì)ANX9030 進(jìn)行訪問(wèn)控制，如寄存器設(shè)置，ANX9030 向EP9302 發(fā)送中斷控制信號(hào)，其訪問(wèn)方式可通過(guò)I2C 控制線進(jìn)行;視頻部分用于EP9302 將采集處理后的視頻數(shù)據(jù)以及相應(yīng)的同步、時(shí)鐘等信號(hào)發(fā)送給ANX9030，本文采用16 位的YCBCr 4:2:2 方式進(jìn)行連接;音頻部分用于EP9302 將音頻數(shù)據(jù)發(fā)送給ANX9030,其連接方式采用I2S。

3.驅(qū)動(dòng)軟件實(shí)現(xiàn)
    軟件設(shè)計(jì)包括音視頻源的軟件設(shè)計(jì)和HDMI 發(fā)送控制器ANX9030 的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。由于在EP9302 微處理器的開發(fā)板上已完成了音視頻的采集和輸出設(shè)計(jì)，所以本文的軟件設(shè)計(jì)主要是HDMI 控制器的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。利用開源的ANX9030 固件程序可簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)，主要包括ANX9030 的初始化處理、狀態(tài)機(jī)變化、音視頻模式的設(shè)置及異常處理等。主循環(huán)程序如下：

void main(void){
Init_ANX9030();
while(1){ANX9030_Interrupt_Process();
ANX9030_Timer_Process ();
}}
ANX9030 的工作模式及初始化流程如圖4 所示：

[nextpage]    ANX9030 的初始化。在ANX9030 復(fù)位電路的上升沿，DEV_ADDR_SEL 引腳的狀態(tài)決定
ANX9030 的I2C 地址。假定此引腳為低，I2C 地址為0x72 和0x7A 被選擇。首先確認(rèn)ANX9030
存在且能正常工作，部分代碼如下：
while (1) {
ANX9030_Resetn_Pin = 0;
delay_ms(2);
ANX9030_Resetn_Pin = 1;
delay_ms(2);
c = ANX9030_i2c_read_p0_reg(ANX9030_DEV_IDL_REG, &c1);
if ((c == 0) && (c1 == 0x30)) {
c = ANX9030_i2c_read_p0_reg(ANX9030_DEV_IDH_REG, &c1);
if((c == 0) && (c1 == 0x90))
break;
}}

    ANX9030 在上電復(fù)位后，設(shè)置DE_GEN 和BT_656 同步信號(hào)檢測(cè)，然后進(jìn)行像素格式和時(shí)鐘路徑的設(shè)置來(lái)配置視頻信息。由于HDMI 兼容DVI，所以發(fā)送端可工作在HDMI 模式或DVI模式，在此只需對(duì)ANX9030 的HDMI_MODE 位設(shè)置為1(HDMI)或0(DVI)即可。檢測(cè)到HDMI 模式后，設(shè)置HDMI 的音頻格式及數(shù)據(jù)包，沒(méi)有異常中斷時(shí)，使能數(shù)據(jù)包發(fā)送即可把音視頻數(shù)據(jù)包等信息發(fā)送出去，發(fā)送成功后返回。

    除了像素時(shí)鐘檢測(cè)(CKDT)和熱插拔檢測(cè)(HPDT)功能外，ANX9030 的大部分功能都處于待機(jī)狀態(tài)，軟件需要正確的配置其他寄存器,這些寄存器的詳細(xì)配置可參考ANX9030 的芯片資料。ANX9030 的異常處理。由于ANX9030 提供了16 個(gè)中斷觸發(fā)源，包括軟件觸發(fā)中斷、檢測(cè)到顯示器中斷、接收端上電/斷電檢測(cè)中斷、S/PDIF 輸入丟包中斷及CTS 變化中斷等，所以源端主控制器需要一個(gè)中斷來(lái)管理ANX9030 所發(fā)出的中斷。一般只需要熱拔插檢測(cè)、RI_128 連接完整性檢測(cè)及音頻FIFO 溢出、CTS 變化等中斷即可。本設(shè)計(jì)利用EP9302 的中斷引腳INT0 來(lái)捕獲ANX9030 引發(fā)的中斷，然后進(jìn)行相應(yīng)的中斷處理。

4.結(jié)束語(yǔ)
    HDMI 是針對(duì)下一代多媒體影音設(shè)備所開發(fā)的傳輸接口，適用于數(shù)字電視、DVD 播放機(jī)、DVD 錄放機(jī)、PVR、機(jī)頂盒及其他數(shù)字視聽產(chǎn)品，現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于PC 機(jī)及平板顯示器等消費(fèi)類電子產(chǎn)品上。本文詳細(xì)說(shuō)明了HDMI 接口原理、源接口芯片特點(diǎn)、接口電路設(shè)計(jì)及在ARM9嵌入式平臺(tái)上系統(tǒng)軟件的實(shí)現(xiàn)方法，該系統(tǒng)可用于安防監(jiān)控和高清晰視頻會(huì)議等領(lǐng)域。