HDMI 測試解決方案

•  HDMI 背景及特點

　　HDMI ，即高清晰多媒體接口 (High-Definition Multimedia Interface) ，以極高頻寬的基頻信號傳送高分辨率之數(shù)字影音信號。 HDMI 技術是從針對個人計算機數(shù)字傳輸?shù)臄?shù)字視頻接口 (Digital Video Interface ， DVI ) 技術演化而來。事實上， HDMI 在電子特性上與 DVI 完全兼容，且僅需單一電纜就能連結 DVI 與 HDMI 兩種不同接口的設備。

　　HDMI 是由 Silicon Image 聯(lián)合日立、松下、飛利浦、索尼、湯姆遜 (Thomson) 和東芝組成的 HDMI 聯(lián)盟共同開發(fā)而成的。它把高清晰度視頻與多頻道音頻信號融合連接在單一數(shù)字接口上進行合成處理，并通過一根細小的低成本線纜傳輸。

與 DVI 技術相較， HDMI 具有非常顯著的優(yōu)勢和特點：

　　.  支持更高質量 (10 位 /12 位 ) 數(shù)字視頻信號的傳送，以及數(shù)字音頻 ( 包括 DVD-AUDIO) 的傳輸。最高支持 5GBps 的傳輸帶寬，而 HDTV 僅需要 2.2GBps ，所以不僅支持 HDTV 信號的無壓縮傳輸，并支持八聲道 96KHz 或單個聲道的 192KHz 數(shù)字音頻傳送，而且還有很大的傳輸余量來滿足日后更高標準的視頻數(shù)字信號。

　　.  采用輔助分組數(shù)據(jù)傳輸技術實現(xiàn)與音頻信號的整合，只用一根 HDMI 連接線就可完成高清晰度圖像和數(shù)字伴音的傳播，根本不用任何音頻連接線，而且連接線 20 多米也不會影響畫質和音質。

　　.  數(shù)字聲音也能支持雙波段脈沖編碼調制 (PCM) 、杜比數(shù)字和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。

　　.  具有寬帶數(shù)字內(nèi)容保護 HDCP （ High Bandwidth Digital Content Protection ）功能。

　　在西方發(fā)達國家例如歐美地區(qū)，如果沒有得力的版權保護措施，就不會有多少公司和大眾會支持 HDMI 標準。例如，美國的內(nèi)容分銷商如 DIRECTV 、 EchoStar ，以及有線電視業(yè)者協(xié)會 Cable Labs ，都采用 HDCP 技術來保護其數(shù)字影音內(nèi)容的傳輸。事實上， INTEL 在 2000 年 2 月就推出了寬帶數(shù)字內(nèi)容保護 HDCP ，所以 HDMI+HDCP 一方面解決了數(shù)字信號的傳輸問題，另一方面也使“非法”錄制數(shù)字視頻信號變得更加困難。

　　.  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 標準。

　　.  HDMI 支持 EDID 、 DDC2B ，因此具有 HDMI 的設備具有“即插即用”的特點。還能支持設備之間的雙向通信，使數(shù)字電視能夠智能選定顯示出最佳的圖像，即信號源和顯示設備之間會自動進行“協(xié)商”，自動選擇最合適的音視頻格式。

　　.  AV.link 功能可使用戶只用一個遙控器就可控制全部音 / 視頻設備的基本功能。也即在對所有的設備 (DVD 、各類機頂盒、各種數(shù)字電視機和投影機等 ) 進行初期設置之后，以后正常使用基本功能可以通過任一個設備的遙控器來完成，這就可把不經(jīng)常用到的遙控器收起來。

　　所以說， HDMI 最適合應用于各種 PDP TV 、 LCD 投影機、 DLP 投影機等、以及各種數(shù)字電視、 DVD 、各類機頂盒和其它家用消費類 CE 數(shù)字電子產(chǎn)品中使用。

•  HDMI 市場分析

　　我們知道 DVI 數(shù)字視頻接口較早面世，并對一些消費類電子 CE 產(chǎn)品市場產(chǎn)生了一些影響，但由于 HDMI 自身的技術特點和優(yōu)勢，以及各大消費電子廠商（包括索尼 (Sony) 、飛利浦 (Philips) 和松下 (Matsushita) 等）的大力支持和推廣，使得 HDMI 大有取代 DVI 之勢。

　　In-Stat/MDR 預測數(shù)據(jù)表明， 2003 到 2008 年采用 DVI 的產(chǎn)品將以 34.3% 的速度迅速增長，而同期支持 HDMI 的產(chǎn)品的年增長率將以“爆炸性”的速度 462.3% 增長。

　　根據(jù)提供 HDMI 技術授權的 HDMI Licensing 公司的數(shù)據(jù)，截至 2005 年 10 月 14 日，全球已有 298 家設備制造商采納 HDMI 標準， 主要是 美國、亞太區(qū)、中國、日本和歐洲的線纜 / 連接器、半導體器件、系統(tǒng)和測試設備供應商。 其中北美地區(qū)的設備制造商占總數(shù)量的 29% ，中國大陸和臺灣地區(qū)分別占 11% 和 27% ，歐洲、日本和韓國分別占 7% 、 13% 和 8% ，其他地區(qū)占 5% 。

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　　從終端產(chǎn)品看，目前全球已經(jīng)有 5000 萬個消費電子設備采用 HDMI 標準，除了 DVD 播放器、機頂盒、 A/V 接收器及音頻 / 視頻監(jiān)視器， HDMI 接口還將應用于個人電腦、藍光驅動器、游戲控制器和便攜電子設備等。隨著“數(shù)字家庭”概念和多媒體（ Media Center PC ）中心的逐漸普及、應用再到流行，上述數(shù)字將會進一步成指數(shù)增長。

　　許多不同的標準團體都在其標準中融入了 HDMI ，因而進一步推動了市場對 HDMI 的接受速度。

　　.  美國 FCC 規(guī)定 2005 年 7 月 1 日后在美國出售的所有的 “ 數(shù)字有線就緒 ”(digital cable-ready) 的 36 英寸及更大尺寸的電視機，以及 50% 的 25 至 35 英寸的電視機，都必須具有一個 HDMI-HDCP 或一個 DVI-HDCP 輸入端子。同時，有線電視運營商提供的所有高清晰度機頂盒都必須有一個 HDMI 或 DVI 輸出。

　　.  DVD 拷貝控制聯(lián)盟 (DVD Copy Control Association) 也認定， HDMI 為以高于 480p/576p 的分辨率播放受 CSS 保護的內(nèi)容的 DVD 播放機的一個數(shù)字輸出標準。

　　.  美國線纜行業(yè)協(xié)會 Cable Labs 也要求，所有 Open Cable 高清晰度機頂盒都必須具備 HDMI-HDCP 或 DVI-HDCP 輸出端口。
   
    .  衛(wèi)星運營商 DIRECTV 和 EchoStar 也要求所有高清晰度機頂盒支持 HDMI-HDCP 或 DVI-HDCP 。

    .  歐洲 HDTV 論壇建議在高分辨率集成接收解碼器和高清晰度顯示器中都提供與 HDCP 兼容的高分辨率數(shù)字接口，如 HDMI-HDCP 或 DVI-HDCP 。

    而且， HDMI 也得到了好萊塢影視制作室、有線電視運營商和衛(wèi)星運營商也支持。美國電影協(xié)會（ MPAA ）目前僅批準了基于防拷貝保護技術 DTCP( 數(shù)字傳輸內(nèi)容保護 ) 且經(jīng)由 IEEE1394 接口的編碼數(shù)據(jù)傳輸和 HDMI ，因此 HDMI 肯定會普及，尤其在美國等西方發(fā)達國家。美國聯(lián)邦通信委員會 FCC 已經(jīng)規(guī)定 2005 年 7 月后在美國生產(chǎn)、銷售的家用消費類 CE 電子產(chǎn)品必須要有已經(jīng)支持寬帶數(shù)字內(nèi)容保護 HDCP 的 HDMI 接口。此外， DVD 產(chǎn)業(yè)版權保護團體 (DVD CCA) 已經(jīng)核準以具 HDCP 的 HDMI 作為 DVD 播放 CSS (Content Scramble System) 內(nèi)容的方式。

　　所有這些都預示著 HDMI 的光明前景。就目前中國的市場來說，采用 HDMI 接口的消費電子設備制造商越來越多，其數(shù)量已從去年 (2005 年 ) 年初的 10 家迅速增加到截至 2005 年 10 月的 32 家，并還在迅速增長，如今康佳、長虹、創(chuàng)維、 TTE 、廈華和海信等家電大廠都已經(jīng)成為 HDMI 的支持者。這也從側面反映出，對于國內(nèi)各種數(shù)字電視及其周邊的家用消費類 CE 數(shù)字電視產(chǎn)品的制造商來說， HDMI 是成為進軍歐美國數(shù)字電視相應市場的關鍵。

•  HDMI 結構

　　從功能上說， HDMI 接口由 4 部分功能單元組成：

　　.  源裝置 （ Source ）： 配有一個或多個 HDMI 輸出的設備。如 DVD 播放器、機頂盒，有線電視接收器，衛(wèi)星電視接收器、數(shù)碼攝像機及游戲機等。
　　.  接收裝置 （ Sink ）： 配有一個或多個 HDMI 輸入的設備。如 LCD 電視， CRT 電視、等離子體電視、投影儀及多功能遙控器等。

　　.  中繼器 （ Repeater ）： 同時配有一個或多個 HDMI 輸出和輸入的設備。如家庭影院接收器及媒體接收盒。

　　.  電纜（ Cable ）： 無需處理或更改 HDMI 信號即可將兩個或多個 HDMI 設備相連的設備。如接插件和電纜。
 
    從結構上，下圖給出了 HDMI 接口的結構。簡單來說 HDMI 接口既不同于并行總線接口，也不同于常見的串行總線。雖然表面上來看， HDMI 接口有些類似串行接口，但是和 SATA 及 PCI-Express 相比，有足夠的證據(jù)表面 HDMI 是不同于串行接口的。

　　和 DVI 一樣， HDMI 采用并行的 4 Lane 差分信號線，其中 3 個 Lane 是用來傳輸紅、綠、藍三色數(shù)據(jù)信號的，傳輸速率從 250M 到 1.65Gbs 。第 4 個 Lane 用來傳送時鐘，其時鐘頻率是數(shù)據(jù)速率的 1/10 。 數(shù)據(jù)和時鐘的不一致性，使得其不同于常規(guī)的總線結構。事實上，由于時鐘信號只是用來使 PLL 電路獲得本地 Tx 時鐘，或者使接收端恢復時鐘， HDMI 接口并不關心時鐘信號上的抖動大小。因此，帶內(nèi)噪聲和時延對系統(tǒng)誤碼的影響是不用考慮的。

　　對于未來更高清晰度的傳輸，總線會增加到 7 個差分 lane 。其中 6 個用來傳數(shù)據(jù)， 1 個用來傳時鐘。在這種配置下， 3 個數(shù)據(jù) lane 總成一組傳送奇數(shù)像素，另外 3 個數(shù)據(jù) lane 傳送偶數(shù)像素。

•  HDMI 兼容測試標準

　　為了確保不同制造商所生產(chǎn)的產(chǎn)品具有互操作性，以便讓 HDMI 能夠吸引更多的消費者，也更容易使用，設備制造商在設計產(chǎn)品初期就應充分了解，并依照 HDMI 標準規(guī)格來設計產(chǎn)品。這是令產(chǎn)品兼容于其它 HDMI 規(guī)格產(chǎn)品的不二法門。

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　　同時， HDMI 兼容性測試也為采用 HDMI 規(guī)格的業(yè)者提供了一個有效的管道，以確保他們所開發(fā)的產(chǎn)品能與市面上其它 HDMI 產(chǎn)品兼容。 HDMI CTS 包括 HDMI 兼容性測試的程序，以及建議使用的測試設備。 HDMI 授權測試中心 (Authorized Testing Center ， ATC) 以兼容性測試規(guī)格 (CTS) 中所指定的程序與設備來進行 HDMI 兼容性測試。（注：目前的 CTS 標準是 2005 年 8 月 22 日推出的 1.2 版本）

　　設備制造商亦可以 HDMI CTS 作為標準，自行設立 HDMI 測試實驗室，并于產(chǎn)品送至 HDMI ATC 前進行初步測試。事實上，采用 HDMI 規(guī)格的設備制造商，若在下列四種類別中各有一項產(chǎn)品通過 ATC 測試，即可自行進行產(chǎn)品兼容性的測試。此四種 HDMI 類別分別為：源裝置 (Source) 、接收裝置 (Sink) 、中繼器 (Repeater) 與電纜 (Cable) 。無論將產(chǎn)品送至 ATC 或是自行設立的測試實驗室，每項產(chǎn)品都必須通過 HDMI CTS 中列出的完整測試程序，并且使用 HDMI CTS 中所列出的 設備或同等級設備 。

　　HDMI CTS 依不同的裝置類別而設立不同的測試計劃。裝置上所有 HDMI 輸入與輸出都必須進行兼容性的測試。而在每項裝置類別中，針對各種待測物 (DUT) 必須執(zhí)行不同的二級類別測試。針對源裝置 (Source) 與接收裝置 (Sink) 需測試增強型擴充顯示識別數(shù)據(jù) (Enhanced Extended Display Identification Data ， E-EDID) 、電子特性、通訊協(xié)議、視頻、音頻與 DVI 兼容性測試。復送器 (Repeater) 測試則包括源裝置與終端裝置中的所有測試，以及重復輸入輸出端口和實體地址的測試。電纜 (Cable) 類別則測試其機械與電子兼容性。

•  安捷倫 HDMI 解決方案

　　針對日益重要的 HDMI 測試市場，安捷倫一方面不斷完善自己的測試方案，另一方面也在不斷從測試角度向 HDMI 組織提出建設性的改進建議，以使得兼容性測試規(guī)格 (CTS) 更具代表性和權威性。目前，安捷倫是可以提供適合于未來 HDMI 標準完整的測試解決方案的測試設備供應商之一。

　　目前，全球有五家 HDMI 授權測試認證中心 (ATC) ，分別設在 日本大阪 ( 隸屬于日本松下 ) 、法國 Caen( 隸屬于飛利浦 ) 、美國加州 ( 隸屬于 Silicon Image) 、中國深圳 ( 隸屬于 Silicon Image) 和上海 ( 隸屬于 Silicon Image) 。安捷倫的測試方案已經(jīng)在隸屬于 Silicon Image 的 HDMI ATC 實驗室（ San Jose ）安裝使用，并在 2006 年 3 月 10 日，在日本松下 HDMI ATC 實驗室完成了評估，并獲得了好評。

　　1)誤碼 / 抖動容限測試平臺： 主要 由安捷倫并行誤碼儀 ParBERT 81250A ，矢量信號源 E4438C 及 N5990A HDMI 一致性測試軟件構成。

  該平臺是完整的 HDMI 誤碼及抖動容限測試平臺。隨著速率的進一步增加，以及未來新的高速應用需求的提高，對線纜及接收機（ Sink ）進行誤碼和抖動容限測試將成為必須。

　　主要優(yōu)點 :

.  多通道信號源和誤碼接收機，可以產(chǎn)生多路 TMDS 數(shù)據(jù)和時鐘，滿足目前４ Lane 需求。對將來的 7 Lane 需求也可以通過增加模塊非常方便的擴充升級。
.  時鐘和數(shù)據(jù)抖動調制。
.  對接收裝置（ Sink ）進行一致性抖動容限測試，抖動產(chǎn)生能力可以達到１ .5UI ＠ 10MHz
.  自由靈活的配置，可達到每通道 7Gb/s 速率，用以驗證將來的新標準
.  最佳的信號質量，高達 7 Gb/s 速率，最小的固有抖動
.  數(shù)據(jù)序列編輯器功能使得產(chǎn)生 HDMI 視頻測試碼型非常方便

圖 1 安捷倫ＨＤＭＩ測試解決方案

2)高帶寬示波器： 主要由 DSO80000B 系列示波器、 1130A 或 1160A 系列探頭組成。其主要完成源裝置（ Source ）發(fā)射信號質量的評估。根據(jù) HDMI 測試要求，測試項目如下：

.　7-2 TMDS 擺幅
.　7-4 TMDS 上升時間和下降時間
.　7-5 TMDS 過沖 / 下沖
.　7-6 TMDS 對間偏差（ Inter Pair Skew ）
.　7-7 TMDS 對內(nèi)偏差（ Intra-Pair Skew ）
.　7-8 TMDS 時鐘占空比
.　7-9 TMDS 時鐘抖動
.　7-10 TMDS 數(shù)據(jù)眼圖

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主要優(yōu)點 :

.  靈活的軟件升級能力：安捷倫最新推出的 DSO80000B 系列示波器可以通過軟件進行模擬帶寬升級，利用這個優(yōu)點，用戶可以在需要測試高速率信號的時候方便快捷的用軟件進行模擬帶寬升級，從而可以將 4GHz 帶寬的 DSO80404B 升級到具有 12GHz 帶寬的 DSO81204B 。這不僅節(jié)省了時間，也保護了用戶的先期投資。

　　由于 HDMI 單個 Lane 支持速率范圍為（ 250Mbs~1.65Gbs ），因此，至少需要分析接收設備的帶寬達到 3.5 GHz ( 這包括示波器和探頭的總帶寬 ) 。從時域上來看，大多數(shù) HDMI 數(shù)據(jù)信號上升時間為 ~250ps ， 2GHz 帶寬示波器就可以進行測試。而同時，考慮到 HDMI 最快上升時間指標是 75 ps ，這就必須需要 6GHz 帶寬示波器才可以進行測試。

.  內(nèi)存需求少：對于 HDMI 測試，安捷倫 DSO80000B 示波器只需要 1MB 內(nèi)存即可進行測試，相比其他測試方案高達 16M 的內(nèi)存需求，這無疑大大節(jié)約了測試成本。
.  探頭需求少：只需要 2 個差分探頭就可以進行測試。

3)HDMI 測試夾具： 安捷倫近日宣布推出 N1020A 的測試探頭 K12 和 K13 選項，該夾具提供的測量帶寬大于 6GHz ，上升時間小于 100 ps ，支持 HDMI 審定測試中心的極限要求。該夾具與安捷倫的 Infiniium 示波器或 81250A 誤碼儀以及 HDMI 發(fā)射機一致性測試方案結合在一起使用，就可以測試波形參數(shù)（如由 HDMI 符合性測試規(guī)范保證的上升時間和數(shù)據(jù)眼圖），或測試接收機的接收性能。 
 
 

圖 2 ： Agilent 新的測試夾具（左）和老的源測試夾具（右）

　　該 HDMI 測試方案對于消費電子市場特別重要，迄今為止，任何一種夾具的帶寬都不足以測量高清晰度信號的波形參數(shù)，而我們的新型夾具體將向 HDMI 審核測試中心提供他們需要的夾具極限帶寬。

4) HDMI 自動測試軟件： N5399A 一致性自動測試軟件包有一些特點和優(yōu)勢：

.  符合 HDMI 標準規(guī)范要求，自動完成發(fā)射信號一致性測試各項指標；
.  友好的用戶界面；
.  控制示波器進行配置及自動測試；
.  提供 HDMI 關鍵測試算法；
.  提示用戶進行正確的連接；
.  保存測試結果以便于進一步分析，并最終提供完整的測試報告；
.  不需要額外的串行分析軟件包選件；
.  支持任意波發(fā)生器進行測試完整的 Sink 測試。

5)TDR 時域反射分析： 安捷倫 54754A 差分 TDR 模塊是測試 HDMI 電纜和各種接插件的性能的最佳選擇。

主要優(yōu)點 :

.  獨有的 TDR 校準功能：不僅可以提高測試精度、去除測試夾具引入誤差，而且可以通過算法優(yōu)化上升時間（最快達到 15ps ）
.  更多的測試功能：提供 Excess Reactance 結果，提供等效電路分析的重要信息和數(shù)據(jù)
.  符合 HDMI 標準規(guī)范要求，自動完成發(fā)射信號一致性測試各項指標；
.  支持 S 參數(shù)測試，在獲得時域信息的基礎上，也可以獲得頻域的信息，是信號完整性分析的有力的工具

6)PLL/ 抖動分析： HDMI 的的發(fā)射機和接收機都是靠 PLL 電路來恢復數(shù)據(jù)時鐘的，因此評價 PLL 的特性，成為了一項關鍵的測試內(nèi)容。與采用示波器的其他測試數(shù)據(jù)抖動的手段相比，測試 PLL 電路的抖動特性要復雜的多。 E5052A 信號源分析儀及 E5001A 抖動分析軟件，正是解決這個難題的最佳選擇。

主要優(yōu)點 :

.  只需一臺儀器就能完成相位噪聲、頻率和功率測試
.  簡化復雜、費時的測量程序，有效地減少測試時間
.  提供出色的相位噪聲和瞬時測量，結合 E5001A 抖動分析軟件，可以進行 飛秒量級的超低的抖動分析