HDMI ARC功能详解及应用介绍

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#音视频 #fpga开发 #嵌入式硬件 #单片机 #stm32 #51单片机 #mcu

于 2024-05-09 14:27:23 首次发布

一、HDMI

HDMI(High-Definition Multimedia Interface，高清多媒体接口)，是一种专用的音频/视频接口，用于发送未压缩的视频数据和压缩/未压缩的音频数据。HDMI是模拟视频标准的数字替代品。HDMI视频和音频信号传输通道采用了TMDS（Time Minimized Differential signal）最小化差分信号传输。是一种差分信号传输方式。

HDMI规范定义了标准的协议、信号、电气接口和机械要求。HDMI有物理上三个独立通道：DDC、TMDS和可选的CEC，HDMI 1.4增加了ARC和HEC。

TMDS总线用于传输视频、音频信息；DDC通道用于获取HDMI Sink增强的扩展显示数据，获取设备设备信息或者配置设备信息；CEC总线，通用控制总线，用于HDMI设备的互连。

其中

1-9 都是TMDS数据传输实际上用到的引脚，分为0,1,2三组

10-12 为TMDS时钟信号，如当前Video Timing为480p@60Hz（Htotal：800，Vtotal:525），则TMDS clock = 800x525x60 = 25.2MHz。TMDS clock就像是对像素的打包，一个clock分别在三个Channel传输一个像素的R、G、B（8bit）信号。

13 为CEC（consumer electronic control）类似一种扩展的HDMI功能，供厂家自己定制HDMI消息，（比如说你有一台sony的DVD与TV，两者用HDMI线接上，如果你用TV的遥控器可以控制DVD，另DVD执行某种功能，那么该功能的命令信号就是通过TV与DVD间的CEC引脚传输的）

14 为保留引脚，未使用（或者也可以为CEC提供多一个引脚）

15-16 为I2C引脚，用于DDC（Display Data Channel，主要用于EDID（EDID,Extended display identification data，中文名称扩展显示器识别数据，里面包含显示器也就是HDMI从机设备的像素显示制式一些信息，详细见百度百科）与HDCP（high bandwidth digital content protection高带宽数字内容保护技术）的传输）传输。在HDMI的流程中，DDC通信几乎是最先做的（前有Hotplug），因为HDMI的主从两个设备需要通过DDC来获得他们对方设备的EDID，从而得到各种信息，并且通过比较timming以确定以后送出来的timming为最合适的（SCL、SDA）

17 为接地引脚

18 为5v的AC引脚

19 为Hotplug（热拔插）引脚（用于监测HDMI设备有没有存在，如果存在（Hotplug为high）那么可以通过DDC去读EDID），HDMI有规定在HDMI 5vAC断电时source device可以读reciever device的EDID，也就是需要Hotplug为High。其中有两种Hotplug相关的情况会导致HDMI被识别为DVI：

（1）Hotplug为High，不过EDID并没有准备好，那么信号源设备会由于无法读到EDID而认为接收设备为DVI，这样会导致HDMI有图像无声的问题。

Hotplug为Low，也会导致信号源无法读到EDID而认为接收设备为DVI，从而导致HDMI有图无声

（2）在TV这种有多个HDMI通道的情况下，有时会在多个HDMI通道进行切换，切换后HDMI通道应当先初始化，即先把Hotplug拉低，通知HDMI source device之前所用的EDID已经改变，需要重新读取，那么source device在Hotplug被拉高的时候会去读取新的EDID，但是拉低这个过程至少需要100ms，否则source device有可能不会去读取新的EDID，从而输出DVI信号

HDMI：在HDMI中，HDMI视频和音频信号传输通道采用了的TMDS最小化差分信号传输，其中四组TMDS信号分为3组数据信号和1组时钟信号，另外包括了DDC、CEC以及HPD信号。

HDMI的热插拔检测（HPD）

当HPD引脚大于2V，TMDS才会输出，如果显示器没有画面显示，首先要测量该信号是否拉高。

显示器通过HDMI连接HDMI源端设备，当HDMI 源端（Source）通过HDMI接口的HPD引脚检测到显示器与HDMI源端（Source）相连时（HPD从低电平到高电平），HDMI 源端（Source）认为已经有显示设备连接，并通过HDMI接口中的显示器数据通道DDC（DDC I2C总线）读取显示器EDID存储器中存储的EDID数据（扩展显示器识别数据），如果检测到显示器的工作模式范围与HDMI 源端（Source）的输出设置相适应，则HDMI 源端（Source）就激活TMDS信号发送电路发送正常的HDMI信号给显示设备。所以Sink端的EDID是在HPD从低电平到高电平的转换时被HDMI Source端读取的。如果需要强制刷新EDID，可以发起一个HPD信号（拉低HPD,再拉高HPD），让HDMI source来读取新的EDID内容。

显示器断开HDMI连接时，当HDMI 源端（Source）通过HPD引脚检测到显示器的HDMI接口与HDMI 源端（Source）断开时，HDMI 源端（Source）就断开TMDS信号发送电路，停止发送HDMI信号。

HDMI 源端（Source）对HPD信号的要求，当HDMI 源端（Source）检测到HDMI/DVI接口上的HPD引脚电压大于2V时，判断为HDMI显示设备(Sink)通过HDMI/DVI接口与HDMI源端（Source）连接：当检测到HPD引脚电压小于0.8V时，则判断为HDMI显示设备(Sink)通过HDMI/DVI接口与HDMI 源端（Source）之间的连接已经断开。

HDMI的CEC功能：

1、CEC，全称是Consumer Electronics Control，消费类电子控制。CEC功能为用户带来许多方便，它允许终端用户使用一个遥控器控制多个支持CEC 的HD设备，从而无需使用多个遥控器来控制电子设备，如：电视机(TV)、机顶盒和便携式HD设备。

2、HDMI-CEC功能，功能上大致都是借着CEC信号让用户可以控制HDMI接口上所连接的装置。如单键播放(One Touch Play)，系统待机(System Standby)。即是如果用户将影碟放进蓝光播放器时，电视会由于CEC信号的通知而自动开机，然后视频通道亦会自动切换到播放器连接的通道上。而当用户关掉电视时，CEC信号亦会通知HDMI相连接的装置一同进入待机。由于这样，所以就可以完全变成单一遥控器控制所有HDMI连接的装置。