分辨率时钟频率 lane速率计算

fcf1990501

已于 2024-01-24 21:12:36 修改

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分类专栏： camera/audio 文章标签：嵌入式硬件

于 2024-01-24 20:19:33 首次发布

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本文详细解释了如何通过像素频率（PCLK）计算方法，以1920x1080p、1280x720p和3840x2160p等分辨率为例，探讨HDMI信号的传输原理，包括TMDS编码、带宽需求、频率锁定和TimmingDetect在HDMI接收端的应用。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

PCLK: pixel clock(像素频率) 计算方法如下：
以1920x1080p/60hz为例，total pixel：2200，total line：1125，filed rate：60Hz，那么：PCLK = 2200*1125*60 = 148.5MHz；
1280x720p/60hz为例，total pixel：1650，total line：750，filed rate：60Hz，那么：PCLK = 1650*751*60 = 74.25MHz；
3840x2160p/60hz YCC444为例，total pixel：4400，total line：2250，filed rate：60Hz，那么：PCLK = 4400*2250*60 = 594MHz；

1920x1080p/60hz:total pixel：2200，total line：1125，filed rate：60Hz. PCLK = 2200 * 1125 * 60 = 148.5MHz；
148.5MHz X 3 =445.5Mhz
148.5MHz X 4 =594Mhz
148.5MHz X 5 =742.5Mhz
148.5MHz X 6 = 891Mhz

PS:分辨率的实际的宽度和高度的像素：

real width pixel：width/0.872727272727273

real height pixel：height/0.96

比如：

1920*1080

real width pixel：1920/0.872727272727273 = 2200

real height pixel：1080/0.96 = 1125

举例：hdmi

HDMI TDMS

英文全称：H-High，D-Definition，M-Multimedia，I-Interface；高清晰度多媒体接口。

主要组成：4对TMDS差分对+DDC（I²C）+HPD+CEC

信号介绍：

a.4对TMDS差分信号：1对时钟+3对数据；

TMDS通道0传输B信号，同时H信号和V信号也嵌入该通道

TMDS通道1传输G信号

TMDS通道2传输R信号，R和G通道的多余位置用来传输音频信号

b.CEC：消费电子控制通道，通过这条通道可以控制设备（不过我们公司目前没有开发这功能）

c.DDC：就是I²C信号，主要是获取显示器的基本信息(比如EDID信息)

d.HPD：热插拔信号，该信号比较重要，当HPD引脚大于2V，TMDS才会输出。因此，如果屏幕没有显示，首先要测量该信号！！！

HDMI传输原理和DVI相同，由Silicon Image公司发明的TMDS(Time Minimized Differential Signal)最小化传输差分信号传输技术
每个数据通道都通过编码算法（异或、异或非等），将8位数据转换成10位数据，前8为数据由原始信号经运算后获得，第9位指示运算的方式，第10位用来对应直流平衡。通过这种算法，会使得数据的传输和恢复更加可靠。

HDMI

1.传输最小化

第一步：将8位并行RED数据发送到TMDS Tx。
第二步：并/串转换.
第三步：进行最小化传输处理，加上第9位，即编码过程。第9位数据称为编码位。

2、直流平衡（DC-balanced）：在编码过程中，保证信道的直流偏移为零。方法是在原来的第9位数据后面加上1位，使得TMDS发送的“0”、“1”数量保持基本一致。这样，传输的数据趋于直流平衡，使信号对传输线的电磁干扰减少，提高信号传输的可靠性。

3、差分信号：利用两引脚间电压差来传送信号。

二 HDMI与分辨率

PCLK：像素时钟
以1920x1080p/60hz为例：1920108060=124.4MHz
以1280x720p/60hz为例：128072060=55.3MHz

带宽：1s内传输的数据量（bit）

4K频率需要的带宽：选最常用的3840x2160分辨率，色深的话常用的是8位，RGB三色就是24bit，目标是60Hz刷新率(60fps)→→→ 3840*2160*24bit*60fps=11.94Gbps

HDMI1.4像素时钟高达340MHz，即最大带宽是：
　　　　　　　　　　　　　　→→→ 340MHz*10bit（10bit编码）*3（3个数据通道）=10.2Gbps

但是由于HDMI采用的是8bit/10bit编码方式，实际效率是理论值的80%，所以10.2Gbps能传输的最大视频带宽是10.2*0.8=8.1Gbps

HDMI 各个版本对比

HDMI type 类型

HDMI SINK 工作流程

例如像TV这种就是HDMI的接收端，那么HDMI接收端需要做些什么东西。

HDMI可以接收到的有三个通道的TMDS Data，TMDS Clock，可以设置Hotplug，还有DCC传输用的I2C引脚。上面已经讲了TMDS Data，与设置Hotplug，接下来分析TMDS Clock。

TMDS Clock 就是Pixel Clock，即一个像素点所用的时钟频率。TMDS Clock通过clk 引脚传输到接收端，但是接收端并不清楚发送端发过来的TMDS Clock 频率为多少，因此需要通过Phy（PHY是模拟数字转换部分，不同于ADC，PHY是不知道采样频率的，需要自己锁频、锁相，侦测确切的输入频率）来进行锁相得到。但是由于HDMI频宽太宽（480P@60Hz为25.2MHz，1080P@60Hz为162MHz，甚至还有高达340MHz的），一般VCO（压控振荡器，通过电压控制产生的频率）无法覆盖这么大的范围，因此需要分频带来设置Phy：

先侦测输入频率落在哪个频带，然后根据不同频带做不同设置。

用TV产生的晶振来数count，数得count后就知道TDMS Clock了

f crystal =count×f TMDS fcrystal=count×fTMDS f_{crystal} = {count}\times{f_{TMDS}} ？？

或者用1024个TMDS Clock来数晶振个数

1024×f TMDS =count×f crystal 1024×fTMDS=count×fcrystal {1024}\times{f_{TMDS}} = {count}\times{f_{crystal}} ？？

由于视频信号从RGB个8bit通过TMDS编码后变成了10bit，然后又串行化，所以实际用于接收TMDS Data所用的时钟应该为：

f ReceiveClock =10×f TMDS fReceiveClock=10×fTMDS f_{ReceiveClock} = {10}\times{f_{TMDS}}

另外ReceiveClock也可以不用直接采用上面的乘法，而是采用TMDSClock为参考、硬件锁相的方法来得到。

得到ReceiveClock后就可以去设置频率PLL，然后对三个通道进行采样得到TMDS Data。

Timming Detect

在Sink端还有需要进行Timming Detect，因为如果设备可以支持（如chroma），HDMI可以自由更换Timming，而当Timming更换了之后，Sink需要重新设定Phy。因此，通过侦测频率的改变来检测是否更换了Timing是必要的。一般会有一个中断服务（或循环）线程来侦测频率的改变，一旦频率改变后，该进程会通知重新设定Phy，保证HDMI的正确运行