HDMI之TMDS

HDMI采用和DVI相同的传输原理——TMDS（Transition Minimized Differential signal），最小化传输差分信号。TMDS支持高达225MHz的传输速率，一个传输链路能满足高达2048*1536分辨率的电视信号。

    TMDS传输系统分为分为两个部分：发送端和接收端。TMDS发送端收到HDMI接口传来的表示RGB信号的24位并行数据（TMDS对每个像素的RGB三原色分别按8bit编码，即R信号有8位，G信号有8位，B信号有8位），然后对这些数据进行编码和并/串转换，再将表示3个RGB信号的数据分别分配到独立的传输通道发送出去。接收端接收来自发送端的串行信号，对其进行解码和串/并转换，然后发送到显示器的控制端。与此同时也接收时钟信号，以实现同步。

一、TMDS的原理

    每一个TMDS链路都包括3个传输RGB信号的数据通道和1个传输时钟信号的通道。每一个数据通道都通过编码算法，将8位的视、音频数据转换成最小化传输、直流平衡的10位数据。这使得数据的传输和恢复更加可靠。最小化传输差分信号是通过异或及异或非等逻辑算法将原始8位信号数据转换成10位，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。

    一般来说，HDMI传输的编码格式中要包含视频数据、控制数据和数据包（数据包中包含音频数据和附加信息数据，例如纠错码等）。TMDS每个通道在传输时要包含一个2bit的控制数据、8bit的视频数据或者4bit的数据包即可。在HDMI信息传输过程中，可以分为三个阶段：视频数据传输周期、控制数据传输周期和数据岛传输周期，分别对应上述的三种数据类型。

    下面介绍TMDS中采用的技术：

1.传输最小化

    8位数据经过编码和直流平衡得到10位最小化数据，这仿佛增加了冗余位，对传输链路的带宽要求更高，但事实上，通过这种算法得到的10位数据在更长的同轴电缆中传输的可靠性增强了。

    下图是一个例子，说明对一个8位的并行RED数据编码、并/串转换。

    第一步：将8位并行RED数据发送到TMDS发送端。

    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

    直流平衡（DC-balanced）就是指在编码过程中保证信道中直流偏移为零。方法是在原来的9位数据的后面加上第10位数据，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

    TMDS差分传动技术是一种利用2个引脚间电压差来传送信号的技术。传输数据的数值（“0”或者“1”）由两脚间电压正负极性和大小决定。即，采用2根线来传输信号，一根线上传输原来的信号，另一根线上传输与原来信号相反的信号。这样接收端就可以通过让一根线上的信号减去另一根线上的信号的方式来屏蔽电磁干扰，从而得到正确的信号。

如下图所示：

    另外，还有一个显示数据通道（DDC），是用于读取表示接收端显示器的清晰度等显示能力的扩展显示标识数据(EDID)的信号线。搭载HDCP（High-bandwidth Digital Content Protection，高带宽数字内容保护技术）的发送、接收设备之间也利用DDC线进行密码键的认证。

二、HDMI的带宽和TMDS的关系

    HDMI电路中的时钟频率在最初制定时范围在25MHz-165MHz之间，也就是说一个TMDS通道每秒最多能传输165MHz×10bit=1.65Gbit的数据，3个TMDS通道一秒就可以传输1.65×3=4.95Gbit的数据，再加上控制数据，用标准方法表示就是4.96Gbps的带宽。而如果用像素点来表示，那就是一秒可以传输显示1.65G个像素点（一个完整的像素点信息由R/G/B三原色信息构成）所需要的数据量。而HDTV最高标准：像素位1920*1080，逐行扫描，帧频为30，假设每帧扫描两次，在1秒内的图像数据量为1920×1080×30×2=1.25G像素点。另外还有音频数据和其他数据。由此可见，一个TMDS链路可以传输一个高清节目。