HDMI&HDCP 介紹

nancy_chin8888

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自從全面數位HDMI影音介面的規格在兩年前定版,HDMI已經獲得所有主要的消費性電子產品製造商採用。想想看--在2003年,HDMI消費性電子產品的銷售量只有二十五萬台,但在2004年便成長至六百萬台以上。市場分析師認為應用HDMI的趨勢將持續快速成長,並預期配備HDMI的產品之銷售量在2007年將增加至一億二千五百萬台。根據IDC與美商晶像(Silicon Image)的估計,在2005年年底,全球將會有超過一千五百萬台HDMI功能的數位電視,並在2007年年底成長至將近五千萬台。

HDMI標準 附加價值多

 HDMI於2002年引進市場作為影音介面的標準,此技術具有充足的頻寬,能在單一纜線中以壓縮或未壓縮的格式,容納未經壓縮的高畫質視訊與多軌音訊,而且有足夠的空間以應付未來的需求。透過HDMI,未壓縮的影音內容可以從來源裝置(如DVD放影機或數位電視盒)傳送至高解析度電視(HDTV)或是高解析度相容(HD-compatible)的裝置播放。HDMI是消費性電子產品的首個、也是目前唯一的全面數位化介面,能透過單一纜線來傳輸未壓縮的高畫質視訊與未壓縮的多軌音訊。





 只要一條HDMI纜線,就可以取代十至十二條的類比傳輸纜線(視乎系統的設定而言),能有效解決家庭娛樂系統背後纜線雜亂糾結的問題。HDMI可搭配高頻寬數位內容保護(High-bandwidth Digital Content Protection;HDCP),以防止具著作權的影音內容遭到未經授權的複製。

 HDMI變得如此受歡迎的真正原因為何?答案是:這個標準具備多種用途,能成功解決許多困擾消費性電子產業的問題。HDMI標準採用了美商晶像所發展的TMDS ®(Transition-Minimized Differential Signaling)技術,搭配每秒數十億位元的影音內容傳輸頻寬,再加上Intel的HDCP內容保護技術,因此對消費性電子產品價值鏈的每一份子而言,HDMI標準提供了理想的解決方案,所帶來的結果是整齊美觀的纜線與接頭組裝,一般的消費者也覺得容易使用。讓我們探討HDMI的優點:

◎因應高頻寬數位內容傳輸

 業界的專家認為,如果要HDTV等裝置顯示時維持高畫質的視訊,最好的方式便是從來源裝置傳輸未壓縮的影音資料流。但若要傳輸未壓縮的影音資料,則需要相當高的連結頻寬(每秒數十億位元)。IEEE 1394等介面標準只能傳輸壓縮影音資料,因此可能會降低畫面品質。相較之下,只要一條HDMI連結,就能以每秒165 Mpixels的速度傳輸高達24位元的使用者資料,讓整個頻寬可以高達將近4 Gbps,不僅可以滿足目前高畫質電視的1080p解析度,還能支援DVD Audio等最先進的數位音訊格式,以192kHz取樣頻率傳輸高達8軌的24位元音訊。這一切只要一條HDMI纜線便可達成,而且遠遠超越DVD Audio最高只有6軌且取樣頻率為96kHz的規格。HDMI標準所具備的額外空間可以應用在日後升級的音訊格式中。

◎支援高頻寬數位內容保護

 影音內容的持有者與製作者如好萊塢的電影公司等,長期以來對影音內容數位化憂心忡忡,認為一旦把影音內容數位化,就更容易遭到未經授權的複製與販售。事實上,不論是數位格式或是類比格式,如何保護影音內容的著作權不受侵害,是電影與音樂業者獲利與生存的首要問題。以1970年代早期為例,當時第一台錄放影機(VCR)問世,引起了娛樂界的反感,大廠紛紛認為VCR可以讓民眾錄下電視節目,侵犯了著作權("Comcast, TV Program Owners Clash Over Video-on-Demand," Wall Street Journal, 2005年1月27日)

 娛樂內容的製作者一直認為消費者每日錄下節目會影響到他們的生存,所以不論是什麼數位介面,只要能高頻寬且高品質的影音內容,從DVD放影機或數位電視盒等來源裝置傳輸出去,便須要有健全的保護影音內容機制,才能獲得業界接受。

 HDMI為何對好萊塢特別具有吸引力,原因在於其內嵌式的內容保護機制,也就是所謂的HDCP。HDCP的設計專門是為了保護在高頻寬介面上的影音內容。目前共有兩種數位介面採用HDCP保護標準,其中一個是HDMI,另一個是DVI(Digital Visual Interface)。DVI可說是HDMI的前身(DVI並不支援音訊部分),而HDMI能與DVI回溯相容。




HDCP:數位內容爭議的解決之道

 HDCP(High-bandwidth Digital Content Protection,高頻寬數位內容保護),並非HDMI標準必備的功能,不過目前市場上所有HDMI產品均具有HDCP功能。HDMI與HDCP是兩個完全獨立的標準,其所有權分屬兩組個別的機構。HDMI工作小組(HDMI Working Group)由七家公司組成:Hitachi、Matsushita(大家較耳熟的品牌為Panasonic)、Philips、Silicon Image、Sony、Thomson(以RCA品牌產品著名)與Toshiba。這些公司合作開發HDMI規格,目前的版本是1.1。HDMI規格可透過網路下載取得:http://www.hdmi.org/。HDMI Licensing LLC負責管理HDMI的授權以及HDMI規定的相容性測試。

 HDCP標準則是由Digital Content Protection LLC所開發,使用HDCP均須事先獲得此機構的授權(http://www.digital-cp.com/)。根據HDCP 1.1的規格文件,HDCP健全的內容保護能力來自於三個獨立但同等重要的系統要件。

 1.確認通訊協定(authentication protocol)─透過此協定,HDCP傳送器可確認某個HDCP接收器是否已經過授權來接收HDCP所保護的內容。

 2.當獲得確認後,HDCP加密所保護的內容會利用在第一步認證過程中所建立的共享密鑰(shared secret key)從HDCP 傳送器傳送至HDCP接收器,以防止任何竊聽裝置來盜取HDCP所保護的內容。

 3.最後,如果HDCP裝置(不論是傳送器或接收器)的合法性遭受破壞,引致HDCP內容可以未經授權使用時,還是有內建的更新功能能加以防止。此功能讓HDCP傳送器能辨識受到破解的裝置,並防止受HDCP保護的內容傳輸至該裝置。




HDMI在來源裝置應用上持續演進

 隨著數位電視銷售量大幅度成長,預計從2004年的一千九百五十萬台成長至2007年的七千七百萬台,而採用一個或以上HDMI輸入的數位電視比率之成長速度將更加快速。對消費者而言,若要享有數位電視的高解析度的畫質,家裡DVD放影機或數位電視盒等來源裝置將需要適當的傳輸格式,如480p或是更高解析度,才能發揮數位電視的長處。另外,還有內容保護的問題。即使是目前一般的類比電視,內容保護也是業界所必須解決的一個問題。舉例而言,每個VCR都要裝有Macrovision以防止未經授權的複製。在大多數事先錄製的錄影帶影音訊號中,也都內嵌了Macrovision記號。現在,隨著數位電視時代的來臨,影音內容的產生採用數位格式,唯有採用數位介面才能達到最佳的畫面品質。 重點是:如何能解決全面數位化介面中內容保護的問題?

 答案再一次是搭配了HDCP的HDMI。此標準已被證明是最接近理想的數位介面,其優異的功能可以透過單一的通訊協定,一次解決高解析度與內容保護的問題。

 DVD拷貝管制協會(CCA)規定,所有播放CSS保護內容且畫質高於480p/576p的 DVD放映機,均必須具備HDMI-HDCP或DVI-HDCP輸出端子。此規定可說是HDMI應用的重大里程碑。CCA是個受好萊塢電影公司支持的技術團體,所擁有的拷貝防護技術均應用在目前市場上所有一般畫質的DVD光碟上。此拷貝防護技術名為「Content Scrambling System」,簡稱為CSS,可防止受著作權保護的DVD內容遭到未經授權的複製。目前市場上,HDMI正快速應用在來源裝置上(預估在2004年銷售的HDMI DVD放影機與數位電視盒超過150萬台,預計將在2007年成長至7,600萬台)。CCA的規定將更加強化HDMI在市場的地位。

 除了CCA之外,美國的 FCC也規定在2005年7月1日後販售的所有「具數位有線功能」(digital cable-ready)電視,均必須具有HDMI-HDCP或DVI-HDCP輸入端子。此外,在1988年由有線電視業成員所設立的CableLabs(the Cable Television Laboratories, Inc.),也在其OpenCable計畫中,規定所有高畫質數位電視盒(HD-STBs)必須具備HDMI-HDCP或DVI-HDCP輸出端子。

 最後,在全球各地紛紛宣佈採用HDMI的機構中,代表歐洲資訊通訊技術與消費性電子產業的組織EICTA,於2005年1月19日在布魯塞爾宣佈,任何貼有「HD Ready」標籤的顯示裝置,均必須透過HDMI或DVI數位介面接收高解析度內容的傳輸,而且其HDMI或 DVI輸入端子必須要支援HDCP。

新一代DVD與HDMI,帶來接近高解析度的使用者經驗

 隨著HDMI在DVD錄放影機上的應用逐漸增加,促進了全新類型DVD放影機的普及率。此新一代DVD,名為升級DVD放影機(up-converting DVD player),可播放一般畫質的DVD,然後將內容的解析度提升至720p或1080i(或 1080p),透過HDMI數位介面,將高解析度的影音資料流傳輸至HDTV。

 HDMI又如何促進了新一代DVD放影機的普及率?在此新一代DVD放影機問世前,一般畫質的DVD放影機要將影音內容傳送至HDTV,唯一方法便是先將DVD光碟的數位內容轉換成類比格式,然後透過複合式纜線(composite cable)、S-video或元件視訊纜線(component video cable),將類比訊號傳至HDTV。然後,數位電視將內容從類比格式轉回數位格式,才能在螢幕上顯示影像。為了達到消費者對數位電視所預期的高畫質,最好能避免這些不必要的格式轉換。新一代的DVD放影機便是能做到此點,將傳送至數位電視的影音訊號維持全面的數位格式。

 然而,要新一代的DVD放影機發揮其優點,前提是放影機與數位電視之間要有全面數位的影音連結如HDMI。因此,透過在DVD來源裝置與HDTV所建立的高頻寬、內容保護與全面數位連結,HDMI標準讓現有的一般畫質DVD,也能在新型的HDTV上達到接近高解析度的品質。

 目前市場上已經有幾款新一代的DVD放映機。Sony公司在2005年CES所展示的六款具HDMI功能的DVD 與A/V接收器中,均具有畫質升級的功能。Panasonic最新的HDMI DVD-S97 DVD放映機也因為其接近高解析度的畫質升級功能,在市場上越來越受歡迎。同樣是在CES 2005推出的Denon新一系列DVD放映機(DVD-2910, DVD-3910和DVD-5910)與A/V接收器(AVR-4805 和 AVR-5805),也具有HDMI與畫質升級的功能。

HDMI可將纜線糾纏的程度減輕十倍

 使用HDMI最吸引人的處在於只需要一條纜線和適合消費性電子產品的接頭,便可轉輸所有高頻寬、未壓縮影音的內容。透過HDMI的超高頻寬,一條HDMI纜線就可以完整容納未壓縮的高畫質視訊與多軌音訊,因此可減少整個家庭劇院系統所須要的纜線數量。




基於TMDS通訊協定

 HDMI標準定義了來源裝置(如DVD放影機與數位電視盒)至顯示裝置(如電視機、投影機與其它影像顯示器)之間影音傳輸的規格。HDMI連結可傳輸高品質多軌的音訊資料,以及所有標準或高解析度的消費性電子產品視訊格式。在內容保護上,則有HDCP技術可以應用。HDMI也可雙向傳輸裝置的控制與狀況資訊。在HDMI標準的規格中,對介面有完整的描述,以便執行完整的資料傳輸、解決方案的相互連結或介面連結的任何部分

 HDMI標準主要基於TMDS通訊協定,對其相關的電子訊號技術等也有詳細的說明。此外,HDMI對於接頭的機械規格與接頭內訊號擺置也有說明。

 透過HDMI內的設定與執行,與HDMI相容的裝置可與另一個與HDMI相容的裝置互通。對於所需的來源裝置(source)、終端裝置(sink)、複送器(repeater)與纜線的機械、電子、行為與通訊協定的需求條件,HDMI均有說明。




 HDMI系統的架構定義包含了來源裝置與終端裝置,其中任何一個裝置都可能具有一個或以上的HDMI輸入或輸出端子,且每個HDMI輸入端子都必須遵守HDMI終端裝置的規則,每個HDMI輸出端子必須遵守HDMI來源裝置的規則。

 如圖5所示,HDMI纜線與接頭可傳輸四對差序的TMDS資料與時脈通道(clock channel)。這些資料通道可用來傳輸影音內容與附屬資料。此外,HDMI還包含VESA DDC資料通道,可用在單一來源裝置與終端裝置之間的設定與狀態資訊交換。若再配合上選擇性的CEC通訊協定,便能針對家庭劇院中各個影音產品,提供高層度的控制功能。

HDMI標準背後的技術

 前三對的TMDS資料通道負責傳輸影音內容與附屬資料,而TMDS時脈通道則傳輸影像的畫素時脈,而接收器亦可利用影像的畫素時脈,在復原前三對TMDS通道的資料時作為頻率參考。在三對TMDS資料通道中,視訊資料是以24位元畫素傳輸,而TMDS編碼轉換器會將每條通道的8位元畫素轉為10位元直流平衡(DC-balanced)且傳輸最小化的資料序流(transition-minimized sequence),然後以每畫素時脈10位元的速率序列傳輸。

 視訊的畫素速率範圍可由25MHz至165MHz不等。速率低於25HMz的視訊格式(如480i/NTSC就只有13.5MHz),可使用畫素重複(pixel repetition)的機制來傳輸。視訊畫素編碼的格式可採用RGB、YCBCR 4:4:4 或YCBCR 4:2:2,不論是何種格式,傳輸速率均可高達每畫素24位元。

 為了讓音訊與附屬資料傳輸達到所需的高度可靠性,HDMI使用了封包的結構。除了採用BCH錯誤更正碼(BCH error correction code)來保護資料之外,還使用特別的錯誤避免編碼,能在TMDS連結上產生10位元的確認字元。

 基本的音訊功能包含了單一的IEC 60958音訊流,取樣頻率為32kHz、44.1kHz 或48kHz,足以容納標準的線性脈衝編碼修正(L-PCM)之立體聲資料流。也可以選擇讓HDMI以高達192KHz取樣頻率來傳輸單一的立體聲資料流,或以96KHz取樣頻率來傳輸二到四個立體聲資料流(三到八個音軌)。HDMI也可以192KHz的取樣頻率,傳輸經IEC 61937壓縮的音訊資料流(例如環繞音效)。

 來源裝置使用DDC來讀取終端裝置的E-EDID(Enhanced Extended Display Identification Data),以確認終端裝置的設定與功能。

全球的標準均採用HDMI

 自從市場導入HDMI以來,採用HDMI的數位電視在北美的銷售量首次高於採用DVI的數位電視。歐洲在2004年下半,開始銷售採用HDMI的顯示產品,歐洲的衛星電視、有線電視與地面廣播數位電視盒均具備HDMI輸出端子。在日本,家用HDMI產品早於2003年開始銷售;在中國,EVD(Enhanced Video Disc)與High-Clearness Video Disc的發展,將有助於HDMI的廣泛應用。在台灣與韓國,家用的LCD與 plasma數位電視也都已經搭配HDMI輸入端子銷售。

 至2005年1月的第一個星期為止,不包含七個開發HDMI的創始公司,全球已有超過170個HDMI技術採用廠商,包含消費性電子產品製造商、半導體業者、測試儀器廠商以及纜線/接頭的製造商。而且採用廠商的數目每個月均在持續增加,相關消息:http://www.hdmi.org/ 。

 全球有這麼多廠商在產品中採用了HDMI功能,令人不禁要問:誰能保證這些應用了HDMI-HDCP產品能互通呢?




 為了確保裝置的互通,HDMI Licensing LLC 制訂了HDMI相容性測試規格(Compliance Test Specification;CTS),每個採用HDMI的廠商把HDMI應用至產品時,不僅要嚴守CTS的規定,還必須將產品送至授權測試中心(Authorized Testing Center;ATC)來進行測試。此外,獨立計畫PanelLink Cinema(PLC)Partners Program可測試HDMI裝置的HDCP功能,確保不同廠商的HDMI-HDCP 裝置可以互通,能接收並播放優質的數位內容。PLC的互通測試規格(Interoperability Test Specification;ITS)文件可以在PanelLink Cinema的網站免費下載,
 

cicer

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請問電腦硬體為了符合HDMI與HDCP規範
是否代表顯示卡/螢幕又要吹起一陣腥風血雨??
 

MUS

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cicer 說:
請問電腦硬體為了符合HDMI與HDCP規範
是否代表顯示卡/螢幕又要吹起一陣腥風血雨??
HDMI初期並未針對PC設計,直到V 1.2之後才有,PC顯示的部分目前是UDI和DisplayPort比較有可能出線(UDI相容HDMI,Intel制訂,有不少奧援; Displayport規格比較好,但是欠缺官方單位support)

另外樓主,您發表本文之前,確定您已經獲得同意了嗎?不是任何網路新聞看見了就可以直接轉貼內容的!!!
http://tech.digitimes.com.tw/ShowNews.aspx?zCatId=313&zNotesDocId=DED7BB1CC7C0BE2B48256FD2000FCC5F
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billylinw

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我朋友家有一台電視(液晶或電漿忘了),
它的介面就是這種
 

Sander

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OC那個寫的好像有點錯誤
不管Type A或是Type B都可以載聲音訊號過去
HDMI本來就是要視訊和聲音都傳送的
只是Type A只有Single-link, Type B有Double-link
 

cicer

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未來 螢幕&顯示卡 都要符合

HDMI介面 / HDCP規範

感覺頗有山雨欲來之勢...
 

chanp

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未來 螢幕&顯示卡 都要符合

HDMI介面 / HDCP規範

感覺頗有山雨欲來之勢...

所以各位大大,如果要玩HTPC,請守住自已家裡的"小朋友",明年比較適合下場....
(包含顯卡,軟體,顯示設備.......)
 

cicer

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所以各位大大,如果要玩HTPC,請守住自已家裡的"小朋友",明年比較適合下場....
(包含顯卡,軟體,顯示設備.......)
是呀...除了要用Vista...
還要用支援HDCP的顯示卡與螢幕...
外加一個Blu-ray Disc或HD-DVD光碟機...
如果想稱頭些...再來一咖HTPC機殼...天價呀...;ng;
 

ign0

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個人認為, 如果今年要入場, 因為NVidia 已在7系統放入了某些對HTPC的支援, 主板上Intel 做的一些HT似乎太差了, Ati我不清楚.
但是組一台先過過癮並無不可. 只是唯一最不會跌價的投資可能是一個HTPC的殼. 不要帶面板的喔, 面板明後年再買.
 
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