HDMI接口

定义

HDMI接口是一个用于在信号源设备与显示设备之间传送数字音视频信号的点对点连接接口^[3]。它把视频、音频与辅助数据放在同一根线缆中传输，发送端通常称为源端，接收端称为接收端或显示端，两端之间需要先完成能力与授权的交互才能正常出图。

按物理形状与电气结构，HDMI接口分为A、B、C、D等类型；其中A型为19针的标准接口，尺寸约13.9毫米宽、4.45毫米高，普及程度最高，B型有29针并提供双链路通道，C型与D型则用于摄像机、平板电脑等紧凑设备^[3]。不同类型接口的引脚名称与功能大体一致，差别主要在引脚顺序、尺寸和适用场景^[4]。

原理

HDMI的视频与音频数据沿TMDS（最小化传输差分信号）链路传送，其中3对差分线负责数据、1对差分线负责时钟，按视频数据期、数据岛期与控制期三种时段交替发送内容^[3]。视频数据期逐行传输有效像素；数据岛期落在行、场消隐区间内，用数据包承载音频与辅助信息，每个数据岛期为32像素长，含包头与最多18个数据包^[3]。2.1版引入FRL（固定速率链路）后，时钟通道被改作第4条数据通道，编码由8b/10b改为16b/18b，4条通道各12Gbps，合计达到48Gbps。

接口内部还并行运行几条低速通道。显示数据通道（DDC）基于I²C总线，源端通过它读取接收端的扩展显示标识数据（EDID），从而知道对方能接受哪些分辨率、色深与音频格式，这是即插即用的基础^[3]。消费电子控制（CEC）通道为可选的双向单线总线，允许用一只遥控器操作最多15台相连设备^[3]。此外还有+5V电源引脚与热插拔检测引脚^[4]。

内容保护由HDCP（高带宽数字内容保护）实现。源端与接收端先在DDC通道上互相认证，确认对方为获授权设备后再对TMDS数据流加密，未通过认证的接收端无法解密出画面^[5]。

发展历程

HDMI的前身是1999年数字显示工作组发布的DVI 1.0规范，DVI只能传视频，对平板电视兼容性差，也不支持数字音频和内容保护^[6]。2002年4月，7家企业组建HDMI组织；同年12月9日，1.0版规范正式发布，单根线缆可传送未压缩高清视频与多声道音频，带宽约4.95Gbps，支持1080p 60帧^[2]。

1.x系列随后陆续扩充能力：1.1版（2004年）加入对DVD-Audio的支持，1.2版（2005年）支持SACD所用的一比特音频，1.3版（2006年）把单链路带宽提升到10.2Gbps并支持深色与无损压缩音频流，1.4版（2009年）引入音频回传通道（ARC）、以太网通道与3D视频^[2][1]。2009年，HDMI创始企业因该标准的开发与推广获得美国国家电视艺术与科学学院颁发的技术与工程艾美奖^[2]。

2011年，创始企业成立面向全行业的HDMI论坛（HDMI Forum），由其继续开发2.x系列规范^[2]。2.0版于2013年发布，带宽18Gbps，可支持4K 60帧；2.1版于2017年发布，带宽提升至48Gbps，可支持8K 60帧与4K 120帧，并新增动态HDR、增强音频回传（eARC）、可变刷新率（VRR）、快速媒体切换（QMS）、快速帧传输（QFT）与自动低延迟模式（ALLM）等功能；2.1a版于2022年发布^[2][7]。线缆认证方面，优质高速认证计划始于2015年，超高速认证计划始于2020年^[2]。

该标准的授权由HDMI许可管理公司负责，它分别受HDMI论坛与创始企业委托，授权2.x版与更早版本的规范^[4]。据HDMI官方统计，标准推出20年间，采用该技术的产品累计出货接近110亿台，采纳企业超过1900家^[2]。

应用

HDMI接口最常见的用途是把机顶盒、DVD或蓝光播放器、游戏主机、个人计算机与电视、显示器、投影仪连接起来^[8]。一台带输出口的电脑接上带输入口的电视，电视即可作为电脑的第二块显示屏使用^[9]。

音频回传通道使电视可以直接把自身接收的广播音频沿同一根线回传给功放或回音壁，省去单独的光纤或同轴连接^[3]。车载信息娱乐系统也采用该接口，并使用带锁止结构的E型连接器以适应车载的防尘与防震要求^[4]。在专业视听领域，它被用于会议室与多屏分发系统，通过矩阵切换器把多个信号源分配给多台显示设备^[10]。

局限

高带宽信号随距离衰减明显，未加中继的无源铜缆通常在数米范围内可靠，超过这个长度会出现黑屏或分辨率下降，需要延长器或其他传输方式^[11][12]。线缆为成品固定长度，接头无法在现场重新端接，19根导体的多针接头也不带锁扣，长距离布线与频繁插拔场合的可靠性受限^[13][12]。

HDCP的存在使链路两端必须相互认证。若显示设备不支持HDCP或密钥校验失败，即使内容本身并未加密，也可能出现无画面、闪烁或长时间等待握手的情况^[12]。多屏系统中，每个HDCP设备都有唯一标识，源端能接受的标识数量有硬性上限，规范虽允许127台，但不少源端实际支持数量远低于此，接入设备过多时会中断传输^[5]。

由于输出格式由EDID协商决定，多台原生分辨率不同的显示器共用一台源端时，往往只能退到各屏共同支持的最高格式^[5]。该标准也未设计用于传递隐藏字幕数据，字幕须在源端解码后并入图像再发送，这限制了字幕样式，并影响需要经过接口做上变换的播放链路^[3]。此外，各版本带宽与特性差异较大，设备须两端及线缆同时满足相应等级才能启用高带宽功能^[2]。

参见

• DVI —— HDMI在电气上与DVI的视频信号兼容，并通过转接头互通。

• DisplayPort —— 另一种数字音视频接口标准，常用于计算机与显示器连接。

• HDCP —— HDMI所采用的内容保护协议，负责两端认证与数据加密。

• TMDS —— HDMI早期版本传输音视频数据所依赖的差分信号方式。

• HDMI论坛 —— 2011年成立、负责制定2.x系列HDMI规范的组织。

• EDID —— 显示设备向源端报告自身支持格式的数据结构。