傳統(tǒng)的模擬視頻接口有復合視頻信號(CVBS、A/V)，S 端子（Y/C、S-Video），模擬分量視頻信號(Y、U、V 或Y、R-Y、B-Y)和通用D-SUB( 9 芯)端口等。隨著人們對圖像顯示質量要求的不斷提升，在視頻監(jiān)控方面用模擬接口來傳輸和顯示監(jiān)控的視頻已經不能滿足人們的要求。以高清數字電視為代表的數字視頻設備的應用越來越普遍，模擬視頻接口標準更加無法適應在帶寬、內容保護、音頻支持等方面的發(fā)展需求，這就使得數字視頻接口標準更能適應市場的需求。HDMI（High－Definition Multimedia Interface）是數字視頻接口中的一種接口標準，由于其具有單一線纜上能同時傳輸音視頻、帶寬高和HDCP 加密等優(yōu)點，所以此接口在多媒體數字產品中得到了廣泛的應用[1]。在嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)中加入HDMI 接口，可在帶HDMI 接收端的監(jiān)控終端清楚地看到監(jiān)控場景，進而擴展了視頻監(jiān)控的應用場所。

1. HDMI 技術及其基本傳輸原理
1.1 HDMI 技術簡介
    HDMI 是首個支持在單線纜上傳輸，不經過壓縮的全數字高清晰度、多聲道音頻和智能格式與控制命令數據的數字接口，由Silicon Image 倡導，聯合索尼、東芝等八家著名的消費類電子制造商聯合成立的工作組共同開發(fā)的。HDMI 最早的接口規(guī)范是2002 年12 月公布的HDMI 1.0，目前的最高版本是2006 年6 月發(fā)布的HDMI 1.3。HDMI 通過一條HDMI 纜線可以提供所有的音視頻源與音視頻終端之間的連接，實現視頻源和顯示終端的雙向通信，在保持高品質的情況下能夠以數碼形式傳輸未經壓縮的高分辨力視頻和多聲道音頻數據，還可搭配寬帶數字內容保護HDCP（High-band with Digital Content Protection）。新發(fā)布的HDMI1.3[2]支持的帶寬更高，還增加了Deep Color 技術，支持xvYCC 色彩標準、唇型同步、新型無損音頻格式Dolby TrueHD 和DTS-HD Master Audio 等。

1.2 HDMI 基本傳輸原理
    HDMI 系統(tǒng)結構由HDMI 源(發(fā)送端)和HDMI 宿(接收端)組成，其傳輸結構圖如圖1 所示，HDMI 傳輸線包括三個不同的TMDS 數據信息通道和一個時鐘通道，這些通道用來傳輸音視頻數據及附加信息，音視頻數據和附加信息通過三個不同的TMDS 通道傳送到接收端上，而視頻的像素時鐘則通過TMDS 時鐘通道傳送，接收端接受這個頻率參數之后，再還原另外三個數據信息通道傳遞過來的信息。DDC 通道用來在發(fā)送端和接收端之間進行配置以及狀態(tài)信息交換?？蛇x的CEC 通道用來提供用戶環(huán)境中各種不同的音視頻產品之間的高層控制功能，例如自動設定的細節(jié)、單鍵播放或是遙控。

[nextpage]    TMDS(Transition Minimized Differential Signaling)信號傳輸技術[3]。最小化傳輸差分信號TMDS 是指通過異或及異或非等邏輯算法將原始信號數據轉換成10 位，前8 位數據由原始信號經運算后獲得，第9 位指示運算的方式，第10 位用來對應直流平衡（DC-balanced）, 轉換后的數據以差分傳動方式傳送。這種算法可使被傳輸信號過渡過程的上沖和下沖減小，傳輸的數據趨于直流平衡，使信號對傳輸線的電磁干擾減少，提高信號傳輸的速度和可靠性。

    音視頻信號傳輸。HDMI 輸入的源編碼格式包括視頻像素數據、控制數據和數據包。在每一個TMDS 通道中，HDMI 數據包含2 位的控制數據、8 位的視頻數據和4 位的數據包，其傳輸過程可以分成三個部分：視頻數據傳輸期、島嶼數據傳輸期和控制數據傳輸期。島嶼數據和控制數據的傳輸是在視頻數據傳輸的消隱期，即在傳輸音頻數據和其他輔助數據的時候，并不會占據視頻數據傳輸的帶寬，并且也不需要一個單獨的通道來傳輸音頻數據和其他輔助數據。

    為了保護數字多媒體視頻版權，HDMI 采用了HDCP（High Band-width Digital Content Protection）技術，其本質是數字信號加密和解密技術。HDMI 數據經由授權認證協(xié)定、數據加密解密和自我更新三部分組成的保護系統(tǒng)傳輸后，可拒絕非法接收設備的連接，從而阻止了非法設備的擴散。

2.HDMI 源接口電路設計
2.1 源接口芯片的特性
    目前HDMI 源接口芯片(發(fā)射端)很多，比較常用的有基于硅解決方案Silicon Image的Sil90xx 系列和Analogix 的ANX90xx 系列。本設計采用Analogix 公司的ANX9030 作為HDMI 源接口芯片。ANX9030 的內部功能結構[4]如圖2 所示。

                       圖2 ANX9030 內部功能結構圖

    ANX9030 基于Wide Eye 信號恢復技術，能夠提供高性能的傳輸能力，其功能模塊主要有音視頻數據捕獲、I2C 從接口、像素格式處理和TMDS 發(fā)送等。其中視頻處理模塊最高可支持24 位，整個處理頻寬接近4Gb/s；音頻數據捕獲模塊支持8 通道共24 位高精度數字音頻輸出，提供I2S 和S/PDIF 標準輸出接口;像素格式處理模塊支持RGB 數字色度分量4:4:4格式與多種模式YCbCr 數字色差分量4:2:2 之間的轉換，支持HDTV 和PC(最高支持1600×1200@85Hz)應用。

2.2 接口電路設計
    ANX9030 的電源設計有嚴格的要求，兩對供電電壓3.3V 和1.8V 的誤差不能超過5%，否則對視頻信號產生嚴重的干擾。EP9302 的外部電壓3.3V，內部模塊的工作電壓1.8V，所以ANX9030 的電壓可由EP9302 的電壓直接提供，而不需要專門的IC 來提供。為減少噪聲耦合，ANX9030 的電源引腳需加上0.1μF 的去耦電容。此外，HDMI 接口支持熱插拔，因此需要ESD(靜電放電)二極管來保護電路，使其不被損壞。使用SEMTECH 公司推出的Rclamp0524 ESD保護二極管ESD 二極管能增加阻抗補償，減少TMDS 線上的阻抗誤差，從而保持TMDS 信號的穩(wěn)定傳輸。[nextpage]

    系統(tǒng)采用Cirruslogic 公司的EP9302 作為嵌入式音視頻處理器。EP9302[5]是一款高性能的ARM9 微處理器，其工作頻率200MHz，系統(tǒng)總線頻率100MHz，高度集成的結構和先進的性能設計適合各種嵌入式場合的應用。EP9302 與ANX9030 的連接如圖3 所示。

    利用EP9302 的外圍集成接口可大大簡化接口電路的設計。EP9302 與ANX9030 的連接包括控制部分、視頻部分和音頻部分等。控制部分用于EP9302 對ANX9030 進行訪問控制，如寄存器設置，ANX9030 向EP9302 發(fā)送中斷控制信號，其訪問方式可通過I2C 控制線進行;視頻部分用于EP9302 將采集處理后的視頻數據以及相應的同步、時鐘等信號發(fā)送給ANX9030，本文采用16 位的YCBCr 4:2:2 方式進行連接;音頻部分用于EP9302 將音頻數據發(fā)送給ANX9030,其連接方式采用I2S。

3.驅動軟件實現
    軟件設計包括音視頻源的軟件設計和HDMI 發(fā)送控制器ANX9030 的驅動設計。由于在EP9302 微處理器的開發(fā)板上已完成了音視頻的采集和輸出設計，所以本文的軟件設計主要是HDMI 控制器的驅動設計。利用開源的ANX9030 固件程序可簡化驅動程序的開發(fā)，主要包括ANX9030 的初始化處理、狀態(tài)機變化、音視頻模式的設置及異常處理等。主循環(huán)程序如下：

void main(void){
Init_ANX9030();
while(1){ANX9030_Interrupt_Process();
ANX9030_Timer_Process ();
}}
ANX9030 的工作模式及初始化流程如圖4 所示：

[nextpage]    ANX9030 的初始化。在ANX9030 復位電路的上升沿，DEV_ADDR_SEL 引腳的狀態(tài)決定
ANX9030 的I2C 地址。假定此引腳為低，I2C 地址為0x72 和0x7A 被選擇。首先確認ANX9030
存在且能正常工作，部分代碼如下：
while (1) {
ANX9030_Resetn_Pin = 0;
delay_ms(2);
ANX9030_Resetn_Pin = 1;
delay_ms(2);
c = ANX9030_i2c_read_p0_reg(ANX9030_DEV_IDL_REG, &c1);
if ((c == 0) && (c1 == 0x30)) {
c = ANX9030_i2c_read_p0_reg(ANX9030_DEV_IDH_REG, &c1);
if((c == 0) && (c1 == 0x90))
break;
}}

    ANX9030 在上電復位后，設置DE_GEN 和BT_656 同步信號檢測，然后進行像素格式和時鐘路徑的設置來配置視頻信息。由于HDMI 兼容DVI，所以發(fā)送端可工作在HDMI 模式或DVI模式，在此只需對ANX9030 的HDMI_MODE 位設置為1(HDMI)或0(DVI)即可。檢測到HDMI 模式后，設置HDMI 的音頻格式及數據包，沒有異常中斷時，使能數據包發(fā)送即可把音視頻數據包等信息發(fā)送出去，發(fā)送成功后返回。

    除了像素時鐘檢測(CKDT)和熱插拔檢測(HPDT)功能外，ANX9030 的大部分功能都處于待機狀態(tài)，軟件需要正確的配置其他寄存器,這些寄存器的詳細配置可參考ANX9030 的芯片資料。ANX9030 的異常處理。由于ANX9030 提供了16 個中斷觸發(fā)源，包括軟件觸發(fā)中斷、檢測到顯示器中斷、接收端上電/斷電檢測中斷、S/PDIF 輸入丟包中斷及CTS 變化中斷等，所以源端主控制器需要一個中斷來管理ANX9030 所發(fā)出的中斷。一般只需要熱拔插檢測、RI_128 連接完整性檢測及音頻FIFO 溢出、CTS 變化等中斷即可。本設計利用EP9302 的中斷引腳INT0 來捕獲ANX9030 引發(fā)的中斷，然后進行相應的中斷處理。

4.結束語
    HDMI 是針對下一代多媒體影音設備所開發(fā)的傳輸接口，適用于數字電視、DVD 播放機、DVD 錄放機、PVR、機頂盒及其他數字視聽產品，現在已廣泛應用于PC 機及平板顯示器等消費類電子產品上。本文詳細說明了HDMI 接口原理、源接口芯片特點、接口電路設計及在ARM9嵌入式平臺上系統(tǒng)軟件的實現方法，該系統(tǒng)可用于安防監(jiān)控和高清晰視頻會議等領域。