提起数码产品的接口，大家都能列举出一大片，什么S端子、AV端子、色差分量接口、VGA接口、DVI接口……而说到HDMI数字信号接口，消费者更不会陌生，作为最新一代的数字接口，HDMI已经广泛应用于各种数码产品上，不管是平板电视、DVD碟机、高清播放机，还是投影仪、数码摄像机、液晶显示器，以及蓝光DVD和HD DVD，都少不了HDMI数字信号接口的身影。

　　消费者对HDMI接口的优点都非常了解，这里笔者也不准备再多介绍，提起为何HDMI接口有这些优点可能大家就不清楚了，HDMI接口在数据的保密技术上的优势获得了众多企业的推崇，那么到底其又有何特点，下面将给大家一一解开谜底。

HDMI的基本传输原理

　　HDMI（High－Definition Multimedia Interface）又被称为高清晰度多媒体接口，是首个支持在单线缆上传输，不经过压缩的全数字高清晰度、多声道音频和智能格式与控制命令数据的数字接口。HDMI接口由Silicon Image美国晶像公司倡导，联合索尼、日立、松下、飞利浦、汤姆逊、东芝等八家著名的消费类电子制造商联合成立的工作组共同开发的。HDMI最早的接口规范HDMI1.0于2002年12月公布，目前的最高版本是于今年6月发布的HDMI1.3规范。

　　HDMI源于DVI接口技术，它们主要是以美国晶像公司的TMDS信号传输技术为核心，这也就是为何HDMI接口和DVI接口能够通过转接头相互转换的原因。美国晶像公司是HDMI八个发起者中唯一的集成电路设计制造公司，是高速串行数据传输技术领域的领导厂商，因为下面要提到的TMDS信号传输技术就是它们开发出来的，所以这里稍微提及一下。

　　TMDS（Transition Minimized Differential Signaling）也被称为最小化传输差分信号，是指通过异或及异或非等逻辑算法将原始信号数据转换成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（DC-balanced，就是指在编码过程中保证信道中直流偏移为零，电平转化实现不同逻辑接口间的匹配），转换后的数据以差分传动方式传送。这种算法使得被传输信号过渡过程的上冲和下冲减小，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，提高信号传输的速度和可靠性。

　　一般情况下，HDMI连接由一对信号源和接受器组成，有时候一个系统中也可以包含多个HDMI输入或者输出设备。每个HDMI信号输入接口都可以依据标准接收连接器的信息，同样信号输出接口也会携带所有的信号信息。HDMI数据线和接收器包括三个不同的TMDS数据信息通道和一个时钟通道，这些通道支持视频、音频数据和附加信息，视频、音频数据和附加信息通过三个通道传送到接收器上，而视频的像素时钟则通过TMDS时钟通道传送，接收器接受这个频率参数之后，再还原另外三个数据信息通道传递过来的信息。

视频和音频信号传输

　　HDMI输入的源编码格式包括视频像素数据、控制数据和数据包。其中数据包中包含有音频数据和辅助信息数据，同时HDMI为了获得声音数据和控制数据的高可靠性，数据包中还包括一个BCH错误纠正码。HDMI的数据信息的处理可以有多种不同的方式，但最终都是在每一个TMDS通道中包含2位的控制数据、8位的视频数据和4位的数据包。HDMI的数据传输过程可以分成三个部分：视频数据传输期、岛屿数据传输期和控制数据传输期。

　　视频数据传输期，HDMI数据线上传送视频像素信号，视频信号经过编码，生成3路（即3个TMDS数据信息通道，每路8位）共24位的视频数据流，输入到HDMI发射器中。24位像素的视频信号通过TMDS通道传输，将每通道8位的信号编码转换为10位，在每个10位像素时钟周期传送一个最小化的信号序列，视频信号被调制为TMDS数据信号传送出去，最后到接受器中接收。

　　岛屿数据传输期，TMDS通道上将出现音频数据和辅助数据，这些数据每4位被一组，构成一个上面提到的4位数据包，数据包和视频数据一样，被调制为10位一组的的TMDS信号后发出。视频数据传输期和岛屿数据传输期均开始于一个Guard Band保护频带，Guard Band由2个特殊的字符组成，这样设计的目的在于在明确限定控制数据传输期之后的跳转是视频数据传输期。

　　控制数据传输期，在上面任意两个数据传输周期之间，每一个TMDS通道包含2位的控制数据，这一共6位的控制数据分别为HSYNC（行同步）、VSYNC（场同步）、CTL0、CTL1、CTL2和CTL3。每个TMDS通道包含2位的控制数据，采用从2位到10位的的编码方法，在每个控制周期最后的阶段，CTL0、CTL1、CTL2和CTL3组成的文件头，说明下一个周期是视频数据传输期还是岛屿数据传输期。

　　岛屿数据和控制数据的传输是在视频数据传输的消隐期，这意味着在传输音频数据和其他辅助数据的时候，并不会占据视频数据传输的带宽，并且也不要一个单独的通道来传输音频数据和其他辅助数据，这也就是为什么一根HDMI数据线可以同时传输视频信号和音频信号的原因。

HDMI的高音视频带宽

　　HDMI的数据信息的处理可以有多种不同的方式，也就是说HMDI支持多种方式的视频编码，通过对3个TMDS数据信息通道的合理分配，既可以传输RGB数字色度分量的4：4：4信号，也可以传输YCbCr数字色差分量的4：2：2信号，最高可满足24位视频信号的传输需要。

　　HDMI每个TMDS通道视频像素流的速率一般在25MHz～165MHz之间，HDMI1.3规范已经将这一上限提升到了225MHz，当视频格式的速率低于25MHz时，将使用像素重复法来传输，即视频流中的像素被重复使用。以每个TMDS通道最高165MHz的频率计算，3个TMDS通道传输R/G/B或者Y/Cb/Cr格式编码的24位像素视频数据，最高带宽可以达到4.95Gbps，实际视频信号传输带宽接近4Gbps，而现在最高规格的高清视频格式1080p所需的带宽仅仅为2.2Gbps，因此HDMI拥有的充足带宽不仅可以满足现在高清视频的需要，在今后相当长一段时间内都可以提供对更高清晰度视频格式的支持。

　　除了高的视频信号带宽之外，HDMI还在协议中加入了对音频信号传输的支持，形成了业界首个单线缆多媒体接口协议。HDMI的音频信号不占用额外的通道，而是采用和其他辅助信息一起组成数据包，利用3个TMDS通道在视频信号传输的消隐期，以岛屿数据的形式传送。即使在传输1080p（60Hz）的视频信号的时候，还可以提供最高8路，每路采样频率192kHz的高质量音频信号，相比之下，CD音频制式44.1kHz的两声道信号，以及最新的DVD－Audio音频格式96kHz的6声道信号，就相形见绌了。

 

       最近手上接了关于STB project,有一些关于h.264和MPEG-4的标准想和大家一起分享一下,希望有做过set-top box的兄弟给小弟传授一点经验.下面我就大概解释一下STB方面的知识和有关视频压缩方面的标准.

       MPEG-4标准将支持 7个新的功能。可粗略划分为3类：基于内容的交互性、高压缩率和灵活多样的存取模式。现分别介绍如下：

　　1. 基于内容的交互性(Content-based interactivity)

　　(1) 基于内容的操作与比特流编辑支持无须编码就可进行基于内容的操作与比特流编辑。例如：使用者可在图像或比特流中选择一具体的对象(Object)(例如图像中的某个人，某个建筑等等)，随后改变它的某些特性。

　　(2)自然与合成数据混合编码 提供将自然视频图像同合成数据(文本、图形)有效结合的方式，同时支持交互性操作。

　　(3)增强的时间域随机存取 MPEG-4将提供有效的随机存取方式：在有限的时间间隔内,可按帧或任意形状的对象,对一音、视频序列进行随机存取。例如以一序列中的某个音、视频对象为目标进行"快进"搜索。

　　2. 高压缩率(Compression)

　　(l) 提高编码效率 在与现有的或正在形成的标准的可比拟速率上, MPEG-4标准将提供更好的主观视觉质量的图像。这一功能可望在迅速发展中的移动通信网中获得应用，但值得注意的是：提高编码效率不是MPEG-4 的唯一的主要目际。

　　(2)对多个并发数据流的编码 MPEG-4 将提供对一景物的有效多视角编码, 加上多伴音声道编码及有效的视听同步。在立体视频应用方面, MPEG-4将利用对同一景物的多视点观察所造成的信息冗余， MPEG-4的这一功能在足够的观察视点条件下将有效地描述三维自然景物。

　　3. 灵活多样的存取 (Universal access)

　　(l) 错误易发环境中的抗错性( Robustness)

　　 "灵活多样"是指允许采用各种有线、线网和各种存储媒体，MPEG-4将提高抗错误能力(Error robustness capability)，尤其是在易发生严重错误的环境下的低比特应用中(移动通信链路)。注意， MPEG- 4是第一个在其音、视频表示规范中考虑信道特性的标准。目的不是取代已由通信网提供的错误控制技术，而是提供一种对抗残留错误的坚韧性。例如：选择性前向纠错 ( Selective forward error correction)，错误遏制(Error containment), 或错误掩盖(Error concealment)。

　　(2)基于内容的尺度可变性(Content- based scalability)

　　内容尺度可变性意味着给图像中的各个对象分配优先级。其中，比较重要的对象用较高的空间和或时间分辨率表示。基于内容的尺度可变性是 MPEG-4的核心，因为一旦图像中所含对象的目录及相应的优先级确定后，其它的基于内容的功能就比较容易实现了。对甚低比特率应用来说，尺度可变性是一个关键的因素, 因为它提供了自适应可用资源的能力。例如,这个功能允许使用者规定：对具有最高优先级的对象以可接受的质量显示,第二优先级的对象则以较低的质量显示，而其余内容(对象)则不予显示，可见,这种方式可最有效地利用有限的资源。

        H.264标准详解:

JVT（Joint Video Team，视频联合工作组）于2001年12月在泰国Pattaya成立。它由ITU-T和ISO两个国际标准化组织的有关视频编码的专家联合组成。JVT的工作目标是制定一个新的视频编码标准，以实现视频的高压缩比、高图像质量、良好的网络适应性等目标。目前JVT的工作已被ITU-T接纳，新的视频压缩编码标准称为H.264标准，该标准也被ISO接纳，称为AVC（Advanced Video Coding）标准，是MPEG-4的第10部分。

　　H.264标准可分为三档：

　　基本档次（其简单版本，应用面广）；

　　主要档次（采用了多项提高图像质量和增加压缩比的技术措施，可用于SDTV、HDTV和DVD等）；

　　扩展档次（可用于各种网络的视频流传输）。

　　H.264不仅比H.263和MPEG-4节约了50％的码率，而且对网络传输具有更好的支持功能。它引入了面向IP包的编码机制，有利于网络中的分组传输，支持网络中视频的流媒体传输。H.264具有较强的抗误码特性，可适应丢包率高、干扰严重的无线信道中的视频传输。H.264支持不同网络资源下的分级编码传输，从而获得平稳的图像质量。H.264能适应于不同网络中的视频传输，网络亲和性好。

　　一、H.264视频压缩系统

　　H.264标准压缩系统由视频编码层（VCL）和网络提取层（Network Abstraction Layer，NAL）两部分组成。VCL中包括VCL编码器与VCL解码器，主要功能是视频数据压缩编码和解码，它包括运动补偿、变换编码、熵编码等压缩单元。NAL则用于为VCL提供一个与网络无关的统一接口，它负责对视频数据进行封装打包后使其在网络中传送，它采用统一的数据格式，包括单个字节的包头信息、多个字节的视频数据与组帧、逻辑信道信令、定时信息、序列结束信号等。包头中包含存储标志和类型标志。存储标志用于指示当前数据不属于被参考的帧。类型标志用于指示图像数据的类型。
VCL可以传输按当前的网络情况调整的编码参数。

　　二、H.264的特点

　　H.264和H.261、H.263一样，也是采用DCT变换编码加DPCM的差分编码，即混合编码结构。同时，H.264在混合编码的框架下引入了新的编码方式，提高了编码效率，更贴近实际应用。
H.264没有繁琐的选项，而是力求简洁的“回归基本”，它具有比H.263++更好的压缩性能，又具有适应多种信道的能力。

　　H.264的应用目标广泛，可满足各种不同速率、不同场合的视频应用，具有较好的抗误码和抗丢包的处理能力。

　　H.264的基本系统无需使用版权，具有开放的性质，能很好地适应IP和无线网络的使用，这对目前因特网传输多媒体信息、移动网中传输宽带信息等都具有重要意义。

　　尽管H.264编码基本结构与H.261、H.263是类似的，但它在很多环节做了改进，现列举如下。

　　1．多种更好的运动估计

　　高精度估计

　　在H.263中采用了半像素估计，在H.264中则进一步采用1/4像素甚至1/8像素的运动估计。即真正的运动矢量的位移可能是以1/4甚至1/8像素为基本单位的。显然，运动矢量位移的精度越高，则帧间剩余误差越小，传输码率越低，即压缩比越高。

　　在H.264中采用了6阶FIR滤波器的内插获得1/2像素位置的值。当1/2像素值获得后， 1/4像素值可通过线性内插获得，

　　对于4:1:1的视频格式，亮度信号的1/4 像素精度对应于色度部分的1/8像素的运动矢量，因此需要对色度信号进行1/8像素的内插运算。

　　理论上，如果将运动补偿的精度增加一倍（例如从整像素精度提高到1/2像素精度），可有0.5bit/Sample的编码增益，但实际验证发现在运动矢量精度超过1/8像素后，系统基本上就没有明显增益了，因此，在H.264中，只采用了1/4像素精度的运动矢量模式，而不是采用1/8像素的精度。

　　多宏块划分模式估计

　　在H.264的预测模式中，一个宏块（MB）可划分成7种不同模式的尺寸，这种多模式的灵活、细微的宏块划分，更切合图像中的实际运动物体的形状，于是，在每个宏块中可包含有1、2、4、8或16个运动矢量。

　　多参数帧估计

　　在H.264中，可采用多个参数帧的运动估计，即在编码器的缓存中存有多个刚刚编码好的参数帧，编码器从其中选择一个给出更好的编码效果的作为参数帧，并指出是哪个帧被用于预测，这样就可获得比只用上一个刚编码好的帧作为预测帧的更好的编码效果。

　　2．小尺寸4?4的整数变换

　　视频压缩编码中以往的常用单位为8?8块。在H.264中却采用小尺寸的4?4块，由于变换块的尺寸变小了，运动物体的划分就更为精确。这种情况下，图像变换过程中的计算量小了，而且在运动物体边缘的衔接误差也大为减少。

　　当图像中有较大面积的平滑区域时，为了不产生因小尺寸变换带来的块间灰度差异，H.264可对帧内宏块亮度数据的16个4?4块的DCT系数进行第二次4?4块的变换，对色度数据的4个4?4块的DC系数（每个小块一个，共4个DC系数）进行2?2块的变换。

　　H.263不仅使图像变换块尺寸变小，而且这个变换是整数操作，而不是实数运算，即编码器和解码器的变换和反变换的精度相同，没有“反变换误差”。

　　3．更精确的帧内预测

　　在H.264中，每个4?4块中的每个像素都可用17个最接近先前已编码的像素的不同加权和来进行帧内预测。

　　4．统一的VLC

　　H.264中关于熵编码有两种方法。

　　统一的VLC（即UVLC：Universal VLC）。UVLC使用一个相同的码表进行编码，而解码器很容易识别码字的前缀，UVLC在发生比特错误时能快速获得重同步。

　　内容自适应二进制算术编码（CABAC：Context Adaptive Binary Arithmetic Coding）。其编码性能比UVLC稍好，但复杂度较高。

　　三、性能优势

　　H.264与MPEG-4、H.263++编码性能对比采用了以下6个测试速率：32kbit/s、10F/s和QCIF；64kbit/s、15F/s和QCIF；128kbit/s、15F/s和CIF；256kbit/s、15F/s和QCIF；512kbit/s、30F/s和CIF；1024kbit/s、30F/s和CIF。测试结果标明，H.264具有比MPEG和H.263++更优秀的PSNR性能。
H.264的 PSNR比MPEG-4平均要高2dB，比H.263++平均要高3dB。

　　四、新的快速运动估值算法

　　新的快速运动估值算法UMHexagonS（中国专利）是一种运算量相对于H.264中原有的快速全搜索算法可节约90％以上的新算法，全名叫“非对称十字型多层次六边形格点搜索算法”（Unsymmetrical-Cross Muti-Hexagon Search）”，这是一种整像素运动估值算法。由于它在高码率大运动图像序列编码时，在保持较好率失真性能的条件下，运算量十分低，已被H.264标准正式采纳。

　　ITU和 ISO合作发展的 H.264（MPEG-4 Part 10）有可能被广播、通信和存储媒体（CD DVD）接受成为统一的标准，最有可能成为宽带交互新媒体的标准。我国的信源编码标准尚未制定，密切关注H.264的发展，制定我国的信源编码标准的工作正在加紧进行。

　　H264标准使运动图像压缩技术上升到了一个更高的阶段，在较低带宽上提供高质量的图像传输是H.264的应用亮点。H.264的推广应用对视频终端、网守、网关、MCU等系统的要求较高，将有力地推动视频会议软、硬件设备在各个方面的不断完善。