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2008年3月29日      作者:維基百科/自由的百科全書

  HDMI(英語:High Definition Multimedia Interface),即高清晰度多媒體介面,是一種全數位化影像/聲音傳送介面,可以傳送無壓縮的音頻信號及視頻信號。HDMI提供所有相容裝置——如機上盒、DVD播放機、個人電腦、電視遊樂器、綜合擴大機、數位音響與電視機——一個共通的資料連接管道。HDMI可以同時傳送音頻和影音信號,由於音頻和視頻信號採用同一條電纜,大大簡化了系統的安裝。

  HDMI是被設計來取代較舊的類比影音傳送介面如SCART或RCA等端子的。

  HDMI支援各類電視與電腦影像格式,包括SDTV、HDTV視頻畫面,再加上多聲道數位音頻。在傳送時,各種視頻資料將被HDMI收發晶片以「Transition Minimized Differential Signaling」(TMDS)技術編碼成資料封包。規格初制訂時其最大畫素傳輸率為165Mpx/sec,足以支援1080p畫質每秒60張畫面,或者UXGA解像度(1600x1200);後來在HDMI 1.3規格中擴增為340Mpx/sec,以符合未來可能的需求。

  HDMI也支援非壓縮的8聲道數位音頻傳送(取樣率192kHz,資料長度24bits/sample),以及任何壓縮音頻串流如Dolby Digital或DTS,亦支援SACD所使用的8聲道的1bit DSD信號。在HDMI 1.3規格中,又追加了超高資料量的非壓縮音頻串流如Dolby TrueHD與DTS-HD的支援。

  標準的Type A HDMI接頭有19個腳位,另有一種支援更高解像度的Type B接頭被定義出來,但目前仍無任何廠商使用Type B接頭。Type B接頭有29個腳位,容許其傳送擴張的視頻通道以應付未來的高畫質需求,如WQSXGA(3200x2048)。

  Type A HDMI可向下相容於現今多數顯示器與顯示卡所使用的Single-link DVI-D或DVI-I介面(但不支援DVI-A),這表示採用DVI-D介面的訊號來源可以透過轉換線驅動HDMI螢幕,但是此種轉換方案並不支援音頻傳送與遙控機能。此外,如無HDCP認證的DVI螢幕也將不能收看從HDMI所輸出帶有HDCP加密保護的視頻資料。(所有HDMI螢幕皆支援HDCP,但大多數DVI介面的顯示器不支援HDCP。)Type B HDMI接頭也將向下相容於Dual-link DVI介面。

  HDMI組織的發起者包括各大消費電子產品製造商,如日立製作所、松下電器、Quasar、飛利浦、新力、湯姆生RCA、東芝、Silicon Image。數位內容保護公司(Digital Content Protection, LLC)1。提供HDMI介面相關的防拷保護技術。此外,HDMI也受到各主要電影製作公司如20世紀福斯、華納兄弟、迪士尼,包括三星電子在內的各大消費電子產品製造商,以及多家有線電視系統業者的支持。 

HDMI 版本演化:
◆◆ 1. HDMI 1.1 ◆◆
2004年5月提出
支援DVD音頻

◆◆ 2. HDMI 1.2 ◆◆
2005年8月提出
支援8聲道1bit音頻(SACD所使用者)
讓PC訊源可使用HDMI Type A 接頭
在維持YCbCr CE色域前提之下開放PC訊源使用原生RGB色域
要求HDMI 1.2以上顯示器支援低電壓訊源

◆◆ 3. HDMI 1.2a ◆◆
2005年12月提出
完全確立CEC通道的功能,指令集,以及相容性測試程序

◆◆ 4. HDMI 1.3 ◆◆
2006年6月22日提出
擴增single-link模式的頻寬至340 Mhz (資料傳送速度10.2 Gbps)
從24bit色域(1677萬色)擴張支援至30-bit, 36-bit, 與 48-bit (RGB or YCbCr) 色域(相當於超過十億色顯示)
支援新的xvYCC色彩標準
支援自動語音同步(台詞對嘴)機能
支援Dolby TrueHD 以及 DTS-HD Master Audio 訊號輸出至外接解碼器  如果播放機具有直接將此二種訊號解碼的能力,則不需要支援HDMI 1.3,因為所有的HDMI規格都可以傳送未壓縮的音頻訊號。
提出新的小型化接頭以支援輕便型攝錄影機  
Sony PlayStation 3 是第一個上市的 HDMI 1.3播放機.
Sony BRAVIA KDL- 46X2500、KDL-40X2500是第一個上市的 HDMI 1.3螢幕. (1080p支援新的xvYCC色彩標準, 36bits deep color)
EPSON EMP-TW1000是第一個上市的HDMI 1.3的投影機(支援 30-bit deep color)

◆◆ 5. HDMI 1.3a ◆◆
HDMI 1.3a
2006年11月10日提出
 •修改Cable and Sink的HDMI C Type 接頭
 •Source termination recommendation
 •移除上升時間(rise time)和下降時間(fall time)的最高最低限制
 •改變CEC電容限制
 •澄清RGB 影像量化範圍
 •增加CEC指令關於時間及聲音控制
 •同時Released認證的測試規格文件

◆◆ 6. HDMI 1.3b ◆◆
  於2007.03.26公佈, 主要是修改HDMI 測試規格(HDMI Testing specification), 而 HDMI Specification依然是HDMI 1.3a。所以第一次出現當時的主要的HDMI Specification 跟 測試規格(HDMI Testing specification)是不同版本的情況發生。
HDMI Testing specification 1.3b 修改部分:
1.3b 2007/03/26 Modifications to TE overview and policy description (4.1)
Addition of Agilent TDR to Recommended TE (4.2.1.11)
Clarification of tentative cable emulators (4.2.1.17)
Jitter tolerance test changes (8-7)
Added cable tests for TMDS_CLOCK channel (5-3)
New VL triggering (7-2)
Editorial and clarifications on CEC Line Degradation (7-15, 8-14)
Added testing of additional source-supported Deep Color formats (7-34)
Additional HDMI VSDB EDID checks (8-3)
Additional TTC usage (5-3, 8-5, 8-6, 8-7)
Incorporated Tek-recommended setup and calibration for TDR (8-8)
Clarification on Sink Deep Color Recommended Test Method (8-25)
Added long cable or cable emulator use for Repeater test (9-3)
Added color-depths for each format in Source_Video_Formats (App. 3)
Removed test for filler bytes (8-3)
Removed Tektronix part number of cable emulator EFF-HDMI-CE-01

長度限制問題:

  HDMI的纜線長度限制是其主要的問題之一,在部分消費者自行測試當中回報標準的28AWG(American Wire Gauge, 美國纜線度量)規格HDMI銅線大約在超過5公尺之後開始訊號衰減。此長度通常不足以滿足投影機與電腦的連接。

  但HDMI組織網頁並不認可此限制,其網頁常見問答集HDMI FAQ page當中記載:「我們見過有纜線在沒有"轉接器"之情況下通過不短於十米的 HDMI "標準纜線" 承諾測試」。

  現有通過HDMI認證的 10M cable(未使用HDMI equalizer IC), 大都使用24AWG 的線材去製作。

  一些報告指出增加纜線中銅線的直徑以降低阻抗是有效延長纜線長度的方法之一,另外也有報告指出24AWG規格的纜線表現較28AWG好。另外也有人使用光纖或兩條CAT-5網路纜線來取代標準HDMI銅線。某些廠商也製造HDMI訊號增強器以因應使用者的需求。

  現有單一一顆 HDMI equalizer IC, 可讓24AWG HDMI cable 最大使用長度變成50公尺。 如果有提供足夠且乾淨的電源, 還可再串接。

規格:

HDMI接頭:
  HDMI的規格書中規定了三種HDMI接頭, 分別是:

HDMI A Type:
  總共有19pin, 為最常見的HDMI接頭規格, 相對等於DVI Single-Link傳輸。在HDMI 1.2a之前, 最大能傳輸165MHz的TMDS, 所以最大傳輸規格只能在於1600x1200(TMDS 162.0MHz) 。

HDMI B Type:
  總共有29pin, 可傳輸HDMI A type兩倍的TMDS資料量, 相對等於DVI Dual-Link傳輸。但是到現在市面上根本沒有生產過相關產品。 但由於現有WQXGA(2560x1600)高解析度以上的顯示器, 由於技術以及成本問題, 無法使用HDMI A type來做傳輸介面, 所以HDMI B type 可能只會出現在超高解析度的產品上。 (因為HDMI A type 只有Single-Link的TMDS傳輸, 如果要傳輸成HDMI B type的訊號, 則必須要兩倍的傳輸效率, 會造成TMDS的Tx、Rx的工作頻率必須提高至270MHz以上。 而在HDMI 1.3 IC出現之前, 市面上大部分的TMDS Tx、Rx只能穩定在165MHz以下工作。)

HDMI C Type:
  總共有19pin, 可以說是縮小版的HDMI A type, 但腳位定義有所改變。 主要是用在攜帶型裝置上, 例如DV、數位相機、攜帶型多媒體播放機等。 現在已有SONY HDR-DR5E DV利用此規格接頭作為影像輸出介面。(常常有人稱為該規格為mini-HDMI, 這是算是自行胡亂創造的名稱, 實際上HDMI官方並沒此名稱。)
TMDS通道:傳送音頻,視頻,以及各種輔助資料
訊號編碼方式:遵循DVI 1.0規格。Single-link (Type A HDMI) or dual-link (Type B HDMI).
視頻像素頻寬:從25 MHz到340 MHz (Type A, HDMI 1.3) 或至 680 MHz (Type B). 頻寬低於25MHz的視頻訊號如NTSC 480i將以倍頻方式輸出。每個像素的容許資料量從24位元至48位元。支援每秒120禎1080p解析度畫面傳送以及WQSXGA解析度.
像素編碼方式:RGB 4:4:4, YCbCr 4:4:4 (8-16 bits per component); YCbCr 4:2:2 (12 bits per component)
音頻取樣率:32 kHz, 44.1 kHz, 48 kHz, 88.2 kHz, 96 kHz, 176.4 kHz, 192 kHz.
音頻聲道數量:最大8聲道。
音頻串流規格:IEC61937相容串流,包括高流量無失真訊號如Dolby TrueHD, DTS-HD Master Audio
DDC通道:DDC全文為Display Data Channel
傳送端與接收端可利用DDC通道得知彼此的輸出與接收能力
使用100kHz時脈的I²C訊號
傳送資料結構為VESA Enhanced EDID (V1.3)與CEA-861D規格.
CEC通道:(必須預留線路但可以不必實作)
CEC全文為Consumer Electronics Control
用來傳送工業規格的AV Link協定訊號,以便支援單一遙控器操作多台AV機器
為單芯線雙向串列匯流排
在HDMI 1.0協定中制訂,在1.2a版中更新
防拷機制:
強制支援HDCP規格1.10版
HDCP
HDCP,全稱High-Bandwidth Digital Content Protection,中文名稱是高頻寬數位內容保護。是由英特爾公司所發展,用以確保數位化的影像與聲音資料在通過DVI或HDMI介面傳送時不至於遭到非法拷貝。HDCP的規格受到多項專利權保護,任何人欲實作HDCP必須申請授權。

  HDCP的授權管理是由英特爾的子公司「數位內容保護公司」(Digital Content Protection, LLC)負責。除了交付授權金之外,生產HDCP相容設備的廠商必須限制其產品功能,例如高清畫面(解析度超過480p者)在通過產品上不支援HDCP的介面播放時必須支援碟片需求將解析度降至480p(詳見「AACS」條目),而DVD聲訊在通過不支援HDCP的介面時必須被強制降到DAT等級的類比輸出。所有支援HDCP的影音播放設備都不得支援數位資料直接拷貝功能,並且必須「將其產品設計到足以打消大多數破解者的念頭」。

  基本來說,欲播放有HDCP保護的影音內容如HD DVD、Blu-ray Disc、PlayStation 3遊戲(透過HDMI輸出時),訊號來源(播放機或電腦的顯示卡)和顯示器雙方都必須內建HDCP密鑰晶片才能正常播放。若系統任何一者不配備此密匙晶片,影像質素有可能降低,甚至不能播放影像。現時某些顯示卡已內建HDCP晶片,有限度支持HDMI輸出。

規格:
  HDCP的主要目標是防止未加密的高清晰度影音內容被傳送出去。為此HDCP當中設計了三套系統以達成此目標:
  一個驗證流程以防止未經授權的裝置接收到高清晰度內容。

將通過DVI與HDMI介面的資料加密以防止資料被竊聽。並同時防止「中介者」破解法。
一個金鑰撤銷機制,以確保任何違反HDCP協議的裝置可以相對容易的被排除。
所有支援HDCP的裝置都有一組獨特的金鑰:一個金鑰組含有40把56bits長度的金鑰,如廠商將其外流將被視為違反HDCP授權協議。此外每一個金鑰組都還會附帶一組特別的金鑰稱為KSV(Key Selection Vector)。KSV內容有40bits且其中0與1各佔20bits。

  在驗證流程中播放與顯示兩側將交換其KSV,雙方將收到對方的KSV中為1的bit欄位所指向的金鑰做加總取得一個56bits的共同金鑰;金鑰組與KSV的生成過程將確保雙方驗證的結果可得到同一組56bits金鑰。

  加密過程是以串流方式進行。每個像素資料都會和金鑰所推導出的24bits整數作XOR運算,且每一個frame都會再產生不同的金鑰。

  如果某些特定的機器被認為遭到破解,其KSV參數將被放入黑名單當中,並透過新發售的碟片或作業系統更新而散出。黑名單必須經過HDCP驗證管理中心電子簽章,以確保不會有人惡意干擾其他合法機器的運作。如果接收端的KSV被傳送端發現處於黑名單中。傳送端將會拒絕傳送內容。

收費:
廠商每年要向Digital HDCP委員會支付15000美元,而每售出一件產品,要再支付0.04美元專利費。
密碼破解:
密碼破解專家們於2001年首度公開了HDCP協定中的數個嚴重漏洞(當時尚未有任何HDCP產品上市)。來自卡內基美隆大學的Scott Crosby 與Ian Goldberg, Robert Johnson, Dawn Song, David Wagner 等人共同在2001年11月5日ACM-CCS8大會數位內容管理小組中發表了一篇論文名為 "A Cryptanalysis of the High-bandwidth Digital Content Protection System"
該論文摘要如下:
"HDCP的線性金鑰交換機制存在基本的弱點,使得我們可以:
竊聽任何傳送中的資料
只靠其公開金鑰部分即可複製任何HDCP裝置
避免任何裝置被列入黑名單
未經授權而生成新的合法KSV
以上機能合在一起可以導致我們完全篡取HDCP協會的權威性。"
在大約同時間,密碼學家Niels Ferguson也宣佈破解了HDCP,但是他並未公開其研究結果,因為擔憂公開之後隨之而來的法律問題。

  最為人所知的HDCP破解方法是conspiracy attack,將一定數量的HDCP裝置破解並收集其資訊後,理論上可破解出HDCP授權中心的私鑰。

用途:
  HD DVD與Blu-ray Disc播放機可接受影音光碟片上的「影像限制符碼」 (Image Constraint Token;ICT),並且依據其內容決定是否要將傳送內容以HDCP協定加密。如果此類播放機被連接到不支援HDCP的電視機,且光碟片的ICT標註此內容應經HDCP加密,則播放機會強制把輸出畫面降低解析度至960x540像素(扣除NTSC Overscan範圍之後,即為720x480像素的DVD解析度。)目前可接受HDTV訊號的電視機並不一定支援HDCP,使得HD DVD與Blu-ray Disc對此類電視的擁有者吸引力大減。為此,電影製作公司在現階段同意暫時不在任何HDDVD或BD影片上面加上ICT,直至2011年。

  2004年8月4日,美國聯邦通訊委員會(FCC)無視於HDCP已知缺陷,批准HDCP為一個標準的「數位輸出保護技術」(PDF file)。在FCC的數位廣播旗標規範當中規定,所有的HDTV廣播信號解碼器必須包含數位輸出保護技術(該規範已被美國哥倫比亞特區上訴法庭裁定為違法)。美國國會仍在考慮類似於FCC數位廣播旗標規範的相關法案。

  2005年1月19日,歐洲資訊通訊技術協會(EICTA)宣告,支援HDCP為其HD ready商標的取得要件之一。
  微軟已經宣告它的次世代作業系統Windows Vista將會在螢幕與顯示卡相關軟體元件中支援HDCP技術。

  2005年,一些有能力破解並移除HDCP保護訊號的中介裝置已經在沒有數位內容保護法案的國家被研發並銷售,通常是以介於播放機與電視之間的轉接盒形式存在。The Clicker: HDCP's Shiny
 





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