HDMI中的视频时序分析

一、前言：建立层次观念

　　说到时序，我们首先想到的例子是IIC、SPI、串口等接口的例子，以我们之前的理解，时序就是传输线上电平随时间变化的顺序。但是但是但是！，在HDMI这里，我们应该建立一个新的观念：即时序不一定对应到物理层：即传输线上。这是怎么回事？且看：

　　因为HDMI的协议中，对传输的信息进行了编码，即TMDS编码，目的是使传输线上电平的跳变更小，从而达到减少干扰、增强传输可靠性的目的。

　　说到这我们有必要了解下HDMI的整体结构，帮助我们建立一个分层的概念。我且把他分为两个：物理层和信息层。物理层即为实体的电路连接和电平的跳动；信息层则是我们需要传输的数据，对应我们熟悉的二进制编码。HDMI的物理结构如下图

HDMI的物理连接线我们重点关注TMDS相关的线，TMDS Channel0-2为三个数据传输通道，TMDS Clock为时钟通道，每个通道使用2根连接线进行信号传输（最小化传输差分信号，Transition Minimized Differential signal），缩写即TMDS。图中的HDMI Transmitter对视频、音频、控制信号进行编码，然后在放到传输线上进行传输。

video和audio即是我所说的信息层，在此我们主要分析视频信号的时序，可先忽略TMDS编码的细节。TMDS编码有现成的IP可以使用，有兴趣可以之后再深入了解。

二、视频信号的时序

首先了解到，视频是由一帧一帧的画面构成的，而每一帧画面又是由像素点构成，视频信号在输出的时候是按每个像素点进行扫面，从左上角开始，当每扫描完一行时输出一个行同步信号HSYNC（horizontal sync），然后再对下一行进行扫描，当扫描完整个画面，即完成一场时输出一个场同步信号VSYNC（vertical sync）。而每个像素由RGB三种颜色构成，每个颜色有8bit的深度，即3*8bit。

再此或许会有一个疑问，这么多信号是怎么分配到4个TMDS通道中的？答案如下图：其中CTL0-3是控制信号

我们可以再次不用理会，只需知道我们需要发送给TMDS编码器的信号是：

1.像素信息[7:0]R、[7:0]G、[7:0]B

2.行同步信号HSYNC、场同步信号VSYNC

3.像素时钟Pixel Clock

视频信号的时序可以用下图表示

·横轴的行同步信号HSYNC随扫描x位置的变化而变化，当HSYNC由低变高时表示一行新行的开始（旧行的结束）；

·纵轴的场同步信号VSYNC随扫描y位置变化而变化，当VSYNC由低变高时表示一场新画面的开始（旧场的结束）；

·一场画面的传输中并不是所有的时间都在传输图像信号；

·图像信号的传输在Hor“Active”Video和Ver“Active”Video之间的时间进行；

·其余不传输图像的时间称为“消隐时间”，但消隐时间并不代表不传输其他信号，如控制信号、音频信号；

·行的消隐时间由Hor Sync Time + H Back Porch +H Front Porch组成，场消隐时间同理；

·说来懵逼，一般常见的分辨率下各项参数如Hor Sync Time、H Back Porch等是如何计算或规定本人并没有搞懂，在HDMI的标准手册中也没看到，不过可以通过一些资源来获得这些参数：http://tinyvga.com/vga-timing

下面是黑金的资料给出的常见视频规格对应的时序参数