HDMI的TMDS信号是什么？HDMI带宽和TMDS的关系分析

HDMI传输原理和DVI相同，由Silicon Image公司发明的TMDS(Time Minimized Differential Signal)最小化传输差分信号传输技术。TMDS是一种微分信号机制，采用的是差分传动方式。这不仅是DVI技术的基础，也是HDMI技术的基础原理。

一、TMDS原理

TMDS差分传动技术是一种利用2个引脚间电压差来传送信号的技术。传输数据的数值（"0"或者"1"）由两脚间电压正负极性和大小决定。即，采用2根线来传输信号，一根线上传输原来的信号，另一根线上传输与原来信号相反的信号。这样接收端就可以通过让一根线上的信号减去另一根线上的信号的方式来屏蔽电磁干扰，从而得到正确的信号。

每一个标准的HDMI连接，都包含了3个用于传输数据的TMDS传输通道，还有1个独立的TMDS时钟通道，以保证传输时所需的统一时序。在一个时钟周期内，每个TMDS通道都能传送10bit的数据流。而这10bit数据，可以由若干种不同的编码格式构成。 另外，还有一个显示数据通道（DDC），是用于读取表示接收端显示器的清晰度等显示能力的扩展显示标识数据(EDID)的信号线。搭载HDCP（High-bandwidth Digital Content Protection，高带宽数字内容保护技术）的发送、接收设备之间也利用DDC线进行密码键的认证。

一个HDMI包括3个TMDS数据通道和1个TMDS时钟通道。

每个数据通道都通过编码算法（异或、异或非等），将8位数据转换成10位数据，前8位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。通过这种算法，会使得数据的传输和恢复更加可靠。

1.传输最小化

第一步：将8位并行RED数据发送到TMDS Tx。 第二步：并/串转换. 第三步：进行最小化传输处理，加上第9位，即编码过程。第9位数据称为编码位。

2.直流平衡（DC-balanced）

直流平衡：在编码过程中，保证信道的直流偏移为零。方法是在原来的第9位数据后面加上1位，使得TMDS发送的"0"、"1"数量保持基本一致。这样，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，提高信号传输的可靠性。

3.差分信号

利用两引脚间电压差来传送信号。

二、HDMI与分辨率

PCLK：像素时钟
以1920x1080p/60hz为例：1920*1080*60=124.4MHz
以1280x720p/60hz为例：1280*720*60=55.3MHz

带宽：1s内传输的数据量（bit）

4K频率需要的带宽：选最常用的3840x2160分辨率，色深的话常用的是8位，RGB三色就是24bit，我们的目标是60Hz刷新率(60fps)

→→→ 3840*2160*24bit*60fps=11.94Gbps

HDMI1.4像素时钟高达340MHz，即最大带宽是：
→→→ 340MHz*10bit（10bit编码）*3（3个数据通道）=10.2Gbps

但是由于HDMI采用的是8bit/10bit编码方式，实际效率是理论值的80%，所以10.2Gbps能传输的最大视频带宽是10.2*0.8=8.1Gbps

HDMI带宽和TMDS的关系

而在HDMI标准中所规定的带宽，在1.0版本就设定为最高4.96Gbps。那么这一数值是怎么得来的呢？和TMDS又有什么关系呢？我们看下面的公式：

这是一个适用于所有串口传输接口带宽计算的公式。在所有的数字电路中，都有一个负责提供基本频率的元器件——晶振，它就像是一个精确的闹钟一样，电路中所有的元器件都按照它的节奏统一行动。比方说，某一运算电路的晶振频率是100Hz,就是说这一电路在一秒钟内可以进行100次运算过程。由此可见，晶振的工作频率越高，每秒所能处理的运算次数就会越多，数据的处理能力也就会越强大。而HDMI标准中，这个原理同样适用。

HDMI电路中的时钟频率，在最初制定时范围从25MHz-165MHz之间，也就是说一个TMDS通道每秒最多能传输165MHz×10bit=1.65Gbit的数据，3个TMDS通道一秒就可以传输1.65×3=4.95Gbit的数据，再加上控制数据，用标准方法表示就是4.96Gbps的带宽。而如果用像素点来表示，那就是一秒可以传输显示1.65G个像素点（一个完整的像素点信息由R/G/B三原色信息构成）所需要的数据量。 在数字音频方面，HDMI灵活的支持符合IEC60985 L-PCM标准的32kHz、44.1kHz和48kHz、16bit量化的立体声数字音频信号和IEC 61937标准的采样率为192KHz，24bit量化的单路无压缩PCM数字音频信号，或者8路96kHz的声音数据流。此外，在家庭影院中常用的DolbyDigital5.1和DTS数字音频格式也能通过HDMI直接传输。  

编辑：黄飞