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HDMI相容性測試規格分析

上網時間: 2006年09月14日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:HDMI  相容性測試  HDCP  Silicon Image  DTV 

HDMI已成為全世界消費電子產品的標準數位介面。從DTVDVD,各種具有HDMI介面的產品在世界各地隨處可見,為最終消費者帶來更加清晰的數位體驗。最新版的HDMI標準(v1.3)可使DTV顯示甚至比HDTV標準還要清晰的影像,但要實現具有這種功能的裝置,音/視訊(A/V)設備製造商必須對設備進行適當程度的測試。

消費電子產品的重要特性是作業簡單和立即工作。這類產品的消費者不習慣也不喜歡動不動就需要重新啟動系統的PC形式(設想在玩足球遊戲的時候重新啟動DTV會是怎樣的情形)。在開發HDMI標準的過程中,確保各種系統間的互通作業性是HDMI工作小組開發人員的一個關鍵目標。因此,HDMI標準開發了一套相容測試規格(CTS)以及詳細的測試方法。授權測試中心(ATC)也已設立,依照CTS規格對產品進行測試。依照被提交設備的不同類型和不同的待測埠數,測試價格從2,500美元到10,000美元不等。

為何需要測試?

設備製造商為什麼一定要進行測試呢?畢竟,測試需要成本並且還需花費額外的時間。而如果產品未通過測試又會產生什麼影響?

有許多原因促使音/視訊設備製造商的產品必須進行測試。首先,在HDMI許可協議中規定生產廠商的不同類別產品(源設備、接收器、轉發器、纜線)的第一個系統應在某個授權的ATC進行測試。但更重要的一點或許是要確保產品在客戶購買後能與其它HDMI產品配合工作。在HDMI問世之初,某家OEM所經歷的情況是其他廠商不會想碰到的。這家業者使用了一家晶片廠商的未經認證的元件,且沒有通過適當的HDMI測試。當生產的DVD到達零售商的貨架後,很快就銷售出去。但數周內就出現了不能與同樣具有HDMI介面之DTV互通的問題,在第一個月的月末,這些DVD就從商店被召回了。先不論對品牌造成的損失,其實只要進行了合適的測試,召回的成本是可以輕鬆避免的。

測試準備

由於進行HDMI測試可能消耗至關重要的開發時間和成本,一些公司在正式交付ATC進行測試前都努力確保系統能通過測試。目前包括Silicon Image在內的多家公司已經在全球設立了HDMI預測試中心。這些中心實際上從事的是CTS工作的子集,通常是針對更難通過的項目進行測試。雖然這為製造商提供了很大的方便,但這些預測試中心都不是HDMI官方認可的。預測試的品質也因為公司不同而產生變化。無論如何,製造商都不能認為成功通過HDMI預測試中心的測試就代表著也能通過正式的HDMI CTS測試。

正式向ATC提交產品進行測試的過程非常簡單。第一步是與ATC取得聯絡。建議提前數月與他們進行聯絡以安排測試日程。ATC可能需要3-4個月的申請安排時間。然後ATC將會索取用來描述被測試設備能力的CDF(性能申報表,包含在CTS文件中)。而後才是提交設備、使用說明和其它的測試所需輔助設備。完成測試工作預計需要一周左右的時間。

HDMI測試

在CTS文件中對在ATC進行的測試有清楚的說明。通常,測試是針對設備間的電氣層相容性進行的。然而,儘管能通過ATC測試,仍有可能出現不能互作業的HDMI系統。HDMI許可特別指出,確保與HDMI規格相容是供應商的責任。需瞭解的一項關鍵事項是,HDMI不僅是基於HDMI規格的,它還包括CEA-861x、VESA和HDCP規格等多方面的內容。要設立一個完全互通作業的系統必須符合所有這些規格的要求。

HDMI CTS要求對4種基本類型設備進行測試:源設備(DVD、STB)、接收器(DTV)、轉發器(AV接收器)和纜線。設備類型不同,測試也不相同。

源設備測試包括電氣層測試(表1)和VESA增強型顯示標識數據(E-EDID)的正確讀取測試兩方面。EDID儲存在顯示設備中,包含關於顯示設備的音訊和視訊性能資訊。源設備負責讀取這些數據,並根據這些數據發送合適的音訊或視訊格式。例如,一台支援480p(這是所有HDMI設備要求)和720p的DTV不應該從源設備接收1,080i。

電氣層測試包括TMDS、HPD、DDC和CEC測試。涉及更多的是與TMDS相關的測試。TMDS(最小化傳輸差分訊號)是傳送A/V數據的主數據線。這些線路是極高速度的數據線,需嚴格符合HDMI規格要求。對於一個720p/1,080i的視訊訊號,數據以大約750Mbps的速度在纜線中傳送,幾乎是USB 2.0的2倍。一般而言,只需選擇一個已經在ATC中通過測試的HDMI發送器IC,大多數的TMDS電氣測試都相當依賴這顆IC。

測試TMDS所用到的設備有許多種,從大多數公司實驗室中的常規系統到像Tektronix、Agilent、Astro和Quantum Data等製造商所生產的專用測試設備都包含在內。舉例來說,為進行源設備視圖測試,需有一台4GHz數位示波器、直流電源、差分SMA探棒、EDID模擬器、測試夾具和執行測試的特別軟體。這個測試的目的是保證源設備向接收器發送了正確的眼開圖。數據依照恢復的時脈計時並在尺寸為+1.0 TBIT(圖1)的窗口中呈現。需採集的數據量相當大,對低解析度訊號至少需要400,000個單位時間(或TBIT),需要16M的示波器記錄長度。如果眼開圖與模板匹配,則源設備可通過測試。


表1:HDMI源設備電氣(TMDS)測試說明


圖1. Tektronix眼開圖測試軟體

表2所列是接收器的測試。


表2:HDMI接收設備電氣(TMDS)測試說明

同樣,TMDS測試依然是難度較大的。其中一項關鍵測試是抖動容限測試。如果某個接收設備對TMDS線路上的抖動感應,HDMI接收器IC就可能擷取不正確的數據,因而出現不正確的作業。圖2顯示了抖動測試設置。


圖2. HDMI接收器抖動測試裝置

這個測試透過向時脈訊號路徑中輸入已知數量的抖動進行。對每一個畫素時脈或接收設備所支援的解析度,都要進行數據抖動幅度、頻率、最差數據抖動和最差時脈抖動測量。

雖然TMDS測試是ATC測試的最大一部份內容,但其它部份的測試也不應被忽略。不注意DDC或CEC線可能會導致問題。隨著製造商們決定開始啟用設備中的CEC功能,CEC線正變得更加重要。要想輕鬆講述CEC電氣規格可不是那麼簡單的事。

HDCP測試

既然本文重點討論的是HDMI測試問題,那麼另一套測試也是應當給予考慮的。那就是HDCP測試。幾乎所有具有HDMI特性的系統也都是具有HDCP特性的。在實際情況中,當出現有關互通作業的測試問題時,往往不是與HDMI有關,而是與HDCP有關。

HDCP規格(www.digital-cp.com)提供了一種在HDMI連接上加密和解密AV數據的方法,以滿足內容供應商保護他們的純數位內容的需求。在家庭影院環境中,從HDCP的角度看,HDCP處理是由源設備控制的,而接收器處於從屬地位。源設備管理驗證接收設備,確保它不僅具有HDCP特性而且是經過許可的HDCP接收設備(不是被破解的)。通常,導致互通作業問題的大多數錯誤都是在驗證接收設備的過程中產生的。

數位內容保護有限公司是衍生HDCP許可的實際單位,它是英特爾公司的全資子公司。目前,HDCP還不像HDMI那樣有相容標準。但人們正討論製作這樣的規格,以減少市場中存在的互通作業問題。在此同時,一些公司自己也在開發HDCP測試規格。SimplayHD測試就是Silicon Image公司開發的一種測試規格。

SimplayHD計劃提供了一種依照HDCP v1.1規格測試HDMI源設備和接收設備的方式。它對源設備、接收設備和轉發設備的測試分別進行了說明。HDCP具有三個主要部份:驗證、轉發設備支援和撤銷。驗證測試包括共享密鑰(KSV)完整性檢查、密鑰交換正確排序和時序和熱插拔事件處理(HPD)。這些類型的事件受源設備內部韌體的控制,而大部份的錯誤正是出現在這裡。

例如,一個不能等待接收設備在接收最後一個位元組的AKSV後,再準備BKSV所需之100ms暫停時間的系統,可能會導致HDCP互通作業問題。這是由SimplayHD來檢查的。轉發設備支援由在發現下游設備為轉發設備(如AV接收器)時能正確決定和管理加密的源設備組成。不能正確響應HDCP轉發設備的源設備是另一個主要的不相容問題來源。HDCP加密/解密過程在轉發系統和非轉發系統之間存在輕微的不同。

因此,如果一個AV接收器期望被源設備當成轉發設備來處理,而源設備又不支援轉發設備時,顯然它們之間不能協同工作。HDCP轉發設備支援是根據SimplayHD進行測試的。最後,撤銷是接收關於有效或無效接收設備等更新資訊的一種方式(透過檢查接收設備的BKSV)。雖然目前在SimplayHD中還不包括對這一點的測試,但將來有可能添加進來。

總之,不論是影像品質、易用性,還是增強的音訊性能,HDMI都強化了AV設備所帶來的用戶體驗。但為確保最終用戶能使用HDMI,正確進行HDMI和HDCP相容測試相當必要。顯然,相較未經測試的產品,確實執行了這些測試的產品必然在客戶端具有更大優勢。

作者:Rob Frizzell

消費電子產品資深行銷經理

Silicon Image公司

Rob.Frizzell@siliconimage.com




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