基于平面电视HDMI接口检验方法的研究

小编：饿狼更新时间：2022-08-22

摘要：本文结合长期的检验检测实践，从HDMI图像质量、伴音质量、特殊功能检验及兼容性测试等四个部分，系统总结平面电视HDMI接口功能的检验方法。

关键词：HDMI；平面电视；检验；源端设备

1 引言

HDMI，全称“High Definition Multimedia Interface”，即高清晰多媒体接口，可同时传输无压缩的数字化音频和视频信号，自2004年5月HDMI 1.1规格标准发布以来，在全世界范围内迅速普及（现在已到HDMI 2.0），广泛应用于音视频产品。作为平面电视的必备接口，系统的检验方法研究有利于保障其设计质量及节约HDMI委外测试的费用。

2 基本原理

HMDI接口的基本信号传输见下图1：

图1 HDMI信号传输简易图

HDMI信号传输由源端设备、HDMI线及信号接收设备三部分构成。HDMI源端设备，如DVD机、电脑主机，或者专有测试设备，产生HDMI信号，该信号包含视频信息，音频信息，HDCP信息以及控制用的数据信息等等；这些信息通过HDMI连接线传送到平面电视接收机；平面电视收到信息后，对信号进行识别处理，最终输出图像及伴音。

检验平面电视HDMI接口信号传输质量，就要考虑上述的影响因素，分别对图像质量、伴音质量、特殊功能及兼容性等四个方面进行检验。

3 图像质量检验

常规的画质检验方法，例如各种图谱测试，活动画面测试等非本文重点，在此略过，以下重点介绍特殊画质检验方法：

3.1 图像灰度等级

HDMI规范对图像灰阶亮度的限定要求见下表1（已翻译）：

表1 HDMI图像灰阶亮度电平限定对照表

标准中，对于HDMI 色差分量模式，黑电平和白电平是有限制的；而对于RGB模式则可限制也可不限制，同时对640×480模式，则要求必须为亮度无限制。

即：检验时需采用16灰阶图谱信号，要求16灰阶信号必须能够完全分清，具体检验步骤分解如下：

⑴在HDMI色差分量模式下，检验16灰阶信号必须分清；

⑵在HDMI RGB分量模式下，切换分辨率模式到640*480，检验16灰阶信号必须分清；

⑶在HDMI RGB分量模式下，切换分辨率模式到除了640*480之外的其他模式，检验16灰阶信号必须分清。

3.2 颜色分量模式

HDMI规范要求，HDMI能支持的视频颜色模式分别为RGB 4:4:4、YCrCb 4:4:4和YCbCr 4:2:2三种。因此为了兼容各种信号源，平面电视必须能够支持这三种模式。检验时应采用能够产生上述三种颜色模式的信号源发生设备，分别进行测试。

3.3 数字视频分辨率模式

依据HDMI规范及产品设计标准要求，分别输入各种应支持的分辨率的视频信号逐一测试。由于HDMI是DVI的强化与延伸，两者可以兼容，因此支持的数字视频格式还要考虑与VESA标准模式的兼容，例如：产品设计标准中支持的VESA分辨率为：SXGA：1280x1024@85Hz和UXGA：1600x1200@60Hz等等。

4 伴音质量检验

HDMI音频功能强大，不仅兼容压缩音频信号和未压缩音频信号，而且能够运载MPEG-2、Dolby Digital（AC-3）、DTS等音频格式，并支持立体声、多频道PCM音频；到了HDMI 1.4版还新增支持ARC（声音回传）功能。因此检验伴音需要借助多种音源设备。以下将通过三种不同的音源设备，根据产品设计标准逐项进行测试：

4.1 DVD

通过不同音频格式的碟片，分别切换音频输出模式，检验伴音：

⑴放入AC-3格式的DVD碟，分别设置DVD音频输出为PCM和5.1CH，检验电视伴音是否正常输出；

⑵放入DTS格式的DVD碟，分别设置DVD音频输出为PCM和5.1CH，，检验电视伴音；

4.2 HDMI信号发生器

通过专业的HDMI信号发生器，模拟各种音频格式，例如：16位的44.1KHz和48KHz采样频率音频信号，检验HDMI接口对数字音频的支持情况。

4.3 伴音功放

将平面电视与带HDMI接口的功放相连接，播放电视，检验伴音功放发出的声音是否正常，从而测试ARC功能。

5 特殊功能

5.1 HDCP的检验

HDCP即高带宽数字内容保护技术，是一种视频加密技术，广泛运用于欧美市场的视频产品上。HDCP的加密原理分为三个步骤：首先确认电视接口的合法性，源端设备（如DVD）与电视进行信息交换，电视将KEY传给源端设备，源端设备验证并用此产生公共密钥，通过公共密钥作为均衡KEY混入授权证实序列中，用于加密内容的解密，授权确认完成；紧接着源端设备将加密内容以双方都知道的解密方式传给电视；最后，如果是非授权设备接收时，源端设备通过检测后，将中断内容传送，只要系统中任何一方不配备此密匙芯片,那么影像质量将有可能降低,甚至不能播放。

因此检验时，需考虑以下三种情况：

⑴使用专业的HDCP测试仪器，开启HDCP功能即可检验电视的工作是否正常：若显示屏幕共7个项目出现PASS的字样，此时屏幕的左下方将显示PASS，即表示仪器与电视机之间的HDCP通讯正常；反之若显示NG字样，则表示HDCP通讯协议不正常，电视机存在问题。

⑵使用具有HDCP协议的HDMI接口DVD，如果电视机的HDCP不正常，那么播放DVD时表现出来的现象有可能是：伴音异常、图象不清晰、沙尘暴（无图象）、闪黑屏等。

⑶使用不带HDCP协议的设备进行测试，电视机应能够正常工作。实践中，国内的一些视听设备就不带有HDCP协议，电视产品开发人员未考虑到“HDCP只能保护已经加密的内容，而对没有加密的内容不起作用”的原理，导致电视无法识别不带HDCP协议的视听设备。

5.2 EDID的检验

该检验项目与电脑显卡兼容性密切相关。其工作原理：当电视的HDMI接口与电脑连接，每改变一次电脑显卡输出的视频信号分辨率，显卡就会去读取电视芯片里的EDID信息，并根据EDID信息来判定电视机是否支持该分辨率模式。当EDID信息里的值是电视能支持的，则显卡输出模式将不再变化；当EDID信息里的值是电视无法支持，则显卡就会改变现有的分辨率模式，自动选择最适合电视的分辨率模式与电视相匹配。

检验时可采用以下两种方法：

⑴软件检验法

在电脑上安装PowerStrip软件，利用该软件检验EDID的信息是否正确。打开软件后，界面将显示四个关键信息：

——“产品识别符”选项的信息包括生产厂家、整机型号、产品序号以及生产日期等。这些信息都必须与出厂时保持一致；

——“显示器参数”选项是最重要的检验项目；主要有“影像尺寸”、“最大分辨率”、“最大扫描频率”三个子项目需检验；

——“色阶特性”选项包含三个方面的信息：Gamma曲线特性，色域覆盖率和色温（即“色阶系统”），属于画质调试检验项目；

——“时序说明”选项主要列举了这个显示器所支持的所有分辨率和刷新频率的组合列表。检验时，先选择“随插即用”，之后即可显示两个信息：第一，EDID版本信息；第二，离散时序中，显示显示器所支持的所有分辨率和刷新频率的组合列表。通过改变分辨率模式，来验证这些信息是否与显示器的支持要求相一致。若不一致，则可能是EDID值写入不正确。

⑵调节显示器属性法

进入电脑显示属性，调节分辨率模式，则最大分辨率模式应与设计要求对应。若最大分辨率模式与设计要求不一致，则说明EDID的限频功能存在问题，或者该机未烧写EDID。

接着进入显示设置的高级选项，选择监视器选项，改变屏幕刷新频率；对照设计标准，若屏幕刷新频率不一致，则说明EDID的“限制频率”功能存在问题，或者该机未烧写EDID。

注意：不可通过适配器中的“列出所有模式”去选定分辨率模式，原因是该选项为强制切换分辨率，不经过DDC来通讯，自然EDID也就失去“限制频率”的功能。

6 兼容性测试

HDMI接口应用广泛，近十年来标准版本更新不断，为了能够与众多的数字产品相兼容，就必须有一套测试兼容性和适应性的方法。HDMI标准特别制定了一套兼容测试规范(CTS)以及详细的测试方法，如果厂家委托授权测试中心(ATC)测试产品，不仅费用高昂，且测试周期长。因此为了降低成本，提高设计开发效率，企业内部应建立一套兼容性测试系统：

首先调查终端市场上销售的HDMI产品，主要分为五大类：个人电脑（带HDMI接口）、数字视频播放机（如DVD、电视盒子）、游戏机（如PS3、XBOX）、数码产品（如数码摄象机和数码相机）和数字供放（主要功能是ARC）。

接着从市场上分别购买以上具有代表性的、品牌知名度高的产品各若干台，根据HDMI 规范的要求，按照以下表2的项目分别检验：