使用3GHz HDMI接收器设计高分辨率影视产品

关键词： 3GHz , HDMI , 高分辨率 , 影视产品

随着技术的成熟和价格的下降，市场对支持3D 1080p@60格式和4Kx2K@24显示需求在日益快速地增长。4Kx2K@30和3D 1080p@60格式的数据传输速度将达到普通高清视频格式1080p的4倍，从而导致视频接口的速度需在3GHz以上。由于HDMI在高清音视频上的广泛应用，所以支持3GHz HDMI接收器是这类“超”高清显示产品视频接口的首选。

在本文中我们将探讨支持“超”高清和3D电视接口的未来需求和趋势以及设计高速数据3GHz HDMI接收器的巨大技术挑战。这些挑战包括自动调节均衡器的设计和优化PCB布局（特别是当使用价位合理的FR4 PCB材料时）的考量。我们还将介绍如何应用ADI的ADV7619 HDMI接收器和标准1080p显示器来检验和测试3GHz数据传输。

前言

2009年6月，HDMI 1.4标准的发行建立了观赏3D立体电视节目和高分辨4K×2K（有时也简称4K）信号的传输结构标准。自从这个标准发行以来，支持3DTV传输格式的器件和电子产品得到了迅猛发展。

3维立体电视（3DTV）被视为电视技术下一个大发展的动力。新的3D技术提供给观众真正完美和高清晰度的立体体验。它将使人们在家里就能够享受到立体电视和玩三维游戏。在2011的消费电子展（CES）上，世界知名日系韩系电视制造商三星、索尼、LG、Panasonic、东芝和近两年崛起的Vizio都大力唱销立体电视。3DTV也自然而然地成为消费电子发展的五大趋势的榜首。

4K×2K，大家通常称之为4K，是最近推出的新的视频格式。它的分辨率比1080p高4倍。在专业音视频和工业、医疗用音视频等领域，支持超高分辨率4K×2K的趋势已经开始。目前已有小至36英寸的4K×2K即将量产。YouTube最近宣布它将支持4K×2K视频的上传和显示。

以4K系统为例，图1所示的是一个典型的支持4K的系统。支持300MHz的接口由HDMI来实现。系统接收了4K的信号后，可以以两种方式处理：

2011-11-9 14:47:33 上传

下载附件 (21.13 KB)

图1 典型的支持4K×2K的HDMI系统

（1）将输入的4K信号不作任何处理直接输出或只是处理音频而将视频直接输出（video by pass）。

（2）由音视频处理器（Video Signal Processor，即VSP）作信号处理后再输出。

因为迄今4K×2K是最高的显示分辨率，所以用直接输出（by pass）更能够体现源视频高清质量，因而是真正的4K×2K的品质。

实现以上所说3D和4K×2K等最新技术发展的瓶颈之一是带宽问题。要支持3DTV 60Hz和4K×2K 30Hz，带宽要达到3Gbs（市场上所谓的“Full HD”1080p的4倍），所以对于系统设计工程师来说最大的挑战是：

（1）设计出能承载更高带宽的HDMI数字接口

（2）高于3Gbs音视频信号的处理

（3）检验和测试3Gbs数据传输

（4）进行和通过HDMI的认证（HDMI compliance test）

下面我们将着重讨论高带宽的数字接口和高速度数据传输的检测。

高带宽HDMI数字接口的设计要求

众所周知，超高频音视频信号传输时最大问题是信号的过度衰减。信号频率越高，传输距离越长，衰减幅度呈指数急剧下降。图2是HDMI线缆中输入信号衰减随信号频率变化的曲线图。

2011-11-9 14:47:33 上传

下载附件 (52.26 KB)

图2 HDMI线缆中输入信号的衰减随信号频率的变化

在线长为25米、输入信号频率为225MHz时（与1080p 12bit deep color对应），信号衰减约为23dB。延伸到300MHz的话，衰减可能会达到25dB~28dB。HDMI标准要求HDMI接收器(Receiver或Rx）能够接收和复原任何达标的HDMI发射器（transmitter或Tx）送出的HDMI信号，所以通常解决这个问题的方法是在HDMI接收器前端集成信号均衡器（Equalizer或EQ）。信号速度越快，这个均衡器的设计就越困难、越关键。

另外我们可以看到信号衰减随HDMI传输线的长短也会有相当大的变化。这个（长短线之间的）变化随输入信号的频率升高而加大。从图2可以估出在150MHz（1080p）时，5m和25m传输线之间信号衰减的差别约为20dB。下面我们以HDMI眼图来更直观的说明这个问题。图3是一个4K的信号经过2米HDMI铜线后的眼图。尽管长度只有2米，但它的眼图已经减小的非常厉害了。