高解析度多媒體介面

**高畫質多媒體介面**（英語：**H**igh **D**efinition **M**ultimedia **I**nterface，縮寫：**HDMI**）是一種全數位化影像和聲音傳送介面，可以傳送未壓縮的音訊及視訊訊號。HDMI 可用於機上盒、DVD 播放機、個人電腦、電視遊樂器、綜合擴大機、數位音響與電視機等裝置。HDMI 可以同時傳送音訊和視訊訊號。音訊和視訊訊號採用同一條線材的設計大大簡化系統線路的安裝難度。

## 簡述

HDMI 在 2002 年出現時，是被設計來取代較舊的類比訊號影音傳送介面如 SCART 或 RCA 等端子的。它支援各類電視與電腦影像格式，包括 SDTV、HDTV 視訊畫面，再加上多聲道數位音訊。HDMI 與去掉音訊傳輸功能的 UDI 都繼承 DVI 的核心技術「傳輸最小化差分訊號」TMDS，從本質上來說仍然是 DVI 的擴充。DVI、HDMI、UDI 的影片內容都以即時、專線方式進行傳輸，這可以保證影片流量大時不會發生堵塞的現象。每個像素資料量為 24 位元。訊號的時序與 VGA 極為類似。畫面是以逐行的方式被傳送，並在每一行與每影格畫面傳送完畢後加入一個特定的空白時間（類似類比掃描線），並沒有將資料「Micro-Packet Architecture（微封包架構）」化，也不會只更新前後兩影格畫面改變的部分。每張畫面在該更新時都會被完整的重新傳送。規格初制訂時其最大畫素傳輸率為 165Mpx/sec，足以支援 1080p 畫質每秒 60 張畫面，或者 UXGA 解析度（1600x1200）；後來在 HDMI 1.3 規格中擴增為 340Mpx / 秒，以符合未來可能的需求。

而 HDMI 之外，電視端子的發展歷史還有一個知名的影音介面，於今形成二分天下的格局，即是後來者 DisplayPort，DP 在 2008 年推出時，一開始則直接面向液晶顯示器開發，採用「Micro-Packet Architecture (微封包架構)」傳輸架構，影片內容以封包方式傳送，這一點同 DVI、HDMI 等影片傳輸技術有著明顯區別。也就是說，HDMI 的出現，是繼承 DVI 取代類比訊號影片的使命，而 DisplayPort 的出現則取代的是 DVI 和 VGA 介面，故 DP 也可以說是 HDMI 的最大競爭者與繼承者。

HDMI 也支援非壓縮的 8 聲道數位音訊傳送（取樣率 192kHz，資料長度 24bits/sample），以及任何壓縮音訊串流如 Dolby Digital 或 DTS，亦支援 SACD 所使用的 8 聲道的 1bit DSD 訊號。在 HDMI 1.3 規格中，又追加超高資料量的無失真壓縮音訊串流如 Dolby TrueHD 與 DTS-HD 的支援。

標準的 Type A HDMI 接頭有 19 個腳位，另有一種支援更高解析度的 Type B 接頭被定義出來，但目前仍無任何廠商使用 Type B 接頭。Type B 接頭有 29 個腳位，容許其傳送擴展的視訊通道以應付未來的高畫質需求，如 WQSXGA（3200x2048），但現在的介面已經可以滿足這個需求，只是需要檢視版本號確認支援。

Type A HDMI 可向下相容於現今多數顯示器與顯示卡所使用的 Single-link DVI-D 或 DVI-I 介面（但不支援 DVI-A），這表示採用 DVI-D 介面的訊號來源可以透過轉換線驅動 HDMI 螢幕，但是此種轉換方案並不支援音訊傳送與遙控機能。此外如無 HDCP 認證的 DVI 螢幕也將不能收看從 HDMI 所輸出帶有 HDCP 加密保護的視訊資料（所有 HDMI 螢幕皆支援 HDCP，但大多數 DVI 介面的顯示器不支援 HDCP），Type B HDMI 接頭也將向下相容於 Dual-link DVI 介面。

HDMI 組織的發起者包括各大消費電子產品製造商，如日立製作所、松下電器、Quasar、飛利浦、索尼、湯姆生 RCA、東芝、Silicon Image。數位內容保護公司（Digital Content Protection, LLC）提供 HDMI 介面相關的防拷保護技術。此外，HDMI 也受到各主要電影製作公司如 20 世紀福斯、華納兄弟、迪士尼、環球，包括三星電子在內的各大消費電子產品製造商，以及多家有線電視系統業者的支援。

## 規格

### HDMI 接頭

HDMI 的規格書中規定四種 HDMI 介面，分別是：

#### HDMI A Type

應用於 HDMI1.0 版本，總共有 19pin，規格為 4.45 mm×13.9 mm，為最常見的 HDMI 接頭規格，相對等於 DVI Single-Link 傳輸。在 HDMI 1.2a 之前，最大能傳輸 165MHz 的 TMDS，所以最大傳輸規格只能在於 1600×1200（TMDS 162.0 MHz）。

#### HDMI B Type

應用於 HDMI1.0 版本，規格為 4.45 mm×21.2 mm，總共有 29pin, 可傳輸 HDMI A type 兩倍的 TMDS 資料量，相對等於 DVI Dual-Link 傳輸，用於傳輸高解析度（WQXGA 2560×1600 以上）。因為 HDMI A type 只有 Single-Link 的 TMDS 傳輸，如果要傳輸成 HDMI B type 的訊號，則必須要兩倍的傳輸效率，會造成 TMDS 的 Tx、Rx 的工作頻率必須提高至 270MHz 以上。而在 HDMI 1.3 IC 出現之前，市面上大部分的 TMDS Tx、Rx 只能穩定在 165MHz 以下工作。此類介面未應用在任何產品中。

#### HDMI C Type

俗稱 mini-HDMI，應用於 HDMI1.3 版本，總共有 19pin，可以說是縮小版的 HDMI A type，規格為 2.42 mm×10.42 mm，但腳位定義有所改變。主要是用在攜帶型裝置上，例如 DV、數位相機、攜帶型多媒體播放機等。由於大小所限，一些顯示卡會使用 mini-HDMI，用家須使用轉接頭轉成標準大小的 Type A 再連接顯示器。

#### HDMI D Type

俗稱 Micro HDMI，應用於 HDMI1.4 版本，總共有 19pin，規格為 2.8 mm×6.4 mm，但腳位定義有所改變。新的介面將比現在 19 針 MINI HDMI 版介面小 50％左右，可為相機、手機等可攜式裝置帶來最高 1080p 的解析度支援及最快 5GB 的傳輸速度。

### TMDS 通道

全名 Transition Minimized Differential Signaling 最小化傳輸差分訊號

* 傳送音訊、視訊及各種輔助資料
* 訊號編碼方式：遵循 DVI 1.0 規格。Single-link (Type A HDMI) 或 dual-link (Type B HDMI)
* 影片像素頻寬：從 25 MHz 到 340 MHz（Type A, HDMI 1.3）或至 680 MHz (Type B)。頻寬低於 25MHz 的影片訊號如 NTSC 480i 將以倍頻方式輸出。每個像素的容許資料量從 24 位元至 48 位元。支援每秒 120 張畫面 1080p 解析度畫面傳送以及 WQSXGA 解析度 [1] （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* 像素編碼方式：RGB 4:4:4, YCbCr 4:4:4（8-16 bits per component）; YCbCr 4:2:2（12 bits per component）; YCbCr 4:2:0（HDMI 2.0）
* 音訊取樣率：32 kHz, 44.1 kHz, 48 kHz, 88.2 kHz, 96 kHz, 176.4 kHz, 192 kHz, 1536 kHz（HDMI 2.0）。
* 音訊聲道數量：最大 8 聲道。HDMI 2.0 支援 32 聲道。
* 音訊串流規格：IEC61937 相容串流，包括高流量無失真訊號如 Dolby TrueHD、DTS-HD Master Audio。

### DDC 通道

* DDC 全文為 Display Data Channel
* 傳送端與接收端可利用 DDC 通道得知彼此的傳送與接收能力，但 HDMI 僅需單向獲知接收端（顯示器）的能力。
* 使用 100kHz 時脈的 I²C 訊號
* 傳送資料結構為 VESA Enhanced EDID（V1.3）。

### CEC 通道

* CEC 全文為 Consumer Electronics Control
* 必須預留線路，但可以不必實作
* 用來傳送工業規格的 AV Link 協定訊號，以便支援單一遙控器操作多台 AV 機器
* 為單芯線雙向串列匯流排
* 在 HDMI 1.0 協定中制訂，在 1.2a 版中更新
* 一些製造商可能使用 HDMI CEC，但是可能使用不同的名稱來代表 CEC 功能：

　
: 1. Samsung - AnyNet+
2. Sharp - Aquos Link
3. Sony - BRAVIA Link and BRAVIA Sync
4. Hitachi - HDMI-CEC
5. AOC - E-Link
6. Pioneer - Kuro Link
7. Toshiba - CE-Link and Regza Link
8. Onkyo - RIHD (Remote Interactive over HDMI)
9. LG - SimpLink
10. Panasonic - HDAVI Control, EZ-Sync, VIERA Link
11. Philips - EasyLink

### 線材規格

在 HDMI 2.1 版本前，根據規範，所有的 HDMI 線分為五種，線材的種類，HDMI 的版本為規範連接器，大部分情況下線材部分沒有更動。

* 標準纜線 （支援 1080i 及 720p）
* 標準纜線附帶乙太網路
* 高速纜線 （支援 1080p, 4K@30fps, 3D 與 Deep Color）
* 高速纜線附帶乙太網路
* 車用纜線

 

### 防拷機制

* 強制支援 HDCP 規格 1.10 版

## 版本演化

### HDMI 1.1 / 1.2

**HDMI 1.1**

2004 年 5 月提出

* 支援 DVD-Audio

**HDMI 1.2**

2005 年 8 月提出

* 支援 8 聲道 1bit 音訊（SACD 所使用者）
* 讓 PC 訊源可使用 HDMI Type A 接頭
* 在維持 YCbCr CE 色域前提之下開放 PC 訊源使用原生 RGB 色域
* 要求 HDMI 1.2 以上顯示器支援低電壓訊源

**HDMI 1.2a**

2005 年 12 月提出

* 完全確立 CEC 通道的功能，指令集，以及相容性測試程式

### HDMI 1.3

2006 年 6 月 22 日提出

* 擴增 single-link 模式的頻寬至 340 Mhz（資料傳送速度 10.2 Gbps）
* 從 24bit 色域（1677 萬色）擴張支援至 30-bit, 36-bit, 與 48-bit（RGB or YCbCr）色域（相當於超過十億色顯示）
* 支援新的 xvYCC 色彩標準
* 支援自動語音同步（台詞對嘴）機能
* 支援 Dolby TrueHD 以及 DTS-HD Master Audio 訊號輸出至外接解碼器如果播放機具有直接將此二種訊號解碼的能力，則不需要支援 HDMI 1.3，因為所有的 HDMI 規格都可以傳送未壓縮的音訊訊號。
* 提出新的小型化接頭以支援輕便型攝錄影機
* Sony PlayStation 3 是第一個上市的 HDMI 1.3 播放機。
* Sony BRAVIA KDL- 46X2500、KDL-40X2500 是第一個上市的 HDMI 1.3 螢幕。（1080p 支援新的 xvYCC 色彩標準，36bits deep color）
* EPSON EMP-TW1000 是第一個上市的 HDMI 1.3 的投影機（支援 30-bit deep color）

**HDMI 1.3a**

2006 年 11 月 10 日提出

* 修改 Cable and Sink 的 HDMI C Type 接頭
* 源終止建議
* 移除上升時間（rise time）和下降時間（fall time）的最高最低限制
* 改變 CEC 電容限制
* 澄清 RGB 影像量化範圍
* 增加 CEC 指令關於時間及聲音控制
* 同時 Released 認證的測試規格檔案

**HDMI 1.3b**

2007 年 3 月 26 日提出

* 主要是修改 HDMI 測試規格（HDMI Testing specification），而 HDMI Specification 依然是 HDMI 1.3a。所以第一次出現當時的主要的 HDMI Specification 跟測試規格（HDMI Testing specification）是不同版本的情況發生。

**HDMI 1.3b1**

2007 年 8 月 1 日提出

* 僅修正關於測試裝置上 Type C connector 的固定器（fixture）的些微內容

**HDMI 1.3c**

2008 年 7 月 25 日提出

* 和 1.3b、1.3b1 一樣是為 1.3a 制訂的測試標準
* 與之前版本的主要差異為線材的測試（增加線材測試條目或修正其內容有助於 HDMI 裝置的互連相容性）
* 亦有部份修改與 repeater 和 CEC 相關

### HDMI 1.4

2009 年 5 月 28 日提出

* 新增 HDMI 百兆乙太網路通道，允許基於網際網路的 HDMI 裝置和其它 HDMI 裝置共享網際網路接入，無需另接一條乙太網路線。
* 新增音訊回傳通道 (ARC, Audio return channel)，讓高畫質電視可通過 HDMI 線把音訊訊號獨立傳送到 A/V 功放接收機、音響裝置上輸出。
* 定義通用 3D 格式和解析度。實現家庭 3D 系統輸入輸出部分的標準化，最高支援兩條 1080p 解析度的影片流。
* 最高支援 4K×2K（3840×2160p@24 Hz/25 Hz/30 Hz 或 4096×2160p@24 Hz）
* 拓展支援色彩空間，專為數位相機設計的色彩空間，包括 sYCC601、Adobe RGB、AdobeYCC601，可在連接數位相機的時候顯示更精確的逼真色彩。
* 新增 Micro HDMI 迷你介面，新的 Micro HDMI 介面將比現在的 19 針普通介面小 50％左右。
* 支援汽車連接系統，一種為車載高畫質內容傳輸設計的線纜規範，可避免發熱、震動、噪音等汽車內部常見環境的影響，也為汽車製造商在車內傳送高畫質內容提供一套切實可行的解決方案。[2] （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

**HDMI 1.4a**

2010 年 3 月 4 日提出

* 新增 Top-and-Bottom（上下）格式
* 新增兩套應用於廣播系統中的強制性 3D 畫面傳輸格式標準
  * Side-by-Side Horizontal（並行水平）
  * Top-and-Bottom（上下）
* 定義強制性廣播、遊戲、電影 3D 標準
* HDMI 1.4a 標準要求
  * 3D 顯示裝置影格封裝水平須達到 720p@50、1080p@24 或 720p@60、1080p@24
  * Side-by-Side Horizontal 需達到 1080i@50 或 1080i@60
  * top-and-bottom 需達到 720p@50、1080p@24 或 720p@60、1080p@24

**HDMI 1.4b**

2011 年 10 月 11 日提出

* 支援 3D 1080p 120Hz

### HDMI 2.0

2013 年 9 月 4 日提出

* 新增 2160p@50 YCbCr 4:2:0、2160p@60 YCbCr 4:2:0（4K 解析度）
* 支援 21:9 長寬比
* 32 聲道，4 組音訊流
* 傳輸頻寬 18Gbit/s
* 線材相容 HDMI 1.4（沒有定義新的數據線和接頭）
* 支援 CEC 擴充
* 支援雙畫面
* 動態自動聲畫同步

**HDMI 2.0a**

2015 年 4 月 8 日提出

* 支援高動態範圍成像（HDR）

**HDMI 2.0b**

2016 年 3 月提出
支援高動態範圍成像（HDR）影片的傳輸
頻寬高達 18Gbps
4K @ 50 與 / 60（2160P），這是 1080/60 的影片解析度的清晰的 4 倍
多達 32 個音訊通道進行多維身臨其境的音訊體驗
最多的最高音訊保真度 1536kHz 音訊取樣頻率
雙影片的同時遞送流提供給多個使用者在同一螢幕上
同時傳送多路音訊多使用者（最多 4）
9 影片寬高比：為廣角戲劇 21 支援
影片和音訊流的動態同步
CEC 擴充通過單一控制點提供更多的擴充命令和消費電子裝置的控制

### HDMI 2.1

2017 年 1 月 4 日提出
HDMI 2.1 根據飛利浦撰寫的白皮書增加支援「動態元」

簡而言之：「HDMI 2.0A 涵蓋 HDR EOTF 信令和靜態元資料元資料的動態是 HDMI 2.1 所涵蓋。」

HDMI 2.1 附加功能:

* 支援的最大解析度為 10K/120 Hz
* 支援 4K, 8K, 10K 解析度時的 120Hz 更新率

## 長度限制問題

HDMI 的纜線長度限制是其主要的問題之一，在部分消費者自行測試當中回報標準的 28AWG（American Wire Gauge, 美國纜線度量）規格 HDMI 銅線大約在超過 5 公尺之後開始訊號衰減。此長度通常不足以滿足投影機與電腦的連接。

但 HDMI 組織網頁並不認可此限制，其網頁常見問答集 HDMI FAQ page 當中記載：「我們見過有纜線在沒有 "轉接器" 之情況下通過不短於十米的 HDMI "標準纜線" 承諾測試」。

現有通過 HDMI 認證的 10M cable（未使用 HDMI equalizer IC），大都使用 24AWG 的線材去製作。

一些報告指出，增加纜線中銅線的直徑以降低阻抗，是有效延長纜線長度的方法之一。另外也有報告指出，24AWG 規格的纜線表現較 28AWG 好。另外也有人使用光纖或兩條 CAT-5 網路纜線來取代標準 HDMI 銅線。某些廠商也製造 HDMI 訊號增強器以因應使用者的需求。

現有單一一顆 HDMI equalizer IC，可讓 24AWG HDMI cable 最大使用長度變成 50 公尺。

## 版本對比

* **標準 HDMI**
* **高速 HDMI**
* **超高速 HDMI (48G)**

**標準 HDMI** 資料線可選支援 HDMI 版本特定的子技術規範，而**高速 HDMI** 數據線皆支援，如 Deep Color 和 xvYCC 等規範。標準與高速 HDMI 數據線皆可選配支援乙太網路。HDMI 2.1 版本則提供新的 48G 線材規格，包含所有功能。

**主要規格**

**解析度重新整理頻率限制**

## 授權

因為 HDMI 是 HDMI Licensing, LLC 的登入商標，以及其所發明的對接標準，這些產品也是給 HDMI Licensing, LLC 來管理。故製造商在產品中使用 HDMI 規格需繳付著作權費。著作權費分為年會費和產品銷售費。

* 年會費：使用 HDMI 的企業每年繳付 10,000 美元（2006 年 7 月以前年費為 15,000 美元）
* 產品銷售費：對使用 HDMI 的規格的產品每件收取 0.15 美元，如果產品上有 HDMI 的標記則降至 0.05 美元每件，如果該產品含有 HDCP 保護協定則再降至 0.04 美元每件。

產品銷售費按最終產品為單位計算。例如一條 HDMI 導線收取 0.15 美元，而一個電視機廠商把這條導線和提供 HDMI 埠的電視一同捆綁銷售也只徵收 0.15 美元。

## 參考文獻

## 外部連結

* HDMI Licensing, LLC. （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Dolby Podcast Episode 60 – March 26, 2009 – Part one of a two-part discussion with Steve Venuti, President, and Jeff Park, Technology Evangelist, of HDMI Licensing.
* Dolby Podcast Episode 62 – April 23, 2009 – Part two of a two-part discussion with Steve Venuti, President, and Jeff Park, Technology Evangelist, of HDMI Licensing.