HDMI1.4基础技术以及测试需求

　　1  引言

　　从入门高清消费电子级产品到高端家庭影院系统，包括电视，机顶盒，DVD播放机和A/V（为Audio（音响） 与Video（视频）的缩写，指兼有视听特性的那些影音产品。AV端口（又称复合端口）原文为Composite video  connector，是家用影音电器用来传送类比视讯如 NTSC、PAL、SECAM的常见端口）接收器，HDMI（High- Definition Multimedia Interface）接口快速地在消费者中普及，图1为HDMI应用实例。HDMI是一个非常成功 的标准，超过850个设备制造商采用HDMI标准，预计2010年会有10亿台DHMI设备投放市场。版本的HDMI标 准是HDMI1.4，是2009年6月通过的。本文重点是介绍HDMI1.4基础技术及测试需求。

　　HDMI，高清晰度多媒体接口（英文：High Definition Multimedia Interface）是一种全数位化影像和声音传 送接口，可用于机顶盒、DVD播放机、个人电脑、电视游乐器、综合扩大机、数位音响与电视机。HDMI可以同 时传送音频和影音信号，能高品质地传输未经压缩的高清视频和多声道音频数据，数据传输速度为5Gbps 。同时无需在信号传送前进行数/模或者模/数转换。HDMI规格可搭配宽带数字内容保护（HDCP），以防止具有 着作权的影音内容遭到未经授权的复制。

图1  HDMI应用实例

　　HDMI1.4协议规定，HDMI连接器通过一线对（即为HEAC+和HEAC-）融合了以太网通道和音频回传通道，使 得一根双绞线可以只携带以太网、语音或两者同时携带。很早在HDMI兼容测试标准补充2（HDMI Compliance  Test Specification，Supplement 2）中，就已经定义了以太网和音频回传通道的测试，即HEAC（HDMI  Ethernet and Audio Return Channel）。本文着重介绍HDMI1.4第八章节有关网络测试的内容。

　　HDMI以太网通道（HEC,以太网通道（EthernetChannel）通过捆绑多条以太网链路来提高链路带宽，并运 行一种机制，将多个以太网端口捆绑成一条逻辑链路。以太网通道多可以捆绑8条物理链路，其中物理链路 可以是双绞线，也可以是光纤连接的）是把以太网集成在HDMI里，避免使用单独的线缆和连接器，减少了制造 商成本，简化了用户家庭网络。HDMI1.4规定，HEC采用802.3以太网标准，特别是参照100Base-TX标准，表1列 举了HDMI和802.3的几点不同之处。

　　表1  以太网和HDMI HEC的差别

　　以太网（Ethernet）指的是由Xerox公司创建并由Xerox、Intel和DEC公司联合开发的基带局域网规范，是当今现 有局域网采用的通用的通信协议标准。以太网络使用CSMA/CD（载波监听多路访问及冲突检测）技术，并以 10M/S的速率运行在多种类型的电缆上。以太网与IEEE802·3系列标准相类似。IEEE802.3规定了包括物理层的 连线、电信号和介质访问层协议的内容。以太网是当前应用普遍的局域网技术。它很大程度上取代了其他局 域网标准，如令牌环、FDDI和ARCNET。历经100M以太网在上世纪末的飞速发展后，目前千兆以太网甚至10G以 太网正在国际组织和领导企业的推动下不断拓展应用范围。

　　除了物理层的区别以外，在以太网的方式使用通道之前，HEC需要一个初始化过程，这个初始化过程叫做 能力发现和控制（CDC，Cpability Discovery and Control）HEC设备必须通过符合协议规范的测试，本文主 要介绍HDMI-HEC技术和测试需求。

　　2  HDMI-HEC基础技术

　　2.1  解决环路问题

　　为了解决网络环路问题，HDMI1.4借鉴了生成树协议STP（Spanning Tee Protocol）来解决此问题。 。该协议可应用于环路网络，通过一定的算法实现路径冗余，同时将环路网络修剪成无环路的树型网络，从而 避免报文在环路网络中的增生和无限循环。STP的基本原理是，通过在交换机之间传递一种特殊的协议报文（ 在IEEE 802.1D中这种协议报文被称为“配置消息”）来确定网络的拓扑结构。配置消息中包含了足够的信息 来保证交换机完成生成树计算。生成树协议主要的应用是为了避免局域网中的单点故障、网络环回，解决成 环以太网网络的“广播风暴”问题，从某种意义上说是一种网络保护技术，可以消除由于失误或者意外带来的 循环连接。STP也提供了为网络提供备份连接的可能，可与SDH保护配合构成以太环网的双重保护。 生成 树简化网络拓扑，形成树状拓扑，因此从网络中的一个节点到另外任何一个节点都只有一条途径。图2为简 单的HEC网络，构成一个基本的生成树。

图2  基本的生成树

　　如果网络节点a成为根节点，就需要去使能节点b和节点c之间的链路，消除潜在的网络环路。网络之间的 节点通信是用STP协议，或RSTP协议（Rpid Sanning Tee Potocol）。IEEE802.1w定义了RSTP协议，它是对原 有STP的一个改进，STP有2个方面的不足之处，，拓扑收敛慢，当网络拓扑发生改变的时候，生成树协议 需要50秒的时间才能完成拓扑收敛；第二， 不能提供负载均衡的功能。当网络中出现环路的时候，生成树协 议简单的将环路进行Block，这样改链路就不能进行数据包的转发，浪费网络资源。RSTP协议减少了聚敛时间 ，STP的聚敛时间是30~0s，RSTP的聚敛时间只有6s。RSTP节点之间的通信是使3桥协议数据单元BPDU（Uses  Bridge Protocol Data Units），BPDU是一种生成树协议问候数据包，它以可配置的间隔发出，用来在网络的 网桥间进行信息交换。当某条链路出现故障，RSTP可以把一条去使能的链路转变为转发模式，使整网的各节点 可达。如图3所示，如果节点a和节点c之间的链路出现故障，将使能节点b和节点c之间的链路。

图3  生成树发现过程

　　HDMI1.4测试规范要求HDMI设备可以在HEC上正确转发BPDU帧，用RSTP协议取消网络环路。

　　2.2  队列控制 （Queue Control）

　　希望HEC网络中的设备可以区分流量的优先级，对时间敏感的应用流量，例如在线游戏，视频，VoIP应该 比文件的流量的优先级高。在HEC网络，通过使用VLAN（Virtual Lcal Aea Ntwork）区分流量优先级。 VLAN是一种将局域网设备从逻辑上划分成一个个网段，从而实现虚拟工作组的新兴数据交换技术。这一新兴技 术主要应用于交换机和路由器中，但主流应用还是在交换机之中。但又不是所有交换机都具有此功能，只有 VLAN协议的第三层以上交换机才具有此功能，这一点可以查看相应交换机的说明书即可得知。图4和图5说明了 这个过程。

图4  插入了VLAN TAG的以太网帧

图5  VLAN TAG的结构

　　HEC规范规定在网络里至少支持4个队列。我们需要测试用VLAN TAG区分不同流量的优先级，并确保HEC设 备在网络发生拥塞时，不丢失高优先级的流量。进一步的测试还需要验证VLAN TAG值通过HEC网络是不变化的 。

　　2.3  流行的网络技术

　　HEC之所以重要和流行，是因为它在家庭网络中具有竞争优势。是被机顶盒生产厂商、游戏提供商和 集中多媒体的PC提供商所推动，可以在这些设备上提供互联网终端。第二是被电视生产厂商推动，他们在不断 寻求新的功能。一个明显的机会是在电视范围内增加全面的网络功能，提供全面的网络能力，例如统一即插即 用UPnP（Universal Plug and Play）、数字生活网络联盟DLNA（Digital Living Network Alliance）和 LiquidHD。

　　UPnP是一套完整的协议，使家庭网络中的设备可以无缝相互连接。UPnP以Internet标准和技术（例如  TCP/IP、HTTP 和 XML）为基础，使这样的设备彼此可自动连接和协同工作，从而使网络（尤其是家庭网络） 对更多的人成为可能UPnP协议包括6个重要功能：寻址、发现、描述、控制、事件触发和展示。

　　DLNA即在家庭内外建立一个集中管理个人电脑（PC）、家电（CE）和移动电子设备的互操作性网络，创造 一个能够共享和发展全新数字媒体和内容服务的无缝环境。DLNA标准定义了四种主要的产品类型，即Digital  Media Server（DMS），Digital Media Player（DMP），Digital MediaController（DMC）和Digital Media  Printer（DMPr）。

　　LiquidHD这项新型个人娱乐技术可将电视、消费电子设备、个人电脑、便携媒体设备以及家庭影院快速、 简便地连接成一个无缝网络，让身处网络中的消费者能在家里任何一台采用LiquidHD技术的显示器上尽享任何 一个来源设备上的数字内容。目前，消费者只能在电视上观看多媒体内容，数码摄像机、机顶盒、DVD/蓝光光 盘（Blu-ray Disc?）播放器或游戏机与电视直接相连。有了LiquidHD技术，消费者能够在家里随心所欲地观 看，他们可以先暂停客厅电视上正在播放的电影、电视节目或视频游戏，然后按一下遥控器按钮，就可以在另 一台电视或笔记本电脑上接着观看。LiquidHD可以使用各种物理介质，其中包括HDMI，Ethernet，同轴电缆和 输电线。

　　3  IXIA HDMI测试解决方案

　　HDMI协议标准是由技术创始厂家（Sony，Phillips，Silicon Image，Panasonic，Hitachi，Thomson and  Toshiba）研发出来的，这些创始厂家建立了授权测试中心ATC（Authorized Testing Centers），生产厂家必 须通过测试才能使用HDMI标志。全世界有7个授权测试中心ATC，它们分别分布在Sony（日本）， Panasonic（日本），Phillips（印度和法国），Silicon Image（中国（2个ATC）和美国）。

　　生产厂家必须按照测试标准CTS（Compliance Test Specification）进行测试，然后提交到ATC做协议一 致性测试。IXIA与Sony公司合作，制定了CTS标准，在CTS中IxN2X是测试以太网通道（HEC）的惟一测试设备。 IxN2X执行测试例来验证CTS，测试场景如下：

　　（1）Packet Filtering/Forwarding。

　　（2）Forwarding of BPDU。

　　（3）RSTP Functionality。

　　（4）Queue Control。

　　（5）Unchanged Priority Tag Value。

　　IxN2X测试环境配置如图6所示。

图6  IxN2X测试环境配置

　　IxN2X提供转换器（见图7）一端是HDMI接口，一端是以太网接口。HDMI的初始过程可以通过外置的 CEC/CDC控制器或借助可选的EEPROM（电可擦可编程只读存储器--一种掉电后数据不丢失的存储芯片。 EEPROM  可以在电脑上或专用设备上擦除已有信息，重新编程。一般用在即插即用）实现，SPDIF（SPDIF是SONY、 PHILIPS数字音频接口的简称。就传输方式而言，SPDIF分为输出（SPDIF OUT）和输入（SPDIF IN）两种）同 时使能音频回传通道（与HDMI信号的方向相反）。

图7  IxN2X HDMI转换器

　　以包过滤和转发测试为例，介绍HDMI CTS测试过程，测试配置和测试流程可参考图8所示。测试步骤如下 ：

图8  包过滤和转发测试

　　●连接和配置测试端口。

　　●以很高的流量速率，从所有端口同时发送1s流量，向过滤数据库注册源MAC地址；

　　●以100，000frames/s的速率从所有端口发送10×106个64字节长度的包。Port1向Port2发包；Port2向 Port3发包；Port3向Port1发包。

　　●在所有测试端口统计接收的包数。

　　●在测试端口1，按以下规则验证。其中，criteria #1 = 100 assuming 10×10-6packet error rate； criteria #2 =2。

　　——在port3上接收的包数-从port3上发送的报数≤criteria #1。

　　——在Port2上接收的包数≤criteria #2。

　　——在Port1上接收的包数≤criteria #2。

　　●如果DUT的端口数＞3个，可以轮流使用3个测试端口测试。

　　●如果所有测试都通过，则此测试成功。

　　4  结束语

　　HEC是HTPC的更新换代产品，是从HTPC发展、完善而来的一个家电式的多功能家庭电子产品，它基于HTPC ，但在外观、操作上更像家电，完全实现了家电的全遥控操作，同时，它又是一台家用电脑，只需要简单的切 换就能变成电脑，上网、聊天、玩游戏都与电脑无异，对于家庭网络，它是未来家庭娱乐家电的发展方向。在 HDMI1.4 CTS（Compliance Test Specification）中，IXIA IxN2X作为惟一被推荐的测试仪表，可用于HDMI以 太网网络的测试。