現(xiàn)在，系統(tǒng)級芯片(SoC)設(shè)計師可以在采用65nm工藝(更新工藝即將推出)的芯片設(shè)計中集成高清多媒體接口(HDMI)，從而省去單獨的接口芯片以發(fā)布可顯著降低功耗和節(jié)省成本的產(chǎn)品。這些設(shè)計不僅用于數(shù)字家庭產(chǎn)品，便攜式消費電子更是其主要的目標(biāo)應(yīng)用。
實際上，最近幾年從事新型數(shù)字電視的開發(fā)的工程師都很熟悉HDMI，作為到目前為止依然很新的音/視頻連接方式，HDMI正變得越來越普及。據(jù)預(yù)測，到2009年，全球?qū)⒂谐^1億臺電視機采用這種連接。最初HDMI被認(rèn)為是DVD播放機、線纜和衛(wèi)星電視機頂盒等比較大型的交流供電的家庭影院組件的連接器，而現(xiàn)在越來越多的消費者擁有通過HDMI就可以在電視機上播放高清晰內(nèi)容的便攜式設(shè)備。這些應(yīng)用包括數(shù)字視頻攝像機、數(shù)碼相機、帶有攝像功能的手機、MP3/便攜式媒體播放器等。
MIPS科技公司的新型HDMI1.3TX/RX接口IP(控制器+物理層)能夠滿足這些新的低功耗便攜應(yīng)用對HDMI接口的要求，使SoC設(shè)計人員可在片上集成HDMI接口，而不必使用之前所需的單獨IC。
HDMI是一個高清多媒體接口(High-Definition Multimedia Interface)，它可在單個連接器上傳送視頻、音頻、控制信號和備份保護(DRM)。
比起當(dāng)前在電視機上普遍應(yīng)用但即將淘汰的模擬連接器，HDMI的性能更加優(yōu)越。模擬連接器包括分量視頻(由紅色、綠色和藍(lán)色三個獨立插座組成)、S-video(mini-DIN連接器)及合成視頻(一個黃色插座)。所有的模擬連接都會因為線纜本身遇到射頻和電磁輻射而受到噪聲的干擾，這個問題隨著傳輸信號頻率的增加會愈發(fā)嚴(yán)重；同樣在傳輸高清視頻時也存在該問題。
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| 圖1：HDMI接口，由HDMI控制器和HDMI物理層組成，可為SoC和其他器件提供若干連接選擇。 |
HDMI的數(shù)字技術(shù)不像其他接口那么容易受到噪聲的干擾，可提供高清源應(yīng)有的卓越圖像質(zhì)量。它還內(nèi)置了一個稱之為高帶寬數(shù)字內(nèi)容保護(HDCP)的數(shù)字權(quán)限管理拷貝保護系統(tǒng)，支持HDCP的設(shè)備才可以播放好萊塢授權(quán)的節(jié)目內(nèi)容。利用T_MDS(最小化差分信號傳輸)數(shù)字通信技術(shù)，標(biāo)準(zhǔn)HDMI連接器可傳輸高達(dá)1080p分辨率的視頻、7.1環(huán)繞聲的八個獨立音頻通道，以及可提供遠(yuǎn)程控制功能(符合HDMIv.1.3規(guī)范)的消費電子控制(CEC)通道。對于消費者而言，HDMI提供了很多便利。單個HDMI連接代替了分量視頻和立體音頻需要的5個獨立連接。
HDMI是電視機上最普遍的數(shù)字視頻接口。與數(shù)字視頻傳輸?shù)膲嚎s格式不同，HDMI的非壓縮信號對電視本身的信號處理量要求最低。所以與可能需要的其他系統(tǒng)相比，電視制造商的部署成本更低，比如，MPEG-4或H.26?解碼。而且，通過傳輸“原始”畫面信息可以保證最高的畫面質(zhì)量，完全擺脫了額外的圖像失真。
DisplayPort等競爭技術(shù)也具有一些非常類似的功能。最終，還是由電視機制造商來決定他們的設(shè)計采用哪種接口，現(xiàn)在(及可預(yù)見的未來)他們幾乎都投票給HDMI。這并不奇怪，因為HDMI的創(chuàng)始者，包括六大消費電子制造商—日立、索尼、Matsush_ita(松下)、飛利浦、東芝和Thomson等最初開發(fā)了該技術(shù)，在部署數(shù)字視頻技術(shù)時，突破了好萊塢的拷貝保護障礙。它支持包括Fox、Universal、WarnerBros和Disney在內(nèi)的主要電影制片公司。
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| 圖2：MIPS的HDMI接口。選項A是一個“標(biāo)準(zhǔn)”HDMI接口，而選項B則可提供更簡單的集成、更低的功耗和成本及其他定制。 |
標(biāo)準(zhǔn)的"A型"HDMI連接器體積較大、大約為14毫米寬，主要用于家庭視頻和音頻設(shè)備。這些應(yīng)用包括DVD播放機和刻錄機，以及用于有線電視、衛(wèi)星電視和網(wǎng)絡(luò)電視的機頂盒、視頻游戲機(Xbox、PlayStation和Wii)、音頻/視頻接收機(調(diào)諧器/放大器)和音/視頻處理設(shè)備。
2006年推出的一款較小的“C型”HDMI連接器滿足了便攜式應(yīng)用的需求。開發(fā)一款新型高清攝像機時，如果沒有HDMI，就只有把內(nèi)容先傳送到個人電腦或轉(zhuǎn)化為中間格式，否則設(shè)計人員就很難讓用戶看到高清信號內(nèi)容。盡管大多數(shù)的便攜攝像機集成了模擬合成或S-video輸出，這些只能處理標(biāo)清視頻，而不是高清視頻。數(shù)字便攜攝像機因此成了小型HDMI連接器的最早采用者。
數(shù)碼相機歷來都采用模擬視頻輸出，同樣，現(xiàn)在500~1,000萬像素的圖像已非常普遍，再通過模糊的模擬連接來傳輸精美的圖像細(xì)節(jié)已不合邏輯。內(nèi)置攝像功能的拍照手機也隨處可見，而最低端的手機現(xiàn)在也都集成了130和200萬像素的圖像傳感器，能夠生成比通過模擬視頻連接所能看到的更多細(xì)節(jié)，而且500萬像素的拍照手機也即將出現(xiàn)。
雖然便攜式媒體播放器和便攜式游戲機經(jīng)常受其自身低于標(biāo)清清晰度的屏幕所限，分辨率通常僅為320×240，但許多該類設(shè)備可以在高清模式下存儲記錄。而且，音樂發(fā)燒友可以采用HDMI接口實現(xiàn)數(shù)字音頻連接，即使沒有視頻，也可以在立體系統(tǒng)中收聽便攜式MP3錄音。
設(shè)計人員使用HDMI芯片已有好幾年的歷史，而且它已在高清家庭影院組件中備受推崇。但是對于便攜式應(yīng)用，這些IC體積太大、而且非常耗電，尤其是難以適應(yīng)體積最小的設(shè)備，如小巧的相機和手持設(shè)備。
大多數(shù)便攜式器件和眾多大型消費元件都是作為單個“系統(tǒng)級芯片”設(shè)計的。SoC已成為生產(chǎn)各種消費電子產(chǎn)品最緊湊和最有效的方法。十多年前，設(shè)計工程師在印刷電路板上組裝相互連接的獨立的集成電路，而通過把這些元件的“核心”放置到單個硅片上，可以節(jié)省大量的空間并降低功耗。手機、相機和媒體播放器等各種便攜式產(chǎn)品都可以實現(xiàn)空間節(jié)省并降低功耗，而這是采用多個獨立IC所不能實現(xiàn)的。
SoC設(shè)計人員的第一個重要決定是采用哪個“CMOS技術(shù)工藝節(jié)點”進行設(shè)計—這意味著芯片尺寸將會有多大。節(jié)點的測量以納米為單位，是指SoC晶體管中源極和漏極端之間硅通道的寬度。根據(jù)摩爾定律，隨著技術(shù)進步，這個寬度也越來越小。采用當(dāng)今最小的節(jié)點如45nm的設(shè)計，可以實現(xiàn)更小尺寸和更低的功耗，但是前期開發(fā)成本更高。130nm和90nm在幾年前非常普遍，而目前65nm節(jié)點代表了便攜式應(yīng)用SoC在開發(fā)成本、尺寸、功耗之間的最佳平衡。
SoC設(shè)計利用流行的MIPS-Based處理器核來挑戰(zhàn)信號處理、HDMI等存儲器和輸入/輸出接口。HDMI接口IP包括兩個部分：控制器(處理器)和PHY(物理層或外置器件到“外部世界”的實際連接)。
SoC設(shè)計人員不可能每次都從頭開始設(shè)計新產(chǎn)品。這就是SoC IP供應(yīng)商可以大顯身手的地方——為SoC設(shè)計人員提供它們所需的IP以增加模塊能力，如將計算處理、存儲器、輸入/輸出控制等功能集成在設(shè)計中。與采用獨立IC的接口IP相比，用于SoC的HDMI接口IP的優(yōu)勢包括節(jié)省成本、降低功耗和節(jié)省空間�？臻g節(jié)省非常顯著。HDMI接口IP可以使HDMI加入到手機等各種產(chǎn)品，而這在以前是不可能實現(xiàn)的。許多IP供應(yīng)商都有數(shù)字或模擬IP領(lǐng)域的經(jīng)驗。HDMI接口需要這兩個領(lǐng)域的專長，這是MIPS科技公司的一個顯著競爭優(yōu)勢。MIPS近日收購了Chipidea，獲得了低壓微分信號(LVDS)的成熟經(jīng)驗，它是HDMI信號采用的底層模擬技術(shù)。
作為專業(yè)的IP公司，MIPS非常熟悉SoC設(shè)計人員的需求，他們開發(fā)的HDMI發(fā)送器和接收器IP可以滿足SoC設(shè)計人員的特定需求。這與其他的IP供應(yīng)商不同，他們僅僅把現(xiàn)有的設(shè)計用于自己的芯片并作為IP重新利用它們。
除了可為獨立的HDMIIC(或競爭廠商當(dāng)前提供的IP)提供相似功能的“標(biāo)準(zhǔn)”HDMI接口，MIPS科技的HDMI接口IP還可為SoC設(shè)計人員提供各種定制和可選功能，包括：
1. 通過APB、AHB或OCP的直接系統(tǒng)總線從接口；
2. 通過AHB或OCP的直接內(nèi)存存取(DMA)音頻；
3. 內(nèi)置I2C、SPDIF、One-Bit-Audio和并行音頻的多音頻輸入/輸出選項；
4. 色彩空間轉(zhuǎn)換(RGB輸入/輸出YCbCr4:4:4和4:2:2)；
5. 所有CEA-861-D視頻模式下的視頻輸入/輸出(高達(dá)1080p@60Hz)；
6. 針對密鑰存儲的具有外置ROM接口的可選HDCP加密/解密。
SoC設(shè)計人員可根據(jù)需求靈活地采用或不采用HDMI功能，而無需集成所有規(guī)格，從而顯著地節(jié)省成本(包括生產(chǎn)成本和授權(quán)成本)、降低功耗并節(jié)省空間。比如，數(shù)碼相機SoC無需為欣賞好萊塢電影而采用HDCP拷貝保護功能。其優(yōu)勢是可以省去HDCP，實現(xiàn)更少的門數(shù)、節(jié)省授權(quán)費用。這樣做對于功耗的節(jié)省也十分顯著。對數(shù)碼相機應(yīng)用來說，此類HDMI發(fā)送器只消耗低至55mW的功耗，而采用65nm工藝的全功能HDMI發(fā)送器雖然功耗已經(jīng)低得令人印象深刻，但也達(dá)到了145mW。直接將音頻和視頻接入系統(tǒng)總線也可顯著的節(jié)省面積和功耗。傳統(tǒng)的HDMI芯片和目前可用的IP，要求通過轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換到I2S和SPDIF。這些轉(zhuǎn)換，主要是串行化傳輸端的并行數(shù)據(jù)，需要消耗面積和功率。MIPS科技公司的HDMIIP消除了這種低效率，可為系統(tǒng)總線提供內(nèi)部寄存器接入和直接存儲器訪問的靈活性。
MIPS科技致力于為眾多產(chǎn)品提供HDMI接口IP，采用當(dāng)今備受SoC設(shè)計人員青睞的可用技術(shù)節(jié)點。
MIPS入門級的HDMI產(chǎn)品是采用65nm工藝的HDMI發(fā)送器，可滿足相機和其他多種便攜式應(yīng)用設(shè)計人員的需求。接下來將是HDMI接收器IP。路線圖中的下一個是45nm節(jié)點的HDMI發(fā)送器和接收器IP，它幫助手機設(shè)計實現(xiàn)更低的功耗和更小的面積。隨著該技術(shù)路線圖的繼續(xù)展開，MIPS科技公司履行為SoC設(shè)計人員提供最先進的IP以使他們能夠始終領(lǐng)先同行的承諾。
通過在便攜式應(yīng)用SoC設(shè)計中增加低功耗、小面積HDMI接口，設(shè)計人員可實現(xiàn)在當(dāng)前的電視上無法看到的高清畫面質(zhì)量。MIPS科技是一家專業(yè)的、引領(lǐng)處理器核和模擬IP領(lǐng)域(通過Chipidea)的IP公司。通過與SoC設(shè)計人員緊密合作，為設(shè)計人員提供他們所需的支持和工具，MIPS科技的HDMI IP可優(yōu)化在任何音頻、視頻或影像設(shè)備中增加HDMI能力的過程。
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