HDMI

概述

功能简介

HDMI（High-Definition Multimedia Interface），即高清多媒体接口，主要用于DVD、机顶盒等音视频Source到TV、显示器等Sink设备的传输。
HDMI以主从方式工作，通常有一个Source端和一个Sink端。
HDMI接口定义了完成HDMI传输的通用方法集合，包括：
- HDMI控制器管理：打开或关闭HDMI控制器
- HDMI启动/停止传输：启动或停止HDMI传输
- HDMI控制器设置：设置音频、视频及HDR属性，设置色彩深度、声音图像消隐等
- HDMI读取EDID：读取Sink端原始的EDID数据
- HDMI热插拔：注册/注销热插拔回调函数

基本概念

HDMI（High-Definition Multimedia Interface）是Hitachi、Panasonic、Philips、Silicon Image、Sony、Thomson、Toshiba共同发布的一款音视频传输协议。传输过程遵循TMDS（Transition Minimized Differential Signaling）协议。

TMDS（Transition Minimized Differential signal）：过渡调制差分信号，也被称为最小化传输差分信号，用于发送音频、视频及各种辅助数据。
DDC（Display Data Channel）：显示数据通道，发送端与接收端可利用DDC通道得知彼此的发送与接收能力，但HDMI仅需单向获知接收端（显示器）的能力。
CEC（Consumer Electronics Control）：消费电子控制，该功能应该能够在连接HDMI的发送设备与接收设备之间实现交互操作。
FRL（Fixed Rate Link）：TMDS 的架构进行讯号传输时，最高带宽可达 18Gbps，而 FRL 模式的带宽则提升到 48 Gbps。
HDCP（High-bandwidth Digital Content Protection）：即高带宽数字内容保护技术，当用户对高清晰信号进行非法复制时，该技术会进行干扰，降低复制出来的影像的质量，从而对内容进行保护。
EDID（Extended Display Identification Data）：扩展显示标识数据，通常存储在显示器的固件中，标识供应商信息、EDID版本信息、最大图像大小、颜色设置、厂商预设置、频率范围的限制以及显示器名和序列号的字符串。

运作机制

HDMI的Source端提供+5V和GND，用于DDC和CEC通信。通过DDC通道，Source端可以读取Sink端的各项参数，如接受能力等；CEC为可选通道，用于同步Source端与Sink端的控制信号，改善用户体验。TMDS通道有四组差分信号，TMDS Clock Channel为TMDS提供时钟信号，其余三组传输音视频数据及各种辅助数据；HDP为热插拔检测端口，当有Sink端接入时，Source端会通过中断服务程序进行响应。

HDMI物理连接如图1所示：
图 1 HDMI物理连线示意图

约束与限制

HDMI模块当前仅支持轻量和小型系统内核（LiteOS）。

使用指导

场景介绍

HDMI具有体积小，传输速率高，传输带宽宽，兼容性好，能同时传输无压缩音视频信号等优点。与传统的全模拟接口相比，HDMI不但增加了设备间接线的便捷性，还提供了一些HDMI特有的智能化功能，可用于小体积设备进行高质量音视频传输的场景。

接口说明

表 1 HDMI驱动API接口功能介绍

接口名	描述
HdmiOpen	打开HDMI控制器
HdmiClose	关闭HDMI控制器
HdmiStart	启动HDMI传输
HdmiStop	停止HDMI传输
HdmiAvmuteSet	声音图像消隐设置
HdmiDeepColorSet	设置色彩深度
HdmiDeepColorGet	获取色彩深度
HdmiSetVideoAttribute	设置视频属性
HdmiSetAudioAttribute	设置音频属性
HdmiSetHdrAttribute	设置HDR属性
HdmiReadSinkEdid	读取Sink端原始EDID数据
HdmiRegisterHpdCallbackFunc	注册HDMI热插拔检测回调函数
HdmiUnregisterHpdCallbackFunc	注销HDMI热插拔检测回调函数

开发步骤

使用HDMI设备的一般流程如图2所示。

图 2 HDMI设备使用流程图

打开HDMI控制器

在进行HDMI通信前，首先要调用HdmiOpen打开HDMI控制器。

DevHandle HdmiOpen(int16_t number);

表 2 HdmiOpen参数和返回值描述

参数	参数描述
number	HDMI控制器号
返回值	返回值描述
NULL	打开HDMI控制器失败
控制器句柄	打开的HDMI控制器句柄

假设系统中存在2个HDMI控制器，编号从0到1，那么我们现在获取0号控制器：

DevHandle hdmiHandle = NULL;  /* HDMI控制器句柄 /

/* 打开HDMI控制器 */
hdmiHandle = HdmiOpen(0);
if (hdmiHandle == NULL) {
    HDF_LOGE("HdmiOpen: failed\n");
    return;
}

注册热插拔检测回调函数

int32_t HdmiRegisterHpdCallbackFunc(DevHandle handle, struct HdmiHpdCallbackInfo *callback);

表 3 HdmiRegisterHpdCallbackFunc参数和返回值描述

参数	参数描述
handle	HDMI控制器句柄
callback	热插拔回调函数信息
返回值	返回值描述
0	注册成功
负数	注册失败

注册热插拔检测回调函数示例：

/* 热插拔检测回调函数定义 */
static void HdmiHpdHandle(void *data, bool hpd)
{
    if (data == NULL) {
        HDF_LOGE("priv data is NULL");
        return;
    }
    if (hpd == true) {
        HDF_LOGD("HdmiHpdHandle: hot plug");
        /* 调用者添加相关处理 */
    } else {
        HDF_LOGD("HdmiHpdHandle: hot unplug");
        /* 调用者添加相关处理 */
    }
}

/* 热插拔检测回调函数注册示例 */
···
struct HdmiHpdCallbackInfo info = {0};
info.data = handle;
info.callbackFunc = HdmiHpdHandle;
ret = HdmiRegisterHpdCallbackFunc(hdmiHandle, info);
if (ret != 0) {
    HDF_LOGE("HdmiRegisterHpdCallbackFunc: Register failed.");
}
···

读取EDID

int32_t HdmiReadSinkEdid(DevHandle handle, uint8_t *buffer, uint32_t len);

表 4 HdmiReadSinkEdid参数和返回值描述

参数	参数描述
handle	HDMI控制器句柄
buffer	数据缓冲区
len	数据长度
返回值	返回值描述
正整数	成功读取的原始EDID数据
负数或0	读取失败

读取Sink端的原始EDID数据示例：

int32_t len;
uint8_t edid[HDMI_EDID_MAX_LEN] = {0};

len = HdmiReadSinkEdid(hdmiHandle, edid, HDMI_EDID_MAX_LEN);
if (len <= 0) {
    HDF_LOGE("%s: HdmiReadSinkEdid failed len = %d.", __func__, len);
}

设置音频属性

int32_t HdmiSetAudioAttribute(DevHandle handle, struct HdmiAudioAttr *attr);

表 5 HdmiSetAudioAttribute参数和返回值描述

参数	参数描述
handle	HDMI控制器句柄
attr	音频属性
返回值	返回值描述
0	设置成功
负数	设置失败

设置音频属性示例：

struct HdmiAudioAttr audioAttr = {0};
int32_t ret;

audioAttr.codingType = HDMI_AUDIO_CODING_TYPE_MP3;
audioAttr.ifType = HDMI_AUDIO_IF_TYPE_I2S;
audioAttr.bitDepth = HDMI_ADIO_BIT_DEPTH_16;
audioAttr.sampleRate = HDMI_SAMPLE_RATE_8K;
audioAttr.channels = HDMI_AUDIO_FORMAT_CHANNEL_3;
ret = HdmiSetAudioAttribute(handle, &audioAttr);
if (ret != 0) {
    HDF_LOGE("HdmiSetAudioAttribute failed.");
}

设置视频属性

int32_t HdmiSetVideoAttribute(DevHandle handle, struct HdmiVideoAttr *attr);

表 6 HdmiSetVideoAttribute参数和返回值描述

参数	参数描述
handle	HDMI控制器句柄
attr	视频属性
返回值	返回值描述
0	设置成功
负数	设置失败

设置视频属性示例：

struct HdmiVideoAttr videoAttr = {0};
int32_t ret;

videoAttr.colorSpace = HDMI_COLOR_SPACE_YCBCR444;
videoAttr.colorimetry = HDMI_COLORIMETRY_EXTENDED;
videoAttr.extColorimetry = HDMI_EXTENDED_COLORIMETRY_BT2020_CONST_LUM;
videoAttr.quantization = HDMI_QUANTIZATION_RANGE_FULL;
ret = HdmiSetVideoAttribute(handle, &videoAttr);
if (ret != 0) {
    HDF_LOGE("HdmiSetVideoAttribute failed.");
}

设置HDR属性

int32_t HdmiSetHdrAttribute(DevHandle handle, struct HdmiHdrAttr *attr);

表 7 HdmiSetHdrAttribute参数和返回值描述

参数	参数描述
handle	HDMI控制器句柄
attr	HDR属性
返回值	返回值描述
0	设置成功
负数	设置失败

设置HDR属性示例：

struct HdmiHdrAttr hdrAttr = {0};
int32_t ret;

hdrAttr.mode = HDMI_HDR_MODE_CEA_861_3;
hdrAttr.userMode = HDMI_HDR_USERMODE_DOLBY;
hdrAttr.eotfType = HDMI_EOTF_SMPTE_ST_2048;
hdrAttr.metadataType = HDMI_DRM_STATIC_METADATA_TYPE_1;
hdrAttr.colorimetry = HDMI_HDR_EXTENDED_COLORIMETRY_XV_YCC_709;
ret = HdmiSetHdrAttribute(handle, &hdrAttr);
if (ret != 0) {
    HDF_LOGE("HdmiSetHdrAttribute failed.");
}

设置HDMI声音图像消隐

int32_t HdmiAvmuteSet(DevHandle handle, bool enable);

表 8 HdmiAvmuteSet参数和返回值描述

参数	参数描述
handle	HDMI控制器句柄
enable	使能/去使能avmute
返回值	返回值描述
0	设置成功
负数	设置失败

设置声音图像消隐示例：

int32_t ret;

ret = HdmiAvmuteSet(hdmiHandle, true);
if (ret != 0) {
    HDF_LOGE("HdmiAvmuteSet failed.");
}

设置色彩深度

int32_t HdmiDeepColorSet(DevHandle handle, enum HdmiDeepColor color);

表 9 HdmiDeepColorSet参数和返回值描述

参数	参数描述
handle	HDMI控制器句柄
color	色彩深度
返回值	返回值描述
0	设置成功
负数	设置失败

设置色彩深度示例：

int32_t ret;

ret = HdmiDeepColorSet(handle, HDMI_DEEP_COLOR_48BITS);
if (ret != 0) {
    HDF_LOGE("HdmiDeepColorSet failed.");
}

获取色彩深度

int32_t HdmiDeepColorGet(DevHandle handle, enum HdmiDeepColor *color);

表 10 HdmiDeepColorGet参数和返回值描述

参数	参数描述
handle	HDMI控制器句柄
color	色彩深度
返回值	返回值描述
0	获取成功
负数	获取失败

获取色彩深度示例：

enum HdmiDeepColor color;
int32_t ret;

ret = HdmiDeepColorGet(handle, &color);
if (ret != 0) {
    HDF_LOGE("HdmiDeepColorGet failed.");
}

启动HDMI传输

int32_t HdmiStart(DevHandle handle);

表 11 HdmiStart参数和返回值描述

参数	参数描述
handle	HDMI控制器句柄
返回值	返回值描述
0	启动成功
负数	启动失败

启动HDMI传输示例：

int32_t ret;

ret = HdmiStart(hdmiHandle);
if (ret != 0) {
    HDF_LOGE("start transmission failed.");
}

停止HDMI传输

int32_t HdmiStop(DevHandle handle);

表 12 HdmiStop参数和返回值描述

参数	参数描述
handle	HDMI控制器句柄
返回值	返回值描述
0	停止成功
负数	停止失败

停止HDMI传输示例：

int32_t ret;

ret = HdmiStop(hdmiHandle);
if (ret != 0) {
    HDF_LOGE("stop transmission failed.");
}

注销热插拔检测回调函数

int32_t HdmiUnregisterHpdCallbackFunc(DevHandle handle);

表 13 HdmiUnregisterHpdCallbackFunc参数和返回值描述

参数	参数描述
handle	HDMI控制器句柄
返回值	返回值描述
0	注销成功
负数	注销失败

注销热插拔检测回调函数示例：

int32_t ret;

ret = HdmiUnregisterHpdCallbackFunc(hdmiHandle);
if (ret != 0) {
    HDF_LOGE("unregister failed.");
}

关闭HDMI控制器

void HdmiClose(DevHandle handle);

表 14 HdmiClose参数和返回值描述

参数	参数描述
handle	HDMI控制器句柄

关闭HDMI控制器示例：

HdmiClose(hdmiHandle);

使用实例

本例程以操作开发板上的HDMI设备为例，详细展示HDMI接口的完整使用流程。

本例拟在Hi3516DV300开发板上对虚拟驱动进行简单的传输操作：

SOC：hi3516dv300。
HDMI控制器：使用0号HDMI控制器。

示例如下：

#include "hdmi_if.h"          /* HDMI标准接口头文件 */
#include "hdf_log.h"         /* 标准日志打印头文件 */
#include "osal_time.h"       /* 标准延迟&睡眠接口头文件 */

/* 热插拔回调函数 */
static void HdmiHpdHandle(void *data, bool hpd)
{
    if (data == NULL) {
    HDF_LOGE("priv data is NULL");
    return;
    }

    if (hpd == true) {
        HDF_LOGD("HdmiHpdHandle: hot plug");
        /* 调用者添加相关处理 */
    } else {
        HDF_LOGD("HdmiHpdHandle: hot unplug");
        /* 调用者添加相关处理 */
    }
}

/* 设置HDMI相关属性 */
static int32_t TestHdmiSetAttr(DevHandle handle)
{
    enum HdmiDeepColor color;
    struct HdmiVideoAttr videoAttr = {0};
    struct HdmiAudioAttr audioAttr = {0};
    struct HdmiHdrAttr hdrAttr = {0};
    int32_t ret;

    ret = HdmiDeepColorSet(handle, HDMI_DEEP_COLOR_48BITS);
    
    if (ret != 0) {
        HDF_LOGE("HdmiDeepColorSet failed.");
        return ret;
    }
    ret = HdmiDeepColorGet(handle, &color);
    if (ret != 0) {
        HDF_LOGE("HdmiDeepColorGet failed.");
        return ret;
    }
    HDF_LOGE("HdmiDeepColorGet successful, color = %d.", color);
    videoAttr.colorSpace = HDMI_COLOR_SPACE_YCBCR444;
    videoAttr.colorimetry = HDMI_COLORIMETRY_EXTENDED;
    videoAttr.extColorimetry = HDMI_EXTENDED_COLORIMETRY_BT2020_CONST_LUM;
    videoAttr.quantization = HDMI_QUANTIZATION_RANGE_FULL;
    ret = HdmiSetVideoAttribute(handle, &videoAttr);
    if (ret != 0) {
        HDF_LOGE("HdmiSetVideoAttribute failed.");
        return ret;
    }
    audioAttr.codingType = HDMI_AUDIO_CODING_TYPE_MP3;
    audioAttr.ifType = HDMI_AUDIO_IF_TYPE_I2S;
    audioAttr.bitDepth = HDMI_ADIO_BIT_DEPTH_16;
    audioAttr.sampleRate = HDMI_SAMPLE_RATE_8K;
    audioAttr.channels = HDMI_AUDIO_FORMAT_CHANNEL_3;
    ret = HdmiSetAudioAttribute(handle, &audioAttr);
    if (ret != 0) {
        HDF_LOGE("HdmiSetAudioAttribute failed.");
        return ret;
    }
    hdrAttr.mode = HDMI_HDR_MODE_CEA_861_3;
    hdrAttr.userMode = HDMI_HDR_USERMODE_DOLBY;
    hdrAttr.eotfType = HDMI_EOTF_SMPTE_ST_2048;
    hdrAttr.metadataType = HDMI_DRM_STATIC_METADATA_TYPE_1;
    hdrAttr.colorimetry = HDMI_HDR_EXTENDED_COLORIMETRY_XV_YCC_709;
    ret = HdmiSetHdrAttribute(handle, &hdrAttr);
    if (ret != 0) {
        HDF_LOGE("HdmiSetHdrAttribute failed.");
        return ret;
    }

    return 0;
}

/* HDMI例程总入口 */
static int32_t TestCaseHdmi(void)
{
    DevHandle handle = NULL;
    int32_t ret;

    struct HdmiHpdCallbackInfo info = {0};
    uint8_t data[128] = {0};

    HDF_LOGD("HdmiAdapterInit: successful.");
    handle = HdmiOpen(0);
    if (handle == NULL) {
        HDF_LOGE("HdmiOpen failed.");
        return ret;
    }
    info.data = handle;
    info.callbackFunc = HdmiHpdHandle;
    ret = HdmiRegisterHpdCallbackFunc(handle, &info);
    if (ret != 0) {
        HDF_LOGE("HdmiRegisterHpdCallbackFunc failed.");
        return ret;
    }

    ret = HdmiReadSinkEdid(handle, data, 128);
    if (ret <= 0) {
        HDF_LOGE("HdmiReadSinkEdid failed.");
        return ret;
    }
    HDF_LOGE("HdmiReadSinkEdid successful, data[6] = %d, data[8] = %d.", data[6], data[8]);

    ret = TestHdmiSetAttr(handle);
    if (ret != 0) {
        HDF_LOGE("TestHdmiSetAttr failed.");
        return ret;
    }

    ret = HdmiStart(handle);
    if (ret != 0) {
        HDF_LOGE("HdmiStart failed.");
        return ret;
    }

    OsalMSleep(1000);

    ret = HdmiStop(handle);
    if (ret != 0) {
        HDF_LOGE("HdmiStop failed.");
        return ret;
    }

    ret = HdmiUnregisterHpdCallbackFunc(handle);
    if (ret != 0) {
        HDF_LOGE("HdmiUnregisterHpdCallbackFunc failed.");
        return ret;
    }
    HdmiClose(handle);
    return 0;
}