HDMI1.4基础技术及测试需求是什么？

　　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。最新版本的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。
　　
　　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）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
　　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借鉴了最小生成树协议STP（Spanning Tee Protocol）来解决此问题。最小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为最简单的 HEC网络，构成一个最基本的最小生成树。
　　
　　图2 最基本的最小生成树
　　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，减少了聚敛时间，STP的聚敛时间是30“0s，STP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），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 最小生成树发现过程
　　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应该比文件下载的流量的优先级高。在HEC网络，通过使用VALN（Virtual Lcal Aea Ntwork）区分流量优先级。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。第一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），生产厂家必须通过认证测试才能使用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实现，SPDIF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
　　对于家庭网络，HEC是新兴的发展方向，具有很大的发展潜力。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。