音頻分析儀：如何進行HDMI測量

HDMI應該怎樣評估它。如何使用音頻分析儀進行HDMI測試。

高分辨率多媒體接口(High-Definition Multimedia Interface,HDMI)已經成為消費類電子行業的必備標準。該接口允許在一根電纜上承載音頻信號和視頻信號,以及信息幀(Infoframes)。要在該接口上測量音頻,測試儀器必須能夠生成和評估整個HDMI格式的測試信號,包括視頻信號 。

HDMI是消費類電子行業數字視頻接囗(Digital VisualInterface,Dv)的進一步發展,2003年首次出現在市場上。與DⅥ不同,它也傳送音頻信號。該接口精簡了電纜,簡化了多媒體設備操作。按照電影行業要求,它在很大程度上能夠防止非法復制數字視頻影片。由于屏幕分辨率增加和色彩還原能力提升,使得HDM傳輸帶寬也大大增加。此外,如今用戶有可能通過HDMI,采用單一遠程控制,操作所有連接的設備。這種能力也被整合進HDMI標準。

目前的HDMI版本1.4b支持雙向數據傳輸(使用音頻回傳通道),采用新的無損壓縮音頻編碼方法,和以太網連接通道。隨著新定義微型HDM連接器的出現,該接口逐漸找到連接移動電話和便攜式音頻設備的方法,新推出的鎖定式連接器使其現在也能在車輛中使用。所有這些特點使HDMI成為音頻和視頻領域最成功和最通用的連接器系統。所有先進的電視機、DVD和BLu-ray播放器、A/V接收機和游戲機通過HDM電纜相互連接。帶環繞聲的數字多聲道音頻信號和高清晰度電視信號可以在同一根電纜上傳輸。

眾多接口

消費類電子產品制造商在開發、測試和生產他們的設備和音頻芯片過程中要全面測量音頻。如果產品配有HDMI接口,制造商需要能夠測試音頻信號,以及傳輸 InfoFrames信號和視頻信號的音頻分析儀。此外,音頻分析儀必須能夠提供所有常規音頻接口:

●幾路用于測試揚聲器輸出信號、耳機輸出信號和前置放大器輸出信號的模擬通道LR輸入

●采用S/P DIF格式(索尼/飛利浦數字接口),連接器為BNC和TOSLINK的數字音頻接口

●用于在發送和接收兩個方向上多聲道音頻|C測試的數字2S接口(IC間音頻接口)

測試要求相差很大。測試儀器必須可配置以應對任何接口組合。音頻分析儀必須能夠發送I2S信號給芯片,并接著分析芯片的HDM輸出結果。音頻分析儀把HDMI測試信號加到A/V接收機輸入,然后測試該接收機模擬揚聲器輸出或耳機輸出的音頻質量。數字輸出可通過S/P DIF電纜或HDMI音頻回傳通道測試。例如,除了核實正確通道分配以外,環繞聲傳輸的音頻分析還包括音頻信號是否能夠正確傳送。

全面音頻測量

HDMI區分為雙通道和8通道數據結構。采用8通道數據結構,最多8路數字音頻信號(環繞聲道)被當作線性PCM數據傳送,其中PCM數據字長最多24位,采樣率最高192kHz。HDMI可以傳送壓縮的數據流,包括使用Dolby技術的壓縮流。

快速和高效測試8通道傳輸需要測試儀器具有8條并行的通道。音頻分析儀能夠同時生成多達8路HDMI或I2S格式的獨立測試信號,或者它能夠并行測量多達8路HDM、12S或模擬輸入信號。不同于專用HDMI測試儀,音頻分析儀提供全面的音頻信號測試,包括諸如電平、頻率響應、串擾、SNR、THD+N和相位等參數。此外,它可以生成用于交調測量的正弦信號和多音頻信號,以及突發信號和噪聲信號,并播放話音信號和音樂信號。最先進的音頻分析儀能夠:

●播放 Dolby Digita和 Dolby Digital Plus編碼數據流,容并將其解碼執行實時測量

●分析調制系數

●測量差頻失真( Difference Frequency Distortion,DFD)、直流電壓和群延時

H

●實現以毫赫茲的分辨率同時對8條通道執行快速傅立葉發i變換( Fast Fourier Transform,FFT)

●顯示時域軌跡

FFT分析提供信號的詳細頻譜表示,在測量總諧波失真和噪聲（THD+N)時，FFT分析可用于檢測個別噪聲分量。

如何用R&SUPP音頻分析儀測量視頻
HDMI采用通用幀結構傳送音頻和視頻數據。該接口適合所有常見的視頻格式,可達到最高分辨率。為了能夠測試采用全HDMI數據流的被測設備,HDMI測試儀器也需要能生成和分析視頻數據。根據要求,用于HDM測量的音頻分析儀必須能夠可配置其顏色和顏色深度,生成單色或多色、靜態或移動測試圖案。
  例如,R&S UPP音頻分析儀能夠生成符合CEA-861-E視頻標準、最大分辨率為1920×1080像素的測試圖案。一些制造商在測量中需要更復雜的視頻測試信號。在這種情況,用戶可以通過HDM接口輸入他們自己的視頻測試序列。R&s UPP分析儀接著將圖像數據與音頻測試信號相結合,并作為單一HDMI數據流傳送它們到被測設備。
  在相反方向,音頻分析儀接收所有HDM數據并分析音頻內容。在最簡單場景,傳送的視頻信號質量可在連接的屏幕上直觀評估。R&S UPP音頻分析儀也測量視頻參數,如像素時鐘、行同步(HSync)頻率和場同步(VSync)瀕頻率,顯示時序參數,以及確定在HDM視頻傳輸路徑范圍內的位誤碼率(BitError Rate,BER)。使用口型同步功能可以測量視頻信號和音頻信號間的時間偏差。

   物理HDM數據通道

在HDMI中,數據在源端和接收端之間傳送。例如,BLu-ray播放器是源端;電視監視器是接收端。在HDMI電纜內,音頻和視頻數據,以及 Info Frames數據是在源端和接收端間4條最小過渡差分信號( Transition- Minimized DifferentiaSignaling,TMDS)線路上傳送。在顯示數據通道( DisplayData Channe,DDC內的單獨線路上,HDMI設備交換加密的信息和普通信息以便于互聯。用戶電子控制( ConsumerElectronics Control,CEC)數據總線攜帶兩個方向上所有連接的HDM設備的遠程控制數據,HDM以太網音頻控制( HDMI Ethernet Audio Contro,HEAC)線路發送HEM以太網數據和音頻回傳通道數據。

    HDMI InfoFrame

HDMI大量使用InfoFrame。由源設備描述InfoRme內容,如包含有關HDMI源的通用信息,輔助視頻 InfoFrame向HDMI接收端提供大量信息,包括正在傳送的視頻格式、顏色深度和顏色范圍。
   HDMI測試儀應能夠生成所有這些數據,以匹配輸出的HDM測試信號。也應能夠讓用戶編輯InfoFrame數據和刻意發送不正確的數據給被測設備,以便確定被測設備是否正確識別出錯誤并做出HDM規范要求的更正。
HDMI顯示數據通道
  增強的擴展顯示識別數據( Enhanced Extended DisplayIdentification Data,E-EDID)分組和高帶寬數字內容保護(High-bandwidth Digital Content Protection, HDCP)IE加密密鑰信息在顯示數據通道( Display Data Channe,DDC)上傳送。分析儀必須能夠自動解密HDM信號以便執行測量。

E-EDD分組向HDMI源提供所連接HDMI接收器支持的視頻格式和音頻格式信息。音頻分析儀讀取被測設備的E-EDID信息,并以適當格式建立HDMI測試信號。相反,分析儀可以向被測設備提供它的E一EDD信息。如果需要,用戶可以改變音頻分析儀的E一EDD信息,以測試被測設備將如何響應。這些分析功能非常全面,所以測試工程師不需要專用的HDMI協議測試儀。