確保相容性無虞　HDMI產線測試把關產品品質

基於成本預算與測試時間等因素，大多數的工程師並無法完全兼顧HDMI相容性規格所提及的所有細節；這些工程師需要更快、更有效率的方法，以測試其HDMI裝置。本文將針對產線末端的測試作業，說明HDMI規格的必要觀念，並提供各項測試的相關範例。

HDMI 1.4相容性規格確保互通性

HDMI 1.4相容性規格可針對訊號輸出/輸入裝置、機器連結、增益器(Repeater)，還有更多裝置，提供詳細的測試需要。本文將介紹HDMI訊號源，如藍光播放器、機上盒、攝錄放機、行動裝置等測試，並說明音訊、視訊、協定、延伸顯示能力識別(Extended Display Identification Data, EDID)、電子屬性，以及其他關鍵測試。雖然支援HDMI的產品須通過上述測試才能取得相容認證，但產線末端測試應用最重要的不外乎HDMI協定、音訊品質、視訊品質三項。本文接下來將針對HDMI訊號測試的三大要素，說明相關量測作業，以進一步搭配其他裝置。

HDMI協定分三大區塊

與傳統的類比介面相較，HDMI不僅是傳輸聲音、視覺訊號，亦為消費者提供更多功能。HDMI協定可讓裝置溝通、設定偏好的格式，並強制執行某些動作，可分為三個區塊：

‧	CEC
	消費性電子控制(Consumer Electronics Control, CEC)單一線路的獨立功能，並可透過菊鏈(Daisy Chained)方式，以單一HDMI連結所有裝置。只要是具備CEC功能的任何裝置，均可透過CEC線路交換資訊。CEC可搭配單一遠端控制，即可操作所有裝置，或任何裝置一旦改變其狀態，如開/關機，亦可自動變更該裝置的設定。舉例來說，若將光碟放入藍光播放器並送入拖盤，HDTV可自動開機、設定正確的視訊輸入，並開啟環繞音效接收器，這些通訊作業僅需CEC線路即可完成，並可提供更好的使用者經驗。

‧	EDID
	EDID為資料集合，實際儲存於如HDTV或DVR的接收(Sink)裝置。EDID另具備接收裝置所支援功能的相關資訊，如藍光播放器的輸出(Source)裝置可存取EDID項資訊，並調整為接收裝置所支援的設定。以支援三維(3D)影像的藍光播放器為例，應要能讀取HDTV的EDID表格，以確保其不僅可支援3D影像，亦可用於常見的3D架構。若無法辨識常見架構，則將協商(Negotiate)2D解析度與幀率。接收與輸出裝置之間的通訊作業，均是透過DDC線路所建構，即為HDMI線路中的I2C匯流排。

‧	HPD
	熱插拔(Hot-plug-detect, HPD)功能為供應與接收裝置之間的通訊機制，可通知供應裝置目前是否連結了接收裝置，若將HDMI連接線插入兩款裝置間，則熱插拔偵測功能將開始通訊序列。透過資料顯示通道(Display Data Channel, DDC)匯流排，供應裝置即可讀取EDID資訊(儲存於接收裝置中)，且將於CEC線路上提供本身資訊，以尋找接收裝置的基礎狀態資訊(如供電狀態)，包含HDMI上其他裝置的資訊。

HDMI協定測試面面觀

如先前所提，大多數的末端應用並無法真正測試(時間或硬體均是)HDMI相容性規格的所有面向，因此必須開發高效率的功能測試。本文接著將說明CEC、EDID、熱插拔的重要量測作業，以證實HDMI裝置間的高度互通性。

‧	CEC協定測試
	為能正確溝通網路上的所有裝置，則單一裝置必須要能接收、處理、傳送CEC指令，亦必須能滿足HDMI規格的所有電子與時序屬性，以確保裝置的互通性。在產線的末端測試中，往往須測試CEC線路以確保運作無虞。在此類測試中，裝置應要能根據CEC訊息而產生相對的反應。

當HDMI裝置於CEC線路上傳送指令，或對請求產生反應時，必先確認本身為啟動器(Initiator)裝置，接著將資訊傳送至訊息的接收者，即所謂的隨動器(Follower)，而Initiator與Follower均是透過其邏輯位址所辨認。舉例來說，於CEC線路上首次回播的裝置，即取得0x4邏輯位址；而電視均使用0x0位址，接著Initiator裝置將選擇是否傳送操作代碼(Opcode)與一或多組參數(Operand)(圖1)。

圖1　Initiator為Playback Device 1；Follower則為CEC線路上的所有裝置，且將訊息辨識為廣播訊息。

當開啟輸出裝置時，隨即傳送訊息序列以做為邏輯位址，並通知其他裝置其狀態條件，圖2顯示藍光播放器的常見開機序列，並透過CEC Message Analyzer公用程式記錄。

圖2　由CEC Message Analyzer擷取的藍光播放器A Bluray Player開機序列，右側CEC Activity視窗，顯示由播放器所傳送的所有訊息。

此範例並代表三種不同的條件。第一種為Follower為Playback Device 1。此可讓裝置偵測(Ping)本身，並檢查並無其他裝置可識別該訊息。無法識別的情況均將顯示錯誤旗標，以確認該已存在的邏輯位址(Playback Device 1；邏輯位址0x4)可讓播放器使用。第二個條件為Follower指定為廣播(Broadcast)，可讓裝置傳送特定資訊至所有裝置。在此範例中，播放器即回報其上述的實體位址。

第三種條件是Follower為電視，如此可將特定請求或指令訊息傳送至電視。指令的範例即如Image View On可讓電視開機；或電視為Text Display狀態時，可切換為Image Display狀態。由於在測試期間，所有機上盒均必須為開機狀態，因此測試工程師可享受的主要優點之一，即是可分析裝置開機的順序，以縮短整體測試時間，此測試架構亦適合測試CEC線路的功能。

CEC的第二項測試，即是針對CEC線路上其他裝置所發出的請求，確認受測裝置必須能夠反應。舉例來說，Digital Video Analyzer可模擬HDTV並傳送一組啟動指令，讓受測單位(UUT)發生實際動作。圖3顯示三組訊息，並依序傳送至播放器，以了解CEC線路的後續動作。

圖3　傳送至UUT的三種訊息：Ping、系統ID請求、強制回播(上)，因訊息所造成的CEC動作，均顯示於CEC Message Analyzer中(下)。

圖3中的第一組訊息，為不含Opcode與 Operand的單一Ping訊息，此訊息僅限播放器所能識別。第二組訊息則包含簡單的Opcode，可要求UUT回報其支援的CEC協定版本，如Activity視窗內所看到的，回播裝置直接將訊息，搭配0x04實際版本值反應回電視。最後訊息則是包含Opcode與單一Operand[Play Mode]的指令，其0x24值則反應至實際的「Play」指令。播放器接著將播放已放入機器的光碟，但不會傳送任何特定訊息以確認實際動作，工程師卻可透過如Video Measurement Suite的適當測試工具，以擷取並分析實際視訊以確認。

CEC線路可將UUT強制進入特定組態，以進行自動化測試程序。在此範例中，藍光播放器將強制開始播放音訊與視訊，再接著分析以了解整體品質。

‧	EDID資訊與熱插拔偵測
	當輸出裝置啟動，或透過HDMI連接線連至供應裝置時，隨即開始熱插拔事件。在初始化序列期間，來自於供應裝置的EDID資訊，均將透過DDC線路讀取，並協商其格式/解析度。

產品測試期間，工程師可以HDMI測試系統取代供應裝置。最好有可由使用者控制的EDID表格，以利編輯或替換，讓UUT發生不同的反應，如將藍光播放器接至不同製造商的HDTV。如此一來，工程師可確認該供應裝置是否可搭配多款HDTV，而毋須實際購買所有HDTV並逐一手動插接才能測試，且僅需EDID檔案即可完成協商作業。

針對高傳輸率的應用，必須確保HDMI連結上的DDC與HPD線路運作無虞，要完成此測試的方法之一，即是於HDMI測試系統中安裝新的EDID連接線。該HDMI測試系統除支援不同的幀率/解析度之外，並能強制熱插拔事件，若該裝置可根據格式變化的順序而反應，即可確定DDC與HPD線路運作無虞。圖4所示即以1,080p、24的訊框封包(Frame Packed)格式所構成3D影像初始化藍光播放器格式，且由Digital Video Analyzer辨識。由於Digital Video Analyzer上的EDID表格已設定為可搭配3D影像，因此整體可支援。

圖4　Digital Video Analyzer上的Video Signal Information量測，可提供已擷取訊號的詳細資訊。此範例產生3D視訊。

圖5　EDID Update Utility可將新的EDID表格(不支援3D影像)載入至Digital Video Analyzer。此時可看到所有位元，還有所支援檔案功能的詳細資訊。

接著將Digital Video Analyzer上的EDID表格，替換為不支援3D影像的表格。圖5所示為EDID Update Utility，可替換Digital Video Analyzer上的EDID表格。一旦藍光播放器連接不同的HDTV，則此公用程式可強制「重新開始初始序列」的熱插拔事件。

一旦重新載入EDID表格並強制HPD事件之後，即由Digital Video Analyzer再次擷取HDMI訊號，以確保藍光播放器可產生支援的格式，而非3D影像。圖6顯示Digital Video Analyzer上的Video Signal Information量測作業，所擷取到的新資料。

圖6　在HPD事件後，隨即擷取HDMI訊號，確保已調整為EDID新表格的格式與解析度，此範例格式則為8bit/pixel、720p。

此測試均檢查DDC與HPD線路，確保可於供應裝置上運作無虞，若新格式不正確，則裝置亦將於線路之一發生錯誤，並須進一步檢查。

使用HPD事件搭配不同的EDID表格之後，即可完整測試HDMI訊號的DDC與HPD線路。上述為完整的功能測試，但測試時間的長短，將依HDMI訊號源的反應速度而變化，因此工程師須注意，若想縮短測試時間，建議應監控DDC線路的動作。

圖7　在開機當時，或隨著熱插拔事件後的DDC匯流排通訊。

EDID資訊透過DDC線路，才能從HDTV或DVR傳送至藍光播放器；而I2C類型的匯流排已包含於HDMI連接線中。測試儀器監控DDC流量的同時，亦可偵測並讀取EDID傳輸的情況，從DDC線路所取得的EDID資訊，將可於EDID公用程式上反應出EDID資訊(圖7)。

接著比較EDID序列與EDID Update Utility人機介面上的序列。請注意，此處將透過DDC匯流排，將256位元組資料所呈現的EDID資訊，轉換為兩組128位元組的連續資料集，且均來自於位址0xA1。

DDC匯流排除可傳輸EDID資訊之外，亦可挾帶高頻寬數位內容保護(High-bandwidth Digital Content Protection, HDCP)識別的相關資訊。HDCP可避免供應裝置播放未經授權的HDCP加密影像。另外，HDCP授權功能，須交換供應與接收裝置之間的關鍵資訊。監控DDC匯流排的同時，亦可呈現HDCP的相關流量，HDCP通訊作業將使用0x74位址。

‧	HDMI音訊與視訊測試
	HDMI最重要的功能之一，即是以單一連接線傳輸高解析度的視訊與環繞音效，讓使用者如親臨戲院。若要測試相關產品的視訊/音訊品質，則應透過靜態測試而分析時序、雜訊、色階(Color Level)；透過串流視訊測試而分析移動視訊(Motion Video)的假影，如解碼或緩衝錯誤而造成的大型色塊、幀像停滯、音訊遺失。下列測試僅能概略說明音訊/視訊測試。

檢驗HDMI協定之後，待測物(DUT)應透過HDMI介面，以產生靜態測試波形與單音。測試波形應具備傳統的色條波形，並提供8、10或12位元色值的全幅(Full-scale)色彩，亦有各RGB/YUV元件的斜波(Ramp)，工程師可量測TMDS通道上的雜訊或LSB-toggling。圖8為靜態視訊品質的測試波形與量測作業。

圖8　單一單音與測試波形包含色條波形，而各RGB元件的斜波均透過HDMI介面所產生(左上)。透過Digital Video Analyzer分析HDMI訊號的線路時序，以獲得更精確的時序與解析度(右上)，分析H-line與單音屬性，並與期望值比較(下)。

如畫素化、大型色塊、音訊遺失、幀像停滯/遺失等的許多假影(Artifact)，有時是因元件故障所造成，因此不會出現於所有幀像中。但消費者並不會接受這些錯誤，所以應於各種生產環境中測試之。一般而言，耗時5～10秒的測試作業即足以發現主要瑕疵，但本文建議工程師應要有最終測試。根據不同的應用，工程師可能想透過特定瑕疵的量測作業，以找出大型色塊或畫素化，或可能透過整體影像品質矩陣，從參考幀像得知整體影像品質。Digital Video Analyzer同時具備此兩種量測功能(圖9)。

圖9　Digital Video Analyzer可量測後續的HDMI視訊串流，還有水平與垂直空間中的各個幀像，以找出大型色塊。此時測試系統亦監控HDMI音訊，以確保測試過程中的單音仍保有其品質。

HDMI技術提供高解析度的視訊與智慧型協定，不僅可提升消費者者對消費性電子影像品質的觀賞體驗，也提高HDMI裝置的測試複雜度。HDMI協定包含多樣的InfoFrames、CEC通訊、EDID/DDC/熱插拔協商功能，已成為靜態與串流視/音訊的重要測試要素，透過各相關領域的重要量測，工程師即可建立高度自動化的HDMI測試解決方案。

(本文作者任職於美商國家儀器)