智慧型手機與平面電視正快速升級至超高解析度(UHD)顯示規格，高解析多媒體影音(HDMI)規格與行動高畫質鏈結(MHL)規格更已成為全球消費性家電及行動裝置標準傳輸介面。
MHL聯盟主要針對消費性行動裝置，如智慧型手機和平板裝置，至大螢幕顯示的最新需求，因此在2013年8月公布MHL3.0規範，希望以一條MHL纜線達到影音傳輸的大躍進。此最新規格要點包含，4K UHD、高速資料傳輸，同時最高可供電10瓦(W)；另可支援多螢幕同時輸出，加強音頻體驗，同時支援觸控螢幕。
在MHL3.0公布的隔月，HDMI2.0規格也跟著發布。HDMI2.0一舉提升傳輸頻寬至18Gbit/s以支援4K超高解析度；在音頻方面，也有重大提升--支援高達32聲道、自動同步音頻視訊，以及可透過單一搖控器控制多款HDMI裝置的消費性電子產品控制技術(Consumer Electronis Control, CEC)擴充功能。
HDMI1.4b/2.0版本大不同
目前，各家廠商磨刀霍霍投入新規範，準備強攻市場。不過，據驗證實驗室測試HDMI/MHL產品的實務經驗中發現廠商對於新版本所新增的規範掌握度有限，例如MHL3.2 e-CBUS的相關條件，對於HDMI電氣特性也不甚熟悉。因此，本文將以HDMI/MHL新舊版本的差異，進行解讀，期能讓企業在設計產品、申請認證時，對新規範有清楚輪廓。
HDMI1.4b規範要點
I.TMDS Electrical :
1.Maximum Clock Rate 340MHz
2.Maximum Total Throughput 10.2Gbit/s(3.4G/Channel)
II.Protocol Test include:
1.Character Synchronize Test.
2.All Video Packet should be test.
III.Pixel Coding:
1.RGB 4:4:4, YCbCr 4:4:4 (8-16 bits per component);YCbCr 4:2:2 (12bits Per Component)
IV.Video Timing:
1.Deep Color Timing.
2.3D Video Timing(Top-bottom, side by side, frame sequential 1920P at 120Hz)
3.4K2K Timing Support 4096×2160/30Hz
V.Audio Coding:
1.High-bitrate Audio(HBR)Sampling up to 768kHz
2.Maximum Audio Channel 8 Channel
3.One Bit Audio.
VI.HDCP Version.
1.Support HDCP 1.x
HDMI2.0規範要點
I.TMDS Electrical:
1.Maximum Clock Rate 600MHz
2.Maximum Total Throughput 18Gbit/s(6G/Channel)
II.Protocol Test include:
1.Source Sink TMDS Protocol Scrambling Test.
2.Sink Character Error Detection Tests(CED)
III.Pixel Coding:
1.Support 4:2:0 Chroma Subsampling.
2.4:2:0 Deep Color.
IV.Video Timing:
1.2160p 24-bit Color Depth, Deep Color, 3D
2.Non-2160p 24-bit Color Depth, Non-2160p 24bit Color Depth
3.Maximum Resolution at 24bit/px, 4096×2160/60Hz
V.Audio Coding:
1.HBR Audio Sampling up to 1536KHz
2.Maximum Audio Channel 32 Channel
VI.HDCP Version:
v
1.Support HDCP 2.2 and 1.x
VII.SCDC A8/A9 Support Test:
1.Character Error Detect Support Behavior Test.
2.Status and Control Data Channel(SCDC)Behavior Test.
HDMI2.0/HDMI1.4b規範剖析
針對以上HDMI2.0及HDMI1.4b規範要點，列出容易混淆的項目，並說明如下。
HDMI1.4b支援4K2K時序
有些人認為4K2K是在HDMI2.0才規範出來，實際上1.4b的時代就已經定義4K2K的應用，但是受限於最高頻率，1.4b的4K2K只能應用在Film Mode 24Hz/25Hz/30Hz上，並不是常用的60Hz。
然而，因為電視晶片在影格率(Frame Rate)，也就是視訊格式每秒鐘播放的靜態畫面數量，補償上都有一定的水準(如MEMC技術導入)，轉換至60Hz甚至120Hz亦有不錯的表現，所以早期就能看到4K電視的蹤影，甚至到今天4K的內容依舊還是以24Hz/25Hz/30Hz為主。
特別須要注意的是，由於CEA-861D尚未定義出4K的時序，HDMI把4K的VIC Code自定義為H01/H02/H03/H04(表1)。
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| 表1 HDMI對4K VIC Code自訂義 |
最大時脈速度(Maximum Clock Rate)
HDMI1.4b最大支援頻率為340MHz，在實體層(PHY)上的頻率可以到達3.4GHz。因此，在視訊格式(Video Format)上只要不超過340MHz的時序，基本上都可以傳輸HDMI1.4b的4k2k/30Hz、時脈速度為148.75MHz×2=297.5MHz，遠小於340MHz。但是，若產品需要同時支援高彩(Deep Color)時，將會產生問題。
當4K遇上高彩時，頻率必須測到12bit，也就是297.5MHz×12/8=446.25MHz，已經遠大於340MHz。所以，在1.4b時代，4K與高彩技術是不能同時存在的，測試及產品定義時務必小心以免誤判。
HDMI2.0最大支援頻率是600MHz，在數據通道(Data Lane)上的頻率可以到達6GHz。主要就是希望能支援4K2K/60Hz的時序，其實際頻率為297.5MHz×2=595MHz。
因此4K2K/30Hz的高彩便可以在HDMI2.0上實現，但是4K2K/60Hz同樣在高彩上不能並存，理由跟先前討論的一樣，頻率為595MHz×12/8=892.5MHz已超過上限許多，其餘時序的應用組合只要能反推Color Rate就可了解是否可行。
4:2:0色彩格式
HDMI2.0另外一項比較新的規格，為導入420的色彩格式(Color Format)。在420的格式下，影像會被壓縮為原來的1/4。所以，如果在4K/60Hz的時序下，時脈速度僅為595MHz/4=148.75MHz，與一般的FHD 1,920×1,080/60Hz時脈速度一致，而4K2K/30Hz下，僅有297.5MHz/4=74.375MHz。這項應用在廣播上十分需要，才不會因為播放4K內容而過度占據頻寬。
高頻寬數位內容保護(HDCP)支援
HDMI2.0雖已於2013年9月發表，HDCP1.X卻仍被普遍使用，因此HDMI 2.0在HDCP的搭配上沒有限制一定要使用HDCP2.2。也就是說，HDMI2.0配HDCP1.x在認證上是允許的。原因有兩點，其一，廠商畢竟無法立即推出強制使用HDCP2.2的影像內容；其二，影音播放器在市場上更換的速度也沒這麼快。
時域反射計(TDR)阻抗的量測
在HDMI1.4b相容性測試標準(CTS)中只規範接收裝置(Sink Device)的阻抗量測，而量測的範圍是以連接器(Connector)端至IC Pad阻抗上升緣為止，雖然CDF中接收裝置可以自行宣告印刷電路板(PCB)走線(Trace)的長度，但最終量測還是會以TDR上看到的終端為主；此外，HDMI1.4 b的TDR是在裝置不上電的狀況下測量。圖1為HDMI1.4b TDR量測的範例。
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| 圖1 HDMI 1.4b TDR量測範例 |
HDMI2.0對應於HDMI1.4b阻抗量測則作了以下的修改。
a.測試時待測裝置(DUT)必須是Turn On的狀態。
b.新定義了Zdiff_Term的區間，是指積體電路(IC)內部終端電阻並上後所量測到的阻抗。
c.原先由連接器至IC Pad之間的阻抗定義為Zdiff_Through。
d.Zdiff_Term的容許範圍為90~110歐姆(Ω)；Zdiff_Through的容許範圍為85~115歐姆(250pS內允許75~125歐姆)。
e.來源端裝置(Source)與目標端裝置(Sink)都須要量測。
HDMI2.0早在2013年9月就已發表，然而相關細項及認證的規範，並未一次全部公布，因此依據慣例，在認定上仍採取較為寬鬆的態度，因此，廠商毋須全部功能都做到，才能宣稱支援HDMI2.0的功能。
音訊/視訊/充電一次滿足 MHL稱霸行動裝置傳輸介面
2010年開始，包括Silicon Image、諾基亞(Nokia)、索尼(SONY)、東芝(Toshiba)與三星(Samsung)等五家公司共組MHL聯盟，目的在提供一個能夠同時滿足音訊、視訊、資料輸出，並同時為行動裝置充電的解決方案，讓所有需求透過一條線，即可完全解決。目前全球採用MHL規格的裝置，已出貨超過六億五千萬件，這也使得MHL成為行動裝置輸出視訊的技術標準。
MHL2.2規範要點
MHL 3.0規範要點
影像訊號傳輸架構相似 MHL/HDMI技術一家親
MHL是由HDMI衍伸出來的規範，在應用上勢必跟HDMI有連結。
1.MHL連接器對應Micro USB的接腳
2.MHL與HDMI Type A連接
a.MHL連接至HDMI Type A的接腳(表2)
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| 表2 MHL對應HDMI Type A接腳 |
b.標準HDMI Type A的接頭(表3)
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| 表3 HDMI Type A接頭 |
MHL基本上是使用與HDMI類似的架構傳輸影像訊號，但因僅保留一組數據通道，所以必須把Data 0、Data 1、Data 2及Clock同時在Data 0上傳輸(MHL稱為AV Link)。
MHL連接至HDMI Type A之應用注意事項
首先，熱插拔偵測(HPD)接腳是被CBUS取代，因此CBUS除了有溝通功能外，還必須攜帶HPD的功能。再者，CD Sense的訊號線(Cable)中內建了一個3.3K的電阻，對應另一端是接在CD Pullup。因此當MHL-Type A的訊號線，插入HDMI/MHL 接收裝置時，同時會看到原來SCL上Pull-high的電阻，可利用這種特性做電壓檢測(Voltage Detection)，來決定MHL、HDMI、無訊號(No Cable)三種狀態。
此外，Vbus為原來HDMI+5伏特的接腳，在MHL連接至HDMI Type A應用上，則變更為5伏特供電的功能；在MHL2的規範下必須能提供900毫安培的電流；而在MHL3的規範下甚至可以到2安培，接收端的設計除了注意電流方向之外還要依據MHL的規範提供對應的電流。
AV Link數據通道的基本特性
MHL1/2規範中，由於三組數據跟Clock都是集中在AV Link上，因此AV Link被設計成以下特性。
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| 圖2 AV Link上的單端波型 |
MHL1與MHL2的CBUS
HDMI中的DDC Bus功能被CBUS取代，一般應用上，DDC對外傳輸速度只能在約100kHz下工作，而CBUS則可在1MHz工作，可傳輸的資料量大幅增加。可惜在MHL1/2規範中人機介面裝置(Human Interface Device, HID)中並未被定義出來。因此，許多應用如鍵盤、滑鼠及觸控的座標，沒有標準的協議，實用性被打了折扣。
MHL3 e-CBUS
MHL3的e-CBUS有單端跟差分(Differential Mode)兩種模式。前者速度可達75MHz，後者更可高達150MHz，然而差分在應用開發的進度上似乎慢許多。
MHL3的架構跟MHL1/2差異很大，基本上Clock已經不再疊加在數據上，而是在e-CBUS上傳輸。因此MHL3的e-CBUS的時脈速度可以高達75MHz，AV Link的Clock則依據速率乘上不同的N值達成，如1.5G的N值為20(75MHz 20=1.5GHz)；6GHz的N值為80(75MHz 80=6GHz)。
此外，MHL3的e-CBUS定義了Forward Data與Backward Data兩種型態，前者是指來源端傳輸給接收端的資料，由來源端驅動；後者是指接收端傳輸給來源端，由來源端驅動，此兩種型態訊號的層級不同並各自獨立，因此在e-CBUS上可以看到疊加的現象。如果測量點是在TP2則可以看到如圖3的波型。
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| 圖3 Forward Data與Backward Data訊號疊加示意圖 |
(本文作者為宜特訊號測試事業處協理)