轉載自DigiTimes電子時報
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介面技術－消費性電子產品 HDMI相容性測試
（作者Rob Frizzell／美商晶像）
高解析多媒體影音介面（High Definition Multimedia Interface；HDMI）已快速成為全球消費性電子產品的數位介面標準。從數位電視到DVD，各種具有HDMI介面的產品已普及世界各地，為消費者帶來更犀利的數位享受。最新推出的HDMI介面－HDMI 1.3，能讓數位電視呈現比高解析度數位電視（High Definition TV；HDTV）標準更清晰的畫面影像。然而，為了將更棒的體驗傳遞給消費者，影音（Audio/Visual；A/V）設備製造商必須對設備進行適當程度的測試。
消費性電子產品的最大特色之一就是操作簡易，只需按照簡易照操做步奏使用。消費者不習慣也不太喜歡PC的操作模式，更對必須經常重新開機的PC感到不耐。試想在緊張無比的足球賽節目中重新開機是什麼狀況？在開發HDMI標準的過程中，工作小組的創始會員的重要目標，就是確保所有系統之間的互通性，因此，相容測試規格（Compliance Test Specification；CTS）的概念就此成形，並由此發展出一套專屬的測試方法。各地取得授權的測試中心（Authorized Test Center；ATC）會依據CTS來測試產品。測試成本則視受測設備種類及受測零件數量而有所差異，範圍從2,500美元到1萬美元不等。
■為何要測試？
測試程序必然會增加成本並延後產品上市時程，因此我們不禁要問，製造商為何要進行測試？若產品沒有通過測試，會有什麼樣的影響？以下幾點能夠解釋配備HDMI介面的消費性產品，接受互通性測試的必要性。
首先，也是最明顯的原因是，在HDMI授權協議中明文規定，廠商只要推出新類型產品，包括訊源裝置（Source）、終端裝置（Sink）、複送裝置（Repeater）及纜線（Cable），第一款產品必須通過任何一家授權ATC的測試。但接受測試更重要的理由，也許是廠商必須確保當消費者將購買的產品帶回家後，能與其他HDMI產品互通運作。以下是任何率先推出HDMI產品的一線OEM廠商都不願意遇到的狀況：他們採用某家半導體廠商推出的產品，但該產品並未接受任何驗證及後續檢驗，以確保系統能通過HDMI測試。數月後，上架的DVD雖然很快就被消費者買回家，但在上架銷售的數週後就發生許多互通性的問題。最後，該款DVD被迫在上架後的第一個月就黯然下架。這些產品下架的成本，再加上品牌形象所蒙受的損失，遠比測試的成本高出許多。因此，互通性測試對廠商而言，將會是很重要的一環。
■準備測試
雖然HDMI測試通常會耗用寶貴的開發時間與成本，但已有許多廠商發展出更聰明的方法，能夠在產品送交ATC前做好妥善準備，確保系統有相當高的機會通過測試。包括Silicon Image在內的許多廠商，即在全球各地成立所謂的HDMI預測中心（HDMI Pre-test Center）。這些中心能模擬執行部份CTS測試程序，難度甚至比實際的ATC測試更高。雖然這些眾多的預測中心能為製造商提供方便的程序，但HDMI官方立場並不支持這些預測中心。畢竟這些預測中心所進行的測試並非正式測試，且不同廠商的預測中心在品質有相當大的落差。即使通過HDMI預測中心的檢驗，也不保證一定能順利通過官方HDMI CTS的測試。
產品送交ATC測試的程序相當簡單明瞭。首先，與任何一家ATC聯絡，建議在預定送測日的數個月前就進行聯絡，最好留有3∼4個月的前置作業時間。接著，ATC會要求廠商填寫功能宣告表格（Capabilities Declaration Forum；CDF），說明受測裝置的功能（在CTS文件中）。最後，再送交設備、說明文件及接受測試所需的輔助設備。整個測試程序約在一週內完成。
■HDMI測試
ATC進行的測試程序都列於CTS文件。一般而言，測試程序包括檢驗裝置間的電子相容性。但即使通過ATC測試，仍有可能開發出無法與其他HDMI介面互通的系統。HDMI授權協議中明確規範廠商有責任確保與HDMI規格的互通性。其中一項重要體認是，所謂的HDMI絕對不僅限於HDMI規格本身而以，更包括 CEA-861x、VESA及HDCP等相關規格。廠商必須遵循這些技術規範，才能開發出完全互通的系統。
HDMI CTS測試包括四種基本類型的設備：訊源裝置（包括DVD及視訊轉換器）、終端裝置（例如數位電視）、複送裝置（影音接收器）及纜線。測試程序則視設備的類型而定
表一：HDMI訊號來源之TMDS電子測試表格。
訊號來源測試包括電氣層測試（如表一所示）及VESA增強擴充顯示識別資料（VESA Enhanced Extended Display Identification Data；E-EDID）的正確讀取測試。E-EDID資料儲存在顯示設備中，包含有顯示設備的各種影音功能資訊，使訊號來源設備能讀取並傳送影音格式中的資料。例如，支援640x480（所有HDMI設備必須支援的格式）與720p的數位電視，就不應該從訊號設備接收到1080i格式的內容。
電氣層測試包括 TMDS、HPD、DDC及CEC測試。此處需要特別注意的是TMDS測試。TMDS（Transition Minimized Differential Signal）為最小化傳輸差動訊號，也是傳遞影音資料的主要通道。它們屬於極高速的資料線路，必須嚴格遵守HDMI規格。以720p/1080i影像訊號而言，資料在線路中以將近750Mbps的速度進行傳輸，這個速度幾乎是USB2.0的兩倍。在此情況下，業者唯一的選擇是通過ATC測試的HDMI傳送器IC。絕大多數的TMDS電子測試取決於IC的品質，然而廠商開發出的系統機板，也可能因為電路上使用的通孔和電路長度不合等因素，使合格的IC無法通過系統測試。
▲圖一：Tektronix的眼圖開口（Eye Open）測試軟體。
TMDS測試所需設備，能夠使用多數廠商實驗室中的一般系統，或者Tektronix、Agilent、Astro及Quantum Data等廠商提供的專屬測試設備。例如，進行訊號來源設備的眼圖測試程序，需要4GHz的數位示波器、直流電源、差動SMA偵測儀、EDID模擬器、測試機具及特殊軟體。這項測試的目標是確保適當的眼圖開口，能從訊號來源設備傳送到終端裝置。資料對上時脈後，顯示出窗口為+1.0 TBIT（如圖一所示）。擷取到的資料數量相當大，低解析度訊號至少要有40萬個單位間隔（或TBIT），才能填滿16M示波器的紀錄長度。若眼圖開口落入遮罩範圍，訊號來源設備就通過測試。
終端裝置測試的項目列於表二，此處同樣也以難度較高的TMDS測試為例。其中一項重要測試就是抖動容許度測試（Jitter Tolerance Test）。若終端裝置裝置對TMDS線路的抖動較敏感，HDMI接收器IC就會收到不正確的資料，也無法正常運作。抖動測試的設定如圖二所示。該項測試是將已知數量的抖動導入到時脈訊號通道。資料抖動的振幅、頻率、最差狀況資料抖動及最差狀況時脈抖動，都會在終端裝置的每個像素時脈或解析度上擷取這些資料。
表二：HDMI終端裝置之TMDS電子測試表格。
雖然TMDS測試仍是ATC測試中最主要的項目，但其他裝置的測試也不能等閒視之。對DCC或CEC線路的忽視，也會導致系統無法正常運作。當製造商最後開始組裝CEC線路裝置時，CEC線路就愈來愈重要。CEC的電子規格，並不像佈線般如此簡單。
▲圖二：HDMI終端裝置抖動測試設定。
■HDCP測試
最後，雖然本文探討的主題是HDMI測試，但由於幾乎所有支援HDMI的系統均搭載高解析度數位內容保護（High Definition Content Protection；HDCP）功能，廠商們也應考慮增加HDCP測試。在現實情況中遭遇的互通測試問題，通常不會來自HDMI，而是與HDCP相關的問題。
HDCP規格（www.digital-cp.com）針對HDMI鏈結上傳輸的影音資料，提供一項加密與解密的機制，以滿足內容提供者保護數位內容的需求。在家庭劇院環境中，從HDCP的角度來看，訊號來源設備掌控HDCP處理流程，而終端裝置則扮演從屬端的角色。訊號來源設備負責管理終端裝置的驗證作業，以確保裝置不僅支援HDCP，亦能連結未被破解的HDCP終端裝置。而各種互通性問題的發生，通常都肇因於終端裝置驗證過程所產生的錯誤。
Digital Content Protection為Intel的全資子公司，同時也是HDCP的授權機構。截至目前為止，HDCP尚未發展出類似HDMI的互通性標準。但業界目前正討論此一規格的建立，以排除市場上面臨的各種互通性問題。在此同時，一些企業正著手發展HDCP測試規範。其中一項就是Silicon Image的SimplayHD測試規範。
SimplayHD依據HDCP 1.1版規格，提供一套測試HDMI訊號來源與終端莊置的規範，針對訊號來源、終端裝置及複送器進行測試。該HDCP測試的主要項目包括驗證（Authentication）、複送器支援（Repeater Support）及撤銷（Revocation）。驗證測試包括檢查公開共用密鑰（Publicly Shared Keys；KSV''s）的完整性、正確的序列，以及密鑰交換與處理熱插拔事件（Hot Plug Events；HPD）的時間點。此類事件通常由訊號來源設備內部韌體所控制，同時也是最常出錯的地方。例如，系統收到AKSV最後位元組後，沒有等候100ms，就讓終端裝置準備BKSV。在此情況下，就會產生各種HDCP互通問題，而SimplayHD則會檢查這方面的設計。
■結論
複送器支援測試（Repeater Test）主要檢驗訊號源設備在偵測到下游裝置為複送器（影音接收裝置）時，是否能正確研判與管理加密技術。未針對HDCP複送器（HDCP Repeater）進行適當回應的訊號源設備，是另一個衍生互通性問題的主要原因。HDCP加密／解密程序，和複送器與非複送器系統之間的程序有些許差異。若影音接收裝置預期訊號源裝置將會以複送器的方式來對待自己，但訊號來源裝置卻不支援複送器，那麼兩部裝置就無法正常連結。SimplayHD有檢驗產品是否正確地支援HDCP複送器。最後，撤銷（Revocation）是一種接收更新技術的方式，藉由檢查終端裝置的BKSV，研判終端裝置屬於有效或無效。雖然SimplayHD目前尚未涵蓋此一測試項目，但相信在不久的將來就會加入此項測試。
整體而言，HDMI為使用者帶來更理想的AV設備體驗，包括影像品質、易用度，以及提升音訊的音質。為了確保最終使用者能順利使用HDMI，廠商必須針對HDMI與HDCP進行適當的相容性測試。與沒有通過測試的產品相比，通過上述測試的產品，絕對會為客戶帶來無與倫比的市場優勢。（本文由美商晶像提供）
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