原创 HDMI 2.1 常见认证测试问题剖析– Part I : Source

 2022-9-22 17:46  2655 11 11 分类: 测试测量

HDMI 2.1产品从2018年底开放认证，随着eARC、FRL、DSC、VRR等测试规范陆续推出，HDMI 2.1产品的认证也渐趋完善。百佳泰在四年中协助各大品牌、ODM厂商通过HDMI 2.1产品认证，累积了丰富的测试经验。本篇将分享HDMI 2.1 Source产品在认证测试时常遇到的问题。

HDMI 2.1 版本误区

在分享认证测试常见问题之前，我们先厘清HDMI 2.1和2.0的版本误区。HDMI 2.0约在2014年推出，增加了4K@50/60、21:9 Video和静态HDR功能。而2.1版本则是在2018年推出，增加了8K, 4K@100/120 Video、VRR和动态HDR等功能。HDMI 2.1规格书除了新增HDMI 2.1功能外，既有的HDMI 2.0功能也整并到2.1规格中，HDMI 2.1测试规格书也是相同作法，也就是说HDMI device不论最高支持到4K60Hz，或是8K60Hz，都可以宣称通过HDMI 2.1认证，这种作法容易造成消费者混淆，买到的HDMI 2.1产品到底是支持4K@60Hz？还是8K@60Hz？

所以HDMI协会并不鼓励厂商单独把HDMI版本印在包装或说明书上，而是建议将版本及相对应的功能一起标示在包装上，例如support HDMI 2.1 8K@60Hz，而非仅标注”support HDMI 2.1″。而因为仍不时发生厂商未确实标示造成客诉纠纷，我们也建议消费者在购买前应确认清楚产品的规格，确保买到的产品有符合预期的HDMI功能。

新传输模式FRL让Electrical Test增加测试程序

HDMI 2.1新增了FRL (Fixed Rate Link)传输模式，用来取代旧有的TMDS模式。在FRL模式下单Lane的传输带宽从TMDS的6G可提升到FRL的12G。速度的提升也意味着讯号将随着距离的增加而衰减的更快，因此在电气特性的测试上容易fail在眼图，以百佳泰多年且专业的测试经验，我们建议HDMI Transmitter IC到Connector之间的Trace若过长，可以加一颗Re-Driver IC，透过可调整的EQ来补偿讯号的衰减。

电气测试眼图

FRL的电气特性测试和TMDS的程序不同，过往执行TMDS的电气特性测试时，Source Device只要可以正确读到EDID，就可以输出TMDS讯号，因此在测试过程中可以用Monitor来取代EDID emulator，但是Source在FRL测试除了要读到EDID外，还需通过一道Link Training程序，因此无法透过Monitor来仿真这道程序。为了协助各家厂商解决此痛点，百佳泰开发出一款SCDC/EDID emulator – AJSC-1，已将Link Training程序编写到Keysight和Tektronix的示波器软件中，此设备经过HDMI协会认可，可使用在FRL电气特性测试并实现自动化。AJSC-1也适用于TMDS电气特性测试，EDID内容可依照Source规格来编辑，省去寻找合适Monitor的时间。

AJSC-1测试模拟

测试必须能辨识！Source产品一定要认识的认证新规HF-EEODB

除了FRL之外，HDMI 2.1规格中也新增了HF-EEODB的EDID架构，HF-EEODB的全名是HDMI Forum EDID Extension Override Data Block，是用来取代Block Map。

随着CTA (Consumer Technology Association) SPEC的更新及HDMI可以支持更多的Video相关功能，2个 Block的EDID已不够用，需使用到3个Block，在HDMI 2.1 SPEC推出之前若要使用到3个Block的EDID，必须在Block 0之后加入一个Block 1当成Block Map，Block Map是用来指示Extension Block的数量，无法写入其他Video信息，因此当使用到Block Map时会有4个Block，但实际上能写入Video信息的只有3个Block，而HF-EEODB不同于Block Map，只需要在Block 1的Byte4到Byte6宣告有多少个Extension Block，因此在EEPROM的使用上，HF-EEODB确实可以节省一些空间。

对于Monitor厂商来说，可以自由选择要使用Block Map或HF-EEODB，但对于Source端产品来说，无法预期终端使用者使用的Monitor是Block Map或是HF-EEODB，因此在认证测试中两者皆必须能够被正确辨识才算通过认证。Block Map早已存在于HDMI 1.4b中，因此对于Source厂商来说不是问题，但新规格的HF-EEODB会是个挑战。

HF-EEODB的EDID架构

4K、8K使用规范三要求

接着我们来谈谈HDMI 2.1对于4K及8K的使用规范。HDMI 2.1 Spec对于4K@100/120Hz和8K@50/60Hz Video的使用有明确的规范，除了有限定的VIC外还有YCbCr4:2:0 和Color Depth 10 bit的要求。以4K@100Hz为例，假设有一台SOURCE支持4K@100Hz Video，就必须要支持CTA定义的VIC117及3840x2160P100 (16:9)，虽然说VIC119也是3840x2160P100，但比例是21:9，Source无法单独支持VIC119，若要支持VIC119必须同时支持VIC117。此规范是基于兼容性的考虑，倘若没有明确规范，假设有一台Monitor宣称可支持4K@100Hz、VIC117；另一台Source笔电则宣称支持4K@100Hz、VIC119，由于各自支持的4K@100Hz规格不同，当它们连接在一起的时候将无法显示4K@100Hz画面。除了VIC的限制外，4K@100Hz也需同时支持YCbCr4:2:0和Color Depth 10 bit，这一部分是各家厂商在设计产品规格时较容易忽略的。单纯以4K@100Hz加上YCbCR4:2:0的条件来看，Pixel Frequency是594MHz，旧有的TMDS带宽上限600MHz刚好可以支持，因此容易被误会HDMI TMDS device可以支持到4K@100Hz，但百佳泰温馨提醒，4K@100Hz还有一个必要条件是要同时支持Color Depth 10 bit，因此原先的带宽594MHz必须再乘上1.25倍，变成742.5MHz，这样就超过TMDS的带宽，必须要FRL才能支持。测试规格书针对上述的规范有定义出相关测项，目前在测试上较常遇到的状况是有些Source厂商误以为只要在CDF(Capability Declaration Forum)中宣告不支持VIC117即代表不支持4K@100Hz，但却忽略了在测试过程中有一个反向测试的步骤，测试设备的EDID须具备VIC117，倘若Source没有把VIC117的Video输出能力关掉，测试过程中Source就会输出VIC117，因此将被判为FAIL。
建议的解决方法是Source的行为必须与CDF一致，若Source只支持TMDS、无法支持4K@100Hz，除了在CDF中宣告不支持外，也必须把4K@100Hz的输出能力移除。

反向测试中 EDID输出应留意的对应分辨率

HDMI Forum目前除了致力于制订新功能之测试规格书外，针对既有的旧功能也持续在修改或新增步骤，比较明显的是新增反向确认的测试步骤。以YCbCr4:2:0测试为例，测试设备会在EDID的420 Video Data Block加入VIC96、 97等分辨率，以确认Source可以输出对应的YCbCr4:2:0 分辨率。接着进行反向测试，将EDID中的 Max_TMDS_Clock从原先的297MHz改成290MHz，以确认Source无法输出YCbCr4:2:0 分辨率，因为YCbCr4:2:0 分辨率的带宽为297MHz，1.4b Spec规范Source不得传输大于Sink Max_TMDS_Clock的分辨率，即便Source读到420 Video Data Block有对应的分辨率，也不得输出。另一个反向测试的例子是静态HDR，测试设备会在EDID的Colorimetry Data Block，byte 3宣告0x20或0xC0，确认Source可以输出对应的HDR讯号，接着进行反向测试，将byte 3 宣告为0，确认Source输出的讯号不支持HDR。

提前掌握HDMI认证测试内容取证快速过

目前HDMI 2.1 认证测试大约一季会更新一次测试内容，主要是新增一些Protocol测项，测试规范是来自于测试规格书CTS(Compliance Test Specification) 。虽然测试项目是来自于CTS，但CTS是源自于Generic Compliance Test Specification，为了加速取证时程、减少错误的产生，建议可以预先掌握Generic Compliance Test Specification的测试内容，随时注意HDMI协会公布之讯息。