HDMI和DVI的HDCP握手问题分析及其解决方案精粹

admin

随着越来越多的1080p显示器、8通道192KHz音响系统和高清晰A/V源的步入市场，消费者正一致转向采用HDMI和DVI非压缩数字A/V接口。为什么？因为在许多情况下，这些接口是获得受保护内容并沿着长长的信号链维持原始图像品质的唯一手段。
        但是，这种转变尚面临一些限制。HDMI和DVI与一种高清晰内容保护(HDCP)系统共生于一体，有时侯它会让经授权消费者什么都看不到，面对的屏幕是空白、闪烁的视频或雪花点，当出现这种缺陷的时候，消费者就变成了“HDCP握手问题”的受害者。
        在本文中，我们将回顾围绕这个难题的关键问题，并向你介绍一些规则和工具，它们有助于解决HDMI和DVI设计过程中面临的问题。
基础知识
        HDMI和DVI两者都是HDCP接口。在通往演示设备的路径上，当数据在HDCP发送器和HDCP接收器之间传输时，HDCP接口保护高价值的内容。HDCP涉及超越本文范围的法律问题，所以，在你的设计最终定型之前，你应该咨询你们公司的法律部。对于这个问题的讨论，我们把纷繁复杂的所有法律要求归结为三个基本规则：
1. 当被告知要这么做的时候，HDCP接口加密高价值的内容。在蓝光和HD DVD播放机中，不论内容图像约束标记(ICT标记)是否为真，内容都是被加密的。一旦完成加密，该内容就被称为“HDCP内容”。
2. HDCP内容在抵达演示设备之前，必须处于加密状态。在HDCP授权协议的Exhibit C中概要说明了唯一的例外。Exhibit C放松了该规则对音频、临时缓冲、转发器解密/二次解密及演示设备处理，如缩放等情况的要求。目前的HDCP授权协议假设采用有线的点对点的路由，所以，对于现在需要基于LAN或无线接口的联网A/V产品，如数字放大的扬声器和视频墙等等来说，要等待DCP LLC推出新的协议，才容许采用了诸如AES-128和AES-256这样的加密方法的HDCP内容在“专用接口”上传输。
3. HDCP接口容许未经保护的非HDCP内容不经加密地通过。
寻找问题所在
        最近，通过对现有产品的调查显示，大多数HDCP问题都有简单的成因，但是，解决这样的问题并不总是轻而易举的。如果你不具备检测根本成因所需要的专用工具的话，HDCP握手问题将非常令人困惑。假设你拥有合适的工具，下面罗列了一些要回避的问题以及要遵循的指南：
        HDCP发送器问题——将对一切内容进行加密，而不论其是高价值的HDCP内容，还是未经保护的内容。这些源端设备在非HDCP接收器上不会显示任何信息，即使被播放的材料是一份未经保护的家庭制作的DVD。
1. 忽视接收端电源周期(从开机到关机构成一个电源周期)、热插拔或重新连接的源端产品。
        这些源端产品通常需要消费者去断开并重新连接一跟电缆或电源周期设备以触发二次授权。有时侯，一切都不能工作。当把源端连接到转发器的时候，热插拔变得更为重要，因为接收端的所有的下行数据流变化都必须被告知源端的上行数据流。要确保你的产品能够检测所有重要的HDCP接收设备的状态及电缆连接的变化。此外，即使持续时间只有最小的100ms，也要确保你的产品能够检测所有的热插拔，并让你的源端及时对热插拔作出响应。当检测到热插拔的时候，要立即中断现有的显示数据通道(DDC)任务并启动一次新的HDCP握手。
2. 数据传输太快可能导致闪烁的视频。
        当你的HDMI发送器驱动一个HDMI接收器的时候，要在改变信号时序的前后分别对所传输的音视频数据进行“MUTE(禁止发送)”和“UN-MUTE(容许发送)”处理。在你解除MUTE之前，要容许HDMI接收器有时间检测MUTE并处理时序的变化。DVI源端必须停止传输并在信号时序稳定且接收器已经有时间恢复之后才进行二次授权。在大多数接收端中的HDCP电路需要稳定的时序以完全地发挥作用。
3. 确信你的HDMI HDCP发送器能够检测和驱动一个DVI HDCP接收器。
        要注意在Bcaps寄存器中的HDMI性能并在必要时把HDMI发送器切换到DVI模式。此外，当你读取接收端的EDID时，要寻找HDMI供应商的专用数据模块(VSPD)。如果你无法找到，要把你的HDMI发送器切换到DVI模式。
4. 要支持转发器。
        越来越多的消费者在他们的源端和演示产品之间插入A/V 接收器(AVR)。不幸的是，并不是所有的源端产品都支持转发器；对于那些不支持转发器的产品，如果插入转发器的话，就可能造成系统停止工作。在这种情况下，人们常常会怪罪于无辜的转发器制造商。
5. 不要把HDCP内容传输到非HDCP或无效的HDCP接收器。
        在第一种情况下，你的消费者可能看到的是一片雪花点；在第二种情况下，你将损坏HDCP更新系统的性能。
6. 不要传输未经解密的HDCP内容。
        这会导致内容被盗，并引发潜在的法律问题。
HDCP接收器问题
1. 如果你的接收端配备一台HDMI HDCP接收器，要确保它能够与DVI HDCP 发送器互操作。
2. 不要认为所有的HDMI发送器都支持HDCP。要确保你的接收端能够配合不支持HDCP的HDMI发送器的工作。
3. 要确保你的HDCP Ri寄存器支持长时间和短时间的读取操作。大多数源端都做长时间的读取操作，但是，你的接收端可能会遇到一种性能经调整的源端，因此，需要用短的时间来读取你的HDCP Ri寄存器。
HDCP转发器问题
        转发器可能是最难以设计的产品，这是因为目前难以找到一种完全符合HDCP要求的转发器。符合要求的转发器是存在的，但是，我们通常所找到的转发器的符合性参差不齐，范围跨越“危险”到“近乎完美”。
        存在最严重问题的转发器就是忘记对HDCP内容进行二次加密。其它的转发器则是忘记把热插拔信息告知上游设备，这种行为可能导致信号的损失，特别是当在各种输入之间切换的时候。
        因为源端设备不需要支持转发器，所以，目前市场上的大多数转发器都故意地把他们的转发器位错误和伪装设置为非输出演示设备。那些宣称它们就是这样设置的转发器，有时却忘记把所有下游的BKSV传递给上游的设备，所以，它们不能核对系统的可更新性消息(SRM)。此外，当条件有保证时，它们有时还忘记显示MAX_DEVS_EXCEEDED 或MAX_CASCADE_EXCEEDED，结果是再次危及了系统的HDCP可更新性。
        要设计一个转发器设置位为“真”的符合要求的转发器，就要确保你的设计是符合要求并且是鲁棒的。为此，你必须进行严格的测试。下面是要注意的一些其它问题：
1. 对于存在多种格式切换的源端和热插拔生成的接收端的情况，要确保你的转发器工作正常。
2. 不要向“隐性”接收器传输HDCP内容；所有下游BKSV都应该是对上游设备透明的。
3. 不要向单独工作的非HDCP(或无效HDCP)接收器或与一个HDCP接收器并联的分支器传输HDCP内容。
4. 不要对来自非HDCP源的非HDCP内容进行加密。
5. 对于每一个转发器设置，都要重复一次电源打开和关闭的周期，并确信你的系统得到恢复。
6. 在你的转发器从一个源端切换到另外一个源端(所用的时间不同)并返回之后，要确信HDCP得到了恢复。
7. 要确信你的转发器检测到所有的热插拔动作把它告知上游的设备，即使该热插拔信号仅仅持续了几百毫秒。
8. 当接收未加密和二次发送的HDCP内容时，要确信二次发送的HDCP内容被二次加密。如果HDCP内容在另外一个接口上二次传输，要确保根据上述“基础知识”一节中的规则2用同样鲁棒的加密方法对二次传输进行保护。例如，如果你要解密、扩展、压缩并通过一条LAN把受保护的内容发送到一台显示设备，那么，该内容要在这个过程的每一个步骤都加密。
9. 当利用从下游EDID提取的数据来构建一个时序列表时，要确信你的列表足够大。近来在CEA-861标准中的变化使接收端设备能够支持861标准中列出的所有时序。
通用的测试指南
        当测试HDCP时，要首先测试最高的像素率格式(即1080p60)。要确信在格式变化和热插拔之后恢复HDCP。永远要记住：符合性(compliance)不等于互操作性(interoperability)。正如我们在转发器的情况下所看到的那样，符合性对互操作性有负作用。
我们所面临的挑战
        从历史的角度看，大多HDCP握手问题都可以被追溯到缺失的基础架构。对于任何新技术来说，经同等检查的测试设备和认证程序都是至关重要的。不幸的是，在HDCP的情形下，这些都来得太迟。因此，目前现场中的大多数产品都是不符合HDCP要求并存在互操作性问题。
将来的发展方向
        Quantum Data与其它业界公司一道努力以解决这个问题，其目标是实现符合性以及具备互操作能力的符合HDCP要求的设备。
        去年，DCP发布了一个补充文件及符合性测试标准。HDCP符合性目前依赖于自我控制，所以，只会提供信息，而不会颁发证书。DCP已经建立了一个测试实验室，在那里可以获得HDCP许可证并利用一套真实的产品来测试互操作性。
本文小结
        松下公司已经开发了HDMI授权测试中心进行HDCP符合性测试所需要的一套工具。
        Quantum Data用两种不同的解决方案跟进，包括把HDCP诊断和符合性测试功能移植带现有的视频测试仪器上，从而帮助设计工程师阻止不符合HDCP要求的设计进入市场，并创新工具以帮助安装公司隔离已经在现场的老产品所带来的问题。
        研究人员已经利用Quantum Data和松下公司的工具来对现有的产品进行大范围的调查，他们的调查结果有助于建立本文中所讨论的最佳设计实践的列表。研究人员还发现并校正了测试设备及HDCP符合性测试标准中存在的弱点。
        整个行业的协作仅仅是开端，将来的设计都要遵循符合性及互操作性的要求。到那个时候，了解各种问题并懂得如何解决这些问题才会取得最佳的实效。
关于作者
Mark Stockfisch在视频显示行业拥有30年的工作经验，目前担任Quantum Data公司的首席技术官。该公司所发明和制造的测试设备被用于识别并帮助解决音视频产品之间所存在的互操作性问题。所有主要的消费电子制造商都采用Quantum Data公司的测试设备。Mark的职业生涯发端于摩托罗拉显示系统(Motorola Display Systems)公司，在那里他开发了视频信号发生器、视频分配系统以及用于提取偏转磁头及CRT特征的各种系统，这些设备是实现高清晰计算机显示器制造业务所必需的。Mark是VESA、IEEE、SID、AES和CEA的成员。他是CEA的R4.8 WG7 工作组的联执主席，负责CEA-861未压缩A/V接口标准的研究。此外，Mark是DDWG DVI符合性和互通性工作组的前主席。你可以通过电子邮件 mstockfisch@quantumdata.com与他联系。