手机接口成大统 MHL深入解析及展望

MHL工作原理

前面我们说了，HDMI用了4组TMDS信道传输影音数据。其中3组分别传输RGB信号，另一组传输时钟信号。时钟信号是干什么用的？我们知道所有的数字电路都需要一个时钟信号来触发各种逻辑单元工作，并让它们在统一的工作节奏下一步一步进行信号处理。端午龙舟比赛中，龙舟上的鼓手就是时钟信号发生器。HDMI总线上的时钟频率通常是信号速率的1/10，早期的时钟频率高为165MHz，在HDMI 1.3和1.4中提高到了340MHz，这就意味着3对TMDS信道上传输的数据速率高可以达到3.4Gb/s。

和HDMI奢华的19pin阵容不同，MHL只有5pin。标准HDMI接口中的三对TMDS信道在MH L中被缩减到一对，还有1pin相当于把TMDS、DDC、CEC结合起来成为一条C-BUS控制总线，可以实现对互联设备的联动操作，这样便完成了等效于HDMI的高清传输“大业”，其功耗只有50～80mW。还有两只脚呢？供电。这样，MHL仅用了5只引脚，就实现了在传输数据的同时为手机充电的神奇功能，因此利用手机的Micro USB接口完全是名正言顺。说起来倒是容易，但由于MHL只使用一对TMDS信道，这就需要解决两个问题：

一是RGB信号必须在一对TMDS信道上传输，意味着数据传输速率需要达到时钟频率的30倍。受TMDS高传输速率的限制，MHL能够支持的高分辨率和色彩空间相对于标准HDMI都会有所下降。

二是既然不再有单独的TMDS信道传输时钟信号，就必须通过其他方式传输。于是MHL采用了TM DS的共模信号进行传输，类似于HDMI 1.4中的HEAC（以太网和音频回传通道）。按照相关规范要求，24bit色彩模式下，MHL的时钟频率为25～75MHz，足够支持720p或1080i的分辨率。

MHL规范还定义了一个C-BUS控制总线。C-BUS是个点到点的双向的单线连接，工作电压为1.8V，速率为1Mb/s。在设备上电阶段，Source会通过Sink设备在C-BUS的下拉电阻检测到Sink设备的插入，并通过C-BUS读取Sink设备的EDID信息以确定合适的分辨率输出。除此以外，C-BUS还可以用于内容保护以及对Sink设备进行配置等。

共用USB口的工作原理

手机上的Micro USB接口兼具着充电和与PC数据交换的重任，连接电脑时你可以边充电边查看手机文件。但如果还需要加入MHL支持，就必须进行一点改造。首先手机CPU输出H DMI信号，经MHL Transmitter转换成一对TMDS信道，这样就具备了利用Micro USB的两根数据通道进行传输的条件。但要让MHL与其他功能不相互干扰，还需要一个开关进行功能切换。这个开关由MHL Transmitter芯片内部的Switch Control模块进行控制。

手机怎样知道插入的信号线是USB线还是MHL线？这就要利用Micro USB的第4pin即ID脚。默认状态下CBUS_ID有上拉电阻，使ID脚保持高电平，USB ID Switch默认接通USB，此时就当M H L不存在。当手机连接PC时，ID脚也保持高电平，Micro USB接口保持原来的功能。

MHL Transmitter IC内部框图

USB模式和MHL模式下，USB ID Switch的连通状态。

MHL 3.0的工作流程

MHL 3.0的生态圈

当手机插入OTG线时，CBUS_ID的电平会被拉低，MHL芯片发出中断信号给CPU，SwitchControl通过读取MHL寄存器，判断出CBUS_ID的下拉电阻并非1kΩ，此时USB ID Switch仍然保持接通USB功能，设备工作在USB模式。

当手机插入MHL设备时，CBUS_ID会有1kΩ的下拉电阻，MHL芯片给CPU一个中断信号。Switch Control读寄存器判断CBUS_ID下拉电阻确实为1kΩ，然后会开始握手过程确认所接的是否为MHL设备，握手成功后USB ID Switch就会切换到MHL一侧，设备工作在MHL模式。当然，如果握手不成功，USB ID Switch会仍然停在USB一侧。

话说到这里也许各位会觉得是不是规定了MHL=Micro USB，其实不然。移动设备实现MHL功能，只需要内部芯片支持MHL即可。至于影音信号从哪里出来，MH L联盟根本就不关心，只要这个接口能够提供MHL工作所需的5个引脚，它就能被设计为以MHL标准传输影音数据，同时给设备充电。换句话说，要是你的耳机接口能提供5个引脚，你同样可以通过耳机接口输出MHL—比如以前诺基亚、三星等厂商特别爱用的音频和充电一体的非主流耳机接口。但大家使用MHL的目的就是为了共用Micro USB节约成本。此外，不论设备是使用Micro USB 2.0或是3.0接口，对MHL都没有影响。Micro USB 3.0只是在原来5pin的基础上加入了新的引脚，原有的引脚功能并未改变。

为了配合MHL 3.0，矽映公司也发布了一系列的IC提供解决方案。其中SiI8620是MHL 3.0 Transmitter IC，可与新一代支持4K超高清分辨率的移动应用处理器配合工作；SiI9394是MHL 3.0-to-HDMI 2.0 桥接IC，能够支持与早前的HDMI 1.x和新一代HDMI 2.0显示设备之间的连接。两者结合，通过矽映的增强版媒体数据传输（MDT）技术对4K超高清分辨率视频和USB数据进行同步传输。MDT技术利用MHL 3.0规范中定义的高速数据通道来同步传输超高清视频和数据，不仅支持USB，还支持触摸屏、键盘和鼠标。这些产品还采用了新的HDCP 2.2加密标准用以保护高价值内容传送，并向下兼容此前的MHL 1.0、2.0和HDCP 1.x标准。

什么是HDCP？

HDCP（High-bandwidth Digital Content Protection）：它是一种高带宽数字内容保护技术。在高清电视时代下，为了能够适应高清电视的高带宽信号传输，所以出现了HDMI。我们知道HDMI是一种高清数字接口标准，它可以提供很高的带宽，无损地传输数字视频和音频信号。为了保证HDMI或者DVI传输的高清晰信号不会被非法录制，所以就出现了HDCP技术。HDCP技术规范由Intel领头完成，当有用户进行非法复制时，该技术会进行干扰，降低复制出来的影像的质量，从而对内容进行保护。简单地说，HDCP其实就是一种反盗版技术。

非法播放时，系统可能就会弹出警告提示。