1. TMDS信号基础：HDMI/DVI接口标准概述、TMDS编码原理、直流平衡概念

各位同学好，我是老张。做FPGA视频接口这块有些年头了，今天咱们聊聊TMDS信号的基础。说实话，刚入行那会儿我也被这玩意儿搞得一头雾水，后来踩了不少坑才慢慢摸清楚门道。

先说说这两个接口的关系。DVI是Digital Visual Interface的缩写，最早是1999年由DDWG组织推出的。HDMI则是High-Definition Multimedia Interface，2002年才出来。说白了，HDMI就是在DVI基础上加了音频传输和更小的连接器。

我做过一个项目，客户要求同时支持DVI和HDMI输入。当时我就在想，能不能共用一套解码逻辑？答案是肯定的。因为它们的物理层都是TMDS，区别主要在协议层。嗯，这里要注意，DVI只有视频通道，HDMI多了音频和数据包通道。

核心要点：

TMDS全称是Transition Minimized Differential Signaling，翻译过来就是「最小化转换差分信号」。名字挺长，但核心思想很简单：减少信号跳变次数，降低电磁干扰。

为什么会这样？你想想看，如果原始数据里连续出现01010101这种模式，信号线就会不停地跳变，产生大量高频分量。TMDS编码就是要把8位数据变成10位，让跳变次数尽可能少。

编码过程分两步走：

我习惯用一张图来理解这个过程：

实战小技巧：

我在调试TMDS解码时，习惯先用逻辑分析仪抓一下原始10位数据。看看有没有连续的0000000000或1111111111出现。如果有，说明编码器可能有问题。正常TMDS信号里，连续相同位的长度不会超过5个。

直流平衡，英文叫DC Balance。这个概念在高速串行传输里特别重要。说白了，就是让信号的平均电平保持稳定，不偏向高电平也不偏向低电平。

为什么需要直流平衡？我举个例子。有一次我在做一块HDMI采集卡，发现画面时不时出现横纹。查了半天，原来是接收端的AC耦合电容在作怪。如果信号直流分量不平衡，电容就会慢慢充电，导致信号电平漂移，最终误码。

TMDS的直流平衡机制是这样的：

编码器内部维护一个计数器，叫running disparity。每发一个10位码字，就计算这个码字里1比0多几个（或者少几个），然后累加到计数器上。如果当前计数器为正，就选择让1变少的编码；如果为负，就选择让1变多的编码。这样来回调整，就能保证长期直流平衡。

注意：

我曾经遇到过一个坑：FPGA复位后，TMDS接收端的running disparity没有正确初始化。结果前几个像素的解码全是错的，画面顶部出现一条彩色条纹。后来我加了一个同步头检测逻辑，在检测到DE信号上升沿时强制复位disparity计数器，问题就解决了。

TMDS除了传视频数据，还要传控制信号和同步信号。这些都有固定的编码：

控制信号的编码很简单：

你看，控制信号的编码里0和1的数量差都是2，而且跳变次数很少。这就是TMDS设计的精妙之处——不管传什么数据，信号质量都有保障。

好了，TMDS信号基础就讲到这里。这些概念看着简单，但实际做项目时处处都能用上。下一节咱们聊聊怎么用FPGA实现TMDS解码器，到时候我会分享一些具体的Verilog代码和调试技巧。

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