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一种HDMI 8K100/120视频判断和输出的方法及装置
技术领域
本发明涉及8K100/120视频内容在HDMI(High Definition Media Interface)设备之间的传输应用，特别是一种HDMI 8K100/120视频判断和输出的方法，这个方法保证了8K100/120视频内容的传输通道能力匹配，同时把设备生产制造的复杂度最小化。
背景技术
现有的HDMI 8K100/120视频输出的方法及装置如图1所示，图1是一个典型的具备DSC能力的HDMI2.1系统图，它包含一个发送设备、一个接收设备和连接线，以实现信号的发送端功能和接收端功能。
发送端功能的处理顺序是：
a.预设名单，在系统初始化阶段匹配显示设备；
b.视频解码器，解码节目提供商提供的视频数据流，如：AVS3 8K100/120视频数据内容。
c.如果解压后的视频数据超出了HDMI的物理传输能力，则需把数据送到VESA DSC做浅压缩。DSC压缩需要在使能的情况下工作。
d.未编码HDMI协议模块，处理音视频和其它相关信号；
e.内容加密；
f.FRL/TMDS编码模块根据FRL/TMDS协议对数据进行编码；
g.SerDes(Serializer&De-serializer)封包FRL/TMDS数据流；
接收端功能和处理顺序：
a.EDID功能模块，在系统初始化阶段向源设备提供显示设备能力参数；
b.SerDes解包FRL/TMDS数据流；
c.FRL/TMDS解码模块根据FRL/TMDS协议对数据进行解码；
d.内容解密；
e.非编码协议模块处理音视频和其它数据；
f.VESA DSC解压显示数据，DSC可以按需选择工作；
g.视频处理模块后处理。
HDMI发送端源设备和接收端显示设备由HDMI线缆链接。
图5是表1：EDID数据结构表，如图5所示，表1是EDID数据结构表的一个示例，EDID数据结构表处于下游显示设备中，在HDMI发送和接收系统开始连接的初始化阶段使用。该表使用了2个模块，地址0x00-0x7F属于EDID基本模块，地址0x80-0xFF是CTA延伸模块。基本模块的前8个字节(地址0x00-0x07)是固定标识位，接下来的10个字节(地址0x08-0x11)是厂商及产品信息，详细罗列了生产厂商代号、产品代码、序列编号、生产时间。0x12-0x7D是EDID版本信息，还有各种显示参数、特性、时序、名称及范围描述。0x7E是扩展标识，用来指示从0x80开始有多少延伸模块，每个模块128字节。0xFF是校验位。
图6是表2：EDID的CTA延伸模块部分内容的一个示例，如图6所示，表2是EDID的CTA延伸模块部分内容的一个示例，里面罗列了CTA典型数据结构，包括Video Data Block(VDB),Audio Data Block(ADB),Speaker Allocation Data Block(SADB),Vendor-Specific Data Block(VSDB),Video Capability Data Block(VCDB),YCbCr 4:2:0VideoData Block(Y420 VDB),YCbCr 4:2:0 Capability Map Data Block(Y420 CMDB)等。
Video Data Block(VDB)是CTA(Consumer Technology Association)定义的一种数据结构，用来记录显示设备能够支持的若干视频格式，其Video Tag Code数值为2。8K100/120电视把8K100对应的视频格式编号(VIC 200和VIC 208)写入某一栏CTA ShortVideo Descriptor字节(比如字节2)，把8K120对应的视频格式编号(VIC 201和VIC 209)写入另一栏CTA Short Video Descriptor字节(比如字节3)。8K100/120电视肯定具有处理4K100/120视频格式的能力，4K100的视频格式编号(VIC 117和VIC 119)和4K120的视频格式编号(VIC 118和VIC 120)会列入其它CTA Short Descriptor字节中(比如字节1+L1)。
YCbCr 4:2:0Video Data Block(Y420 VDB)是CTA定义的一种数据结构，记录只能进行YCbCr 4:2:0处理的视频格式编号，其Extended Tag Code数值为7，其VideoCapabilities Ext.Tag数值为0x0E。如果电视只能使用YCbCr 4:2:0编码方式来处理8K100/120视频内容，但是可以使用4:4:4或者YCbCr 4:2:2编码方式处理4K100/120，那么8K100/120对应的视频格式编号会在Y420 VDB中陈列，但是4K100/120对应的视频格式编号不会。
YCbCr 4:2:0 Capability Map Data Block(Y420 CMDB)是CTA定义的一种数据结构，用来申明VDB中罗列的视频格式是否能够支持YCbCr 4:2:0，其Extended Tag Code数值为7，其Video Capabilities Ext.Tag数值为0x0F。如果能够YCbCr 4:2:0，相应的标识位为1，否则为0.
Vendor-Specific Data Block(VSDB)是CTA定义的一种特殊数据结构，内容由具备IEEE标志符(IEEE OUI)的机构自行定义，其Vendor-Specific Tag Code数值为3。HDMIForum定义了HF-VSDB，供HDMI设备使用。
表2仅罗列了部分常用的CTA数据结构。
图7是表3：HF-VSDB头标识表，如图7所示，表3是HF-VSDB头标识表。
图8是表4：HF-VSDB负载数据表，如图8所示，表4是HF-VSDB负载数据，其字节8-10定义了DSC解压缩能力参数。
上述这些数据结构的组合可以完整清晰地描述显示设备的能力，方便上游源设备在HDMI连接之后的能力匹配，从而达到最好的处理和显示效果。
AVS3已经在2019年定义了8K100/120视频格式解压缩编码标准，主要使用YCbCr4:2:0编码方式。其它解压缩标准组织，比如HEVC、AV1、VP9等，也在定义8K100/120视频格式解压缩编码标准，普遍使用YCbCr 4:2:0。
在中国的电视广播网络中，机顶盒是比较普遍的家庭接入设备。同时，机顶盒跟下游的电视通过HDMI线缆连接。
要把8K100/120视频内容从广电网的内容端送到电视并最终呈现给用户，传输链条的每一个节点都需要具备8K100/120的处理能力，比如，节目源的录制采编、视频压缩、内容分发、网络传输、机顶盒接收、视频解压缩、机顶盒到电视的HDMI高速传输、电视的视频处理及显示，否则，8K100/120视频内容的最后呈现得不到保证。
现有技术中，HDMI把8K100/120高速传输的部分定义得过于复杂，不利于AVS 8K生态的部署。
HDMI 2.1规定，因为8K100/120视频格式超过了HDMI 2.1 48Gbps的物理传输能力，无法使用非压缩原始传输，必须进行Display Stream Compression(DSC)压缩，才能通过HDMI线缆从上游设备传输给下游。
同时HDMI 2.1规定，针对8K100/120视频格式，上游设备必须具备DSC 4:4:4和DSCYCbCr 4:2:2(如果设备支持YCbCr 4:2:2)的能力。下游显示设备则不强制，换言之，HDMI2.1对8K100/120源端设备的要求是全规格，但是对下游显示设备的要求很低，8K120电视可以参照最低标准，只要能够支持DSC YCbCr 4:2:0就视为合规。
在实际使用中，并非所有的8K100/120源端设备都需要全规格，比如，AVS3 8K100/120在解压缩之后通常是以8K100/120 YCbCr 4:2:0像素编码方式呈现的，继续维持YCbCr4:2:0(或者升级到YCbCr 4:2:2)进行HDMI高速接口的视频传输非常合理。但是为了通过HDMI 2.1合规验证，设备必须要能把YCbCr 4:2:0先升级成为4:4:4，然后再进行DSC 4:4:4压缩传输。而这个DSC 4:4:4能力在视频播放的实际应用中是不需要的。根据用例分析，其一，视频内容一般不使用4:4:4编码传输；其二，HDMI并没有强制8K120电视具备8K100/120DSC 4:4:4的接收能力，电视不会主动增加产品复杂度。
现有的HDMI对视频类源端设备的过高要求，可能会不必要地把AVS3 8K100/120的系统设计复杂度增加50-100％，表现在硬件、软件、功耗等各个方面。比如，8K100/120 DSC4:2:0对应的源端设备在系统和软硬件上只需要4个并行处理通路(每个通路600MHz运行速率)，8个DSC片处理器，相应FRL速率为8Gbps；但是，8K100/120 DSC 4:4:4对应的源端设备需要8个并行处理通路(每个通路600MHz运行速率)，12个DSC片处理器，相应FRL的速率为10Gbps。这样的8K100/120 DSC 4:4:4全规格要求对于高端高性能游戏设备是合理的，但是对于普通视频类设备这个要求近于苛刻而且不产生效益，不利于视频类产品的开发或者这类产品的性价比优化，也不利于AVS 8K的生态部署，目前工业界缺乏解决该问题的方法。AVS之外的其它压缩格式，在8K生态部署上面同样存在这个问题。
有鉴于此，需要开发一种技术，在不过度增加AVS3 8K100/120视频系统复杂度的前提下，通过建立并维护设备预设名单及综合判断，让8K100/120视频流以DSC 4:2:0(或者4:2:2)编码方式从AVS机顶盒通过HDMI线缆传送给具备8K100/120能力的显视设备，最后以K100/120的视频格式显示播放。这种技术同样适用于使用其它解压缩标准的8K100/120视频系统。
发明内容
本发明的目的在于公开一种HDMI 8K100/120视频判断和输出的方法，该方法是在不过度增加AVS3 8K100/120视频系统复杂度的前提下，通过建立并维护设备预设名单及综合判断，让8K100/120视频流以DSC 4:2:0(或者4:2:2)编码方式从AVS机顶盒通过HDMI线缆传送给具备8K100/120能力的显视设备，最后以8K100/120的视频格式显示播放。这个发明方法同样适用于使用其它压缩格式的8K100/120视频系统。
本发明的另一目的在于公开一种HDMI 8K100/120视频判断和输出的装置。
实现本发明的具体实施方式是，一种HDMI 8K100/120视频判断和输出的方法，该方法包括如下步骤：
步骤一：连接设备；
步骤二：源设备送出+5V；
步骤三：显示设备返回HPD高电平；
步骤四：源设备读取EDID；
步骤五：源设备解析EDID并与预设名单匹配；
步骤六：源设备根据EDID判断显示设备能力；
步骤七：源设备根据上述能力判断设置软硬件参数并进行物理层训练；
步骤八：源设备传输视频内容；
步骤九：显示端解压缩以及其他信号处理和显示。
进一步，所说的步骤五源设备初步解析EDID内容并与预设名单匹配，主要包括位于EDID基本模块字段0x08-0x09的厂商名，位于0x0A-0x0B的产品代码，位于0x0C-0x0F的序列编号，和位于0x10-0x11的生产日期，之后按照伪代码流程进行预设名单匹配。
进一步，所说的步骤六源设备继续解析EDID内容并由此判断显示设备能力，解析过程包括多个数据结构，比如查看Video Data Block(VDB)的视频格式编码列表，了解显示设备支持哪些视频格式，其中是否包括8K100/120；查看YCC420 Video Data Block(YCC420VDB)列表，了解显示设备在哪些视频格式上支持YCbCr4:2:0；查看YCC420 Capability MapData Block(YCC420 CMDB)映射表，了解显示设备在所有视频格式中支持YCbCr 4:2:0的整体状态；查看Vendor Specific Data Block(VSDB)，了解显示设备的DSC能力参数。
如果厂商和产品信息与源端设备的预设名单匹配，并且数据结构表明显示设备具备8K100/120 DSC YCbCr 4:2:0或者YCbCr 4:2:2处理能力，那么源端设备可以决定输出8K100/120 DSC 4:2:0/4:2:2.如果厂商和产品信息与源端设备的预设名单无法匹配，或者数据结构表明显示设备不具备8K100/120 DSC YCbCr 4:2:0或者YCbCr 4:2:2处理能力，那么源端设备需要决定对8K100/120进行降级处理，比如降低分辨率(比如降到4K120)，或者降低刷新率(比如降到8K60)。
综上所述，针对实际使用场景不需要8K100/120 DSC 4:4:4的视频播放源端设备，比如AVS3 8K100/120播放器或机顶盒，本发明可以确保在实际使用时，8K100/120 DSC4:2:0(或者4:2:2)视频内容通过HDMI线缆传送给厂商、产品及处理能力都匹配的显示设备，进行8K100/120显示播放。
本发明有益效果是：
1、能够有效降低源端产品开发的复杂度，包括降低硬件、软件、系统、功耗和开发周期等等的复杂度。
2、本发明的HDMI 8K100/120视频判断和输出的方法实现了对HDMI8K100/120视频信号的预设匹配、能力判断和传输。
附图说明
图1是一个典型的具备DSC能力的HDMI2.1系统图；
图2是本发明方法的详细流程图；
图3是本发明方法的预设名单图；
图4是本发明方法的视频匹配流程图；
图5是表1：EDID数据结构表；
图6是表2：EDID的CTA延伸模块部分内容的一个示例；
图7是表3：HF-VSDB头标识表；
图8是表4：HF-VSDB负载数据表。
具体实施方式
以下结合附图，通过具体实施例，对本发明进行详细说明如下：图2是本发明一种HDMI 8K100/120视频判断和输出的方法详细流程图，如图所示，该一种HDMI 8K100/120视频判断和输出的方法包括9个步骤，这些步骤实现了本发明如何帮助HDMI源端设备对显示设备进行预设匹配和能力判断。
步骤一连接设备S1：源设备与显示设备通过HDMI线缆进行物理链接；
步骤二源设备送出+5V S2：源设备向显示设备送出+5V电压信号；
步骤三显示设备返回HPD高电平S3：显示设备在收到+5V信号后，开始启动，首先准备EDID内容，并在EDID准备好之后向源设备返回HPD高电平；
步骤四源设备读取EDID S4：接收端收到HPD高电平信号之后，开始通过DDC读取显示设备的EDID内容；
步骤五源设备解析EDID并与预设名单匹配S5：源设备对EDID内容进行解析，了解显示设备的整体能力，包括厂商/产品信息、Video Data Block(VDB),YCC420 Video DataBlock(YCC420 VDB),YCC420 Capability Map Data Block(YCC420 CMDB),VendorSpecific Data Block(VSDB)等。
图3是本发明方法的预设名单图；如图3所示，首先进行预设名单匹配；具体是：产品G1的产品信息为：厂商A、产品代码A1code和生产日期A1Y；产品G2的产品信息为：厂商A、产品代码A2code和生产日期A2Y；产品G3的产品信息为：厂商B、产品代码B1code和生产日期B1Y；产品G4的产品信息为：厂商C、产品代码C1code和生产日期C1Y；依次类推，预设名单中包含Gi个产品。
步骤六源设备根据EDID判断设备能力S6：源设备根据EDID判断显示设备能力综合各种条件，如图4所示，如果厂商/产品信息与源端设备的预设名单匹配，并且确认显示设备具备8K100/120 DSC YCbCr 4:2:0或者YCbCr 4:2:2处理能力，那么源端设备可以决定输出8K100/120 DSC 4:2:0/4:2:2.如果厂商/产品信息与源端设备的预设名单无法匹配，或者显示设备不具备8K100/120 DSC YCbCr 4:2:0或者YCbCr 4:2:2处理能力，那么源端设备需要决定对8K100/120进行降级处理，比如降低分辨率(比如降到4K120)，或者降低刷新率(比如降到8K60)。
步骤七源设备设置软硬件参数并进行物理层训练S7：源设备根据上述能力判断设置软硬件参数，并通过HDMI线缆与显示设备进行链接训练以确认物理能力，结论形成之后，源设备根据图1描述的功能，完成软硬件设置，包括压缩视频的接收和解码、DSC压缩及使能、编码前HDMI信号集成、内容加密、FRL或者TMDS编码、SerDes封装等。
步骤八源设备传输视频内容S8：设置就绪之后，源设备根据图1源端设备描述的功能，通过HDMI线缆向显示设备发送内容。比如广电网AVS3的8K100/120 500mbps压缩码流，在经过上述功能模块处理之后，成为使用DSC 8K120 4:2:0格式的视频内容，源设备实时使用4通道8Gpbs的FRL速率从源端设备的HDMI输出接口到显示设备的HDMI输入接口不间断匀速串行传输，吞吐量为32Gbps，传输可能附带音频及其它控制数据，传输内容可能使用HDCP(High Definition Content Protection)加密处理。
步骤九显示端解压缩以及其他信号处理和显示S9：显示设备在收到HDMI视频流之后根据图1显示端描述的功能，处理接收到的视频内容并完成显示。如果收到DSC8K100/1204:2:0视频内容，显示设备先进行SerDes解封，将串行数据进行边界定义并恢复成并行，之后进行FRL或者TMDS解码恢复像素字节信息，针对HDCP加密内容，需要解除HDCP加密以恢复HDMI信号，再拆分HDMI音频、视频及其它控制数据，针对YCbCr 4:2:0DSC压缩视频进行对应的YCbCr 4:2:0DSC解压缩。音频、视频和其它信号还需要后处理等，包括从YCbCr 4:2:0编码格式转成RGB 4:4:4，之后进行驱动及显示，8K120视频内容最后会以8K分辨率、120Hz或以上刷新率、RGB像素阵列呈现。
根据不同HDMI系统的复杂度，完成上述9个步骤的时间大概在200ms到2s之间，其中在步骤五源设备解析EDID并与预设名单匹配S5和步骤六源设备根据EDID判断设备能力S6为本发明方法的显著技术特征部分。
本发明的核心是源端设备建立预设名单并长期维护，针对预设名单内的显示设备，在EDID解析的过程中进行综合能力判断，从而决定源端设备是否开放8K100/120 DSC4:2:0/4:2:2输出功能，是否对8K100/120视频内容进行降级处理。
上游设备需要建立一个针对8K100/120视频格式的预设名单，罗列具有8K100/120DSC 4:2:2/4:2:0能力的下游设备，包括厂商和具体产品信息，如图3所示。这个预设名单可以植入在视频设备启动软件中，在能接收到8K100/120视频内容的前提下使用。
这个预设名单的长度有限，原因是在可以预见的未来，在8K生态部署中，8K100/120制式属于最高端，具备8K100/120 DSC 4:2:2/4:2:0能力的显示设备非常少，通常是电视厂商最高规格旗舰产品。这个预设名单需要长期维护，需要定期加入(或删除)符合(或不符合)预期的厂商和产品信息，但其维护相对容易，属于纯软件性质，在升级的时候完全可以后向兼容。
图4是本发明方法的视频匹配流程图，如图4所示，视频匹配流程图步骤是：
步骤一连接设备S1：判断是否收到8K100/120视频内容。如果是，进入步骤二S2；否则进入步骤六S6。
步骤二源设备送出+5V S2：进行EDID预设名单判断：确认下游厂商/产品代码与预设名单某项是否能够成功匹配。如果是，进入步骤三S3；否则进入步骤六S6。
步骤三显示设备返回HPD高电平S3：进行EDID能力判断：
是否同时支持8K100/120及DSC 1.2a？
是否支持YCbCr 4:2:0(4:2:2)？
DSC片处理器数目是否大于或者等于8？
DSC FRL速率是否大于或者等于8Gbps(10Gbps)？
如果全部确认，进入步骤四S4；否则进入步骤六S6。
步骤四源设备读取EDID S4：进行其它EDID解析，包括视频、音频、扬声器、厂商特定数据结构等等，之后进入步骤五S5；
步骤五源设备解析EDID并与预设名单匹配S5：进行源端设备配置并输出8K100/120 DSC 4:2:0(4:2:2)内容。
步骤六源设备根据EDID判断设备能力S6：寻找8K100/120以下可支持格式及其它EDID解析，类似步骤四S4。
步骤七源设备设置软硬件参数并进行物理层训练S7：进行源端设备配置并输出8K100/120以下内容，类似步骤五S5。
通过上述七个步骤，如果下游显示设备的厂商/产品信息与预设名单中某一个产品型号完全匹配，同时HF-SCDB负载数据及相关数据结构表明其具备8K100/120 DSC 4:2:0处理能力，那么在通过链接训练之后，上游源端设备可以配置并启动8K100/120 DSC 4:2:0的输出。同理，如果HF-SCDB负载数据和相关数据结构共同表明显示设备具备8K100/120DSC 4:2:2处理能力，那么在通过链接训练之后，上游源端设备可以配置并启动8K100/120DSC 4:2:2的输出。
实施例1：与预设名单成功匹配，8K100/120端到端视频播放
假定AVS机顶盒收到AVS3码流并解出8K100/120 4:2:0视频内容，假定机顶盒预设名单列表有2项：
1.厂商：三星；产品型号：QTV80E；出产日期：2020年；
2.厂商：夏普；产品型号：LTV75W；出产日期：2020年；
当下游显示设备跟机顶盒对接之后，机顶盒对显示设备首先进行预设名单匹配。如果显示设备的EDID表明，该设备是2020年出产的三星QTV80E，成功匹配预设名单第一项，则继续进行8K100/120能力检验。
如果EDID通过VDB,VCDB,Y420 VDB,Y420 CMDB,VSDB等数据结构表明，该设备支持8K100/120,支持DSC1.2a,支持YCbCr 4:2:0,支持DSC 4:2:0,具备8个片处理器，DSC FRL支持8Gps速率，那么判定该设备具备8K100/120 DSC 4:2:0能力。
接下来对显示设备进行其它能力解析，包括视频、音频、扬声器等等，同时进行链接层物理训练，以进一步判断显示设备的综合能力。
在确定线缆和显示设备能够接收并处理8K100/120视频内容及具备相关能力之后，源端设备配置相关功能模块并输出8K100/120 DSC 4:2:0.
实施例2：与预设名单不能匹配，8K100/120视频内容降级播放
假定AVS机顶盒收到AVS3码流并解出8K100/120 4:2:0视频内容，假定机顶盒预设名单列表有2项：
1.厂商：三星；产品型号：QTV80E；出产日期：2020年；
2.厂商：夏普；产品型号：LTV75W；出产日期：2020年；
当下游显示设备跟机顶盒对接之后，机顶盒对显示设备首先进行预设名单匹配。如果显示设备的EDID表明，该设备是2020年出产的Astro测试设备M41H，无法匹配预设名单任何一项，则放弃进行8K100/120，转而进行8K100/120以下能力判断。
如果EDID通过VDB,VCDB,Y420 VDB,Y420 CMDB,VSDB等数据结构表明，该设备在8K100/120以下，优先支持8K50/60，支持DSC1.2a,支持YCbCr 4:2:2,不支持DSC 4:2:0,具备12个DSC片处理器，DSC FRL可以使用10Gbps速率，那么判定该设备具备8K50/60DSC 4:2:2能力。
接下来对显示设备进行其它能力解析，包括视频、音频、扬声器等等，同时进行链接层物理训练，以进一步判断显示设备的综合能力。
在确定线缆和显示设备能够接收并处理8K50/60DSC 4:2:2视频内容及具备相关能力之后，源端设备将接收到的8K100/120视频内容转换成8K50/60视频格式，配置相关功能模块并输出8K50/60DSC 4:2:2.
具体实现伪代码如下：
需要注意的是，本申请公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。
本发明中使用技术术语的英文缩写的含义及中文对照：
HDMI(High Definition Media Interface)：高清音视频接口
TMDS(Transmission Minimized Differential Signal)：传输差分信号
FRL(Fixed Rate Link)：固定速率连接
VESA(Video Electronics Standard Association)：视频电子标准协会
DSC(Display Stream Compression)：一种数字视频流压缩算法
DDC(Display Data Channel)：HDMI收发端通信通道
HPD(Hot Plug Detect)：热拔插检测
EDID(Extended Display Identification Data)：扩展显示表示数据
AVS3：中国第三代数字音视频编解码标准
VDB(Video Data Block):视频数据结构
ADB(Audio Data Block)：音频数据结构
SADB(Speaker Allocation Data Block)：扬声器分配数据结构
VSDB(Vendor-Specific Data Block):厂商特定数据结构
VCDB(Video Capability Data Block):视频能力数据结构
Y420 VDB(YCbCr 4:2:0):YCbCr 4:2:0数据结构
Y420 CMDB(Y420 Capability Map Data Block):YCbCr 4:2:0能力映射数据结构
HDCP(High Definition Content Protection):高清内容保护
CTA(Consumer Technology Association)：消费者技术协会
