CLK时钟频率与显示分辨率及帧率的关系

jane@2013

大神们能说说现在主流视频总线的CLK时钟频率与显示分辨率及帧率的关系吗？我先来分享一下mipi LCD 的CLK时钟频率与显示分辨率及帧率的关系

我们先来看一个公式：Mipiclock = [ (width+hsync+hfp+hbp) x (height+vsync+vfp+vbp) ] x(bus_width) x fps/ (lane_num)/2

即mipi 屏的传输时钟频率（CLKN,CLKP）等于(屏幕分辨率宽width+hsync+hfp+hbp)x ( 屏幕分辨率高height+vsync+vfp+vbp) x(RGB显示数据宽度) x 帧率/ (lane_num)/2

简单解释下：

      一帧画面需要的数据量为(单位bit)：FRAME_BIT = (屏幕有效显示宽度+hsync+hfp+hbp) x ( 屏幕有效显示高度+vsync+vfp+vbp) x(RGB显示数据宽度24)

     一秒钟内需要传输的数据量为(单位bps)：FRAME_BIT  x  fps（帧率）。

     那为何要除以lane_num----因为mipi通讯协议中，一个CLOCK几个lane是可以同时传输数据的。

     为何又要除以2----因为根据mipi通讯协议，CLK_N、CLK_P这两根时钟线的上升沿/下降沿可以获取到数据。

因此我们可以得出如下结论：

1.在相同的时钟频率下，lane数越多，则单位时间内可以传输的数据越多。若显示帧率固定不变，则可以支持的更大的分辨率；而分辨率固定不变的情况下，则我们可以考虑支持更高的帧率显示。

2.在lane数固定的情况下，提高传输的时钟频率，则单位时间内也可以传输更多的显示数据。进而我们可以考虑是提高帧率还是提高分辨率，或两者做出平衡。

那么我们是否可以任意无限制的提高mipi的传输时钟频率及lane数目呢？mipi通讯协议对此进行了限制，一组CLOCK最高只能支持4组lane,一组lane的传输速度最高只能支持到1 Gbps。也就是说一组CLOCK最高只能支持到4 Gbps速度传输。

此时就引出了一个新问题：4Gbps速度传输，是满足不了现在市场上推出的4K电视的带宽要求的，怎么办？答案是使用8组lane，使用两组clock来传输。

该LCD的分辨率为600 x 1024，帧率为57 HZ。

一帧图像的数据量为：FRAME_BIT=(600+24+100+60) x (1024+2+22+10) x(24)=19907328 bit

一秒钟的数据量为：19907328  x 57 = 1134.717696  Mbps

所需的mipi时钟频率为：1134717696/2(lane)/2= 283.679424 Mhz

一组lane的传输速度是：283.679424  x  2= 576.358848 Mbps

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% b  p9 x2 u# o! p6 {

jane@2013

1.数字信号可以并行传输，与传输总线位宽有关，总线宽度 X 时钟频率 = 数据传输速率
4 F3 f6 S. j2 T  e4 D0 j* w2.HDMI的每个source和sink之间有5个通道，其中3个数据通道，一个像素时钟通道，一个DDC通道。3个数据通道每个位宽为10bit，使用差分方式传输。像素时钟通道传输像素时钟，接收端依靠该时钟信号进行数据恢复。视频数据在TMDS数据通道之前是24bit位宽，其中每个通道是8bit，可以采用RGB，YCbCr444和YCbCr422格式，在进入到TMDS数据通道前出于DC均衡的目的被转换为10bit，而不是进行RGB到YCbCr转换。像素时钟可以是25MHz到165MHz，因此每个通道数据速率最高可以到1.65G。

从上面可以理解到，HDMI的差分时钟的速率没有数据的速率高。第十个bit对应一个时钟。接收端根据这个时钟再扩频10倍，来取数据。相当于并行传输，虽然只有一对数据线。面数据为什么转成10bit，是DC均衡还是为了提高色深。还不是很清楚。如果是1080P60的话，像素的频率1920*1080*60 ＝ 124.416Mhz 这个就是时钟频率，而一个时钟每通道的数据位是10bit，三个数据通道的频率应该是124.416*10 = 1.24416Ghz。
$ b8 W' Q( F- f0 B5 l7 I4 }/ t/ A
* R" c3 `  T  S& t1 O# G HDMI1.3与1.4的最高时钟 频率是340MHz，而HDMI1.0至1.2a则是165MHz。

jane@2013

个黑白像素和一个彩色像素分别占几个字节：取决于需要存储一个像素的多少信息，以及是否采用了压知缩技术。
, T: K0 W; ?' \如果是非黑即白的二值图像，不压缩的情况下一个像素只需要道1个bit。
如果是256种状态的灰度图像，不压缩的情况下一个像素需要8bit（1字节，256种状态）。
9 `- {: C! I  T  F, R+ Z+ t9 u9 C2 ?  p6 X如果用256种状态标识屏幕上某种颜色的灰度，而屏幕采用三基色红绿蓝（RGB），不压缩的情况下一个像素需要占用24bit（3字节），这个就是内常说的24位真彩色。
还有各种其他的存储方式，例如15bit、16bit、32bit
5 u! U. u0 }; M3 [如果考虑到压缩，情况容就更复杂了，是有损压缩还是无损压缩，具体采用哪种压缩算法，压缩参数参数设置等等都会影响到一个像素占用的存储空间。

jane@2013

电视机的每一个像素点都是由三种颜色的点组成， 也就是我们常常说的RGB三原色（红色，绿色，蓝色）要显示电视机的图像.我们需要三个颜色通过不同的显示组合不同的颜色。在HDMI信号中，RGB分成三个通道来传输，每一路信号用数字编码的方式来传输。在HDMI的1.3版中其最大色深48bit，48/3=16色深。也就是每一路通过一个16位编码 来实现。由于HDMI信号内部含有其他的信号，比如音频，我们需要在16位编码的前面加上一位编码来确认后面的信号类型，在一组信号结束的时候要加上一位编码来确认。所以这个视频编码其实是18位。

jane@2013

目前实际产品1080P使用一组lane,4K要用2组lane

jane@2013

以480*800分辨率，帧率Frame=60HZ来计算，按照WVGA显示分辨率，24bit图像，60F，理想状态下（不包含RGB信号前后肩宽），总传输速率最小为：480*800*8bit*3*60HZ/1024/1024=527.3Mbps

jane@2013

纠正笔误，目前实际产品1080P使用4组lane,4K要用8组lane

海星karie

了解了，学习了

12929

学习学习,谢谢分享资料

jane@2013

HDMI信号4k60hz,CLOCK按照协议除以4，所以是148.5MHZ

jane@2013

HDMI的时钟
9 p! d: t: {( }' M8 t

jane@2013

4096*2160*8bit*3*60HZ/1024/1024=11.86Gbps

jane@2013

HDMI2.0像素时钟600MHZ，即最大带宽是：600MHZ*8bit(编码)*3（3个数据通道）=14Gbps

jane@2013

4K分辨率60Hz需要的带宽：
4096*2160*8bit*3*60HZ/1024/1024=11.86Gbps

jane@2013

那么在1.3版的视频传输带宽为124.416M*18=2.239G。我们通常会说的2.2G视频带宽由此而来。

jane@2013

这里的1个像素是有一个10位的二进位码组成，其中有8位是视频数据，2位是控制信号，HDMI的8位视频二进制码信号发出时先要经过一个8b/10b的编码器，将8位信号加上2位控制信号后发送，所以1个像素是由10位二进制码组成。
7 a, V- B" c6 H  H上面1080P的传输速率就可以理解为3对*148.5MHz*10位=4.455G/s ，这个就是HDMI的传输速率，对应的10.2G也就可以理解了，最高10.2G/S、每对3.4G/S、像素频宽340MHz