1 引言
從入門高清消費電子級產品到高端家庭影院系統，包括電視，機頂盒，DVD播放機和A/V接收器，HDMI（High-Definition Multimedia Interface）接口快速地在消費者中普及，圖1為HDMI應用實例。HDMI是一個非常成功的標準，超過850個設備制造商采用HDMI標準，預計2010年會有10億臺DHMI設備投放市場。最新版本的HDMI標準是HDMI1.4，是2009年6月通過的。本文重點是介紹HDMI1.4基礎技術及測試需求。
圖1 HDMI應用實例
HDMI1.4協議規定，HDMI連接器通過一線對（即為HEAC+和HEAC-）融合了以太網通道和音頻回傳通道，使得一根雙絞線可以只攜帶以太網、語音或兩者同時攜帶。很早在HDMI兼容測試標準補充2（HDMI Compliance Test Specification，Supplement 2）中，就已經定義了以太網和音頻回傳通道的測試，即HEAC（HDMI Ethernet and Audio Return Channel）。本文著重介紹HDMI1.4第八章節有關網絡測試的內容。
HDMI以太網通道（HEC）是把以太網集成在HDMI里，避免使用單獨的線纜和連接器，減少了制造商成本，簡化了用戶家庭網絡。HDMI1.4規定，HEC采用802.3以太網標準，特別是參照100Base-TX標準，表1列舉了HDMI和802.3的幾點不同之處。
表1 以太網和HDMI HEC的差別
除了物理層的區別以外，在以太網的方式使用通道之前，HEC需要一個初始化過程，這個初始化過程叫做能力發現和控制（CDC，Cpability Discovery and Control）HEC設備必須通過符合協議規范的測試，本文主要介紹HDMI-HEC技術和測試需求。
2 HDMI-HEC基礎技術
2.1 解決環路問題
為了解決網絡環路問題，HDMI1.4借鑒了最小生成樹協議STP（Spanning Tee Protocol）來解決此問題。最小生成樹簡化網絡拓撲，形成樹狀拓撲，因此從網絡中的一個節點到另外任何一個節點都只有一條途徑。圖2為最簡單的HEC網絡，構成一個最基本的最小生成樹。
圖2 最基本的最小生成樹
如果網絡節點a成為根節點，就需要去使能節點b和節點c之間的鏈路，消除潛在的網絡環路。網絡之間的節點通信是用STP協議，或RSTP協議（Rpid Sanning Tee Potocol）。IEEE802.1w定義了RSTP協議，它是對原有STP的一個改進，減少了聚斂時間，STP的聚斂時間是30~0s，STP的聚斂時間只有6s。RSTP節點之間的通信是使3橋協議數據單元BPDU（Uses Bridge Protocol Data Units），當某條鏈路出現故障，RSTP可以把一條去使能的鏈路轉變為轉發模式，使整網的各節點可達。如圖3所示，如果節點a和節點c之間的鏈路出現故障，將使能節點b和節點c之間的鏈路。
圖3 最小生成樹發現過程
HDMI1.4測試規范要求HDMI設備可以在HEC上正確轉發BPDU幀，用RSTP協議取消網絡環路。
2.2 隊列控制 （Queue Control）
希望HEC網絡中的設備可以區分流量的優先級，對時間敏感的應用流量，例如在線游戲，視頻，VoIP應該比文件下載的流量的優先級高。在HEC網絡，通過使用VALN（Virtual Lcal Aea Ntwork）區分流量優先級。圖4和圖5說明了這個過程。
圖4 插入了VLAN TAG的以太網幀
圖5 VLAN TAG的結構
HEC規范規定在網絡里至少支持4個隊列。我們需要測試用VLAN TAG區分不同流量的優先級，并確保HEC設備在網絡發生擁塞時，不丟失高優先級的流量。進一步的測試還需要驗證VLAN TAG值通過HEC網絡是不變化的。
2.3 流行的網絡技術
HEC之所以重要和流行，是因為它在家庭網絡中具有競爭優勢。第一是被機頂盒生產廠商、游戲提供商和集中多媒體的PC提供商所推動，可以在這些設備上提供互聯網終端。第二是被電視生產廠商推動，他們在不斷尋求新的功能。一個明顯的機會是在電視范圍內增加全面的網絡功能，提供全面的網絡能力，例如統一即插即用UPnP（Universal Plug and Play）、數字生活網絡聯盟DLNA（Digital Living Network Alliance）和LiquidHD。
UPnP是一套完整的協議，使家庭網絡中的設備可以無縫相互連接。UPnP協議包括6個重要功能：尋址、發現、描述、控制、事件觸發和展示。
DLNA即在家庭內外建立一個集中管理個人電腦（PC）、家電（CE）和移動電子設備的互操作性網絡，創造一個能夠共享和發展全新數字媒體和內容服務的無縫環境。DLNA標準定義了四種主要的產品類型，即Digital Media Server（DMS），Digital Media Player（DMP），Digital MediaController（DMC）和Digital Media Printer（DMPr）。
LiquidHD這項新型個人娛樂技術可將電視、消費電子設備、個人電腦、便攜媒體設備以及家庭影院快速、簡便地連接成一個無縫網絡，讓身處網絡中的消費者能在家里任何一臺采用LiquidHD技術的顯示器上盡享任何一個來源設備上的數字內容。目前，消費者只能在電視上觀看多媒體內容，數碼攝像機、機頂盒、DVD/藍光光盤（Blu-ray Disc?）播放器或游戲機與電視直接相連。有了LiquidHD技術，消費者能夠在家里隨心所欲地觀看，他們可以先暫停客廳電視上正在播放的電影、電視節目或視頻游戲，然后按一下遙控器按鈕，就可以在另一臺電視或筆記本電腦上接著觀看。LiquidHD可以使用各種物理介質，其中包括HDMI，Ethernet，同軸電纜和輸電線。
3 IXIA HDMI測試解決方案
HDMI協議標準是由技術創始廠家（Sony，Phillips，Silicon Image，Panasonic，Hitachi，Thomson and Toshiba）研發出來的，這些創始廠家建立了授權測試中心ATC（Authorized Testing Centers），生產廠家必須通過認證測試才能使用HDMI標志。全世界有7個授權測試中心ATC，它們分別分布在Sony（日本），Panasonic（日本），Phillips（印度和法國），Silicon Image（中國（2個ATC）和美國）。
生產廠家必須按照測試標準CTS（Compliance Test Specification）進行測試，然后提交到ATC做協議一致性測試。IXIA與Sony公司合作，制定了CTS標準，在CTS中IxN2X是測試以太網通道（HEC）的惟一測試設備。IxN2X執行測試例來驗證CTS，測試場景如下：
（1）Packet Filtering/Forwarding。
（2）Forwarding of BPDU。
（3）RSTP Functionality。
（4）Queue Control。
（5）Unchanged Priority Tag Value。
IxN2X測試環境配置如圖6所示。
圖6 IxN2X測試環境配置
IxN2X提供轉換器（見圖7）一端是HDMI接口，一端是以太網接口。HDMI的初始過程可以通過外置的CEC/CDC控制器或借助可選的EEPROM實現，SPDIF同時使能音頻回傳通道（與HDMI信號的方向相反）。
圖7 IxN2X HDMI轉換器
以包過濾和轉發測試為例，介紹HDMI CTS測試過程，測試配置和測試流程可參考圖8所示。測試步驟如下：
圖8 包過濾和轉發測試
●連接和配置測試端口。
●以很高的流量速率，從所有端口同時發送1s流量，向過濾數據庫注冊源MAC地址；
●以100，000frames/s的速率從所有端口發送10×106個64字節長度的包。Port1向Port2發包；Port2向Port3發包；Port3向Port1發包。
●在所有測試端口統計接收的包數。
●在測試端口1，按以下規則驗證。其中，criteria #1 = 100 assuming 10×10-6packet error rate；criteria #2 =2。
——在port3上接收的包數-從port3上發送的報數≤criteria #1。
——在Port2上接收的包數≤criteria #2。
——在Port1上接收的包數≤criteria #2。
●如果DUT的端口數＞3個，可以輪流使用3個測試端口測試。
●如果所有測試都通過，則此測試成功。
4 結束語
對于家庭網絡，HEC是新興的發展方向，具有很大的發展潛力。在HDMI1.4 CTS（Compliance Test Specification）中，IXIA IxN2X作為惟一被推薦的測試儀表，可用于HDMI以太網網絡的測試。