前言
HDMI既可以传输视频信号，也可以传输音频信号。
HDMI接口显示使用DMT时序+TMDS编码来实现。当用FPGA控制HDMI的数据传输时，通常可以采用纯RTL实现TMDS算法或者使用专门的HDMI芯片（如ADV7513）这两种方案来完成。本文主要是介绍如何用FPGA控制ADV7513实现HDMI画面显示和音频播放。
显示器时序(DMT)标准介绍
DMT（Display Monitor Timing）是由VESA（视频电子标准协会）制定的显示器时序标准，用于定义计算机显示器的视频信号参数。是现代数字显示设备的核心规范。开发人员应遵循DMT标准使自己的设计成为符合行业标准的产品。
在深入了解DMT时序之前，首先需要掌握一些与图像相关的基本概念，如像素、分辨率、刷新率、像素时钟等。
1 图像相关的几个基本概念
像素（Pixel）：是"图像元素"（Picture Element）的缩写，是构成数字图像（如照片、屏幕显示内容等）的基本单位。可以将其理解为数字图像中的 "最小点"，一张图像由无数个像素按照一定规律排列组成。
分辨率：指图像的像素总量，通常以"宽度 × 高度" 的形式表示（单位为像素）。例如：一张分辨率为 640×480 的图片，意味着横向有 640 个像素，纵向有 480 个像素，总像素数307200个。常见的图像分辨率还包括 2560×1440（2K）、3840×2160（4K）等。
刷新率：刷新率是描述显示器每秒刷新画面次数的指标，单位为"赫兹（Hz）"。刷新率数值越高，动态画面越流畅，但需内容和硬件共同支持。选择时需平衡流畅需求、设备性能和功耗，例如日常使用 60Hz 足够，游戏或高频操作场景则可优先考虑 90Hz 及以上刷新率。
像素时钟(Pixel Clock)：简称PCLK，是数字视频系统中用于同步像素数据传输的时钟信号。根据行同步时序以及场同步时序可以计算得到像素的时钟=水平总像素*垂直总行数*60， 比如640*480@60分辨率的像素时钟是：
800 * 525 * 60 = 25.2MHz
2 显示器时序介绍
如下是DMT时序，代表显示一整帧的传输时序：
在显示器时序中，sync（同步）、porch（消隐间隔）、和 border（边框）是用于控制显示器如何逐行和逐帧绘制图像的关键参数。这些参数一起定义了每一行和每一帧图像的精确时序。
sync（同步）： 同步信号分行同步（HSYNC）脉冲和场同步（VSYNC）脉冲。
HSYNC用于控制每一行像素的开始和结束。它告诉显示器何时开始绘制新的一行。每当一行像素绘制完成时，HSYNC信号会产生一个脉冲，提示显示器移动到下一行。
VSYNC用于控制一帧图像的开始和结束。当所有行的像素都绘制完毕时，VSYNC信号产生一个脉冲，提示显示器返回到屏幕顶部，准备绘制下一帧。
**porch（消隐间隔）：**在传统的CRT显示器的扫描过程中，扫描总是从显示器的左上角开始，水平向前行进，同时扫描点也以较慢的速率向下移动。当扫描点到达显示器右侧边缘时，扫描点快速返回左侧，重新开始在第1行的起点下面进行第2行扫描。当扫描完显示器上所有的行，就形成一帧，然后电子束要从显示器的右下角返回到显示器的左上角，开始新一帧的扫描。
电子束在行与行之间的返回过程以及在帧与帧之间的返回过程（从右下角返回到显示器的左上角）都称之为逆程，扫描正程期间传送图像信号，逆程期间不传送图像信号。电子束逆程扫描在荧光屏上出现回扫线，将对正程的图像造成干扰，影响图像的清晰度。因此需使显示器在行、场扫描逆程期间电子束截止，以消除行、场逆程回扫线，即实现消隐。消隐分为前消隐间隔和后消隐间隔。
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前消隐间隔（Front Porch）：有效视频之后，同步脉冲之前，为同步脉冲的清晰识别提供保障，是行/帧结束的"预告"。
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后消隐间隔（Back Porch）：同步脉冲之后，有效视频之前，提供电路稳定时间，确保准确开始绘制像素。
注：消隐间隔在CRT显示器（阴极射线管显示器）中起到了重要作用，目前为了兼容性和稳定性，消隐间隔在LCD等现代显示器中仍然保留。
border（边框）： 通常就是指屏幕四周的黑边。在显示器的时序中，border(边框)区域定义了可见图像之外的部分，通常会显示为屏幕四周的黑边。这些黑边在现代显示器上通常是不可见的，或者仅在特定情况下才会出现，例如在分辨率与显示器实际尺寸不匹配时。边框是图像周围的不可见区域，通常用于在屏幕的可见显示区域和消隐间隔之间提供一个缓冲区。边框区域不显示图像数据，但它在时序中占有一定的时间，以确保图像的稳定性和完整性。避免因显示器电路处理时间不足而导致的图像抖动、扭曲或闪烁。
Addressable video： 位于中间的区域就是我们通常称为的可显示图像区域，也就是分辨率实际描述的区域。这是屏幕上实际用于显示图像内容的部分。
Polarity（极性）： 是指同步信号（包括水平同步信号HSYNC和垂直同步信号VSYNC）的信号电平方向，通常标记为正极性（Positive Polarity）或负极性（Negative Polarity）。为了确保不同硬件、软件和标准之间的无缝协作，同步信号的极性有四种可选：
- 行、场同步信号正极性：
- 行同步信号正极性、场同步信号负极性：
- 行、场同步信号负极性：
- 行同步信号负极性、场同步信号正极性：
本教程选择的是行、场同步信号负极性。
3 显示器时序中不同分辨率刷新率的参数
不同分辨率的时序参数各不相同。我们可以通过查阅DMT 文档(下载地址https://vesa.org/vesa-standards/)来获取这些信息。这里以640*480@60为例教大家如何查看相关参数。
从上图可以分析出行信号的参数（P，像素）：
以及场信号的参数（L，行）：
不过在实际设计当中一般将H Back Porch和H Left Border合并当作显示后沿（或者称之为行后肩），H Right Border和H Front Porch合并当作显示前沿（或者称之为行前肩）。V Back Porc和V Left Border合并当作场显示后沿（或者称之为场后肩），V Right Border和V Front Porch合并当作场显示前沿（或者称之为场前肩）。
其他常见分辨率的参数查询以此类推，合并后的参数如下表格：
