书名：通用多媒体接口（GPMI）技术与应用
ISBN：978-7-115-70012-4
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著 范科峰 孙齐锋 董桂官
责任编辑 龚昕岳
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多媒体接口技术是决定电子设备用户体验与产业生态发展的关键基础。该技术过去长期受国外技术标准主导，我国产业界与学术界经过5年协同攻关，成功研发出通用多媒体接口（General Purpose Multimedia Interface，GPMI）并定义其标准规范。
本书系统介绍GPMI的技术与应用，阐述GPMI技术的发展背景与技术沿革，深入剖析GPMI的架构设计、协议体系、供电技术、内容保护机制等核心技术，详细介绍GPMI在电视、机顶盒、投影机、拼接屏系统、智慧座舱多屏系统、显示器、智慧教室等产品中的应用，全面梳理GPMI的标准体系、测试方案及产业生态，并对GPMI的发展前景进行前瞻性展望。
本书适合消费电子、多媒体接口等相关领域的开发人员和标准化从业人员阅读。
近年来，我国显示产业取得快速发展：2003年，京东方以“海外收购、自主建线”模式开启显示产业发展之路；2012年，我国显示面板产能达到全球的10%，首次超越日本；2017年，我国显示面板出货量首次超越韩国，跃升为全球第一；随后我国显示面板产业产能持续增加，目前已经占据全球产能的一半以上①
① 此段内容中的我国数据不包含台湾地区的相关数据。
显示终端与内容前端的连接，离不开传输接口承载高带宽媒体数据；丰富的前端内容，也会催生更旺盛的显示需求。随着4K/8K的逐步商用和普及，显示产业对超高清传输接口的需求进一步提升；这一连接数字媒体世界的“毛细血管”，看似微小，却关乎显示产业的全局命脉。长期以来，高清多媒体接口（High Definition Multimedia Interface，HDMI）、DisplayPort等国外标准垄断全球市场，我国在接口领域长期处于技术跟随者地位，不仅承担了高昂的专利成本，也存在产业风险。GPMI的诞生，标志着我国在超高清传输接口这一关键根技术领域，实现了从“跟随”转向“并跑”及至“引领”的历史性跨越，这也是科学驱动工程创新、工程创新反哺产业发展的生动实践。
GPMI在带宽、供电等技术指标上具备差异化优势，这源于通信理论、微电子技术、信号处理、材料科学、安全加密等多领域技术的创新突破和系统集成，展现了我国在基础研究与工程应用深度融合方面的卓越能力。这让我想起了我国显示产业的发展历程：从基础研究到产业化，从追赶到超越，用20年时间走完了发达国家半个世纪的路。
本书的出版，是GPMI发展历程中的重要节点。书中既有对协议栈、编码方案、标准研制、测试方案等技术细节的深入剖析，也有对芯片架构、产品应用、产业生态的系统呈现。我相信，无论是从事技术研发的工程师，还是关注科技创新的管理者与研究者，都能从中获得宝贵的启发。
基础研究是科技创新的源头活水，工程实践是技术落地的必经之路。GPMI的实践告诉我们：当基础研究与国家战略需求同频共振，当实验室成果与产业应用无缝对接，我们完全有能力在关键根技术领域实现突破。希望GPMI技术能够持续演进，在未来的智能互联世界中扮演更加重要的角色。
中国科学院院士
在数字经济蓬勃发展的时代背景下，消费电子产业正经历着深刻的变革。作为连接各种智能设备，实现数据、媒体、电力与控制信号高速交换的核心通道，多媒体接口技术已成为决定用户体验与产业生态发展的关键基础。长期以来，全球消费电子接口市场被HDMI、DisplayPort、雷电接口（Thunderbolt）等国外主导的技术标准所垄断，形成了完整而封闭的生态体系。随着8K超高清视频、高刷新率游戏、VR/AR/XR①沉浸式体验以及万物智联等新兴应用场景的快速发展，市场对接口技术提出了前所未有的要求——更高的传输带宽、更强的功能集成能力、更稳定的信号质量以及更智能的交互特性。这不仅是对技术性能的挑战，更是对产业自主创新能力和生态构建能力的全面考验。
① VR指Virtual Reality（虚拟现实），AR指Augmented Reality（增强现实），XR指Extended Reality（扩展现实）。
面对这一历史性机遇与挑战，我国产业界与学术界积极响应国家科技自立自强的战略号召，经过5年协同攻关，成功研发出通用多媒体接口（General Purpose Multimedia Interface，GPMI®）并定义其标准规范②。截至2025年，GPMI生态已建立了涵盖中国电子技术标准化研究院、华为、创维（含创维数字、创维-RGB等）、海信等100余家产业链上下游企业的联合创新体系，形成了包含11项核心团体标准与6项行业标准的完整标准体系，实现了从电视单片系统（System On a Chip，SoC）、机顶盒SoC到接口转换芯片、线缆芯片、供电芯片的全系列商用芯片突破。海尔、长虹、康佳、创维数
② 商标声明：GPMI®及相关标识受法律严格保护，其一切权利归商标权人所有。对于任何弱化、模糊或导致GPMI®商标通用化的行为，商标权人保留追究法律责任的权利。
字、希影等领军企业或品牌已陆续推出搭载GPMI技术的终端产品，配套的协议分析仪等专用测试设备也已上市应用，标志着GPMI技术生态已从标准制定走向规模化商业应用。
在这一关键的发展阶段，产业界急需一部系统阐述GPMI技术与应用的权威图书。本书共11章，系统阐述GPMI技术的发展背景与技术沿革，深入剖析GPMI的架构设计、协议体系、供电技术、内容保护机制等核心技术，详细介绍GPMI在电视、机顶盒、投影机、拼接屏系统、智慧座舱多屏系统、显示器、智慧教室等产品中的应用，全面梳理GPMI的标准体系、测试方案及产业生态，并对GPMI的发展前景进行前瞻性展望。
在本书的写作过程中，我们得到了华为、创维、海信、海尔、深圳数字电视国家工程实验室、长虹、马栏山音视频实验室、海思等单位的众多专家的大力支持，特别感谢参与GPMI技术研发与产业化的所有企业与科研人员的不懈努力，感谢深圳市8K超高清视频产业协作联盟在产业协同方面做出的卓越工作。正是这些集体智慧与协同创新，才使本书得以问世。书中难免存在不足之处，恳请广大读者批评指正。
作者
2026年5月
当前，高速数字接口的全球市场规模已达千亿美元级别，核心技术壁垒高筑，行业集中度极高。从市场格局来看，HDMI已基本实现消费电子全场景覆盖，在影音设备中的使用率超过95%，2024年全球HDMI影音设备出货量突破9亿台，市场规模约300亿美元；通用串行总线（Universal Serial Bus，USB）凭借其卓越的泛用性占据统治地位，在移动设备中的使用率接近100%，2024年全球USB移动设备出货量达75亿台，市场规模约1250亿美元。
在这一背景下，我国接口技术的发展取得了显著突破。中国电子技术标准化研究院联合华为、海思、深圳国实、创维、寰宇信任等企业，于2019年底成立超高清传输接口工作组，积极探索产业发展路径。2023年，GPMI技术方案初具雏形，首台现场GPMI可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）样机完成研制，GPMI技术的团体标准、行业标准的编制同步启动。2024年底，技术标准正式定稿，海思生产的GPMI主芯片Hi3161V100等实现小规模流片，配套示波器、协议分析仪等测试设备实现首台（套）突破。2025年以来，华为、创维、海尔等头部企业已完成GPMI终端样机试制，产品涵盖个人计算机（Personal Computer，PC）、机顶盒、电视、智慧屏等多个品类；海尔、长虹、创维数字、希影等企业或品牌陆续推出装配GPMI的电视、机顶盒、投影机等商用产品，GPMI应用规模不断提升。
当前，消费电子接口技术正处在快速变革时期，各种接口标准都在迭代升级。表1-1从市场驱动维度分析了主要高速数字接口类型的市场定位与产业化发展分析。
从市场定位和竞争优势可以看出，当前高速数字接口技术的快速发展主要受市场需求升级、技术迭代加速、政策支持强化等多重因素的共同驱动。这些驱动因素不仅推动了高速数字接口性能的持续提升，也塑造了媒体产品的未来发展趋势。
表1-1 主要高速数字接口类型的市场定位与产业化发展分析
在娱乐场景中，对高速数字接口的核心技术需求包括高分辨率、高动态范围（High Dynamic Range，HDR）、三维声、音视频同步、可变刷新率（Variable Refresh Rata，VRR）、丰富音频兼容等；主要技术需求包括供电、音频回传、控制指令透传等；其他技术需求包括网络等。在办公场景中，对高速数字接口的核心技术需求包括高分辨率、HDR、VRR、丰富音频兼容等；主要技术需求包括供电、三维声、音视频同步等。主流应用场景对高速数字接口的技术需求如表1-2所示。
表1-2 主流应用场景对高速数字接口的技术需求
从主流畅销产品来看，核心技术营销点主要为分辨率、高帧率、HDR、三维声、音视频同步（含低时延）。此外，不少设备强调图像优化，支持基于源的色调映射（Source-Based Tone Mapping，SBTM）、深层色彩输出（光滑图像渲染）（索尼公司）、DreamColor色彩校准（惠普公司）、CinemaColor（戴尔公司）、ComfortView Plus（戴尔公司）、Auto Color Management（微软公司）等，打造差异化显示优势。近期发布的一些主流畅销产品在高速数字接口传输领域的技术特性如表1-3所示。
表1-3 主流畅销产品在高速数字接口传输领域的技术特性
国内外主要音频编解码技术方案对应标准及其技术提供者如表1-4所示。
表1-4 国内外主要音频编解码技术方案对应标准及其技术提供者
我国具有自主知识产权的音视频编解码方案以AVS2-P3和Audio Vivid为代表。AVS2-P3由AVS工作组制定，全景声科技南京有限公司（WANOS）作为主要技术提供方。AVS2-P3对应的国家标准GB/T 33475.3—2018《信息技术 高效多媒体编码 第3部分：音频》于2018年正式发布，应用于我国电影、电视和网络视频等领域。支持AVS2-P3格式的数字音频接口国际标准IEC 61937-16:2024已正式发布，实现了其在光纤、同轴和HDMI等信道上的传输，进一步推动了标准的落地应用。
Audio Vivid标准由UWA与AVS工作组共同制定。2025年，国家标准GB/T 46271—2025《信息技术 三维声技术 编码、分发与呈现》正式发布，该标准主要起草单位包括中国电子技术标准化研究院、中央广播电视总台、国家广播电视总局广播电视规划院、国家广播电视总局广播电视科学研究院、华为等。该标准是全球首个涵盖编码、分发与呈现全流程的三维声技术标准，实现了沉浸式的空间音频体验，显著提升了用户的视听感受。Audio Vivid技术已被纳入ITU-R BS.2493技术报告，支持Audio Vivid格式的数字音频接口国际标准IEC 61937-17:2025已正式发布。经产业充分验证，目前AudioVivid标准已实现了从芯片支持、终端厂商跟进到AudioVivid音频内容生产的全链条规模化商业落地，推动超高清视听产业协同高质量发展。
多声道数字音频编解码技术（Digital Rise Audio，DRA）是由广州广晟数码技术有限公司（以下简称“广晟”）研发的我国具有自主知识产权的音频编解码方案。2004年，广晟完成了DRA编解码软件的开发工作，以及DRA解码算法在数字信号处理（Digital Signal Processing，DSP）专用芯片上的技术实现。2007年，DRA技术方案正式发布，成为我国行业标准SJ/T 11368—2006《多声道数字音频编解码技术规范》，并于2008年发布国家标准GB/T 22726—2008《多声道数字音频编解码技术规范》。2010年，支持DRA格式的数字音频接口国际标准IEC 61937-12:2010发布。
与音频编解码相关的国际标准化组织主要包括国际电工组织（International Electrotechnical Commission，IEC）、国际标准化组织（International Organization for Standardization，ISO），以及国际电信联盟（International Telecommunication Union，ITU）下设的标准化组织，国内标准化组织主要包括全国音频、视频及多媒体系统与设备标准化技术委员会（SAC/TC242）以及全国信息技术标准化技术委员会多媒体分委会（SAC/TC28/SC29）等，如表1-5所示。
表1-5 与音频编码相关的主要标准化组织
在当前消费电子领域，HDMI是音视频传输接口的事实标准，其音频传输主要支持两种模式，即解码传输与源码传输。
解码传输的优势在于兼容性好、实现相对简单，但劣势明显：受限于HDMI规格，在处理多声道、高采样率音频时可能面临带宽瓶颈；若由播放设备解码后再通过脉冲编码调制（Pulse Code Modulation，PCM）格式传输，可能无法被部分功率放大器设备正确识别或处理，且额外的编解码步骤会引入时延和潜在的音质损失。尽管增强型音频回传通道（enhancedAudio Return Channel，eARC）技术提升了回传音频的质量，但其对高质量无损音频的完整支持仍依赖高标准的硬件实现，成本较高。
源码传输的优势则十分突出：它能够将未经解码的原始音频数据比特流直接传输给后端设备（如功率放大器或Soundbar），从而保留了音频编码格式（如Dolby Atmos、DTS:X）的全部信息，是实现多声道、高码率、沉浸式三维音效（如通道数众多的三维声）高质量还原的理想方式。这种方式也降低了终端设备（如功率放大器）对复杂解码能力的依赖，使其能更专注于音频渲染。
因此，在追求高品质、沉浸式音频体验，尤其是在传输多声道三维声时，源码传输相比解码传输具有显著的技术优势。
（1） HDMI的EDID规范
为实现播放设备与显示设备之间的自动协商与兼容，HDMI规范定义了扩展显示识别数据（Extended Display Identification Data，EDID）。其中，音频数据块（Audio Data Block，ADB）是其关键组成部分，它定义了设备所支持的音频格式列表。
具体而言，在HDMI 1.4版本的EDID规范中，ADB通过预留的音频格式码（Audio Format Code），为当时主流的音频编解码方案提供了标准化的标识位。这些标识位允许播放设备（如蓝光机、游戏主机）快速识别显示或音频设备（如电视、功率放大器）支持哪些音频格式，从而决定采用源码传输还是解码传输，并选择最佳的格式。HDMI 1.4的EDID中ADB预留的音频格式码对应的音频编解码方案如表1-6所示。
表1-6 HDMI 1.4的EDID中ADB预留的音频格式码对应的音频编解码方案
HDMI 2.0的ADB部分，在EDID 1.4的基础上，一方面增加了对已有音频格式码的进一步定义扩展，另一方面增加了对多种新的音频编解码规范的支持，即当音频格式码为1111时引入扩展音频编码类型码（Audio Coding Extension Type Code）。HDMI 2.0的EDID中ADB引入的扩展音频编码类型码如表1-7所示。
表1-7 HDMI 2.0的EDID中ADB引入的扩展音频编码类型码
新引入的扩展音频编码类型码增加了对音频编解码方案的支持，HDMI 2.0的EDID中新增支持的音频编码方案如表1-8所示。
表1-8 HDMI 2.0的EDID中新增支持的音频编码方案
HDMI 2.2按照CTA-861-I标准执行，其支持的音频编码方案详见CTA-861-I标准。
（2） HDMI对音频编解码方案的支持情况
HDMI 1.4b的规范指出，HDMI传输兼容PCM和IEC 61937系列标准规定的压缩音频编码。IEC 61937现有标准及其对应的编解码方案如表1-9所示。
HDMI 2.0、HDMI 2.1、HDMI 2.2增加了对Audio的支持（参照CEA 861-F），包括ITU-R BS.2159-4（Type B 10.2声道）、SMPTE 2036-2（22.2声道）、IEC 92574（30.2声道）架构下的三维声方案。
表1-9 IEC 61937现有标准及其对应的编解码方案
（3） HDMI音频传输涉及的技术组织
从技术分析中可以看出，HDMI涉及EDID技术，该技术来自VESA，而EDID中HDMI技术组织的编号分配来自IEEE①。VESA的EDID技术很大程度上参照和援引了CTA-861系列标准，HDMI的音频技术又同时涉及IEC系列标准。因此，形成了覆盖HDMI Forum、VESA、IEEE、IEC、CTA②的技术嵌套，单点突破难度大，需找准技术突破点实现音频编解码方案（含三维声）在HDMI中的源码传输。HDMI涉及的相关技术及技术组织如图1-1所示。
① IEEE为电气电子工程师学会（Institute of Electrical and Electronics Engineers）的缩写。
② CTA为消费技术协会（Consumer Technology Association）的缩写，曾用名CEA（Consumer Electronics Association，消费电子协会），于2015年更名。
图1-1 HDMI涉及的相关技术及技术组织
（4） HDMI对国内音频编解码方案的支持情况
从以上梳理中可以看出，目前国外主流的音频技术方案能同时实现源码传输和解码传输。而国内的音频技术方案中，AVS2仅能实现解码传输，源码传输需通过私有协议实现；DRA可以实现解码传输和源码传输，但其源码传输仅限HDMI 2.0版本。IEC 61937标准的制定基本上打通了对AVSA、AVS3-P3的支持，但HDMI 2.2目前尚未产业化，实际应用尚未完全落地。
从上述分析可以看出，HDMI等现有接口技术通过技术组织嵌套等方式，对我国编解码技术的落地应用在客观上形成了阻力。接口作为媒体传输的“最后一米”，其对编解码技术的落地应用具有至关重要的价值和意义。
GPMI原生支持Audio Vivid等编解码技术，解决了部分国内编解码技术在“最后一米”传输上的短板，将有助于我国编解码技术的产业化应用。
高速数字接口是电子信息产业的关键基础性技术，涉及信息技术、通信技术、光电半导体材料、微电子设计制造技术、芯片设计封装等领域，广泛应用于手机、计算机、电视、机顶盒、显示器等国内万亿级消费电子产品。
目前高速数字接口的主流技术有HDMI、DisplayPort和Thunderbolt，均是由国外先发企业联合构建的技术标准和生态体系，在全球消费电子产品应用中处于绝对领先地位。以HDMI为例，其累计授权约2000家采纳者，服务约10万家设备制造商；2024年全球新增HDMI设备9亿台。
我国是消费电子产品的生产大国和消费大国，但在高速数字接口技术上高度依赖国外主导的HDMI、DisplayPort和Thunderbolt，产业界每年需要承担较高的成本，压低了消费电子产品的利润率，且相关技术存在产业链韧性风险。GPMI作为我国自主研发的消费电子产品媒体传输的设备间接口技术方案，对于稳固消费电子产业链韧性具有重要意义。
群智咨询（Sigmaintell）的统计数据显示，2024年全球4K超高清电视渗透率超过70%；奥维云网和洛图科技（RUNTO）的统计数据显示，2024年我国4K超高清电视渗透率超过80%。2025年9月28日，东方卫视、江苏卫视、浙江卫视、山东卫视、湖南卫视、四川卫视的4K超高清频道正式开播，接入31个省（区、市）的有线电视和IPTV，并在中国视听、看东方、AI荔枝、Z视介、闪电新闻、芒果TV、四川观察等新媒体客户端同步上线。2022年1月24日，央视8K超高清频道正式开播；2024年11月15日，山东联通IPTV CCTV-8K超高清频道发布，这也是全球首个通过网络播出的8K超高清综合性频道。
视频分辨率等核心参数的不断提升，对传输接口提出了更高的带宽要求。表1-10所示为非压缩情况下超高清传输所需带宽（称为非压缩带宽），可以看出，高帧率4K视频传输的非压缩带宽可达48Gbps，8K@50/60fps视频传输的非压缩带宽可达96Gbps，高帧率8K或常规帧率16K视频传输的非压缩带宽可达100Gbps以上。这些高带宽需求已接近甚至超越了HDMI 2.1等现有主流接口的实际传输能力（48Gbps），凸显了发展新一代高速数字接口技术的迫切性。
表1-10 非压缩情况下超高清视频传输所需带宽
在VR/AR应用中，为达到与平面视频相当的视觉清晰度，且由于VR/AR设备需要同时为双眼提供独立的高分辨率画面，其所需的总传输带宽约为同等清晰度平面视频的3倍，这对视频传输接口的性能提出了更为严苛的要求。
当前消费电子产品呈现小型化、便携化的趋势，预留给传输接口的空间和位置越来越少，急需一根线实现供电、视频、音频、控制、数据复合传输。传统媒体接口HDMI、DisplayPort往往不具备供电、控制等信号传输能力，导致终端设备需要配备多种传输接口以保障功能实现。
以HTC官网在售的可穿戴设备VIVE（见图1-2）为例，该设备需要预留3根线，以满足HDMI、USB 2.0、供电传输需求，大幅度限制了设备的易用性和灵活性，产品结构更为复杂。
图1-2 HTC官网在售的可穿戴设备VIVE
产品设计急需“All in One”（一线通）的传输接口解决方案，最小化、最简化传输接口配备需求。
在智慧家庭方面，不同房间的多类型媒体终端受制于传输限制，媒体互转、多屏互动时只能做到初步交互，视频传输还无法像音频传输那样实现全量流转下的“视频流转”，各终端设备的视频数据实际上处于“数据孤岛”状态，难以基于视频数据进行进一步的业务创新。而已有媒体设备间的硬件传输线缆往往只能承载媒体数据单向传输，设备间控制需要Wi-Fi、蓝牙等无线传输技术，需要网关类设备作为中转，无线设备“掉线”、卡顿、延迟等问题很难从根本上得到解决。传输接口作为相较于无线传输技术更稳定的传输载体，如果能承载媒体、控制、数据信号双向传输，将可以实现更稳定、实时的交互体验，在基于媒体数据全量传输的场景下将孕育更多、更新、更优的交互使用体验。
在智能网联汽车领域，多屏配置已成为主流设计，如图1-3所示。然而，当前车内屏幕大多局限于独立的内容显示或简单的手势、语音控制。若能实现多屏间媒体内容的高质量、低时延全量流转与同步，将有望推动更流畅、更清晰的多屏互动体验，支持跨屏导航、前后排娱乐协同、高清视频会议等高级应用场景。
图1-3 智能网联汽车配置多屏显示
在人工智能（Artificial Intelligence，AI）应用日益普及的背景下，提升设备的AI算力成为关键需求。然而，受限于现有接口有限的双向数据传输能力，媒体终端难以通过外部扩展显著提升自身AI算力，更无法实现跨设备间的算力协同与共享。这导致大量存量终端设备因本地算力不足而无法有效运行或拓展先进的AI功能。若能通过新一代高带宽接口实现算力数据的稳定、高速传输，则有望构建新型的“算力共享”模式。在此模式下，算力较弱的设备可实时调用邻近高算力设备（如高性能主机、AI计算盒）的闲置计算资源，从而突破自身硬件限制，获得强大的AI处理能力，为用户带来前所未有的智能体验。
