下面我們先從HDMI1.x規範說起來介紹HDMI規範。
HDMI源於DVI接口技術，在HDMI標準制定之初，並沒有拋棄DVI標準中相對成熟且較易實現的部分技術標準。整個傳輸原理依然是基於美國晶像公司（Silicon Image）的TMDS編碼技術，繼續沿用了和DVI相同的傳輸技術。由於HDMI還是以的TMDS(Time Minimized Differential Signal)最小化傳輸差分信號傳輸技術爲核心，這也就是爲何HDMI接口和DVI接口能夠通過轉接頭相互轉換的原因，也所以主流的HDMI接收芯片可以兼容DVI信號。美國晶像公司是HDMI八個發起者中唯一的集成電路設計製造公司，是高速串行數據傳輸技術(TMDS)領域的領導廠商，因爲下面要提到的TMDS信號傳輸技術就是它們開發出來的。TMDS是一種微分信號機制，採用的是差分傳動方式。這不僅是DVI技術的基礎，也是HDMI技術的基礎原理。
TMDS（TransitionMinimized Differential Signaling）也被稱爲最小化傳輸差分信號，是指通過異或及異或非等邏輯算法將原始信號數據轉換成10位，前8位數據由原始信號經運算後獲得，第9位指示運算的方式，第10位用來對應直流平衡（DC-balanced，就是指在編碼過程中保證信道中直流偏移爲零，電平轉化實現不同邏輯接口間的匹配），轉換後的數據以差分傳動方式傳送。這種算法使得被傳輸信號過渡過程的上衝和下衝減小，傳輸的數據趨於直流平衡，使信號對傳輸線的電磁干擾減少提高信號傳輸的速度和可靠性。
一般情況下，HDMI連接由一對信號源和接受器組成，有時候一個系統中也可以包含多個HDMI輸入或者輸出設備。每個HDMI信號輸入接口都可以依據標準接收連接器的信息，同樣信號輸出接口也會攜帶所有的信號信息。HDMI數據線和接收器包括三個不同的TMDS數據信息通道和一個時鐘通道，這些通道支持視頻、音頻數據和附加信息，視頻、音頻數據和附加信息通過三個通道傳送到接收器上，而視頻的像素時鐘則通過TMDS時鐘通道傳送，接收器接受這個頻率參數之後，再還原另外三個數據信息通道傳遞過來的信息。
每一個標準的HDMI連接，都包含了3個用於傳輸數據的TMDS傳輸通道，還有1個獨立的TMDS時鐘通道，以保證傳輸時所需的統一時序。在一個時鐘週期內，每個TMDS通道都能傳送10bit的數據流。而這10bit數據，可以由若干種不同的編碼格式構成。下圖是TMDS對每個像素點中的RGB三原色分別按8bit編碼。
一般來說，HDMI傳輸的源編碼格式中要包含視頻數據（HDMI1.3版本前每個像素採用24bit）、控制數據和數據包（數據包中包含音頻數據和附加信息數據(輔助信息數據)，同時HDMI爲了獲得聲音數據和控制數據的高可靠性，數據包中還包括一個BCH錯誤糾正碼。HDMI的數據信息的處理可以有多種不同的方式，但最終都是在每一個TMDS通道中包含2位的控制數據、8位的視頻數據和4位的數據包。在HDMI的數據信息傳輸過程中，可以分爲三個階段：視頻數據傳輸期、控制數據傳輸期和數據島傳輸期(島嶼數據傳輸期)，分別對應上述的三種數據類型(視頻數據， 控制數據和島嶼數據)。
視頻數據傳輸期，HDMI數據線上傳送視頻像素信號，視頻信號經過編碼，生成3路（即3個TMDS數據信息通道，每路8位）共24位的視頻數據流，輸入到HDMI發射器中。24位像素的視頻信號通過TMDS通道傳輸，將每通道8位的信號編碼轉換爲10位，在每個10位像素時鐘週期傳送一個最小化的信號序列，視頻信號被調製爲TMDS數據信號傳送出去，最後到接受器中接收。
島嶼數據傳輸期，TMDS通道上將出現音頻數據和輔助數據，這些數據每4位爲一組，構成一個上面提到的4位數據包，數據包和視頻數據一樣，被調製爲10位一組的的TMDS信號後發出。視頻數據傳輸期和島嶼數據傳輸期均開始於一個GuardBand保護頻帶，Guard Band由2個特殊的字符組成，這樣設計的目的在於在明確限定控制數據傳輸期之後的跳轉是視頻數據傳輸期。
HDMI的數據傳輸週期示意圖：左到右分別爲控制數據傳輸期、島嶼數據傳輸期、視頻數據傳輸期，在上面任意兩個數據傳輸週期之間，每一個TMDS通道包含2位的控制數據，這一共6位的控制數據分別爲HSYNC（行同步）、VSYNC（場同步）、CTL0、CTL1、CTL2和CTL3。每個TMDS通道包含2位的控制數據，採用從2位到10位的的編碼方法，在每個控制週期最後的階段，CTL0、CTL1、CTL2和CTL3組成的文件頭，說明下一個週期是視頻數據傳輸期還是島嶼數據傳輸期。
島嶼數據和控制數據的傳輸是在視頻數據傳輸的消隱期，這意味着在傳輸音頻數據和其他輔助數據的時候，並不會佔據視頻數據傳輸的帶寬，並且也不要一個單獨的通道來傳輸音頻數據和其他輔助數據，這也就是爲什麼一根HDMI數據線可以同時傳輸視頻信號和音頻信號的原因。
下圖就是一個480P的示意圖，或者是double pixel模式的480i（NTSC）分辨率的示意圖。
HDMI的數據信息的處理可以有多種不同的方式，也就是說HDMI支持多種方式的視頻編碼，通過對3個TMDS數據信息通道的合理分配，既可以傳輸RGB數字色度分量的4：4：4信號，也可以傳輸YCbCr數字色差分量的4：2：2信號，最高可滿足24位視頻信號的傳輸需要。
HDMI電路中的時鐘頻率，在最初制定時(HDMI1.1)範圍從25MHz-165MHz之間,也就是說HDMI每個TMDS通道視頻像素流的速率一般在25MHz～165MHz之間。而HDMI1.3規範已經將這一上限提升到了225MHz。當視頻格式的速率低於25MHz時，必須將使用像素重複法來傳輸，即視頻流中的像素被重複使用，使視頻流時鐘（PixelCLock）大於25Mhz。以每個TMDS通道最高165MHz的頻率計算，也就是說一個TMDS通道每秒最多能傳輸165MHz×10bit=1.65Gbit的數據，3個TMDS通道一秒就可以傳輸1.65×3=4.95Gbit的數據，再加上控制數據，用標準方法表示就是4.96Gbps的帶寬。
而TMDS Clock時鐘和像素時鐘（Pixel Clock）也有一個對應的關係。 對於8bit （24bit RGB/YUV）來說， TMDS 時鐘就是像素時鐘。 而如果支持 Deep Color，比如10bit（30bit RGB/YUV） 及以上的視頻信號， TMDS 時鐘要做相應變化， 基本如下列所示：
- 8bit data TMDSclk = pixel clk
- 10bit data TMDS clk = 1.25* pixel clk
- 12bit data TMDS clk = 1.5 * pixel clk
- 16bit data TMDS clk = 2 * pixel clk
除了高的視頻信號帶寬之外，HDMI還在協議中加入了對音頻信號傳輸的支持，形成了業界首個單線纜多媒體接口協議。HDMI的音頻信號不佔用額外的通道，而是採用和其他輔助信息一起組成數據包，利用3個TMDS通道在視頻信號傳輸的消隱期，以島嶼數據的形式傳送。即使在傳輸1080p（60Hz）的視頻信號的時候，還可以提供最高8路，每路採樣頻率192kHz的高質量音頻信號。在數字音頻方面，HDMI靈活的支持符合IEC60985L-PCM標準的32kHz、44.1kHz和48kHz、16bit量化的立體聲數字音頻信號和IEC61937標準的採樣率爲192KHz，24bit量化的單路無壓縮PCM數字音頻信號，或者8路96kHz的聲音數據流。此外，在家庭影院中常用的Dolby Digital5.1和DTS數字音頻格式也能通過HDMI直接傳輸。相比之下，CD音頻制式44.1kHz的兩聲道信號，以及最新的DVD－Audio音頻格式96kHz的6聲道信號，就相形見絀了。