聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)讓車載視頻娛樂和信息系統(tǒng)成為可能

新的系統(tǒng)是基于面向車輛聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)，如IDB-1394和面向媒體的系統(tǒng)傳輸(MOST)標(biāo)準(zhǔn)以及日本富士通公司新的SmartCODEC編碼技術(shù)。

具有非常高的視頻質(zhì)量、后座音頻質(zhì)量以及乘員顯示質(zhì)量的新一代車載娛樂系統(tǒng)，正在緩慢而實(shí)實(shí)在在地邁入人們的眼簾。全球領(lǐng)先的汽車制造商正在開發(fā)原型機(jī)，產(chǎn)品可能最早要到2008年才能上市。根據(jù)諸如IDB-1394和MOST之類的標(biāo)準(zhǔn)，這些應(yīng)用所需要的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)—如后座娛樂系統(tǒng)和實(shí)時(shí)攝像機(jī)—要求高帶寬和最佳的服務(wù)質(zhì)量。

圖1所示為Nissan公司在其車載網(wǎng)絡(luò)原型中對(duì)這些系統(tǒng)所做的基本概述，其中描述了采用IDB-1394標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)。通過提供最高達(dá)400Mbps的帶寬，IDB-1394可以滿足視頻和音頻對(duì)多媒體網(wǎng)絡(luò)的需求。

圖1：Molex公司提供的網(wǎng)絡(luò)圖。

IDB-1394是一種滿足這些車載多媒體應(yīng)用對(duì)帶寬需求的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。IEEE標(biāo)準(zhǔn)1394b-2002為物理層定義了從100Mbps到400Mbps的擴(kuò)展，并定義了在最長(zhǎng)100米的距離上不需要轉(zhuǎn)發(fā)器來連接不同系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的能力。由于幾乎有400Mbps的可用帶寬，網(wǎng)絡(luò)能夠在單線束上連接無數(shù)的通信通道，為DVD播放機(jī)、個(gè)人電腦、手持產(chǎn)品和相關(guān)外設(shè)提供服務(wù)。IDB-1394還容許傳輸多路音頻和圖像內(nèi)容，這些內(nèi)容可以被在不同的邏輯通道上分路和同時(shí)傳輸。

考慮到臨時(shí)的選項(xiàng)，IDB-1394協(xié)議提供具有同步通道(實(shí)時(shí))的不同類型的傳輸包，以保證所定義的帶寬和有效載荷的延遲時(shí)間，以及典型用途是搬移用戶指令的異步通道。視頻及其相關(guān)音頻內(nèi)容通過同步通道與在接收節(jié)點(diǎn)跟圖像數(shù)據(jù)同步的音頻信號(hào)一起路由。

任何類型的通道都可以運(yùn)載以原始或編碼數(shù)據(jù)形式存在的傳輸流(TS)。編碼和解碼功能都不是IDB-1394標(biāo)準(zhǔn)的組成部分，見下列解決方案。在此，不需要主處理器，因?yàn)閹缀蹩偸遣捎闷渌鼧?biāo)準(zhǔn)，如USB。在IDB-1394中，傳輸流使協(xié)議處理器能夠獨(dú)立于主處理器。

網(wǎng)絡(luò)采用環(huán)形結(jié)構(gòu)。在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)切斷任意但僅僅一個(gè)分支，不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)故障，也不會(huì)導(dǎo)致任何其它類型的視頻傳輸質(zhì)量惡化。因而，IDB-1394的固有特性就是具有高度可靠的系統(tǒng)可用性。在演示網(wǎng)絡(luò)中，被編碼為MPEG2-TS的兩個(gè)DVD流被饋入網(wǎng)絡(luò)，供任意接收節(jié)點(diǎn)在任何時(shí)間獲取，從而容許后座乘客隨機(jī)選擇。

IDB-1394控制器

為了實(shí)現(xiàn)車載網(wǎng)絡(luò)，需要采用專用的、基于標(biāo)準(zhǔn)的控制器。日本富士通公司開發(fā)的一款稱為MB88387的IDB-1394控制器，就是為后座娛樂系統(tǒng)專門設(shè)計(jì)的。它是一種由物理層和數(shù)據(jù)鏈層組成的單芯片解決方案。它支持的音/視頻協(xié)議處理包括由行業(yè)領(lǐng)先公司如索尼、英特爾和日立及其它公司開發(fā)的數(shù)字傳輸拷貝保護(hù)(DTCP)，以杜絕非法拷貝擁有版權(quán)的內(nèi)容。

MB88387 IDB控制器的功能包括如圖2所示的方框圖，可以采用三條路徑來傳輸和接收有效載荷及指令。圖底部的箭頭被看成為MPEG2-TS，說明視頻數(shù)據(jù)傳輸流(TS)的路徑。它通常被編碼為MPEG2。該器件提供兩個(gè)用于把數(shù)據(jù)經(jīng)由DTCP單元路由到本地應(yīng)用的兩個(gè)TS接口。從那里往前，兩橋連接到IDB控制器的鏈路層實(shí)現(xiàn)。最后，傳輸流被路由到雙口物理層實(shí)現(xiàn)。

圖2：MB88387控制器模塊。

這些兼容1394b的端口把線驅(qū)動(dòng)到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。它們所支持的總線速度與1394標(biāo)準(zhǔn)的各種物理層規(guī)范兼容，包括S100、S200和S400物理層規(guī)范。該模塊稱為“PHY/LINK層控制”，用途是確保以全雙工方式在兩個(gè)端口之間拷貝完整的IDB-1394數(shù)據(jù)流。

基于IDB-1394標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)僅僅需要一個(gè)由線束連線構(gòu)成的簡(jiǎn)單環(huán)結(jié)構(gòu)。其它協(xié)議通常需要點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接或甚至對(duì)指令傳輸和模擬音頻采用不同的路由。通過IDB-1394規(guī)范，IDB-1394的通用性有效地摒棄這些追加的總線系統(tǒng)的不足。

IDB-1394控制器的使用

MB88387控制器提供一個(gè)同步音頻接口、兩個(gè)通道MPEG2-TS視頻接口以及一個(gè)異步指令接口。接口在并行工作方式，利用第二同步通道，視頻信號(hào)可以被饋入到不同的傳輸流接口；音頻流可以通過一個(gè)2KB的FIFO緩沖器饋入到一個(gè)I2S接口之中，這個(gè)緩沖器不依賴于分配給視頻數(shù)據(jù)流的2KB FIFO緩沖器。而音頻流如方框圖中部箭頭所指，可以通過不同的通道處理。

對(duì)于指令接口，要采用異步傳輸通道。主處理器接口通過兩個(gè)512字節(jié)FIFO緩沖以實(shí)現(xiàn)接收和發(fā)送。對(duì)于所有的數(shù)據(jù)類型，因?yàn)椴捎貌煌木彌_器，都可能采用并行處理。甚至可以同時(shí)處理兩個(gè)數(shù)據(jù)流，例如，數(shù)字電視和DVD視頻信號(hào)就可以被并行傳輸，而相應(yīng)的音頻信號(hào)則由不同的通道傳輸。

在接收端，需要根據(jù)傳輸流對(duì)視頻和各自的音頻流進(jìn)行再次同步。在把數(shù)據(jù)傳輸?shù)紻TCP單元之前，第一步是單元調(diào)用橋A/B，把匹配的音頻和視頻內(nèi)容組合為同步數(shù)據(jù)包。

在第二步中，TSP-IC接口根據(jù)它們的時(shí)間戳同步這些數(shù)據(jù)包。TSP-IC單元在傳輸時(shí)把時(shí)間戳疊加到到MPEG2-TS和音頻流兩者之上。音頻和視頻流自動(dòng)分離和重新集合。數(shù)據(jù)包報(bào)頭也被自動(dòng)剝離。對(duì)所有這些數(shù)據(jù)流進(jìn)行緩沖就能確保連續(xù)的傳輸。

基于IDB-1394的后座娛樂系統(tǒng)

MB88387支持后座娛樂系統(tǒng)(RSE)的設(shè)計(jì)，如圖3所示。

圖3：后座娛樂系統(tǒng)。

系統(tǒng)由位于前面板的主單元(M)、兩臺(tái)后座顯示器(R)和一個(gè)放大器組成。主單元—通常也包括導(dǎo)航系統(tǒng)—提供DVB-T、DVD-視頻和DVD音頻信號(hào)。所有信源可以由后座乘客隨機(jī)選擇，因?yàn)樗袛?shù)據(jù)都可以在所有時(shí)間并行傳輸。被轉(zhuǎn)換為一串MPEG2傳輸流的DVB-T信號(hào)—大約同時(shí)提供30個(gè)節(jié)目—需要大約32Mbps的帶寬。線性PCM音頻信號(hào)需要不到10Mbps的帶寬。

在本例中，所有的帶寬分配僅僅需要大約30%的S400級(jí)IDB-1394網(wǎng)絡(luò)的可用帶寬，為在同一網(wǎng)絡(luò)上添加DVD信源、安裝PC、存儲(chǔ)外設(shè)或手持設(shè)備而留下了大量的帶寬。

IDB-1394開發(fā)套件

如何以合理的努力開始設(shè)計(jì)呢？為此，開發(fā)套件是一種合適的工具。通常，用戶需要建立類似于方框圖所示的系統(tǒng)。為了讓設(shè)計(jì)工程師著手設(shè)計(jì)，還需要基本的軟件包。

開發(fā)套件(見圖4)可以被配置為接收器或發(fā)射器。在左手邊，可以連接DVD播放機(jī)，并將A/V信號(hào)饋入傳輸節(jié)點(diǎn)。開發(fā)套件提供創(chuàng)建和解壓MPEG2-TS的板上富士通MPEG2編碼器和解碼器(MB83691和MB86H22(SmartMPEG))，MPEG2-TS被沿著IDB-1394網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。在接收節(jié)點(diǎn)，傳輸流被再次解碼。一塊LCD面板被連接到接收器以顯示視頻數(shù)據(jù)。

圖4：開發(fā)套件。

雖然主系統(tǒng)—包括MPEG2 CODEC—位于較大的主板上，IDB-1394控制器器件位于插入板上。這意味著同一環(huán)境可以支持將來為這些車載視頻應(yīng)用開發(fā)的1394設(shè)備。

IDB-1394演示網(wǎng)絡(luò)

IDB-1394演示網(wǎng)絡(luò)類似于采用兩個(gè)開發(fā)套件創(chuàng)建的基本IDB-1394網(wǎng)絡(luò)。這次有四個(gè)節(jié)點(diǎn)安裝到網(wǎng)絡(luò)上。如圖5所示的網(wǎng)絡(luò)顯示的系統(tǒng)方框圖包含兩個(gè)數(shù)據(jù)源，以及擔(dān)當(dāng)后座數(shù)據(jù)接收器的兩臺(tái)DVD播放機(jī)和兩臺(tái)顯示器。

圖5：IDB-1394系統(tǒng)。

網(wǎng)絡(luò)采用環(huán)形結(jié)構(gòu)。在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)切斷任意但是僅僅一個(gè)分支，不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)故障，也不會(huì)導(dǎo)致任何其它類型的視頻傳輸質(zhì)量惡化。因而，IDB-1394的固有特性就是具有一定級(jí)別的系統(tǒng)可用性。在演示網(wǎng)絡(luò)中，被編碼為MPEG2-TS的兩個(gè)DVD流被饋入網(wǎng)絡(luò)，供任意接收節(jié)點(diǎn)在任何時(shí)間獲取，從而容許后座乘客隨機(jī)選擇。

與向車輛駕駛員實(shí)時(shí)提供后座視圖的實(shí)時(shí)攝像系統(tǒng)相比，對(duì)于后座娛樂系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有一些不同的要求。圖6所示為支持增強(qiáng)編解碼功能的未來后座娛樂系統(tǒng)應(yīng)用的例子。在采用MB88387作為1394控制器的后座娛樂系統(tǒng)中，有必要在每一個(gè)不同的節(jié)點(diǎn)添加MPEG編碼器和解碼器。

圖6：具有SmartCODEC的RSE網(wǎng)絡(luò)。

這些都是連接DVD播放機(jī)和所有后座顯示器所需要的。所添加的硬件單元適當(dāng)?shù)卦黾恿苏w的系統(tǒng)成本，但是，它們解決了因MPEG編碼和解碼存在的潛在缺陷所造成的視頻信號(hào)延遲時(shí)間巨大—延遲時(shí)間大約增加200到300ms—的問題。

這種相當(dāng)巨大的延遲可以由人眼感受到，特別是當(dāng)用戶在菜單顯示器上選擇一個(gè)操作的時(shí)候，并且相應(yīng)的動(dòng)作被延遲一段顯而易見的時(shí)間。在特別情況下，后座攝像機(jī)提供的實(shí)時(shí)圖像由于受到延遲的巨大影響而使圖像變得不可用。

SmartCODEC可以解決編碼/解碼問題

為了避免這樣的瓶徑，SmartCODEC可以在系統(tǒng)中以IDB-1394控制器的形式實(shí)現(xiàn)，它不需要任何外部MPEG編碼器和解碼器就能夠傳輸DVD視頻、數(shù)字電視和導(dǎo)航圖像。通過新型、更為有效和創(chuàng)造性的編解碼算法，可以把以YUV數(shù)字信號(hào)和RGB數(shù)字信號(hào)形式存在的原始數(shù)據(jù)壓縮2/3。該算法的設(shè)計(jì)滿足了實(shí)時(shí)傳輸?shù)男枰?，并且也為不具備MPEG2-TS接口的傳統(tǒng)系統(tǒng)開放了更多被集成到同一IDB-1394總線系統(tǒng)的機(jī)會(huì)。

圖7：具有SmartCODEC的RSE網(wǎng)絡(luò)(為清楚起見而重復(fù)畫出)。

SmartCODEC

今年第四季度，富士通公司將推出一款新型IDB-1394兼容型控制器以及一類幾乎不存在視頻編碼損失的編解碼器—SmartCODEC。它對(duì)YUV信號(hào)和高清晰度RGB信號(hào)進(jìn)行壓縮和解壓，因?yàn)檫@些信號(hào)常被應(yīng)用在導(dǎo)航顯示器中。

該編解碼器的編碼和解碼時(shí)間在2到3毫秒之間，并根據(jù)BT.601標(biāo)準(zhǔn)對(duì)分量視頻以恒定的1/3壓縮比進(jìn)行壓縮。采用SmartCODEC生成的平均視頻傳輸率僅僅是不采用SmartCODEC時(shí)的1/3(單位是Mbps)。壓縮幾乎沒有損失，為自然圖象和線圖提供了高品質(zhì)的圖像。它僅僅采用線存儲(chǔ)器，而不必采用幀存儲(chǔ)器。

這種CODEC將為設(shè)計(jì)工程師帶來兩點(diǎn)有用的好處。車載娛樂網(wǎng)絡(luò)的新應(yīng)用—如圖1中Nissan原型車中的實(shí)時(shí)攝像系統(tǒng)—將切實(shí)可行。并且，像后座娛樂系統(tǒng)這樣的現(xiàn)有應(yīng)用，可以用比現(xiàn)在可能的方案更低的成本來構(gòu)建。

車載娛樂和信息系統(tǒng)技術(shù)將繼續(xù)發(fā)展，新的集成電路技術(shù)將應(yīng)用到原型設(shè)計(jì)和車輛的生產(chǎn)之中。