ISO實(shí)現多媒體流的高速傳輸

通用串行總線(xiàn)(USB)是自1997年末開(kāi)始為PC主板所采用的一種開(kāi)放接口標準。1998年，推出了僅有兩個(gè)I/O接口，即USB及以太網(wǎng)接口的Apple iMac。最初的USB標準(1.0及1.1)支持的最大傳輸率為每秒1M字節，凈傳輸速率達12 Mbps。Windows 98是最先支持USB的操作系統，它內置了各種設備的驅動(dòng)程序，其中包括鼠標、鍵盤(pán)及揚聲器。2000年4月，USB應用者論壇(USB-IF成員包括:微軟、英特爾、飛利浦、惠普、康柏、NEC及朗訊)發(fā)布了USB標準2.0。該版本增加了新的高速傳輸率。高速USB傳輸最高速率可達480 Mbps，比USB 1.1的最高速度快40倍。

ISO傳輸的特點(diǎn)
　　
USB支持兩種類(lèi)型的數據傳輸：大數據塊(bulk)傳輸方式，對不能容差的數據進(jìn)行移動(dòng)；同步(isochronous，ISO)傳輸方式，對不允許時(shí)延的數據進(jìn)行移動(dòng)。數據塊傳輸可確保數據能可靠傳輸，不會(huì )丟失或干擾數據，但不能確保給定時(shí)間內的數據傳輸量。在沒(méi)有其他數據流量時(shí)，塊數據即指那些僅使用總線(xiàn)的填充數據。同步傳輸是以主機PC與設備相互協(xié)調確定的速率來(lái)進(jìn)行的，但數據可能會(huì )受到干擾，而且不能持續傳輸。
　　
選擇同步傳輸還是選擇塊數據傳輸是非常簡(jiǎn)單的。如果數據的完整性是最重要的，就采用塊數據傳輸；但如果準時(shí)傳輸數據比準確率更重要的話(huà)，還是選擇ISO傳輸。雖然乍看起來(lái)選擇ISO并不合乎邏輯，因為ISO是用準時(shí)發(fā)送的受干擾數據來(lái)代替晚發(fā)的正確數據，但在某些不能及時(shí)傳送數據的區域可能會(huì )存在數據根本不能到達的情況。電話(huà)里的音頻流就是一個(gè)簡(jiǎn)單例子，丟失了幾小片數據總比讓受話(huà)方一直落后乃至不能趕上要好。在視頻中也是如此，用戶(hù)還是寧愿選擇丟失一個(gè)幀以保持圖像的實(shí)時(shí)傳輸。
　　
USB帶寬被分為每秒1000幀。USB 1.1中的同步傳輸限制在每個(gè)幀的每個(gè)設備端點(diǎn)傳輸一個(gè)數據包。最大的包大小為1023字節，每秒總數據傳輸率為1 Mbps。USB 2.0不僅將數據率提高到480 Mbps，還將每個(gè)幀分成8個(gè)微幀，以降低對設備緩存的需求。USB 2.0還將每個(gè)設備的每個(gè)微幀1024字節的包容量擴大到3個(gè)數據包的容量。這樣USB 2.0中ISO數據率從1 Mbps提高到24 Mbps (每秒1000幀 × 每幀8微幀 × 每微幀3個(gè)數據包 × 每數據包1024字節)。

圖1 應用帶寬分析圖

ISO傳輸的應用
　　
USB 2.0高速I(mǎi)SO推出后支持的最佳產(chǎn)品便是并不昂貴的攝像機。USB攝像機早已問(wèn)世，但全速USB的帶寬限制令人們對圖像的分辨率及幀速率大失所望。全速USB攝像機的帶寬僅能以每秒5幀的速度傳輸未壓縮CIF (352 × 288)視頻。該設備需占用90%以上的帶寬，而這個(gè)帶寬是系統內所有USB設備共享的。而通過(guò)高速I(mǎi)SO，相同攝像機可以每秒30幀的速度工作，僅占用可用帶寬的10%。作為一個(gè)實(shí)例，該技術(shù)已在DV(數碼視頻)攝像機中得到了應用，以每秒4.5Mbyte的恒定速率傳輸復合視頻和音頻。高速I(mǎi)SO功能在這類(lèi)領(lǐng)域中完全游刃有余。圖1所示為各類(lèi)流協(xié)議所需帶寬與USB1.1全速及USB2.0高速所能利用的ISO帶寬的對比情況。
　　
USB的作用并非在數據到達CPU時(shí)即告終止。USB 2.0還可以將數據由CPU傳輸到外部硬盤(pán)、DVD-RAM或CDRW驅動(dòng)器等存儲設備中。如今采用USB 2.0標準的大量數據存儲設備的運行速率已高達20 Mbps，并且有望繼續提高。
　　
Windows支持的USB基于分層結構，可使所需的常規設備驅動(dòng)降至最少，甚至無(wú)需常規設備驅動(dòng)。分層結構的最底層是USBD，即通用串行總線(xiàn)驅動(dòng)。位于USBD之上的是類(lèi)驅動(dòng)(class drivers)，這種驅動(dòng)對于具有類(lèi)似特性的設備是通用的。要支持ISO，類(lèi)驅動(dòng)必須采用流類(lèi)驅動(dòng)程序（Stream Class Driver，stream.sys）。音頻和視頻驅動(dòng)則位于stream.sys之上。Windows 98包含了對于音頻設備的支持，而Windows 2000、ME和XP則通過(guò)減少其他操作系統任務(wù)延遲音頻數據的可能性增強了這種支持功能。Windows(r) 2000、ME和XP還增加了某些支持數碼視頻相機的功能。USB 2.0高速設備可利用流驅動(dòng)獲得高達24 Mbps的帶寬。

支持USB 2.0規范的PCI主機已在今年四月投放在零售市場(chǎng)上。支持USB 2.0新標準的微控制器現在也已開(kāi)始發(fā)售。例如Cypress的EZ-USB FX2(tm)，這是一種兼容USB 2.0規范，并能以高達每秒24Mbyte的持續速率進(jìn)行ISO傳輸的8位微控制器。該器件采用了靈活的外部接口，從而便于與諸如攝像機ASIC（專(zhuān)用集成電路）等等的多媒體數據源相連接。該器件的開(kāi)發(fā)工具包中包括了一些固件和驅動(dòng)程序范例，這有助于推動(dòng)ISO的開(kāi)發(fā)，并能夠加快和保證高效的開(kāi)發(fā)速度。而另一種名為ISD-300的USB 2.0器件使生產(chǎn)商能夠設計出實(shí)際運行速率比共享IDE控制器的驅動(dòng)器更快的外部CDRW和DVD驅動(dòng)器。