聯(lián)網(wǎng)標準讓車(chē)載視頻娛樂(lè )和信息系統成為可能

新的系統是基于面向車(chē)輛聯(lián)網(wǎng)的標準，如IDB-1394和面向媒體的系統傳輸(MOST)標準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(chē)載娛樂(lè )系統，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(chē)制造商正在開(kāi)發(fā)原型機，產(chǎn)品可能最早要到2008年才能上市。根據諸如IDB-1394和MOST之類(lèi)的標準，這些應用所需要的網(wǎng)絡(luò )標準—如后座娛樂(lè )系統和實(shí)時(shí)攝像機—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(chē)載網(wǎng)絡(luò )原型中對這些系統所做的基本概述，其中描述了采用IDB-1394標準的網(wǎng)絡(luò )。通過(guò)提供最高達400Mbps的帶寬，IDB-1394可以滿(mǎn)足視頻和音頻對多媒體網(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(mǎn)足這些車(chē)載多媒體應用對帶寬需求的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議。IEEE標準1394b-2002為物理層定義了從100Mbps到400Mbps的擴展，并定義了在最長(cháng)100米的距離上不需要轉發(fā)器來(lái)連接不同系統節點(diǎn)的能力。由于幾乎有400Mbps的可用帶寬，網(wǎng)絡(luò )能夠在單線(xiàn)束上連接無(wú)數的通信通道，為DVD播放機、個(gè)人電腦、手持產(chǎn)品和相關(guān)外設提供服務(wù)。IDB-1394還容許傳輸多路音頻和圖像內容，這些內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，IDB-1394協(xié)議提供具有同步通道(實(shí)時(shí))的不同類(lèi)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(hù)指令的異步通道。視頻及其相關(guān)音頻內容通過(guò)同步通道與在接收節點(diǎn)跟圖像數據同步的音頻信號一起路由。

任何類(lèi)型的通道都可以運載以原始或編碼數據形式存在的傳輸流(TS)。編碼和解碼功能都不是IDB-1394標準的組成部分，見(jiàn)下列解決方案。在此，不需要主處理器，因為幾乎總是采用其它標準，如USB。在IDB-1394中，傳輸流使協(xié)議處理器能夠獨立于主處理器。

網(wǎng)絡(luò )采用環(huán)形結構。在網(wǎng)絡(luò )內切斷任意但僅僅一個(gè)分支，不會(huì )導致系統故障，也不會(huì )導致任何其它類(lèi)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 )，供任意接收節點(diǎn)在任何時(shí)間獲取，從而容許后座乘客隨機選擇。

IDB-1394控制器

為了實(shí)現車(chē)載網(wǎng)絡(luò )，需要采用專(zhuān)用的、基于標準的控制器。日本富士通公司開(kāi)發(fā)的一款稱(chēng)為MB88387的IDB-1394控制器，就是為后座娛樂(lè )系統專(zhuān)門(mén)設計的。它是一種由物理層和數據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(kāi)發(fā)的數字傳輸拷貝保護(DTCP)，以杜絕非法拷貝擁有版權的內容。

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(lái)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(shuō)明視頻數據傳輸流(TS)的路徑。它通常被編碼為MPEG2。該器件提供兩個(gè)用于把數據經(jīng)由DTCP單元路由到本地應用的兩個(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。最后，傳輸流被路由到雙口物理層實(shí)現。

圖2：MB88387控制器模塊。

這些兼容1394b的端口把線(xiàn)驅動(dòng)到下一個(gè)節點(diǎn)。它們所支持的總線(xiàn)速度與1394標準的各種物理層規范兼容，包括S100、S200和S400物理層規范。該模塊稱(chēng)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數據流。

基于IDB-1394標準的網(wǎng)絡(luò )僅僅需要一個(gè)由線(xiàn)束連線(xiàn)構成的簡(jiǎn)單環(huán)結構。其它協(xié)議通常需要點(diǎn)對點(diǎn)連接或甚至對指令傳輸和模擬音頻采用不同的路由。通過(guò)IDB-1394規范，IDB-1394的通用性有效地摒棄這些追加的總線(xiàn)系統的不足。

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，視頻信號可以被饋入到不同的傳輸流接口；音頻流可以通過(guò)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(lài)于分配給視頻數據流的2KB FIFO緩沖器。而音頻流如方框圖中部箭頭所指，可以通過(guò)不同的通道處理。

對于指令接口，要采用異步傳輸通道。主處理器接口通過(guò)兩個(gè)512字節FIFO緩沖以實(shí)現接收和發(fā)送。對于所有的數據類(lèi)型，因為采用不同的緩沖器，都可能采用并行處理。甚至可以同時(shí)處理兩個(gè)數據流，例如，數字電視和DVD視頻信號就可以被并行傳輸，而相應的音頻信號則由不同的通道傳輸。

在接收端，需要根據傳輸流對視頻和各自的音頻流進(jìn)行再次同步。在把數據傳輸到DTCP單元之前，第一步是單元調用橋A/B，把匹配的音頻和視頻內容組合為同步數據包。

在第二步中，TSP-IC接口根據它們的時(shí)間戳同步這些數據包。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。數據包報頭也被自動(dòng)剝離。對所有這些數據流進(jìn)行緩沖就能確保連續的傳輸。

基于IDB-1394的后座娛樂(lè )系統

MB88387支持后座娛樂(lè )系統(RSE)的設計，如圖3所示。

圖3：后座娛樂(lè )系統。

系統由位于前面板的主單元(M)、兩臺后座顯示器(R)和一個(gè)放大器組成。主單元—通常也包括導航系統—提供DVB-T、DVD-視頻和DVD音頻信號。所有信源可以由后座乘客隨機選擇，因為所有數據都可以在所有時(shí)間并行傳輸。被轉換為一串MPEG2傳輸流的DVB-T信號—大約同時(shí)提供30個(gè)節目—需要大約32Mbps的帶寬。線(xiàn)性PCM音頻信號需要不到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、存儲外設或手持設備而留下了大量的帶寬。

IDB-1394開(kāi)發(fā)套件

如何以合理的努力開(kāi)始設計呢？為此，開(kāi)發(fā)套件是一種合適的工具。通常，用戶(hù)需要建立類(lèi)似于方框圖所示的系統。為了讓設計工程師著(zhù)手設計，還需要基本的軟件包。

開(kāi)發(fā)套件(見(jiàn)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，并將A/V信號饋入傳輸節點(diǎn)。開(kāi)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(zhù)IDB-1394網(wǎng)絡(luò )發(fā)送。在接收節點(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據。

圖4：開(kāi)發(fā)套件。

雖然主系統—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(zhù)同一環(huán)境可以支持將來(lái)為這些車(chē)載視頻應用開(kāi)發(fā)的1394設備。

IDB-1394演示網(wǎng)絡(luò )

IDB-1394演示網(wǎng)絡(luò )類(lèi)似于采用兩個(gè)開(kāi)發(fā)套件創(chuàng )建的基本IDB-1394網(wǎng)絡(luò )。這次有四個(gè)節點(diǎn)安裝到網(wǎng)絡(luò )上。如圖5所示的網(wǎng)絡(luò )顯示的系統方框圖包含兩個(gè)數據源，以及擔當后座數據接收器的兩臺DVD播放機和兩臺顯示器。

圖5：IDB-1394系統。

網(wǎng)絡(luò )采用環(huán)形結構。在網(wǎng)絡(luò )內切斷任意但是僅僅一個(gè)分支，不會(huì )導致系統故障，也不會(huì )導致任何其它類(lèi)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別的系統可用性。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 )，供任意接收節點(diǎn)在任何時(shí)間獲取，從而容許后座乘客隨機選擇。

與向車(chē)輛駕駛員實(shí)時(shí)提供后座視圖的實(shí)時(shí)攝像系統相比，對于后座娛樂(lè )系統的設計有一些不同的要求。圖6所示為支持增強編解碼功能的未來(lái)后座娛樂(lè )系統應用的例子。在采用MB88387作為1394控制器的后座娛樂(lè )系統中，有必要在每一個(gè)不同的節點(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播放機和所有后座顯示器所需要的。所添加的硬件單元適當地增加了整體的系統成本，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延遲時(shí)間巨大—延遲時(shí)間大約增加200到300ms—的問(wèn)題。

這種相當巨大的延遲可以由人眼感受到，特別是當用戶(hù)在菜單顯示器上選擇一個(gè)操作的時(shí)候，并且相應的動(dòng)作被延遲一段顯而易見(jiàn)的時(shí)間。在特別情況下，后座攝像機提供的實(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(wèn)題

為了避免這樣的瓶徑，SmartCODEC可以在系統中以IDB-1394控制器的形式實(shí)現，它不需要任何外部MPEG編碼器和解碼器就能夠傳輸DVD視頻、數字電視和導航圖像。通過(guò)新型、更為有效和創(chuàng )造性的編解碼算法，可以把以YUV數字信號和RGB數字信號形式存在的原始數據壓縮2/3。該算法的設計滿(mǎn)足了實(shí)時(shí)傳輸的需要，并且也為不具備MPEG2-TS接口的傳統系統開(kāi)放了更多被集成到同一IDB-1394總線(xiàn)系統的機會(huì )。

圖7：具有SmartCODEC的RSE網(wǎng)絡(luò )(為清楚起見(jiàn)而重復畫(huà)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(lèi)幾乎不存在視頻編碼損失的編解碼器—SmartCODEC。它對YUV信號和高清晰度RGB信號進(jìn)行壓縮和解壓，因為這些信號常被應用在導航顯示器中。

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BT.601標準對分量視頻以恒定的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(méi)有損失，為自然圖象和線(xiàn)圖提供了高品質(zhì)的圖像。它僅僅采用線(xiàn)存儲器，而不必采用幀存儲器。

這種CODEC將為設計工程師帶來(lái)兩點(diǎn)有用的好處。車(chē)載娛樂(lè )網(wǎng)絡(luò )的新應用—如圖1中Nissan原型車(chē)中的實(shí)時(shí)攝像系統—將切實(shí)可行。并且，像后座娛樂(lè )系統這樣的現有應用，可以用比現在可能的方案更低的成本來(lái)構建。

車(chē)載娛樂(lè )和信息系統技術(shù)將繼續發(fā)展，新的集成電路技術(shù)將應用到原型設計和車(chē)輛的生產(chǎn)之中。