哪種USB接口適用于您的應用?(下)

　　數碼相機

　　不管分辨率有多高(從 VGA 至 800 多萬(wàn)像素)，DSC的特點(diǎn)都很相似。目前，所有相機都通過(guò)存儲卡來(lái)存儲數碼照片，包括 CF卡、SmartMedia 和 MediaStick 等，當然也有的通過(guò)嵌入式硬盤(pán)驅動(dòng)器來(lái)存儲。所有 DSC 都采用電池供電，因此除了電池充電外，通常不需要通過(guò) USB 連接獲得電力。此外，這些設備可脫離計算機工作，只有在進(jìn)行最后數據圖形的編輯、打印、存儲或傳輸時(shí)才會(huì )連接到計算機。

　　相機的存儲介質(zhì)類(lèi)型并不重要，存儲量才是最重要的。如果相機存儲容量較小，那么數據很快就會(huì )占滿(mǎn)空間，從而需要經(jīng)常傳輸。傳輸頻率高，就需要經(jīng)常清空存儲空間，這樣用戶(hù)才能繼續使用相機。如果相機存儲容量較大，其使用模式就有些像此前說(shuō)過(guò)的外置存儲設備，關(guān)鍵是要確保 USB 連接不會(huì )成為在相機和電腦間照片傳輸的瓶頸。與外置存儲設備一樣，數據管道越大，性能就越高。因此，高速 USB 顯然是最佳選擇。對更加關(guān)心成本的低端相機來(lái)說(shuō)，要是存儲量不大，也可以采用全速標準來(lái)滿(mǎn)足其低成本要求。

　　DSC 這種終端設備非常適合采用 OTG 技術(shù)。如果能到店里找臺打印機，不用連接電腦就能直接把相機中的照片打出來(lái)，那確實(shí)是非常理想的應用方式。不過(guò)問(wèn)題是，所選的相機和打印機是否在彼此的目標外設列表上。支持 OTG 功能的 DSC 會(huì )嘗試采用 USB 設備的“打印機”類(lèi)驅動(dòng)程序，但如果打印機需要特殊驅動(dòng)程序才能打印高質(zhì)量相片的話(huà)，這就會(huì )產(chǎn)生問(wèn)題。相反，如果讓打印機作為主機，這樣打印機就能支持海量存儲外設，相機與打印機線(xiàn)連就像相機與PC連接一樣，從而可以實(shí)現對相機的存取?，F在許多照片打印機都內置閃存讀卡器，這對支持 OTG 功能的相機和照片打印機市場(chǎng)都產(chǎn)生了較大影響。


表 1  網(wǎng)絡(luò )攝像頭的帶寬要求

　　考慮到 DSC 的便攜性，在向 PC 傳輸照片以清空相機的存儲空間時(shí)，Certified WUSB 似乎也是一種理想的選擇。不過(guò)唯一潛在的問(wèn)題是，在 DSC 中采用 WUSB 標準，會(huì )增加成本，而 DSC 本身對成本控制是非常重視的。不過(guò)，我們可以通過(guò)這種技術(shù)省去連接線(xiàn)纜的麻煩，而且相機本身也不用再配備 USB 接口，這或許會(huì )抵消支持 WUSB 標準所帶來(lái)的成本問(wèn)題。顯然，如果 WUSB 還不能做到像目前有線(xiàn) USB 一樣普及的話(huà)，那么取消 DSC 上的 USB 連接器就不可能實(shí)現。


表 2  音頻帶寬要求

　　便攜式媒體(音頻或視頻)播放器

　　與 DSC 一樣，便攜式音頻或視頻播放器也涉及到存儲類(lèi)型與容量的問(wèn)題。存儲類(lèi)型有兩種，一是硬盤(pán)存儲，二是閃存存儲。就用戶(hù)的同步應用而言，前面關(guān)于 DSC 的問(wèn)題同樣也適用于這種設備。對這種設備而言，只有高速 USB 才是真正最適用用的解決方案，不過(guò)對極低端的設備而言可能例外。DSC和便攜式媒體播放器 (PMP) 的唯一本質(zhì)區別在于，PMP 可能在回放中要求支持向 PC 同步實(shí)時(shí)傳輸數據流，或者采用 OTG 技術(shù)來(lái)直接將實(shí)時(shí)數據流傳送至揚聲器／耳機系統。我們會(huì )看到，除了極高端的新一代音頻格式之外，全速 USB 更適用于同步音頻流應用。不過(guò)，在處理實(shí)時(shí)視頻流時(shí)，頻寬會(huì )猛增到 30 Mbps 左右，因此需要高速連接。與 DSC 類(lèi)似，這種設備也很適合采用 OTG 和 WUSB 連接。在此情況下，目標外設為揚聲器或耳機，而不是打印機。

　　移動(dòng)電話(huà)／個(gè)人數字助理 (PDA)

　　這種設備的使用模式與DSC及PMP比較類(lèi)似。我們同樣要考慮，需要多大存儲容量？隨著(zhù)這種設備新增 MP3 播放器、百萬(wàn)像素相機等更多功能，以及聯(lián)系人數據庫的規模增大，其存儲容量也在迅速擴大。隨著(zhù)存儲容量的擴大，同步連接也需要采用高速標準。與 DSC 和 PMP 一樣，移動(dòng)電話(huà)和PDA 也非常適合采用 OTG 技術(shù)。它們既是率先支持 OTG 功能的設備類(lèi)型之一，同時(shí)也具備 WUSB 實(shí)施方案的所有主要特性。這類(lèi)設備很可能成為率先支持原生 WUSB 功能的設備，而不是通過(guò)外接無(wú)線(xiàn)適配器來(lái)支持。

　　PC 攝像頭或網(wǎng)絡(luò )攝像頭

　　網(wǎng)絡(luò )攝像頭通常分為兩類(lèi)，一是采用壓縮技術(shù)的設備，二是發(fā)送原始數據流的設備。這兩種類(lèi)型的設備都支持同步數據流。第一種設備通常以每秒 30 幀的速率對未壓縮視頻數據進(jìn)行播放，分辨率為 640x480 百萬(wàn)像素；第二種設備以每秒 24 幀的速率進(jìn)行播放，分辨率為 1024x768，支持 RGB-24 (24 位，數百萬(wàn)種色彩)。此外，大多數網(wǎng)絡(luò )攝像頭通過(guò)總線(xiàn)供電。與噴墨打印機一樣，這種設備不同品牌差別也不大，都是價(jià)格敏感型產(chǎn)品。表 1 和圖 2 顯示了使用不同攝像頭對非壓縮數據的帶寬要求。

　　圖 2 顯示出，在使用非壓縮攝像頭時(shí)，必須采用高速 USB 標準。即便攝像頭采用壓縮數據，吞吐能力仍然要達到 30 Mbps 乃至更高。因此，這時(shí)我們必須使用高速 USB 連接。


圖 2  網(wǎng)絡(luò )攝像頭的帶寬要求

　　USB OTG 不適用于網(wǎng)絡(luò )攝像頭應用，攝像頭功能無(wú)需作為主機使用。同樣，攝像頭也不適合作 OTG 設備的外設，因為攝像頭會(huì )要求 OTG 主機提供超過(guò) 8mA 的電流，而且這樣一來(lái)會(huì )增加外接電源或要求采用電池。

　　同樣，就 Certified WUSB 而言，功耗和成本問(wèn)題也會(huì )使攝像頭不適于采用 Certified WUSB 連接。攝像頭的平均售價(jià)約為 60 至 100 美元。從經(jīng)濟角度來(lái)說(shuō)，如果采用WUSB 硅技術(shù)將使攝像頭的成本相應提高5至10美元甚至更高，這是不可行的。此外，要支持 WUSB 的話(huà)，攝像頭制造商還必須提供 AC 電源轉換器，這不僅會(huì )提高成本，而且還會(huì )讓 WUSB 的便捷優(yōu)勢大打折扣。

　　打印機

　　與海量存儲設備一樣，打印設備首先要考慮的問(wèn)題也是，數據吞吐能力的瓶頸會(huì )發(fā)生在什么地方？激光打印機和噴墨／氣泡噴墨打印機的數據吞吐能力要求不一樣。包括數據壓縮等在內的其它打印機參數也會(huì )影響頻寬要求。不過(guò)，這些特性都會(huì )影響成本，而成本對消費類(lèi)設備的影響是至關(guān)重要的。

　　噴墨／氣泡噴墨打印機是消費者最常用的設備。因此，這種設備對成本要求也是最敏感的。為了盡可能降低成本，通常由 PC 負責數據壓縮工作，但這要求設備提供更高的數據吞吐能力，特別在發(fā)送彩色文件時(shí)要求更高。高速 USB 接口可支持打印機最快打印速度(以每分鐘打印頁(yè)數為單位)。對不帶壓縮引擎的打印機而言，理想頻寬可達到 300 Mbps；而對帶有數據壓縮引擎的打印機來(lái)說(shuō)，理想頻寬則可降至 10 Mbps 左右，不過(guò)這會(huì )增加打印機的成本。因此，對帶有壓縮引擎的噴墨打印機來(lái)說(shuō)，消費者盡管可以采用全速 USB 連接，但成本方面還是不合算。因此，高速 USB 連接是更合適的選擇。由于本市場(chǎng)領(lǐng)域中成本非常重要，因此許多打印機仍然采用全速標準，每分鐘打印的頁(yè)數都不多，不過(guò)仍然基本滿(mǎn)足消費者的價(jià)位需求。

　　激光打印機面向較高端的市場(chǎng)，因此在成本上要求不是很?chē)栏?。這就可以在打印機中集成壓縮功能，以便分擔部分數據處理任務(wù)。通常說(shuō)來(lái)，激光打印機的打印速度要高于噴墨打印機。因此，我們需要高帶寬的高速 USB 接口來(lái)滿(mǎn)足有關(guān)需求。

　　要是在成本敏感型噴墨打印機市場(chǎng)中實(shí)施 Certified WUSB 的話(huà)，很可能行不通。而激光打印機市場(chǎng)倒是能夠承受這部分增加的成本。通常來(lái)說(shuō)，激光打印機要滿(mǎn)足 SOHO 辦公應用的需求，更需要在打印機和筆記本電腦之間實(shí)現方便的連接。

　　若為上述兩種打印機添加 OTG 功能，它們便能直接打印 DSC 或 PDA 等便攜式消費類(lèi)設備中存儲的內容，特別適合更高端的打印機的需要，這種打印機甚至開(kāi)始配置小型數碼顯示器，不僅能顯示圖片和文件，而且還可進(jìn)行圖文編輯。盡管這在連接到 PC 時(shí)沒(méi)什么用，不過(guò)對兩用 OTG 設備來(lái)說(shuō)還是非常有用的。

　　揚聲器/耳機

　　我們在考慮揚聲器的同步帶寬要求時(shí)，首先要做的就是了解其支持哪種音頻格式，具體包括杜比數碼 (AC-3)、DTS 數字環(huán)繞音響、THX 和新一代非壓縮音響等。杜比數碼是一種 5.1 聲道的環(huán)繞音響格式，也是 DVD 視頻的標準。DTS數字環(huán)繞音響也是一種 5.1 聲道的環(huán)繞音響格式，是一種能夠與杜比數碼相媲美的類(lèi)似技術(shù)。THX Surround EX 也稱(chēng)作杜比數碼 EX，指的是支持最新 6.1 聲道環(huán)繞音響格式的新版杜比數碼，它通過(guò)新增位于觀(guān)眾身后的一個(gè)或兩個(gè)揚聲器，改進(jìn)了原先的 5.1 聲道效果。此外，還有幾種音頻格式也能與杜比數碼相提并論，如頂級揚聲器可支持 24 位、每聲道 96kHz 的非壓縮數據流。表 2 總結了不同格式的帶寬要求，其中唯一超越全速 USB 支持能力的格式就是新一代非壓縮音頻。

　　揚聲器似乎不太適合作為全面的 OTG 設備，不過(guò)它們可以作為具備OTG功能的外設，支持音頻或視頻播放器，其中包括如 MP3 或便攜式 DVD 播放機器等。對 WUSB 而言，重點(diǎn)主要是高端揚聲器，它們能承受更高的材料清單成本(BOM)。這種揚聲器可以作為 PC 的高端游戲音響系統，也能作為家庭娛樂(lè )系統的低音炮和揚聲器組合。一般 PC 揚聲器(低成本揚聲器，通常都隨 PC 或其它低端專(zhuān)用產(chǎn)品配套提供)不會(huì )采用這種標準，因為這會(huì )提高成本，消費者也不希望為性能平平的無(wú)線(xiàn)揚聲器多掏腰包。

　　相比于揚聲器，耳機的帶寬要求更容易被滿(mǎn)足，全速 USB 完全可以滿(mǎn)足有關(guān)要求。通常說(shuō)來(lái)，耳機只需要 128 kbps 的帶寬來(lái)支持兩個(gè)高質(zhì)量音頻流。耳機不必支持 OTG 功能，不過(guò)作為目標外設，還是很不錯的解決方案。高端耳機(平均零售價(jià)在 199 美元以上)可采用 WUSB 技術(shù)連接到 PC，支持 VoIP 等應用，也可支持 PDA、移動(dòng)電話(huà)等。

　　今后 USB 將如何發(fā)展？

　　為了真正評估速率需求，我們應了解哪些因素將推動(dòng)速率增長(cháng)。上述終端設備的發(fā)展呈現兩大趨勢：一是內容越來(lái)越豐富，二是存儲容量越來(lái)越大。正如蛋和雞的道理，我們說(shuō)不清楚到底是豐富的內容推動(dòng)了存儲容量需求的增長(cháng)，還是存儲容量的增長(cháng)催生了消費者對內容豐富性的需求。

　　內容的豐富性突出表現在數碼相機市場(chǎng)上。1998 年，DSC 的平均分辨率為 100 萬(wàn)像素。2004 年為 500 萬(wàn)?，F在，像素已接近 1000 萬(wàn)。如今，移動(dòng)電話(huà)也具有支持 130 萬(wàn)像素的拍照功能，今后幾年將向 500 萬(wàn)像素發(fā)展。沒(méi)有任何跡象表明這一發(fā)展趨勢會(huì )減速。

　　同時(shí)，DSC 正從光學(xué)變焦(需要龐大而昂貴的機電子系統)向數碼變焦發(fā)展。數碼變焦推動(dòng)了更高分辨率的需求，可支持 DSC 用戶(hù)在已捕獲到的數碼圖像基礎上進(jìn)行放大，同時(shí)又能保持圖像原始的高清晰度。這兩種趨勢均要求具備更大的存儲容量并支持更大圖像文件的傳輸。JPEG 拍照圖像的平均大小已從 1998 年的 100 KB 上升到了目前的 4 MB。此外，還需要頻繁地清空數碼相機的存儲空間。用戶(hù)希望將內容從相機中移走，以釋放更多剩余空間，接著(zhù)又會(huì )很快被用完。

　　內容的豐富性還體現在采用了基于硬盤(pán)驅動(dòng)的便攜式媒體播放器上。該播放器包括 MP3 和視頻播放器。大多數內容都應支持途中欣賞。電影正從標清(需 5.7GB 的存儲空間)向高清格式過(guò)渡(25 GB 的存儲空間)。有了 40GB 的存儲空間，MP3 播放器就能存儲 1 萬(wàn)首歌曲，這一功能正在逐步推廣。

　　存儲容量的發(fā)展超過(guò)了過(guò)去幾十年的技術(shù)發(fā)展速度，甚至超過(guò)了摩爾定律。就存儲容量而言，我們要考慮到硬盤(pán)驅動(dòng)器 (HDD) 和閃存領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展趨勢。1996 年，普通 HDD 直徑為 3.5 英寸，轉速為 3,600 RPM，存儲容量為 540 MB。2004 年，普通 HDD 直徑為 2.5 英寸，轉速為 9,600 RPM，存儲容量達 160 GB。HDD 的尺寸也在不斷縮小，如今有些容量達 5 GB 的硬盤(pán)只有 1 英寸大小，甚至容量為 4 GB 的硬盤(pán)，其尺寸僅為0.85 英寸。這種新型 HDD 面向小型化便攜式應用，其中包括移動(dòng)電話(huà)和 MP3 播放器等?？紤]到上述因素，從發(fā)展趨勢上講，我們可以預計，在保持當前 104% 的年容量增幅情況下(這是摩爾定律的兩倍)，到 2008 年，普通硬盤(pán)的平均容量(不是最高容量)將達 2,750 GB，直徑將為 2.1 英寸，轉速將達 15,700 RPM。閃存首次出現于 1989 年，容量為 1 MB，到 2004 年，閃存容量達到了 1 GB。若能繼續保持這種發(fā)展態(tài)勢，則到 2008 年，閃存芯片將支持 6.4 GB 的容量(存儲容量年增長(cháng)率達 58%，僅次于摩爾定律)。

　　我們從圖 3 可以分析出在電腦和存儲設備間傳輸 20 GB 數據所需的速率，在此我們假定帶寬效率為 50%，設傳輸時(shí)間分別為 10 秒鐘、1 分鐘和 5 分鐘。通常，多數用戶(hù)對移動(dòng)設備傳輸時(shí)間的忍耐極限為 5 分鐘，而且大都希望傳輸時(shí)間為一分鐘甚至更短。很少有用戶(hù)會(huì )將移動(dòng)設備中的全部?jì)热荻及l(fā)送出來(lái)。因此，我們不妨估計，今后 USB 提速改進(jìn)時(shí)可將 5 Gbps 作為一個(gè)目標。圖 4 顯示了在假定帶寬效率為 50% 的情況下，傳輸不同尺寸的數據圖像所需的時(shí)間。


圖 3  在電腦與存儲設備間傳輸 20GB 數據所需的速率分析(假定帶寬效率為 50%，設傳輸時(shí)間分別為 10 秒鐘、1 分鐘和 5 分鐘)


圖 4  傳輸不同尺寸數據圖像所需的時(shí)間(假設帶寬效率為 50%)

　　哪種USB 是您的最佳選擇？

　　第一部分回顧了 PC 外設發(fā)展的簡(jiǎn)史、對通用接口的需求以及 USB 規范的演進(jìn)。我們還討論了 USB 規范本身及其對最終用戶(hù)使用體驗的影響。最后還回顧了規范的發(fā)展歷程，介紹了當前使用的幾種不同的 USB 版本。

　　第二部分介紹了常見(jiàn)的應用，討論了不同 USB 版本的優(yōu)劣勢，由此確定不同應用該如何選擇合適的 USB 版本。之后討論了某些應用的未來(lái)發(fā)展，指出到 2009 年乃至更遠的未來(lái)，勢必需要更高級的數據吞吐管道。