為什么HANA在家庭視頻網(wǎng)絡(luò)中選擇1394技術(shù)，而不是以太網(wǎng)或 HDMI

就家庭網(wǎng)絡(luò)而言，IEEE-1394 平臺(tái)與以太網(wǎng)和 HDMI 相比具備幾大優(yōu)勢(shì)。1394 采用普通的CAT5/6電纜，甚至還能用輸電線連接，無(wú)需在家中進(jìn)行新的布線就能實(shí)現(xiàn)全家聯(lián)網(wǎng)。

高清音視頻網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟 (HANA) 選擇 IEEE-1394 作為其推薦的家庭網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，這一舉措可能會(huì)令一些業(yè)界人士大吃一驚。以太網(wǎng)在 PC 市場(chǎng)已取得了成功，用戶數(shù)量龐大，具有規(guī)模經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。而 HDMI 則又在消費(fèi)類電子產(chǎn)品領(lǐng)域已經(jīng)取得了明顯的領(lǐng)先地位，成為視頻傳輸點(diǎn)到點(diǎn)連接的首選。既然以太網(wǎng)在 PC 網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)占主導(dǎo)地位，HDMI 則又在 CE 點(diǎn)到點(diǎn)連接方面占主導(dǎo)地位，HANA 為何不選擇上述兩種技術(shù)呢？1394究竟有哪些優(yōu)勢(shì)，足以讓 HANA 做出這樣的決定呢？

帶寬與服務(wù)質(zhì)量

傳輸單個(gè)帶音頻的高清 MPEG2 視頻流通常需要 20 至 30 Mbps 的帶寬，具體取決于消費(fèi)應(yīng)用的分辨率。盡管以太網(wǎng)、HDMI 及 1394 均具備傳輸高清視頻內(nèi)容的帶寬，但這三種技術(shù)各有其優(yōu)缺點(diǎn)。我們不妨深入探討一下每種技術(shù)處理視頻的工作原理。

理想情況下，100 Mbps 的以太網(wǎng)能支持最多 5 個(gè)高清視頻流。我們這里假定高清視頻流的分辨率為最低，協(xié)議不會(huì)造成開銷，而且每個(gè)視頻流都擁有專用帶寬，不會(huì)與網(wǎng)絡(luò)上其他設(shè)備發(fā)生擁擠。

不過(guò)，以太網(wǎng) IP 網(wǎng)絡(luò)只能提供“盡力而為的”數(shù)據(jù)包傳輸服務(wù)，也就是說(shuō)，我們不能保證網(wǎng)絡(luò)不會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)包丟失、復(fù)制、延遲或順序打亂等現(xiàn)象。這會(huì)對(duì) MPEG2 視頻流傳輸?shù)臅r(shí)鐘重建造成極大影響，進(jìn)而影響音視頻、多房間音頻的同步傳輸，以及其他類似應(yīng)用。

由于視頻流對(duì)時(shí)間很敏感，因此我們必須通過(guò)兩種基本的方法來(lái)提高 IP 系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量，以避免視頻中斷：一是通過(guò)提高帶寬或減少網(wǎng)絡(luò)流量來(lái)避免網(wǎng)絡(luò)擁堵；二是為各顯示設(shè)備增加更多緩沖。

為提高 QoS，我們制定了 802.1Q 規(guī)范，以此作為第三種方法。通過(guò) Tag Protocol ID (TPID)來(lái)生成數(shù)據(jù)包的優(yōu)先級(jí)，提高時(shí)間敏感型數(shù)據(jù)及時(shí)抵達(dá)目的地的幾率。

盡管這能將時(shí)間敏感型數(shù)據(jù)從一般網(wǎng)絡(luò)流量中釋放出來(lái)，但隨著家庭中越來(lái)越多的設(shè)備都要接收時(shí)間敏感型數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)擁堵問(wèn)題還將繼續(xù)存在。高清視頻流之間會(huì)出現(xiàn)彼此競(jìng)爭(zhēng)的局面，IPTV、VoIP、視頻會(huì)議以及游戲系統(tǒng)等都要爭(zhēng)奪數(shù)據(jù)包的優(yōu)先權(quán)。

而 1394 的優(yōu)勢(shì)則在于，1394a 標(biāo)準(zhǔn)最多能同時(shí)傳輸 8 個(gè)高清視頻流，速度達(dá)到 400 Mbps。隨著支持 1394b 標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備越來(lái)越多，速度還將翻番，達(dá)到 800 Mbps，通過(guò)更高的帶寬支持更多功能。1394 加載的 IP 網(wǎng)絡(luò)非常適用于文件傳輸，對(duì)時(shí)延問(wèn)題不是很計(jì)較，而且 1394 標(biāo)準(zhǔn)從一開始就是考慮到視頻和 QoS 的需要而設(shè)計(jì)的，所以能夠確保傳輸質(zhì)量。

為確保高 QoS，所有帶寬均劃分為多個(gè)時(shí)間為 125μs 的周期（見圖1）。在每個(gè)周期中，最多 80% 的時(shí)間用于傳輸時(shí)間敏感型同步數(shù)據(jù)，所有其他異步數(shù)據(jù)流量則在剩下的 20% 的時(shí)間內(nèi)傳輸。如果異步周期被完全占用了，那么異步數(shù)據(jù)將在下一個(gè)異步周期內(nèi)傳輸。

圖 1：1394 周期示例

設(shè)備連接后將發(fā)出總線重設(shè)信號(hào)，網(wǎng)絡(luò)上所有設(shè)備將更改其網(wǎng)絡(luò)功能與要求。如果某些設(shè)備需要傳輸同步內(nèi)容，那么將進(jìn)行仲裁并決定網(wǎng)絡(luò)上的某臺(tái)設(shè)備將作為“同步資源管理器”，以確保需要傳輸同步內(nèi)容的設(shè)備能夠得到必要的帶寬。

1394 協(xié)議中內(nèi)置了相關(guān)機(jī)制，能在總線重設(shè)時(shí)保存同步數(shù)據(jù)流，這可避免新設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)或從網(wǎng)絡(luò)拔除某設(shè)備后造成音頻或視頻中斷。通過(guò)這種保留系統(tǒng) (reservation-based system)，音視頻內(nèi)容的帶寬得以保證，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健的服務(wù)質(zhì)量。

HDMI 的速度高達(dá) 5 Gbps，是三個(gè)接口中速度最快的。與以太網(wǎng)和 1394 不同，HDMI 傳輸?shù)氖俏磯嚎s的視頻內(nèi)容。即便是傳輸未壓縮的高清視頻流，HDMI仍還有一半多的帶寬可供今后使用。但HDMI 只能作為點(diǎn)到點(diǎn)的單向接口使用，且只能用于傳輸單一的 AV 流媒體，而這正是 HANA和 DLNA 所要努力改變的。

拓?fù)渑c配置

數(shù)十年來(lái)，內(nèi)容只能進(jìn)行點(diǎn)到點(diǎn)的傳輸，受到極大的限制。網(wǎng)絡(luò)為家庭帶來(lái)了革命。網(wǎng)絡(luò)上的內(nèi)容不再局限于兩點(diǎn)之間的傳輸，而是可以在家中所有相關(guān)設(shè)備上觀看、共享。

以太網(wǎng) IP 和 1394 是兩種截然不同的聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。IP 網(wǎng)絡(luò)必須采用星型拓?fù)渑渲?。以太網(wǎng)采用點(diǎn)到主機(jī)的模式，依靠中央路由器實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的數(shù)據(jù)包交換。每臺(tái)設(shè)備必須編程采用靜態(tài) IP 地址或通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上的 DHCP 服務(wù)器進(jìn)行配置。盡管網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)數(shù)量幾乎是無(wú)限的，但我們需要路由器，這就增加了成本，并增加了網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備數(shù)量。

而 1394采用自由式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及點(diǎn)到點(diǎn)的工作模式。一臺(tái)設(shè)備可與網(wǎng)絡(luò)中有閑置端口的任何其他設(shè)備相連。所有配置信息由各臺(tái)設(shè)備自行處理，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)初始化階段的“自識(shí)別”進(jìn)程在設(shè)備間實(shí)現(xiàn)共享。盡管目前每個(gè)網(wǎng)絡(luò)只有 63 個(gè)節(jié)點(diǎn)，但今后的版本將支持不同網(wǎng)絡(luò)間的橋接，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間的彼此通信。

隨著1394b 規(guī)范發(fā)展，1394b 網(wǎng)絡(luò)可以通過(guò)全新系列的線纜介質(zhì)進(jìn)行傳輸。它能工作在廉價(jià)的無(wú)屏蔽雙絞電纜 (CAT5/6) 上，也可在 75 米長(zhǎng)的線纜上實(shí)現(xiàn) 400 Mbps 的速度，還可在 100米長(zhǎng)的線纜上實(shí)現(xiàn) 200 Mbps 的速度。1394 與超寬頻 (UWB) 技術(shù)相結(jié)合，能在同軸電纜之間建立連接，不會(huì)干擾電視和因特網(wǎng)信號(hào)。同時(shí)，我們還在研發(fā)輸電線路上的 1394 技術(shù)。通過(guò)上述發(fā)展，我們能在家庭中實(shí)現(xiàn)全面的 1394 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，根本不用進(jìn)行新的布線。

安全性與存儲(chǔ)

HDMI 在防復(fù)制方面做的最出色。數(shù)據(jù)在 HDCP 下進(jìn)行加密，接口的高速度也使那些想盜版的圖謀變得束手無(wú)策。

將內(nèi)容解碼后再以非壓縮數(shù)據(jù)形式加以傳輸，這對(duì)任何存儲(chǔ)設(shè)備來(lái)說(shuō)都很困難，難以達(dá)到 GB 的采集速度，也難以滿足整部電影多達(dá) 1000 GB 的容量要求。只有通過(guò)昂貴的編碼器，才能在硬盤上存儲(chǔ)內(nèi)容，或?qū)㈦娪爸苯涌啼浽诠獗P上。

1394 技術(shù)在此領(lǐng)域也擁有幾大優(yōu)勢(shì)。1394 采用 MPEG 壓縮技術(shù)傳輸內(nèi)容，能大幅簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)，并降低成本。

來(lái)自 STB 或 DVD 的內(nèi)容本身就采用 MPEG2 或 MPEG4 編碼。機(jī)頂盒 (STB) 中無(wú)需任何額外的解碼或編碼，就能通過(guò) 1394 網(wǎng)絡(luò)將MPEG 內(nèi)容傳輸?shù)狡渌O(shè)備中。由于流媒體本身采用 MPEG 格式壓縮，因此硬盤或基于 DVD 刻錄機(jī)的 DVR (DVD recorder-based DVR) 無(wú)需事先進(jìn)行數(shù)據(jù)解碼與編碼就能直接將數(shù)據(jù)加以存儲(chǔ)。新型 HD 攝像機(jī)充分利用了 1394 的這一優(yōu)勢(shì)，采用 MPEG 格式壓縮的內(nèi)容。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)只有顯示器上需要配置解碼器，因此我們不用再為其他任何設(shè)備一一配備解碼器（見圖 2 和 3）。

1394 采用數(shù)字傳輸內(nèi)容保護(hù)機(jī)制（DTCP，又稱作 5C）來(lái)抵制盜版，DTCP 是數(shù)字傳輸授權(quán)管理公司 (DTLA) 制定的內(nèi)容保護(hù)規(guī)范。多年來(lái)的實(shí)踐證明，該加密技術(shù)的穩(wěn)健性非常高。該技術(shù)得到美國(guó)電影協(xié)會(huì) (MPAA) 的批準(zhǔn)，也是 HD 有線電視機(jī)頂盒 Open Cable 規(guī)范所要求的。

圖 2：HDMI 與模擬實(shí)施

圖 3：1394 實(shí)施

DTCP 不是數(shù)字權(quán)利管理 (DRM)，也就是說(shuō)，它不管理數(shù)字權(quán)利。它是在內(nèi)容傳輸過(guò)程中保護(hù)內(nèi)容。每臺(tái)設(shè)備都有其自身唯一的證書和密鑰。如果一個(gè)密鑰被破解了，那么只有這一個(gè)密鑰受到影響。其他設(shè)備不能用破解的密鑰來(lái)解密。

IP 網(wǎng)絡(luò)也采用了數(shù)字傳輸授權(quán)管理 (DTLA) 公司推出的內(nèi)容加密技術(shù)，即 DTCP-IP 技術(shù)，也就是 DTCP 針對(duì) IP 網(wǎng)絡(luò)的變體。不過(guò)，對(duì) HANA 來(lái)說(shuō)，這種安全技術(shù)仍處于開發(fā)階段，不能馬上應(yīng)用于產(chǎn)品之中。此外，DTCP-IP 尚未通過(guò) CableLabs 的高質(zhì)量有線內(nèi)容傳輸認(rèn)證。

總結(jié)

對(duì) HANA 來(lái)說(shuō)，1394 無(wú)疑是當(dāng)然之選。HANA 需要一款易于安裝且能滿足整個(gè)家庭設(shè)備需求的網(wǎng)絡(luò)接口。此外，要求該接口通過(guò)自配置，不僅能夠傳輸多個(gè)高清視頻流，而且還能實(shí)現(xiàn)高 QoS。網(wǎng)絡(luò)傳輸和存儲(chǔ)內(nèi)容時(shí)應(yīng)提供一種業(yè)經(jīng)驗(yàn)證的并得到內(nèi)容供應(yīng)商批準(zhǔn)的安全機(jī)制。只有1394 能滿足 HANA 目前及今后的各種需求。