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)，正在緩慢而實實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，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)和實時攝像機—要求高帶寬和最佳的服務(wù)質(zhì)量。

圖1所示為Nissan公司在其車載網(wǎng)絡(luò)原型中對這些系統(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400Mbps的帶寬，IDB-1394可以滿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是一種滿足這些車載多媒體應(yīng)用對帶寬需求的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。IEEE標(biāo)準(zhǔn)1394b-2002為物理層定義了從100Mbps到400Mbps的擴展，并定義了在最長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、個人電腦、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傳輸。

考慮到臨時的選項，IDB-1394協(xié)議提供具有同步通道(實時)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)點跟圖像數(shù)據(jù)同步的音頻信號一起路由。

任何類型的通道都可以運載以原始或編碼數(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，因為幾乎總是采用其它標(biāo)準(zhǔn)，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(jié)構(gòu)。在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)切斷任意但僅僅一個分支，不會導(dǎo)致系統(tǒng)故障，也不會導(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DVD流被饋入網(wǎng)絡(luò)，供任意接收節(jié)點在任何時間獲取，從而容許后座乘客隨機選擇。

IDB-1394控制器

為了實現(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(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。該器件提供兩個用于把數(shù)據(jù)經(jīng)由DTCP單元路由到本地應(yīng)用的兩個TS接口。從那里往前，兩橋連接到IDB控制器的鏈路層實現(xiàn)。最后，傳輸流被路由到雙口物理層實現(xiàn)。

圖2：MB88387控制器模塊。

這些兼容1394b的端口把線驅(qū)動到下一個節(jié)點。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)僅僅需要一個由線束連線構(gòu)成的簡單環(huán)結(jié)構(gòu)。其它協(xié)議通常需要點對點連接或甚至對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控制器提供一個同步音頻接口、兩個通道MPEG2-TS視頻接口以及一個異步指令接口。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；音頻流可以通過一個2KB的FIFO緩沖器饋入到一個I2S接口之中，這個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。

對于指令接口，要采用異步傳輸通道。主處理器接口通過兩個512字節(jié)FIFO緩沖以實現(xiàn)接收和發(fā)送。對于所有的數(shù)據(jù)類型，因為采用不同的緩沖器，都可能采用并行處理。甚至可以同時處理兩個數(shù)據(jù)流，例如，數(shù)字電視和DVD視頻信號就可以被并行傳輸，而相應(yīng)的音頻信號則由不同的通道傳輸。

在接收端，需要根據(jù)傳輸流對視頻和各自的音頻流進行再次同步。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)它們的時間戳同步這些數(shù)據(jù)包。TSP-IC單元在傳輸時把時間戳疊加到到MPEG2-TS和音頻流兩者之上。音頻和視頻流自動分離和重新集合。數(shù)據(jù)包報頭也被自動剝離。對所有這些數(shù)據(jù)流進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，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)、兩臺后座顯示器(R)和一個放大器組成。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。所有信源可以由后座乘客隨機選擇，因為所有數(shù)據(jù)都可以在所有時間并行傳輸。被轉(zhuǎn)換為一串MPEG2傳輸流的DVB-T信號—大約同時提供30個節(jié)目—需要大約32Mbps的帶寬。線性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(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)計工程師著手設(shè)計，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，并將A/V信號饋入傳輸節(jié)點。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，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)類似于采用兩個開發(fā)套件創(chuàng)建的基本IDB-1394網(wǎng)絡(luò)。這次有四個節(jié)點安裝到網(wǎng)絡(luò)上。如圖5所示的網(wǎng)絡(luò)顯示的系統(tǒng)方框圖包含兩個數(shù)據(jù)源，以及擔(dān)當(dāng)后座數(shù)據(jù)接收器的兩臺DVD播放機和兩臺顯示器。

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分支，不會導(dǎo)致系統(tǒng)故障，也不會導(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DVD流被饋入網(wǎng)絡(luò)，供任意接收節(jié)點在任何時間獲取，從而容許后座乘客隨機選擇。

與向車輛駕駛員實時提供后座視圖的實時攝像系統(tǒng)相比，對于后座娛樂系統(tǒng)的設(shè)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，有必要在每一個不同的節(jié)點添加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(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延遲時間巨大—延遲時間大約增加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操作的時候，并且相應(yīng)的動作被延遲一段顯而易見的時間。在特別情況下，后座攝像機提供的實時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)字信號和RGB數(shù)字信號形式存在的原始數(shù)據(jù)壓縮2/3。該算法的設(shè)計滿足了實時傳輸?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)的機會。

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YUV信號和高清晰度RGB信號進行壓縮和解壓，因為這些信號常被應(yīng)用在導(dǎo)航顯示器中。

該編解碼器的編碼和解碼時間在2到3毫秒之間，并根據(jù)BT.601標(biāo)準(zhǔn)對分量視頻以恒定的1/3壓縮比進行壓縮。采用SmartCODEC生成的平均視頻傳輸率僅僅是不采用SmartCODEC時的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。它僅僅采用線存儲器，而不必采用幀存儲器。

這種CODEC將為設(shè)計工程師帶來兩點有用的好處。車載娛樂網(wǎng)絡(luò)的新應(yīng)用—如圖1中Nissan原型車中的實時攝像系統(tǒng)—將切實可行。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)計和車輛的生產(chǎn)之中。