哪種USB接口適用于您的應用?(下)

作者：■ Dan Harmon 德州儀器 (TI) 通用接口連接產(chǎn)品部產(chǎn)品線市場營銷經(jīng)理時間：2008-04-08 來源：電子產(chǎn)品世界

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　　數(shù)碼相機

本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/81336.htm

　　不管分辨率有多高(從 VGA 至 800 多萬像素)，DSC的特點都很相似。目前，所有相機都通過存儲卡來存儲數(shù)碼照片，包括 CF卡、SmartMedia 和 MediaStick 等，當然也有的通過嵌入式硬盤驅(qū)動器來存儲。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 USB 連接獲得電力。此外，這些設備可脫離計算機工作，只有在進行最后數(shù)據(jù)圖形的編輯、打印、存儲或傳輸時才會連接到計算機。

　　相機的存儲介質(zhì)類型并不重要，存儲量才是最重要的。如果相機存儲容量較小，那么數(shù)據(jù)很快就會占滿空間，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，這樣用戶才能繼續(xù)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過的外置存儲設備，關(guān)鍵是要確保 USB 連接不會成為在相機和電腦間照片傳輸?shù)钠款i。與外置存儲設備一樣，數(shù)據(jù)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說，要是存儲量不大，也可以采用全速標準來滿足其低成本要求。

　　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，那確實是非常理想的應用方式。不過問題是，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 會嘗試采用 USB 設備的“打印機”類驅(qū)動程序，但如果打印機需要特殊驅(qū)動程序才能打印高質(zhì)量相片的話，這就會產(chǎn)生問題。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，相機與打印機線連就像相機與PC連接一樣，從而可以實現(xiàn)對相機的存取?，F(xiàn)在許多照片打印機都內(nèi)置閃存讀卡器，這對支持 OTG 功能的相機和照片打印機市場都產(chǎn)生了較大影響。

表 1 網(wǎng)絡攝像頭的帶寬要求

　　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，Certified WUSB 似乎也是一種理想的選擇。不過唯一潛在的問題是，在 DSC 中采用 WUSB 標準，會增加成本，而 DSC 本身對成本控制是非常重視的。不過，我們可以通過這種技術(shù)省去連接線纜的麻煩，而且相機本身也不用再配備 USB 接口，這或許會抵消支持 WUSB 標準所帶來的成本問題。顯然，如果 WUSB 還不能做到像目前有線 USB 一樣普及的話，那么取消 DSC 上的 USB 連接器就不可能實現(xiàn)。

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型與容量的問題。存儲類型有兩種，一是硬盤存儲，二是閃存存儲。就用戶的同步應用而言，前面關(guān)于 DSC 的問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(qū)別在于，PMP 可能在回放中要求支持向 PC 同步實時傳輸數(shù)據(jù)流，或者采用 OTG 技術(shù)來直接將實時數(shù)據(jù)流傳送至揚聲器／耳機系統(tǒng)。我們會看到，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，在處理實時視頻流時，頻寬會猛增到 30 Mbps 左右，因此需要高速連接。與 DSC 類似，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。

　　移動電話／個人數(shù)字助理 (PDA)

　　這種設備的使用模式與DSC及PMP比較類似。我們同樣要考慮，需要多大存儲容量？隨著這種設備新增 MP3 播放器、百萬像素相機等更多功能，以及聯(lián)系人數(shù)據(jù)庫的規(guī)模增大，其存儲容量也在迅速擴大。隨著存儲容量的擴大，同步連接也需要采用高速標準。與 DSC 和 PMP 一樣，移動電話和PDA 也非常適合采用 OTG 技術(shù)。它們既是率先支持 OTG 功能的設備類型之一，同時也具備 WUSB 實施方案的所有主要特性。這類設備很可能成為率先支持原生 WUSB 功能的設備，而不是通過外接無線適配器來支持。

　　PC 攝像頭或網(wǎng)絡攝像頭

　　網(wǎng)絡攝像頭通常分為兩類，一是采用壓縮技術(shù)的設備，二是發(fā)送原始數(shù)據(jù)流的設備。這兩種類型的設備都支持同步數(shù)據(jù)流。第一種設備通常以每秒 30 幀的速率對未壓縮視頻數(shù)據(jù)進行播放，分辨率為 640x480 百萬像素；第二種設備以每秒 24 幀的速率進行播放，分辨率為 1024x768，支持 RGB-24 (24 位，數(shù)百萬種色彩)。此外，大多數(shù)網(wǎng)絡攝像頭通過總線供電。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(shù)據(jù)的帶寬要求。

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

圖 2 網(wǎng)絡攝像頭的帶寬要求

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

　　同樣，就 Certified WUSB 而言，功耗和成本問題也會使攝像頭不適于采用 Certified WUSB 連接。攝像頭的平均售價約為 60 至 100 美元。從經(jīng)濟角度來說，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，攝像頭制造商還必須提供 AC 電源轉(zhuǎn)換器，這不僅會提高成本，而且還會讓 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題也是，數(shù)據(jù)吞吐能力的瓶頸會發(fā)生在什么地方？激光打印機和噴墨／氣泡噴墨打印機的數(shù)據(jù)吞吐能力要求不一樣。包括數(shù)據(jù)壓縮等在內(nèi)的其它打印機參數(shù)也會影響頻寬要求。不過，這些特性都會影響成本，而成本對消費類設備的影響是至關(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(shù)據(jù)壓縮工作，但這要求設備提供更高的數(shù)據(jù)吞吐能力，特別在發(fā)送彩色文件時要求更高。高速 USB 接口可支持打印機最快打印速度(以每分鐘打印頁數(shù)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(shù)據(jù)壓縮引擎的打印機來說，理想頻寬則可降至 10 Mbps 左右，不過這會增加打印機的成本。因此，對帶有壓縮引擎的噴墨打印機來說，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，每分鐘打印的頁數(shù)都不多，不過仍然基本滿足消費者的價位需求。

　　激光打印機面向較高端的市場，因此在成本上要求不是很嚴格。這就可以在打印機中集成壓縮功能，以便分擔部分數(shù)據(jù)處理任務。通常說來，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 接口來滿足有關(guān)需求。

　　要是在成本敏感型噴墨打印機市場中實施 Certified WUSB 的話，很可能行不通。而激光打印機市場倒是能夠承受這部分增加的成本。通常來說，激光打印機要滿足 SOHO 辦公應用的需求，更需要在打印機和筆記本電腦之間實現(xiàn)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 等便攜式消費類設備中存儲的內(nèi)容，特別適合更高端的打印機的需要，這種打印機甚至開始配置小型數(shù)碼顯示器，不僅能顯示圖片和文件，而且還可進行圖文編輯。盡管這在連接到 PC 時沒什么用，不過對兩用 OTG 設備來說還是非常有用的。

　　揚聲器/耳機

　　我們在考慮揚聲器的同步帶寬要求時，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(shù)碼 (AC-3)、DTS 數(shù)字環(huán)繞音響、THX 和新一代非壓縮音響等。杜比數(shù)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(shù)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(shù)碼相媲美的類似技術(shù)。THX Surround EX 也稱作杜比數(shù)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(shù)碼，它通過新增位于觀眾身后的一個或兩個揚聲器，改進了原先的 5.1 聲道效果。此外，還有幾種音頻格式也能與杜比數(shù)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(shù)據(jù)流。表 2 總結(jié)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(tǒng)，也能作為家庭娛樂系統(tǒng)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 或其它低端專用產(chǎn)品配套提供)不會采用這種標準，因為這會提高成本，消費者也不希望為性能平平的無線揚聲器多掏腰包。

　　相比于揚聲器，耳機的帶寬要求更容易被滿足，全速 USB 完全可以滿足有關(guān)要求。通常說來，耳機只需要 128 kbps 的帶寬來支持兩個高質(zhì)量音頻流。耳機不必支持 OTG 功能，不過作為目標外設，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、移動電話等。

　　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速率增長。上述終端設備的發(fā)展呈現(xiàn)兩大趨勢：一是內(nèi)容越來越豐富，二是存儲容量越來越大。正如蛋和雞的道理，我們說不清楚到底是豐富的內(nèi)容推動了存儲容量需求的增長，還是存儲容量的增長催生了消費者對內(nèi)容豐富性的需求。

　　內(nèi)容的豐富性突出表現(xiàn)在數(shù)碼相機市場上。1998 年，DSC 的平均分辨率為 100 萬像素。2004 年為 500 萬?，F(xiàn)在，像素已接近 1000 萬。如今，移動電話也具有支持 130 萬像素的拍照功能，今后幾年將向 500 萬像素發(fā)展。沒有任何跡象表明這一發(fā)展趨勢會減速。

　　同時，DSC 正從光學變焦(需要龐大而昂貴的機電子系統(tǒng))向數(shù)碼變焦發(fā)展。數(shù)碼變焦推動了更高分辨率的需求，可支持 DSC 用戶在已捕獲到的數(shù)碼圖像基礎上進行放大，同時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(shù)碼相機的存儲空間。用戶希望將內(nèi)容從相機中移走，以釋放更多剩余空間，接著又會很快被用完。

　　內(nèi)容的豐富性還體現(xiàn)在采用了基于硬盤驅(qū)動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(shù)內(nèi)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 萬首歌曲，這一功能正在逐步推廣。

　　存儲容量的發(fā)展超過了過去幾十年的技術(shù)發(fā)展速度，甚至超過了摩爾定律。就存儲容量而言，我們要考慮到硬盤驅(qū)動器 (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(zhuǎn)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(zhuǎn)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 的硬盤只有 1 英寸大小，甚至容量為 4 GB 的硬盤，其尺寸僅為0.85 英寸。這種新型 HDD 面向小型化便攜式應用，其中包括移動電話和 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(zhuǎn)速將達 15,700 RPM。閃存首次出現(xiàn)于 1989 年，容量為 1 MB，到 2004 年，閃存容量達到了 1 GB。若能繼續(xù)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(shù)據(jù)所需的速率，在此我們假定帶寬效率為 50%，設傳輸時間分別為 10 秒鐘、1 分鐘和 5 分鐘。通常，多數(shù)用戶對移動設備傳輸時間的忍耐極限為 5 分鐘，而且大都希望傳輸時間為一分鐘甚至更短。很少有用戶會將移動設備中的全部內(nèi)容都發(fā)送出來。因此，我們不妨估計，今后 USB 提速改進時可將 5 Gbps 作為一個目標。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(shù)據(jù)圖像所需的時間。

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

圖 4 傳輸不同尺寸數(shù)據(jù)圖像所需的時間(假設帶寬效率為 50%)