车辆联网标准让车载视频娱乐和信息系统成为可能

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　　新的系统是基于面向车辆联网的标准，如IDB-1394和面向媒体的系统传输(MOST)标准以及日本富士通公司新的SmartCODEC编码技术。

　　具有非常高的视频质量、后座音频质量以及乘员显示质量的新一代车载娱乐系统，正在缓慢而实实在在地迈入人们的眼帘。全球领先的汽车制造商正在开发原型机，产品可能最早要到2008年才能上市。根据诸如IDB-1394和MOST之类的标准，这些应用所需要的网络标准—如后座娱乐系统和实时摄像机—要求高带宽和最佳的服务质量。

图1所示为Nissan公司在其车载网络原型中对这些系统所做的基本概述，其中描述了采用IDB-1394标准的网络。通过提供最高达400Mbps的带宽，IDB-1394可以满足视频和音频对多媒体网络的需求。


图1：Molex公司提供的网络图。

　　IDB-1394是一种满足这些车载多媒体应用对带宽需求的网络协议。IEEE标准1394b-2002为物理层定义了从100Mbps到400Mbps的扩展，并定义了在最长100米的距离上不需要转发器来连接不同系统节点的能力。由于几乎有400Mbps的可用带宽，网络能够在单线束上连接无数的通信通道，为DVD播放机、个人电脑、手持产品和相关外设提供服务。IDB-1394还容许传输多路音频和图像内容，这些内容可以被在不同的逻辑通道上分路和同时传输。

　　考虑到临时的选项，IDB-1394协议提供具有同步通道(实时)的不同类型的传输包，以保证所定义的带宽和有效载荷的延迟时间，以及典型用途是搬移用户指令的异步通道。视频及其相关音频内容通过同步通道与在接收节点跟图像数据同步的音频信号一起路由。

　　任何类型的通道都可以运载以原始或编码数据形式存在的传输流(TS)。编码和解码功能都不是IDB-1394标准的组成部分，见下列解决方案。在此，不需要主处理器，因为几乎总是采用其它标准，如USB。在IDB-1394中，传输流使协议处理器能够独立于主处理器。

　　网络采用环形结构。在网络内切断任意但仅仅一个分支，不会导致系统故障，也不会导致任何其它类型的视频传输质量恶化。因而，IDB-1394的固有特性就是具有高度可靠的系统可用性。在演示网络中，被编码为MPEG2-TS的两个DVD流被馈入网络，供任意接收节点在任何时间获取，从而容许后座乘客随机选择。

　　IDB-1394控制器

　　为了实现车载网络，需要采用专用的、基于标准的控制器。日本富士通公司开发的一款称为MB88387的IDB-1394控制器，就是为后座娱乐系统专门设计的。它是一种由物理层和数据链层组成的单芯片解决方案。它支持的音/视频协议处理包括由行业领先公司如索尼、英特尔和日立及其它公司开发的数字传输拷贝保护(DTCP)，以杜绝非法拷贝拥有版权的内容。

　　MB88387 IDB控制器的功能包括如图2所示的方框图，可以采用三条路径来传输和接收有效载荷及指令。图底部的箭头被看成为MPEG2-TS，说明视频数据传输流(TS)的路径。它通常被编码为MPEG2。该器件提供两个用于把数据经由DTCP单元路由到本地应用的两个TS接口。从那里往前，两桥连接到IDB控制器的链路层实现。最后，传输流被路由到双口物理层实现。


图2：MB88387控制器模块。

　　这些兼容1394b的端口把线驱动到下一个节点。它们所支持的总线速度与1394标准的各种物理层规范兼容，包括S100、S200和S400物理层规范。该模块称为“PHY/LINK层控制”，用途是确保以全双工方式在两个端口之间拷贝完整的IDB-1394数据流。

　　基于IDB-1394标准的网络仅仅需要一个由线束连线构成的简单环结构。其它协议通常需要点对点连接或甚至对指令传输和模拟音频采用不同的路由。通过IDB-1394规范，IDB-1394的通用性有效地摒弃这些追加的总线系统的不足。

IDB-1394控制器的使用

　　MB88387控制器提供一个同步音频接口、两个通道MPEG2-TS视频接口以及一个异步指令接口。接口在并行工作方式，利用第二同步通道，视频信号可以被馈入到不同的传输流接口；音频流可以通过一个2KB的FIFO缓冲器馈入到一个I2S接口之中，这个缓冲器不依赖于分配给视频数据流的2KB FIFO缓冲器。而音频流如方框图中部箭头所指，可以通过不同的通道处理。

　　对于指令接口，要采用异步传输通道。主处理器接口通过两个512字节FIFO缓冲以实现接收和发送。对于所有的数据类型，因为采用不同的缓冲器，都可能采用并行处理。甚至可以同时处理两个数据流，例如，数字电视和DVD视频信号就可以被并行传输，而相应的音频信号则由不同的通道传输。

　　在接收端，需要根据传输流对视频和各自的音频流进行再次同步。在把数据传输到DTCP单元之前，第一步是单元调用桥A/B，把匹配的音频和视频内容组合为同步数据包。

　　在第二步中，TSP-IC接口根据它们的时间戳同步这些数据包。TSP-IC单元在传输时把时间戳叠加到到MPEG2-TS和音频流两者之上。音频和视频流自动分离和重新集合。数据包报头也被自动剥离。对所有这些数据流进行缓冲就能确保连续的传输。

基于IDB-1394的后座娱乐系统

MB88387支持后座娱乐系统(RSE)的设计，如图3所示。


图3：后座娱乐系统。

　　系统由位于前面板的主单元(M)、两台后座显示器(R)和一个放大器组成。主单元—通常也包括导航系统—提供DVB-T、DVD-视频和DVD音频信号。所有信源可以由后座乘客随机选择，因为所有数据都可以在所有时间并行传输。被转换为一串MPEG2传输流的DVB-T信号—大约同时提供30个节目—需要大约32Mbps的带宽。线性PCM音频信号需要不到10Mbps的带宽。

　　在本例中，所有的带宽分配仅仅需要大约30%的S400级IDB-1394网络的可用带宽，为在同一网络上添加DVD信源、安装PC、存储外设或手持设备而留下了大量的带宽。

IDB-1394开发套件

　　如何以合理的努力开始设计呢？为此，开发套件是一种合适的工具。通常，用户需要建立类似于方框图所示的系统。为了让设计工程师着手设计，还需要基本的软件包。

　　开发套件(见图4)可以被配置为接收器或发射器。在左手边，可以连接DVD播放机，并将A/V信号馈入传输节点。开发套件提供创建和解压MPEG2-TS的板上富士通MPEG2编码器和解码器(MB83691和MB86H22(SmartMPEG))，MPEG2-TS被沿着IDB-1394网络发送。在接收节点，传输流被再次解码。一块LCD面板被连接到接收器以显示视频数据。


图4：开发套件。

　　虽然主系统—包括MPEG2 CODEC—位于较大的主板上，IDB-1394控制器器件位于插入板上。这意味着同一环境可以支持将来为这些车载视频应用开发的1394设备。

IDB-1394演示网络

　　IDB-1394演示网络类似于采用两个开发套件创建的基本IDB-1394网络。这次有四个节点安装到网络上。如图5所示的网络显示的系统方框图包含两个数据源，以及担当后座数据接收器的两台DVD播放机和两台显示器。


图5：IDB-1394系统。

　　网络采用环形结构。在网络内切断任意但是仅仅一个分支，不会导致系统故障，也不会导致任何其它类型的视频传输质量恶化。因而，IDB-1394的固有特性就是具有一定级别的系统可用性。在演示网络中，被编码为MPEG2-TS的两个DVD流被馈入网络，供任意接收节点在任何时间获取，从而容许后座乘客随机选择。

　　与向车辆驾驶员实时提供后座视图的实时摄像系统相比，对于后座娱乐系统的设计有一些不同的要求。图6所示为支持增强编解码功能的未来后座娱乐系统应用的例子。在采用MB88387作为1394控制器的后座娱乐系统中，有必要在每一个不同的节点添加MPEG编码器和解码器。


图6：具有SmartCODEC的RSE网络。

　　这些都是连接DVD播放机和所有后座显示器所需要的。所添加的硬件单元适当地增加了整体的系统成本，但是，它们解决了因MPEG编码和解码存在的潜在缺陷所造成的视频信号延迟时间巨大—延迟时间大约增加200到300ms—的问题。

　　这种相当巨大的延迟可以由人眼感受到，特别是当用户在菜单显示器上选择一个操作的时候，并且相应的动作被延迟一段显而易见的时间。在特别情况下，后座摄像机提供的实时图像由于受到延迟的巨大影响而使图像变得不可用。

SmartCODEC可以解决编码/解码问题

　　为了避免这样的瓶径，SmartCODEC可以在系统中以IDB-1394控制器的形式实现，它不需要任何外部MPEG编码器和解码器就能够传输DVD视频、数字电视和导航图像。通过新型、更为有效和创造性的编解码算法，可以把以YUV数字信号和RGB数字信号形式存在的原始数据压缩2/3。该算法的设计满足了实时传输的需要，并且也为不具备MPEG2-TS接口的传统系统开放了更多被集成到同一IDB-1394总线系统的机会。


图7：具有SmartCODEC的RSE网络(为清楚起见而重复画出)。

SmartCODEC

　　今年第四季度，富士通公司将推出一款新型IDB-1394兼容型控制器以及一类几乎不存在视频编码损失的编解码器—SmartCODEC。它对YUV信号和高清晰度RGB信号进行压缩和解压，因为这些信号常被应用在导航显示器中。

　　该编解码器的编码和解码时间在2到3毫秒之间，并根据BT.601标准对分量视频以恒定的1/3压缩比进行压缩。采用SmartCODEC生成的平均视频传输率仅仅是不采用SmartCODEC时的1/3(单位是Mbps)。压缩几乎没有损失，为自然图象和线图提供了高品质的图像。它仅仅采用线存储器，而不必采用帧存储器。

　　这种CODEC将为设计工程师带来两点有用的好处。车载娱乐网络的新应用—如图1中Nissan原型车中的实时摄像系统—将切实可行。并且，像后座娱乐系统这样的现有应用，可以用比现在可能的方案更低的成本来构建。

　　车载娱乐和信息系统技术将继续发展，新的集成电路技术将应用到原型设计和车辆的生产之中。

Akio Nezu

高级经理

美国富士通公司嵌入式产品和解决方案

anezu@fma.fujitsu.com

Wolfgang Wiewesiek

欧洲富士通公司汽车事业部

FlexRay解决方案经理

wolfgang.wiewesiek@fme.fujitsu.com